第三章刨花干燥与分选

第三章刨花干燥与分选中南林业科技大学材料科学与工程学院

P1主讲：唐忠荣

在刨花板制造过程中，刨花干燥是一个很重要的工序。保证刨花干燥质量，是提高刨花板质量的一个重要因子。刨花进入干燥机时，以绝干重量计的含水率是不同的。有时只有16%，正常情况下，在35～120%之间。含水率常常会在一个短时间内就会变化。刨花的合适厚度一般在0.04～1.0毫米之间，现代干燥机的主要技术参数，如刨花的干燥温度和时间（速度），必须快速适合刨花的初含水率，只有这样，才能避免过高的能量损耗和保证干燥质量。第三章刨花干燥与分选P23.1刨花干燥

3.1.1刨花干燥的目的和要求

刨花在制备过程中，为保证刨花形态，需将原料含水率提高到45%以上，因而，制成的刨花必然具有较高的含水率，再加上施胶带入一些水分，进而增加了施胶刨花的含水率。如不经干燥而直接施胶。则它不仅影响施胶质量，而且给热压工序带来一定困难。并且，用过湿的刨花压制刨花板，热压时，为了蒸发板坯中过多的水分，要消耗过多的热量。这样，会延长热压周期而降低压机产量。这是很不经济的。P3另外，热压工艺也难控制，会直接影响刨花板的质量和性能。板坯内含水率较高。热压时会产生较大的蒸汽压力，当热压机卸压时，操作不当，易产生鼓泡、分层等缺陷。再者，由于未经干燥的刨花由于原料的初始含水率不同，如不经干燥，热压时，由于内应力的原因，易产生翘曲、变形等缺陷。所以，湿刨花在拌胶前，必须进行干燥。P4

⑴刨花干燥的目的：◆使刨花含水率降低到工艺要求以达到施胶均匀和提高产品质量的目的。

◆使刨花中含水率基本上趋于一致。减低刨花板的内应力。提高产量。◆提高热压机生产能力，便于生产操作。

P5⑵干燥要求：

随胶种的不同而异。使用脲醛胶时，刨花含水率控制在2～6%为宜。施胶后刨花含水率控制在14%左右，生产多层结构刨花板时，各层刨花含水率要求不一样。表层含水率略高为4～6%（苏3～6%），芯层为2～4%。表芯层刨花的不同含水率可用表芯层分别干燥等方法来达到。施胶后的刨花含水率，可以通过调胶工序来实现，在调胶过程中，适当加入一些水，即可达到目的。表层含水率稍高有利于板坯传热。P6施胶前(%)施胶后(%)表层刨花2～312～14芯层刨花1～28～10渐变结构刨花板单层压机热压的刨花施胶前后的含水率要求

刨花干燥的具体要求包括以下几方面：

①含水率大小达到工艺要求；

◆刨花太湿的不利影响如果刨花太湿，则在热压过程中，板坯芯层会产生水蒸气，致使芯层温度升高慢，影响胶的固化，从而降低板子的强度。特别是垂直平面抗拉强度将非常低。P7

◆如果刨花太干存在的缺点：

干燥时有着火危险；

采用气流输送，管道内有静电起火的危险（着火点降低）；

木屑增加。运输、拌胶、锤磨、精磨等过程中将影响全厂的环卫、环保工作，且易造成压机闭合时，板坯表层细粉料外喷的现象，造成产品降低等；另外，含水率太高还会延长加压时间，降低生产能力。尤其是对于单层压机。高含水率将严重影响刨花板的产量的质量和产量。P8

在裁边前，板子边缘有破碎的趋向；

当压机闭合时，绝干刨花很轻，容易吹离板坯表面。刨花太湿或太干也会影响添加剂的性能及加压时间；

吸收胶料。使刨花表面含胶量减少，不仅浪费胶料，而且也降低胶合强度；

刨花过干，它可塑性较差，压缩比较困难，刨花板内部容易形成空隙，降低板的强度；

刨花太干，则产品表面粗糙，传热效率低，致使芯层传热过于缓慢而不能充分固化，抗拉强度差。P9

②含水率均匀一致

含水率不均匀的影响

如果含水率不均匀，导致板内应力大，板坯内含水率不均匀，容易暴板。

如果含水率不均匀，施胶计量不准确，操作难控制，因为施胶是按绝干刨花来计算的。

③干燥速度满足压机生产需要足量保证后续工序的刨花需要量。尽量提高压机生产率。低含水率可显著缩短热压周期。P10

④保证刨花形态刨花太干，传输及后段加工过程，易造成粉料太多。

⑤提高干燥机效率，减少能源浪费，降低生产成本。P113.1.2刨花干燥机理

干燥是利用热能去除水分的一种方法。例如将热的干空气，吹过湿刨花表面，可将刨花中所含水分转入空气中。并将汽化的水分带走。使得刨花达到规定的含水率。从而达到干燥的目的。干燥时，热量可通过传导，对流和辐射传热方式传给湿物料。在实际传热过程中，它往往同时存在。其中较为广泛的是对流为主的传热方式，其次为传导的传热方式。P12

◆导热：直接接触的物体各个部分的热量（能量）转移。

◆对流：流体各部分发生相对位移而引起的热量转移。

◆辐射：依靠辐射方式而进行的热量的转移。P13

⑴刨花中所含水分的性质

①平衡水分与自由水分：

平衡水分和自由水分是根据物料在一定的干燥条件下，这些水分能否用干燥方法去除来区分的。

◆平衡水：如果刨花与在某一状态下（具有一定的温度和一定的湿度）的空气接触。刨花将排除和吸收水分，最后达到平衡。此时，刨花的含水量，不因时间的变化而发生变化。刨花中所含这部分水分。称为平衡水分。仅表示一定的空气状态下可能干燥的限度。

P14

◆自由水：刨花中所谓的大于平衡水分的那一部分水分称为自由水分，这是在一定的空气状态下，可以去除的那一部分水分。物料中所含的总水分为自由水分与平衡水分之和。②结合水分和非结合水分：

将物料中的水分按其被除去的难易程度来划分，又分为结合水分和非结合水分。

◆非结合水分：存在于大毛细管内（细胞腔），其表面蒸汽分压接近或等于自由水蒸汽的分压。即这种毛细管对水分具有很小的束缚力，易于排除。

P15

◆结合水：存在于微毛细管内，水分在系统内的表面张力大，微毛细管对水分的束缚力也大，也就是与水分的结合力强。难于去除。结合水产生的蒸汽压低于液态水在同温度时所产生的蒸汽压。物料中所含的水分为结合水与非结合水之和。

⑵刨花干燥过程

◆传热过程：当刨花所含水分超过其平衡水分而干燥介质将热量传给刨花表面。然后热量再由刨花表面向内部传导。这个过程，叫传热过程。P16

◆含水率梯度：刨花表面获得热量后，由于表面水蒸汽的分压大于干燥介质水蒸汽的分压，水分立即蒸发，汽化后的水分通过刨花表面的气膜向空气介质中扩散。刨花表面水分不断蒸发而逐渐减少引起刨花内部与表面间形成含水量的差。或称为含水率梯度。

◆内扩散：由于刨花内部热量的作用。刨花内部的水分源源不断地向表面扩散（含水率梯度的作用），此扩散过程称为内扩散。P17

表面水在温度的作用下而汽化，且干燥介质连续不断的将汽化的水分带走，从而达到干燥的目的。

水分的内扩散和表面汽化是相联系的，是同时进行的，但在干燥过程度不同的阶段，干燥机理也不相同。总之，干燥速率与传质速率和传热速率都有关。

◆传质过程：表面水分汽化的过程以及刨花内部水分向表面移动的过程。称为传质过程。

P18

刨花的干燥与一般物料的干燥相似，是通过传热与传质两过程的同时作用而实现的。传热过程能促进传质过程。即干燥介质向物料传热使水分蒸发而产生传质过程。传质过程又分为两种：一种是物料表面的水蒸汽向干燥介质中移动的气相传质；一种是内部的水分向蒸发面扩散移动的固体内部传质。

目前，由于采用各种高效率的刨片设备，刨花质量的差异比以前减小了，但仍有裂片、过细碎料和木屑等出现。在相同的干燥条件下，干燥工艺（时间）取决于树种、刨花初含水率和刨花的厚度。P19

在对流干燥机中，树种和初含水率对干燥时间的影响如下：

P20图3—5树种和初含水率对干燥时间的影响

1.针叶材2.阔叶材

125100755025050100150200250300干燥时间（s）含水率（%）12P21图3—6干燥时间与刨花厚度的关系

1.初含水率为113％，终含水率为3％2.初含水率为113％，终含水率为30％

刨花厚度（mm）干燥时间（s）1501209060300.20.40.60.81.01.20

在常见的终含水率、刨花厚度和正常的条件下，软材刨花所需干燥时间约为100秒，硬阔叶材为200秒。通常干燥条件下取决于供热和刨花传热情况。对刨花的传热可采用加热板、管道等直接接触干燥，也可采用瓦斯干燥介质对流干燥或辐射干燥，也可以采用联合干燥。接触干燥所需时间最长，对流干燥则明显地缩短了干燥时间。

P22◆从干燥介质到刨花的温度梯度（温度差）◆刨花和干燥介质之间的水蒸气压力梯度（相对湿度）◆刨花干燥时间◆刨花和干燥介质之间可能出现的化学反应（指着火危险（松脂等）。

选择的干燥温度愈高，干燥时间就愈短，如果干燥介质含氧高（湿度低）而水蒸汽含量低，则必须保持较低的干燥温度。反之，干燥时间必须增加。⑶干燥工艺的影响因素：P23

⑷干燥曲线及干燥速率曲线

恒定干燥条件下来物料的干燥曲线示意图如下：

AB段——初始阶段，刨花处于预热段，斜率较小，物料所吸收的热量，用于提高温物料的温度，水份蒸发较慢。P24图3—1恒定干燥条件下某种物料的干燥曲线示意图

ABCD

干燥时间／t

Ⅰ

Ⅱ物料温度／Ⅱ物料含水率／ⅠP25

BC段——干燥段，斜率较大，刨花温含量随干燥时间的变化规律，基本上呈直线关系，物料所吸收的热量，用于水分蒸发，而温度基本上保持恒定。

CD段——物料含水率下降变慢关趋向平坦，物料所吸收的热量，主要用于提高物料的温度。图3—1恒定干燥条件下某种物料的干燥曲线示意图

ABCD

干燥时间／t

Ⅰ

Ⅱ物料温度／Ⅱ物料含水率／Ⅰ

AB段——刨花预热段。

BC段——恒速干燥阶段。

CD段——减速干燥阶段。

C点——对木质刨花来说，即为纤维刨和点的含水率。P26图3—1恒定干燥条件下某种物料的干燥曲线示意图

ABCD

干燥时间／t

Ⅰ

Ⅱ物料温度／Ⅱ物料含水率／Ⅰ

当物料含水率达到纤维饱和点以下时，进入减速干燥阶段，物料内部水分传递速率小于物料表面水分汽化速率，而使物料表面逐渐变干，物料愈干燥，内部水分愈少，内部水分传递速率愈慢，干燥速率也就愈小。而物料的传热阻力也加大（传热速度），物料温度也随之增加，由于物料吸收的热量，既不能汽化与此热量相适应的水分，则必然加热物料，由此可知，减速干燥中，干燥速率主要取决于物料本身的结构。形状和大小等特性，而和物料外部干燥条件的关系不大，所以，这一阶段又称为内部迁移控制阶段。P27⑸刨花干燥特点：

由于刨花单个面积小，厚度小，干燥过程呈疏松运动状态，传热和传质效率都较高，不易产生内部水分扩散慢于表面蒸发的现象。P28

①硬干燥工艺：刨花干燥可采用较高的温度和较低的湿度。干燥温度可达140～175°C；湿度可以较低(考虑能源的经济性)；

②无严重干燥缺陷：干燥过程基本属于恒速干燥阶段,即临界含水率较低,干燥时间短,不会发生翘曲,开裂等现象；

③干燥均匀(因干燥过程中,不断翻动和搅拌物料)；

④干燥速度快。

P29⑹影响刨花干燥的主要因素

①原料特性

◆原料的初含水率

原料含水率高，干燥时间长，反之则短……原料的来源，（原料的初含水率）由于原料来源不同，原料的初含水率不同。例如：废料刨花W=15～20%，锯屑35～45%，碎单板，木芯W=65～75%。因此，干燥过程，最好将含水率相差较大的刨花分开干燥，以免较干的刨花干燥后达不到要求，使热压过程中，易产生鼓泡，分层等缺陷。P30

◆树种

有的树种初含水率比较高，有的则较低。例如沙松含水率高达150%，落叶松则为70%，有的树种易干燥，有的树种难干燥。有些树种易引起燃烧，例如松木，最好混合干燥，以防松脂过多，引起燃烧。针叶材易干燥，阔叶材较难。

◆原料初含水率的变化范围初含水率变化范围大，则应调整干燥温度和干燥时间，保证终含水率趋于一致。

②刨花的几何形状

在刨花干燥中，要求刨花形状和尺寸尽量一致。如果相差较大，工艺设计宜采用分开干燥，尺寸大（原）的刨花干燥时间较长，尺寸小的刨花，干燥时间应短一些。③干燥机的外界条件

◆外界环境（温度、湿度）：其直接影响干燥机内的干燥环境。也影响原料的初含水率和初始温度和改变干燥后刨花的含水率要求。

P31

气温低而湿度高时，适当提高干燥机的进口温度和延长干燥时间，气温高而湿度低时，适当降低干燥机的进口温度和缩短干燥时间。空气湿度大，适当降低干燥刨花的终含水率，以免干后刨花吸湿，而使施胶前刨花含水率达不到工艺要求。④干燥机的进料装置（计量方式）

容积式：螺旋运输机，受刨花形态的影响较大。

重量式：适宜采用直径比较小，速度比较高的螺旋运输机。要求均匀下料，可调整下料量。P32⑤干燥条件

◆热源的影响：蒸汽，高温热水，燃烧气。

◆传热方式：接触式机械传动、对流式机械传动、对流式气流传动。3.1.3干燥设备

⑴管束干燥机（旋转干燥机、单、双转子转子式干燥机）P33

图5．59庞多尔夫管式滚筒干燥机示意图(Ponndorf，Kasse)a—干燥室b—管束c—管板d—端盖e—通孔枢轴f—轴承g—换热器h—径向叶片i—叶片支架k—进料口1—出料口m—机罩n—排气道

干燥机热水入口温度：180～220℃;干燥机内入口端温度：155～175℃干燥机排湿口温度：130～155℃;干燥机出口含水率：≤2%

①管束式干燥机的结构P34P34-1P34-2P35-1刨花干燥工艺流程干燥过程的物料流程图湿刨花料仓→→拨料器→→定量螺旋→→运输螺旋→→旋转阀→→摆动下料器→→干燥机→→旋转阀→→螺旋运输机→→分选……

新鲜空气排湿风机（湿空气）→→旋风分离器→→排入大气（粉料）

②干燥机的工艺流程P35

十字薄膜提升，干燥机回水回到热水发生器内，干燥机升温，薄膜阀关闭，干燥机内热水自行循环。

干燥系统温度调节原理图

热水泵

干燥机

空气预热器

十字薄膜法

锅炉蒸汽

热水发生器

回锅炉

③干燥机的温度控制方法P36

④管束式干燥机工作过程

旋转管束式干燥机按逆流原理运行。热水出入口与料的出入口相反。以接触干燥达到干燥物料的效应。物料干燥时间可用四级速度控制器调速管束转动速度而达到控制干燥时间的目的（已改用变频无级调查速）。管道采用热水加热。新鲜空气可调节大小，并配有预热装置，以保证进入干燥机内的新空气，有一定预热温度，刨花通过定量螺旋（可自动调速）等。经过旋转阀及分配板进入干燥机。提升板将刨花往上送，管速架上装有提升板和导板。提升板将刨花往上送，平行安装在管束上。同时旋转阀起到隔离外界空气进入。P37导流板倾斜安装在管束上，有一定的倾斜角度，使刨花产生轴向移动，使刨花从入料口移向出料口。由于刨花散落在管束上，通过管束加热，获得有效的热交换。同时，刨花在干燥机内不停地被翻转，从而达到均匀干燥。干燥机的一端，与刨花入料相对的地方，有一个抽风口，一台风机将废气从干燥机内抽出。通过旋风分离器送到外面。干燥机的出口装有一个旋转阀，将干燥后的刨花送入螺旋运输机。P38干燥机内的温度，在干燥机两端用温度计显示，排湿口的温度、干燥热水的温度、出口温度均有显示，干燥前后刨花含水率均有自动检测系统。干燥系统装有消防系统。以防木屑等低着火点物料引起燃烧。当排湿口温度达到设定值时，或干燥机内的光检测系统警报时，系统均可自动喷水，达到消防的目的。（排湿温度一般控制不超过140℃左右，热水温度175℃左右，干燥机内温度一般控制在130～140℃，视料的干湿等而定）干燥终含水率控制在1.5～2%之间。总之，在保证干燥质量和干燥产量的需求下，应考虑节约能源和降低成本。

P39

⑤含水率控制系统：（最终含水率）

热水（介质）温度自动调节系统、随出料口的含水率而调节。

干燥机管束转速的调节，可调整干燥时间。

进料量的调节，控制干燥物料的数量。P40⑵回转圆筒式干燥机

①工作原理：湿刨花从进料口进入干燥圆筒内，与圆筒内的蒸汽管接触，而产生热交换，而达到干燥的目的。湿空气通过风机排出。刨花在圆筒上的导板和气流的作用下，不断向出料口方向移动。

刨花随圆筒上导板往上运动，到一定的高度后，掉下来，从蒸汽管的间隙垂直掉下来。因而向前移动了一步。下角安装，一般倾斜度为1/100。△LP41滚筒式干燥机机内物料位移原理示意图进料排湿进气出料正角安装进料排湿进气出料负角安装进料排湿进气出料0°角安装P42

刨花随圆筒上导板往上运动，到一定的高度后，掉下来，从蒸汽管的间隙垂直掉下来。因而向前移动了一步。下角安装，一般倾斜度为1/100。

在排湿风机的作用下，气流有一定的速度（1.5～2.5m/s）在气流的作用下，刨花向前移动，移动距离随刨花容量、含水率而定。含水率低、容量小，移动快。

在以上两个力的作用正是，刨花从入口移到出口达到干燥的目的。P43图5．56旋转式滚筒干燥机(SchUde，Bad

Hersfeld)

1．分离室2．装料3．燃烧室4．驱动装置5．输送风机6．排风机7．尘埃分离器②设备结构P44图5．57旋转式滚筒干燥机的内部叶片(刮板)安排(Johnson，1956）

按照AmeriCailSocietyOfMeChaniCalEngineers)P45

我国使用的为直径1.6m和2m两种，长度为5～18m，一般控制直径与长度比为1：4～1：6。转速：3.5～2r/min蒸汽：进口温度:180～190°C出口温度保持在：140°C左右排湿口废气温度保持在：80°C左右。P46③性能特点

干燥均匀（含水率大的，由于气力作用小，因而干燥时间长，含水率小的干燥时间短）；

操作方便，不易火灾，（但含水率太低，摩擦起电，静电起火，但可能性小）。我国由于自动控制水平相对落后，燃气滚向干燥机未能开发使用；

刨花易破碎，不易保证形态。因为加热管较密，刨花之间等的摩擦，致使刨花变碎。生成粉尘；

维修困难：筒内蒸汽管较多，一旦漏汽，维修困难

热效率低。P47⑶三通滚筒干燥机（三级圆筒气流干燥机）

①工作原理煤气空气混合气（温度550～650℃）由燃烧室产生的燃气经燃烧室空气混合室，经煤气管3输入干燥圆筒中心管7。在煤气管3中装有闸门4如发生意外，闸门自动关闭。经转子供料器输入的湿碎料，由煤气空气混合气送入干燥滚筒。由中心管—内筒－外筒，然后排出，细小碎料几乎随气流通过干燥机，而较湿较生的物料则落入干燥筒内。但，由于滚筒的旋转，又被提起返回气流中。这样，碎料连续爱干燥介质的作用。显然，劝小碎料能迅速得到干燥，而排出干燥机。较大和较湿料，干燥时间长。这样，碎料就能极为均匀的干燥。干燥滚向可达到较高的产量。P48供料皮带燃烧室热交换器旋转阀三通道滚筒干燥机风机出料皮带旋风分离器三通道干燥机系统原理（三回路滚筒式干燥机）

P49比松80型滚筒干燥机技术性能

由初含水率100%干至3%的刨花产量：8000kg/h

煤气与空气混合温度：

入口——550～650℃；出口——90～125℃

滚筒转数：5.5r/min

混合气流通气量：60km3/h

圆筒尺寸：长度10m，直径3.4m。

重量：68.6吨优点：热效率高，可达77%刨花形态损坏少。缺点：刨花表面发黑，且影响胶接强度。P50⑷创建集团惠州公司年产20万m3刨花板干燥线图片P51干燥机热风机干燥机加热器P52干燥机滚筒部分P53干燥机出料部分P54干燥机热力系统P55P56P57P58P59P60P61P62P63P64P65P66P67P68P69P70P713.2刨花分选

3.2.1刨花分选的目的

⑴刨花形态不一。有些粗大刨刨花和粉尘多，不符合生产工艺要求。过大的刨花，易造成产品中部松，对板的使用，受到影响。而过多的细小刨花有较大的表面积，而吸收大部分胶粘剂，因而影响胶合强度。且造成胶的浪费。

⑵表芯分开施胶的需要。由于表芯层对含水率的要求不同，表层高。芯层低。表层料细小，需要增加施胶量，达到施胶要求。表芯层一起拌胶，易造成芯层胶少，且拌胶不均匀。P72⑶满足二次加工的需要。二次加工要求细表层结构。

⑷热压工艺需要。要求表层含水率高，芯层含水率低。

⑸调拌胶需要。表层可少加或不加固化剂。加缓冲剂。3.2.2分选的方法及设备

◆机械分选◆气流分选◆机械——气流分选

P73⑴机械分选

①水平筛选：例摇筛，利用生力和水平方向的惯性力。分选质量好，但产量低，筛网仅作水平方向的运动。

②水平式倾斜振动筛选：利用重力和垂直方向的惯性力。分选质量差，生产率高关键是倾斜角。一般倾斜角为5～15°频率为1100～1300r/min.振幅4～7mm

③振动筛：它是由振动频率高，振幅小的筛选类型。它是上两种运动的复合运动。结构简单，分选质量好。生产率高，耗电量少，世界应用较广。一般φ＝600～2600mm。P74振动筛筛网尺寸

上层/mm中层/mm上层/mm筛孔尺寸（矩形）

薄板

831.25厚板

1052筛网铁丝直径

1.51.00.2P75

★物料流程：

1#料口——进入再碎机。为粗大不合格刨花。2#

和3#料口——为合格刨花，可进入芯层刨花料仓或进入风选取机。或表层刨花加工设备——精磨机，4#料口——为细小刨花，直接进入表层料仓。

P76圆形晃动筛（振动筛）结构示意图

P77

圆形晃动筛（振动筛）原理示意图

由一个摆动运动和一个圆周运动构成了振动筛的综合运动。P78

图

偏心量测定

P79P80⑵气流分选

气流分选是根据刨花的表面积与重量的比例，对刨花进行分等。刨花处于垂直立管中，它受到气流的升力和自身的重力作用。升力＞重力——上升升力＝重力——悬浮升力＜重力——下降P81

升力是刨花面积，容量，空气介质的速度和粘度的函数。如将宽度与长度较稳定的刨花置于立式气流分选机中。能准确地按重量即厚度进行分选。刨花在立管中下降速度Vs可用下式计算：式中：g——重力加速度h——刨花厚度

Rt——