Современные технологии сушки с использованием пресс-вакуумных камер

В настоящий момент в деревообрабатывающей промышленности, как и в целом в сфере переработки сырья в России, преимущественно используются устаревшие производственные технологии, а инновационные разработки осваиваются в незначительных объёмах, что обусловливает низкий технико-технологический уровень производства и соответствующие результаты деятельности частично перестроенных предприятий.

Они распространяется на все стадии воспроизводственного цикла, начиная с добычи первичных ресурсов и заканчивая выпуском набора конечных продуктов в соответствии с предпочтениями и ожиданиями потребителей, сформированными на данном этапе общественного развития.

Позади планеты всей…

Согласно исследованиям, в России около 50% промышленного производства относится к четвёртому технологическому уровню; 4% — к пятому и менее 1% — к шестому. В рассматриваемой нами деревообрабатывающей промышленности преобладают третий и четвёртый технологический уровень. Для них характерно автономное использование рабочих, транспортных и энергетических машин в процессе производства.

Организуется комплексное механизированное производство, в котором эти машины объединены в производственные системы с сопряжённым временным и пространственным режимами. Кроме того, активно применяются химические материалы с целью улучшения свойств дерева и снижения количества древесных отходов.

Инновационная деятельность в сфере деревообработки, как правило, связана с усовершенствованием оборудования и технологий, соответствующих четвёртому технологическому уровню т. е. выполнением микроинноваций, и не предполагает выхода на качественно новый технологический уровень, подразумевающий:
• высокую степень глубокой пропитки и огнезащиты;
• высший класс грибостойкости и химической защиты;
• гидрофобность, полное отсутствие впитывания влаги телом древесины;
• повышенную плотность и прочность, ММД, изменение структуры;
• увеличенный срок службы при интенсивных нагрузках;
• улучшение качества последующего лакокрасочного покрытия.

Пятый технологический уровень нам не пройти без НИОКР и стратегической Государственной прямой или косвенной поддержки. Поэтому по-прежнему в России из-за дешевизны доживают старые технологии, конвективные камеры, работающие на отходах. Принцип тот же: берём и пилим бревно, почти 50% превращаем в отходы, затем на них греем 10 тонн воды, чтобы её по трубе подвести и нагреть радиатортеплообменник в камере.

Тратим электричество на вентиляторы и обдуваем воздухом штабель плохим проводником тепла — воздухом. Пытаемся нагреть воду в древесине и создать условия для её испарения, получаем 20% брака, затратив при этом 300 кВт тепловой энергии — не слишком ли длинный, не эффективный и затратный путь? Всем видимый подход наших производителей деловой древесины: из ствола забираем доску, остальное сырьё — опилки и обрез — пускаем в топку для сушки, прикрываясь экологами, и не занимаясь глубокой переработкой древесины. Это же сколько денег в топку!

Известные цифры: для сушки 10 кубов деловой доски надо сжечь 5 кубов твёрдых отходов. Древесина после такой сушки выходит низкого качества. Она пористая, как губка, и при хранении за 10 дней набирает влажность до 20%, имеет геометрические дефекты. На вопрос а почему не перерабатываем отходы пиления для получения «жидкой древесины, пожимают плечами.

Жидкая древесина (биопластик) из лигнина — арбоформ — особо прочный материал, в смеси с льном, воском, ПВХ и др. присадками. Сегодня мы его закупаем в Прибалтике. В различных версиях арбоформа количество лигнина может варьироваться от 50% до 90%. А состав и свойства в каждом случае вполне индивидуальны, так как, исходя из перспектив дальнейшего применения, в его состав можно добавлять самые разные вещества.

Так гидрофобные модификаторы защищают вещество, а, следовательно, и конечное изделие от сырости, антипирены — от огня, антисептики — от гниения и грибка, стабилизаторы света и температуры — от воздействия ультрафиолета, эрозии и т. д. Немногие знают, что в опилках ели до 40% свободного не связанного лигнина.

…или впереди?

10 лет упорной работы над совершенствованием технологии сушки в пресс-вакуумной камере позволили удалять влагу с древесины непосредственным её нагревом с минимальными тепловыми затратами и по многим показателям улучшить параметры, характеристики оборудования над предлагаемыми дорогими итальянскими, немецкими или финскими камерами. Сегодня они у нас копируют новшества. Аналогов нашим камерам нет.

В 2008 году мы первые в России провели испытания и внедрили технологию термической модификации древесины в пресс-вакуумных сушильных камерах. Разрабатывая с 2010 года технологию стабилизации древесины, стали рассматривать древесину как композитный природный материал. Совместно с ОАО «Уральский Научно Исследовательский Институт Композиционных Материалов (УНИИКМ)» и корпорацией «НПО Машиностроения» изготовили и применили вакуумные установки ПВСК для пропитки и сушки каркасных углепластиковых композитных изделий для летательных аппаратов.

Некоторые достигнутые результаты остались незапатентованными в связи с отсутствием патентного отдела и дополнительных средств. Прорабатываем заказы и технические задания на 2017-2020 годы по техническому заданию ФГУП ГК НПЦ им. М. В. Хруничева по разработке и изготовлению вакуумных камер с разряжением в 0,0001 МПа для сушки специальных каркасных изделий с нагревом в 150 °С. Разработали техническую документацию для камер ПВСК -10Т, способных сушить большие объёмы: 10-20 кубов топляка, оцилиндрованного бревна и бруса.

Современные пресс-вакуумные камеры зачастую путают с обычными вакуумными, так как они не выделены в отдельную группу. Но качество получаемого материала совсем другое — более плотное, лучшее, не описанное в ГОСТ е. После применения пресс-вакуумной сушки древесина приобретает улучшенные эксплуатационные параметры: повышенную стабильность, плотность, прочность, звукопроводность, электроизоляционность, низкую влагопроводность и насыщение.

Если при обычной сушке плотность древесины уменьшается, то в пресс-вакуумной камере плотность древесины увеличивается. Но в силу малого распространения пресс-вакуумных камер такую древесину опробовал слишком узкий сегмент потребителей.

Так какие факторы позволяют пресс-вакуумным камерам выдавать древесину отличного качества?

Во-первых, пресс-вакуумная камера прямоугольная и не требует фундамента. Соответственно, вписывается в любое производственное помещение. В неё можно плотно укладывать пиломатериал без прокладок, непосредственно на гладкие нагревательные пластины. Коэффициент заполнения камеры составляет 95%. Каждые два дня по 5 м3 — это 60 м3 в месяц сухого пиломатериала без брака. Резонанс камер рассчитан на 50 и 200 Герц, что соответствует длине волны 3,4 и 1,7 м в воздухе. Газоструйный генератор работает от вакуумного насоса.

Во-вторых, пресс-вакуумная камера утеплена снаружи, что позволяет экономить тепло, подведённое к пиломатериалу, и программно стабилизировать точку конденсации в камере. За счёт конструкции обладает самым низким энергопотреблением среди существующих методов сушки при расходе 120 кВт на куб древесины, сушит при любых температурах и влажности наружного воздуха, а также защищена от коррозии внутри. Тепло подводится непосредственно к доске длинноволновым алюминиевым нагревателем толщиной 7 мм.

В-третьих, в пресс-вакуумной камере применили эффект пресса с помощью резиновой силиконовой диафрагмы, передающей давление атмосферы на уложенный штабель в камере с усилием до 8000 кг/м2, удерживающий материал от коробления и уплотняющий древесину,
придавая ей новые свойства. Выбрали оптимальную точку кипения и переход воды в пар при более широкой «зоне риска».

Древесина постоянно подвержена импульсному воздействию вакуума и хорошо отдаёт лёгкие фракции. Смола остаётся в древесине, сучки не выпадают, коксуются. Можно использовать резиновый пресс для приклеивания шпона или ламинированной плёнки с помощью нагрева и вакуумирования на сложные рельефные поверхности.

В-четвертых, мы применили запатентованную технологию автоматического управления процессом по скорости изменения влажности в древесине, что позволяет сушить практически все экзотические материалы с низкой влажностью практически до 0%.

Применён разноуровневый нагрев материала для компенсации потерь теплового излучения, индикации исправности нагревательных пластин и качества их стыковки. Слив порядка 20 литров с куба древесного ректификата содержит различные спирты, ацетон, скипидар. Этот количественный показатель можно увеличить, применив импульсный метод сушки в пресс-вакуумной камере.

В-пятых, древесина, получаемая после сушки, становится более плотнойза счёт распарки и пресса, сминая освободившиеся полости от воды, консервируется продуктами распада смол и полисахаров, карамелизации годичных слоёв. По своему составу в сравнении с рыхлой древесиной, получаемой в конвективной камере, она хорошо держит тепло и не пропускает влагу.

Древесина идеально подходит для 3D-принтеров, хорошо обрабатывается и шлифуется, нет подъёма ворса. Срок службы такой древесины увеличивается в два раза при энергозатратах в два раза ниже, чем в конвективных камерах.

В-шестых, камеры ПВСК -3ТКТ предназначены для пропитки и сушки углепластиковых каркасных материалов в вакууме как при внешнем,
так и при внутреннем уплотнении. В них можно изготавливать изделия от корпусов сотового телефона, до лодок и обтекателей летательных аппаратов. Новая технология востребована уже сегодня на рынке.

Пресс-вакуумные сушильные камеры ПВСК по своим параметрам
энергосбережения, функциональным возможностям, качеству, срокам сушки имеют ряд преимуществ перед аналогичным оборудованием европейских производителей, которые в 3-4 раза дороже нашего оборудования. В России и СНГ внедряют пресс-вакуумные сушильные камеры ПВСК как современное, технологичное, энергосберегающее
оборудование, позволяющее в кротчайшие сроки не просто качественно высушить любую древесину произрастающую на земле, но и её модифицировать, придав ей новые свойства, продлевающие срок службы и устойчивость древесины к внешним воздействиям.

Сегодня проблемы, связанные со сложностью управления процессом и использование вакуума, в камере ПВСК сведены к минимуму, и любой покупатель уже сегодня способен самостоятельно произвести запуск по прилагаемой инструкции. Все комплектующие производятся в России и не требуют импортозамещения.

В большинстве обычных камер плотность древесины понижается на 10%, а пресс-вакуумная камера, наоборот, увеличивает плотность древесины на 10%.Использование высокотемпературного перегретого пара при избыточном давлении 10 атм. несёт повышенную опасность, а материал подвергается поверхностной корбанизации.

Прессование — это пластификация лигнина, но не целлюлозы, которая рвётся и ломается. Лигнин плавится с водой при температуре 110-160 градусов, превращаясь в высокомолекулярную жидкость большой вязкости (зависит от Т и Р). Термомодификация в камере ПВСК приводит к стеклованию лигнина. Уксусная кислота начинает кипеть и разлагаться уже при температуре 105-120 градусов, тем самым гуммирует древесину изнутри. Древесина после обработки не имеет запаха «горелости».

Импрегнирование — пропитка креозотом увеличивает срок эксплуатации древесины в три раза. Алюминий используется как катализатор при обработке древесного ректификата.

Вот небольшие подсчёты: при 1% влажности в кубометре древесине содержится 4 литра воды, а при влажности в 50% — 200 литров.

Таким образом, в камере с загруженными 5 кубометрами древесины находится 1000 литров древесного ректификата, который содержит биотопливо. Без дополнительных мер с куба сливается 20 литров, а при импульсном режиме сушки эта цифра увеличивается в два раза.
Итого с 5 м3 можно слить за сутки 200 литров биотоплива — это 20 часов работы 100 кВт дизель-генератора. Вот это экономия и глубокая переработка.

Обработка древесины

Биологический способ — это переработка низкокачественной древесины и миллионов тонн разнообразных древесных и сельскохозяйственных отходов в важнейший продукт — кормовые белковые дрожжи. С его помощью также вырабатывают этиловый спирт, фурфурол, ксилит. Биологическая обработка древесины призвана обеспечить сельскохозяйственное производство ценными продуктами микробиологического синтеза.

Механический способ — это обработка, при которой изменяются форма и объём древесины без изменения самого вещества. Такая обработка древесины резко отличается от химической, при которой изменяется вещество древесины. Подавляющая часть древесных материалов обрабатывается с нарушением связи между волокнами. Этот метод обработки древесины основан на свойстве делимости и производится, в основном, резанием: пилением, строганием, фрезерованием и др. Значительно реже применяется обработка без нарушения связи между волокнами.

Химический способ — предусматривает изменение самого вещества древесины. Без различных пород дерева химическая отрасль не могла бы в полной мере удовлетворить все наши потребности: производство бумаги и картона, гидролизное производство. Частичное растворение и вывод лигнина из структуры древесины, позволяет увеличить прочность и уменьшить вес древесины.

Термический способ даёт древесный уголь, метиловый спирт, уксусную кислоту. Также сухая перегонка даёт нам разные растворители, спирты, скипидар, канифоль.

Потребители обычно выбирают камеры по одному из упрощённых критериев. Первый — минимум информации и индикации, полная автоматика по принципу «включил и выключил». Второй — максимально технологичный контроллер, сенсорный дисплей LG-41, управление через Wi-Fi, СД П, и т. д.

Но нужно отдавать себе отчёт, что чем больше информации, тем выше точность измерения и управления процессом сушки. Когда камера определяет тип заложенного материала, начальную влажность, желаемый конечный результат, химический состав воздуха и конденсата, время суток, наружную температуру, влажность и давление, и может оптимизировать процесс по данным с датчиков, то до минимума сводит энергетические затраты.

Если проанализировать, кто сегодня и как сушит, увидим, что количество нового оборудования в 2016 году уменьшилось, а количество «гаражных» самопальных камер увеличилось. При выборе оборудования потребителя интересует прежде всего цена, окупаемость затрат, технические и технологические характеристики (экономичность), качество получаемой продукции. Зная это, некоторые производители на сайтах и рекламе, для привлечения внимания покупателя, указывают завышенные параметры, заниженную цену минимального объёма и комплектации.

Различные способы достижения результатов сушки. Кто имеет сушильное производство, оставшееся от прежней власти может, и хотят переоснастить его, но вкладывать деньги в развитие производства не стремятся (неизвестно, что завтра будет), государство от таких вложений самоустранилось. Многие ГОСТ-ы и Технические регламенты устарели и не обновлялись десятки лет.

Но временно подлатав старое, долго не проживешь, переоснащение требует затрат больших нежели приобретение нового оборудования. Современнык камеры адаптированы под гибкий рынок, мобильны, не требуют стационарных капитальных сооружений, быстро перестраиваются под необходимую продукцию.

Преимуществ в СВЧ-камерах, по моему мнению, нет. Зато недостатков, прежде всего конструктивных, хватает. СВЧ нагрев как физический процесс существует и прекрасно работает, если не нарушается физика. А в присутствующих на рынке конструкциях сплошные нарушения.

1. Камера, которая является нагрузкой генератора, должна быть настроена в резонанс с его частотой. Или же генератор должен подстраиваться под камеру. Есть ли такая функция? Но влажный материал не позволит возникнуть стоячим волнам и резонансу, а нагрев будет идти за счёт подведённой мощности СВЧ.
2. Резонанс в камере подразумевает образование СВЧ-полей Е и Н
   для прямоугольной камеры, и Т и М для цилиндрической камеры, а также возникновение пучностей тока и напряжения, на расстоянии длины волны, в районе 30 см.
3. Пиломатериал, загруженный в камеру, будет иметь зоны перегрева через каждые 30 см, и отследить эти зоны проблематично без перестройки. Древесина больше греется в тех местах, где больше влаги и выгорает из внутри. Необходимо в широком диапазоне перестраивать генератор, а это невозможно, будет теряться резонанс камеры, даже при использовании модулятора, которого у них нет.
4. При высокой частоте наблюдается СК ИН-эффект, т. е. токи протекают по поверхности, и если внутри камера покрыта нержавейкой, то её нагрев больше чем у древесины. Потери можно было бы минимизировать используя в качестве покрытия алюминий.
5. В СВЧ-камере более 100 кВт каждое соединение и щель излучает приличную мощность (надо знать где мерить). Первый же инспектор может приостановить её работу, т. к. использование такой частоты и мощности необходимо согласовать с Радио-частотным Центром.
6. Оператор такой камеры через несколько лет может обрести кучу болезней, включая отсутствие потомства. Излучение влияет не только на оператора, но и рядом работающих людей.
7. Ремонт СВЧ-камер — процесс сложный. Генераторная лампа (магнетрон) стоит приличных денег, а ресурс считывается в пределах 2000 часов и зависит от модели и типа лампы.

---

Текст: Михаил Граховский, директор ООО «М-Импульс» (г. Уфа)