第四章干燥(11木结构)

1、 本章本章主要介绍单板、刨花和纤维等基本单元的干燥机理、干燥工艺、干燥设备及其干燥过程控制。 基本单元的含水率与生产工艺、产品性能的关系十分密切 ，因而干燥工序必不可少，并应严格控制。 4.1.1 干燥过程干燥过程 4.1.1.1 水分的移动 1、水分在木材中的存在形式 自由水 存在于细胞腔内； 吸着水 存在于细胞壁内； 化合水 与木材分子化学结合。 2、水分在木材中的移动通道 纵向通道 细胞腔 平行纤维方向 横通道向 细胞壁的纹孔 垂直纤维方向 3、木质原料单元的干燥过程 1) 传热过程 在温度的作用下，热量首先传递给物料表面，并逐渐向内部传递。 2) 传质过程 物料表面水分汽化； 物料内部

2、水分向表面移动。 1 1、预热阶段、预热阶段 预热阶段通过干燥介质与干燥预热阶段通过干燥介质与干燥单元直接接触单元直接接触,使物料温度快速使物料温度快速上升上升,此阶段一般不蒸发水分。此阶段一般不蒸发水分。 2 2、恒速干燥阶段、恒速干燥阶段 恒速干燥阶段以蒸发自由水为恒速干燥阶段以蒸发自由水为主，且蒸发速率不变。主，且蒸发速率不变。 3 3、减速干燥阶段、减速干燥阶段 可分为两段：第一段蒸发剩下可分为两段：第一段蒸发剩下的自由水和大部分吸着水，第的自由水和大部分吸着水，第二段蒸发剩余的吸着水。其特二段蒸发剩余的吸着水。其特点是：水分移动和蒸发的阻力点是：水分移动和蒸发的阻力逐步加大，干燥速率

3、逐步降低，逐步加大，干燥速率逐步降低，供给的热量除蒸发水分外，还供给的热量除蒸发水分外，还使干燥单元温度上升。使干燥单元温度上升。 温度曲线曲线 干燥曲线C 曲线 AB段 预热阶段 升温 BC段 恒速干燥 自由水蒸发物料表面温度基本不变 CD段 减速干燥 部分自由水和吸着水蒸发 适宜的含水率是保证胶合强度的基本要求。 对酚醛树脂和脲醛树脂胶粘剂，单板含水率812；对于血胶和蛋白质胶，单板含水率815。 4.2.1.1 按传热方式按传热方式 空气对流式 接触式 联合式 4.2.1.2 按单板传送方式按单板传送方式 纵向进板 进板方向与单板纤维方向一致；（先剪后干） 横向进板 进板方向与单板纤维方

4、向垂直；（先干后剪） 网带式 上网带用于支承和传送，下网带用于压紧。厚0.5mm以上的单板都可以传送。 辊筒式 采用上下成对的辊筒组，依靠转动和摩擦力带动单板前进。适合于传送厚度1mm以上的单板，干燥后的单板平整度优于网带式。 4.2.1.3 按热空气循环方式按热空气循环方式 纵向通风干燥机 热空气沿干燥机长度方向循环。已不常用。 横向通风干燥机 热空气沿干燥机宽度方向循环。干燥速度高，效果好，目前广泛使用。 喷气式网带干燥机是一种连续的单板干燥设备。喷气式网带干燥机是一种连续的单板干燥设备。由干燥段和冷却段组成。干燥段通过热空气循环，由干燥段和冷却段组成。干燥段通过热空气循环，加热单板，加速

5、单板内水分排出，可由若干分室加热单板，加速单板内水分排出，可由若干分室组成（每室长约组成（每室长约2m），干燥段越长，单板传送速），干燥段越长，单板传送速度越快，干燥能力越强；冷却段通入冷风冷却，度越快，干燥能力越强；冷却段通入冷风冷却，可以消除单板的内应力，同时利用单板内的温度可以消除单板的内应力，同时利用单板内的温度梯度蒸发一部分水分，冷却段一般由梯度蒸发一部分水分，冷却段一般由12个分室个分室组成。组成。 喷气式网带干燥机利用高温高速热气流从单板带喷气式网带干燥机利用高温高速热气流从单板带的两面垂直喷射在板面上，冲破单板表面的临界的两面垂直喷射在板面上，冲破单板表面的临界层，使单板干燥速

6、度大大加快，为单板连续干燥层，使单板干燥速度大大加快，为单板连续干燥创造了必要的条件。创造了必要的条件。4.2.2.2喷气辊筒式干燥机喷气辊筒式干燥机 采用上下成对的辊筒组，适合干燥厚度为采用上下成对的辊筒组，适合干燥厚度为1毫米以上毫米以上的单板。的单板。 特点特点：干燥后的单板平整度优于网带干燥。但耗用干燥后的单板平整度优于网带干燥。但耗用 钢材多，钢材多，只能纵向进板。只能纵向进板。 辊筒的作用：传送和压榨单板，并对单板传热。辊筒的作用：传送和压榨单板，并对单板传热。 注意：注意： 辊筒干燥单板过程中，在高温区域内，其传热方式辊筒干燥单板过程中，在高温区域内，其传热方式从对流式转向接触式

7、传热。从对流式转向接触式传热。 单板干燥质量主要从干缩、变形、含水率及其分布等方面进行评价。 4.2.3.1 单单板干缩板干缩 特点：先由宽度方向局部干缩，再从厚度方向干缩。 1、变形原因 木材的结构因素；干燥过程中，单板边缘部分水分比中间部分蒸发快，边缘部分的干缩受到限制，导致边部生产波浪形甚至开裂。 2、减少变形的措施 逐张干燥时，边部重叠12cm，减小边部水分蒸发速度；带状干燥时，两边6mm宽度上喷水，增加边部含水率；连续干燥时，单板两段贴加强胶带，提高横纹强度，防止端向开裂。 4.2.3.3 单板含水率分布 含水率偏差的原因：心边材初始含水率差异，在干燥机中的位置不同等。 连续检测干燥

8、后的单板含水率。 干燥单板堆放24h后再使用。 4.2.4.1 干燥介质干燥介质 1、热空气温度、热空气温度 热空气温度升高，含水率热空气温度升高，含水率梯度、压力梯度、水蒸气梯度、压力梯度、水蒸气扩散系数及水分传导系数扩散系数及水分传导系数均增加，单板内水分蒸发均增加，单板内水分蒸发速率增大。速率增大。 恒速干燥阶段，干燥速率恒速干燥阶段，干燥速率与干球温度或干湿球温差与干球温度或干湿球温差几乎成直线关系；在减速几乎成直线关系；在减速干燥阶段，干球温度对干干燥阶段，干球温度对干燥速率的影响大于干湿球燥速率的影响大于干湿球温差。温差。 2、热空气相、热空气相对湿度对湿度 干球温度一干球温度一定

9、时，干湿定时，干湿球温差大，球温差大，则干燥速率则干燥速率大；大； 单板含水单板含水率高，干率高，干湿球温差湿球温差的影响程的影响程度大，反度大，反之则小之则小。 干球温度干球温度高，相对高，相对湿度对干湿度对干燥时间的燥时间的影响小；影响小；干球温度干球温度低，相对低，相对湿度对干湿度对干燥时间的燥时间的影响大；影响大； 3、热空气、热空气风速风速 对于对流干对于对流干燥机，风速燥机，风速12m/s，风速超过风速超过2m/s，对干，对干燥速率影响燥速率影响已经很小。已经很小。如果再提高如果再提高风速，动力风速，动力消耗则大大消耗则大大增加。增加。 对于喷气式干对于喷气式干燥机，风速达燥机，风

10、速达到到1520m/s，才能有效破坏才能有效破坏单板表面的临单板表面的临界层，达到提界层，达到提高水分蒸发速高水分蒸发速率的效果。率的效果。 4、热空气喷射方、热空气喷射方式式 高速气流垂直喷高速气流垂直喷射于单板表面，射于单板表面，提高热传导效率，提高热传导效率，加速内部水分扩加速内部水分扩散，缩短干燥时散，缩短干燥时间间 1、树种与初始含水、树种与初始含水率率 一般情况下，密度大一般情况下，密度大的树种，细胞壁较厚，的树种，细胞壁较厚，细胞腔较小，在低含细胞腔较小，在低含水率范围，水分传导水率范围，水分传导阻力大，干燥速率降阻力大，干燥速率降低。低。 同一树种、同一厚度同一树种、同一厚度的

11、单板，初始含水率的单板，初始含水率高，干燥时间延长。高，干燥时间延长。 2、单板厚度、单板厚度 厚度越大，水分传厚度越大，水分传导和水蒸气扩散的导和水蒸气扩散的路程及阻力增大，路程及阻力增大，干燥速率下降，干干燥速率下降，干燥时间延长。燥时间延长。 单板厚度与干燥时单板厚度与干燥时间的关系：间的关系：t=t0(d/d0)n n为系数，一般取为系数，一般取1.3。 4.4.1 刨花干燥目的与刨花干燥目的与要求要求 4.4.1.1 干燥目的干燥目的 使刨花的含水率均匀一致使刨花的含水率均匀一致;使使刨花的含水率达到规定的要刨花的含水率达到规定的要求。求。 4.4.1.2 刨花干燥的基本要求刨花干燥

12、的基本要求 1、达到均匀一致的终含水率：、达到均匀一致的终含水率：表层表层36，芯层，芯层24； 2、尽量避免刨花破碎；、尽量避免刨花破碎； 3、有可靠的防火防爆措施。、有可靠的防火防爆措施。原料种类原料种类绝对初含水率绝对初含水率水运材水运材120生材生材6070陆地贮存陆地贮存12月的木材月的木材4060胶合板厂加工胶合板厂加工剩余物（湿）剩余物（湿）6575胶合板厂加工胶合板厂加工剩余物（干）剩余物（干）812家具厂边条废家具厂边条废料（干）料（干）1220工厂（机床）工厂（机床）刨花刨花1220 4.4.1.3 含水率偏差的影响含水率偏差的影响 1、含水率过低、含水率过低 1）运输与伴

13、胶时，增加刨花的破碎率；）运输与伴胶时，增加刨花的破碎率； 2）刨花过量吸胶造成表面缺胶，使刨花）刨花过量吸胶造成表面缺胶，使刨花板强度下降；板强度下降； 3）塑性差，难压缩，需增大加压压力；）塑性差，难压缩，需增大加压压力； 4）板坯热传导速率降低。）板坯热传导速率降低。 2、含水率过高含水率过高 1）需延长热压时间；）需延长热压时间； 2）热压时容易发生分层和鼓泡现象。）热压时容易发生分层和鼓泡现象。 4.4.2.1 刨花干燥方式 1、间接接触传热和机械传动干燥 如：转子式干燥机，滚筒干燥机等； 2、直接接触传热和气流传动干燥 如：单通道气流干燥机，三通道圆筒式气流干燥机等； 3、直接接触

14、传热和机械传动干燥 如：多层带式干燥机，炉气加热圆筒干燥机等。组成组成:燃烧室、三层燃烧室、三层同轴干燥筒和排气同轴干燥筒和排气系统等组成。系统等组成。干燥参数：进口温干燥参数：进口温度度500550，出，出口温度口温度125；内层；内层圆筒的刨花前进速圆筒的刨花前进速度度20m/s，中间通中间通道道67m/s，外层外层通道通道45m/s。内层刨花由气流传内层刨花由气流传送，在悬浮状态下送，在悬浮状态下干燥；进入中间和干燥；进入中间和外层通道，从气流外层通道，从气流中落下的湿重刨花中落下的湿重刨花被转动圆筒内的叶被转动圆筒内的叶片带起重返气流中，片带起重返气流中，干燥快的碎小刨花干燥快的碎小刨

15、花随气流排出，保证随气流排出，保证了干燥刨花的含水了干燥刨花的含水率均匀。率均匀。 4.4.3.1 树种和树种和初始含水率初始含水率 针叶树材的刨针叶树材的刨花干燥速度快花干燥速度快,干燥时间短干燥时间短(图图)。 初始含水率高初始含水率高的原料，干燥的原料，干燥时间长。时间长。 4.4.3.2 刨花刨花尺寸尺寸 刨花厚度越大，刨花厚度越大，干燥时间越长。干燥时间越长。 大尺寸刨花比大尺寸刨花比小尺寸刨花需小尺寸刨花需要更多的干燥要更多的干燥时间，如有条时间，如有条件，大小刨花件，大小刨花应分开干燥。应分开干燥。 4.4.3.3 干燥干燥介质状态介质状态 介质温度：介质温度：根据刨花初根据刨花

16、初始含水率确始含水率确定最高干燥定最高干燥温度；温度； 湿度：相对湿度：相对湿度越低，湿度越低，干燥速度越干燥速度越快。快。 4.4.3.4 环境条件 环境的温度和湿度影响，气温较高、湿度较低时，可适当降低干燥温度或缩短干燥时间。 4.5.1 纤维干燥目的纤维干燥目的 对于中密度纤维板生产，热压前板坯含水率要求在8%12%，而热磨纤维的含水率为40%50%，施胶后达到50%60%，故必须进行纤维干燥。 4.5.2 干燥方式干燥方式 最早使用滚筒干燥机,随后出现了喷气干燥机,目前广泛采用的是一级或二级管道气流干燥系统（闪击式管道干燥机）。 先施胶再干燥，先干燥再施胶 。 先干燥再施胶先干燥再施胶

17、 施胶均匀性较差，纤维易结团，会导致板坯铺装不均，影响产品密度与厚度稳定性，以及产生板面胶斑、胶块等缺陷 先施胶再干燥先施胶再干燥 优点：施胶均匀，干燥工艺易控制，减少着火的几率，不需伴胶机，简化工艺流程。 缺点：少量胶粘剂提前固化，略增加施胶量。 现代干燥系统的组成：燃烧炉、空气预热器、干燥管道、风送系统、旋风分离器、检测控制装置与防火设施等。 主干燥管道通常为70100m长、直径约11.5m。 4.5.3 一级干燥系统一级干燥系统 纤维一次干燥达到最终含水率要求。纤维一次干燥达到最终含水率要求。 纤维干燥介质温度纤维干燥介质温度130170，出口温度，出口温度6568。纤维在管道内的时间。纤维在管道内的时间57s。 干燥过程：一级干燥系统分为前后两段，前段称为干燥过程：一级干燥系统分为前后两段，前段称为加速段，管径略小，热介质流速高，湿纤维与热介加速段，管径略小，热介质流速高，湿纤维与热介质有较大的速度差，因而纤维水分可以快速汽化，质有较大的速度差，因而纤维水分可以快速汽化，含水率急剧下降。后段称为干燥段，管径略有加大，含水率急剧下降。后段称为干燥段，管径略有加大，热介质流速减小，纤维干燥主要依靠纤维与热介质热介质流速减小，纤维干燥主要依靠纤维与热介质之间的温度差来完成。之间的温度差来完成。 特点：干燥时间短，生产效率高，设备投资少，热特点：干燥时间短，生产效率高，设备投资