1、4 人造板基本單元的干燥本章主要介紹單板、刨花和纖維等基本單元的干燥機理、干燥工藝、干燥設(shè)備及其干燥過程控制。基本單元的含水率與生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品性能的關(guān)系十分密切 ，因而干燥工序必不可少，并應(yīng)嚴格控制。4.1 木質(zhì)原料單元干燥的基本原理4.1.1 干燥過程4.1.1.1 水分的移動1、水分在木材中的存在形式自由水 存在于細胞腔內(nèi)；吸著水 存在于細胞壁內(nèi)；化合水 與木材分子化學結(jié)合。2、水分在木材中的移動通道縱向通道 細胞腔 平行纖維方向橫通道向 細胞壁的紋孔 垂直纖維方向3、木質(zhì)原料單元的干燥過程1) 傳熱過程在溫度的作用下，熱量首先傳遞給物料表面，并逐漸向內(nèi)部傳遞。2) 傳質(zhì)過程物料表面水分汽

2、化；物料內(nèi)部水分向表面移動。4.1.1.2 干燥過程的三個階段1、預熱階段預熱階段通過干燥介質(zhì)與干燥單元直接接觸,使物料溫度快速上升,此階段一般不蒸發(fā)水分。2、恒速干燥階段恒速干燥階段以蒸發(fā)自由水為主，且蒸發(fā)速率不變。3、減速干燥階段可分為兩段：第一段蒸發(fā)剩下的自由水和大部分吸著水，第二段蒸發(fā)剩余的吸著水。其特點是：水分移動和蒸發(fā)的阻力逐步加大，干燥速率逐步降低，供給的熱量除蒸發(fā)水分外，還使干燥單元溫度上升。4.1.2 干燥曲線溫度曲線曲線 干燥曲線C 曲線AB段 預熱階段 升溫BC段 恒速干燥 自由水蒸發(fā)物料表面溫度基本不變 CD段 減速干燥 部分自由水和吸著水蒸發(fā)4.2 單板干燥適宜的含水

3、率是保證膠合強度的基本要求。對酚醛樹脂和脲醛樹脂膠粘劑，單板含水率812；對于血膠和蛋白質(zhì)膠，單板含水率815。4.2.1 單板干燥方式4.2.1.1 按傳熱方式空氣對流式接觸式聯(lián)合式4.2.1.2 按單板傳送方式縱向進板 進板方向與單板纖維方向一致；（先剪后干）橫向進板 進板方向與單板纖維方向垂直；（先干后剪）網(wǎng)帶式 上網(wǎng)帶用于支承和傳送，下網(wǎng)帶用于壓緊。厚0.5mm以上的單板都可以傳送。輥筒式 采用上下成對的輥筒組，依靠轉(zhuǎn)動和摩擦力帶動單板前進。適合于傳送厚度1mm以上的單板，干燥后的單板平整度優(yōu)于網(wǎng)帶式。4.2.1.3 按熱空氣循環(huán)方式縱向通風干燥機 熱空氣沿干燥機長度方向循環(huán)。已不常用

4、。橫向通風干燥機 熱空氣沿干燥機寬度方向循環(huán)。干燥速度高，效果好，目前廣泛使用。4.2.2 單板干燥機4.2.2.1 單板干燥機的類型1、對流加熱干燥機2、紅外線對流-加熱混合式干燥機 紅外線被物體吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，對木材的最大穿透深度12mm，適合于干燥薄單板。3、微波-對流加熱混合式干燥機 微波干燥原理類似高頻介質(zhì)加熱，具有選擇加熱特性。4、熱板干燥機4.2.2.2 噴氣式網(wǎng)帶干燥機噴氣式網(wǎng)帶干燥機是一種連續(xù)的單板干燥設(shè)備。由干燥段和冷卻段組成。干燥段通過熱空氣循環(huán)，加熱單板，加速單板內(nèi)水分排出，可由若干分室組成（每室長約2m），干燥段越長，單板傳送速度越快，干燥能力越強；冷卻段通入冷風冷

5、卻，可以消除單板的內(nèi)應(yīng)力，同時利用單板內(nèi)的溫度梯度蒸發(fā)一部分水分，冷卻段一般由12個分室組成。噴氣式網(wǎng)帶干燥機利用高溫高速熱氣流從單板帶的兩面垂直噴射在板面上，沖破單板表面的臨界層，使單板干燥速度大大加快，為單板連續(xù)干燥創(chuàng)造了必要的條件。三層網(wǎng)帶式單板干燥機生產(chǎn)現(xiàn)場4.2.2.3 橫向循環(huán)輥筒式干燥機分為多個干燥分室，每一個分室都安裝風機和加熱器。加熱器應(yīng)根據(jù)干燥過程不同階段的吸熱要求適當分配。介質(zhì)溫度沿干燥機長度方向依次減小。干燥機后段的介質(zhì)溫度不宜過高，以免影響單板力學性能?？稍O(shè)置機械進板裝置，降低勞動強度。三層噴氣輥筒式干燥機輥筒干燥機進料裝置輥筒干燥機內(nèi)部圖4.2.3 單板干燥質(zhì)量評價

6、單板干燥質(zhì)量主要從干縮、變形、含水率及其分布等方面進行評價。4.2.3.1 單板干縮特點：先由寬度方向局部干縮，再從厚度方向干縮。4.2.3.2 單板變形1、變形原因木材的結(jié)構(gòu)因素；干燥過程中，單板邊緣部分水分比中間部分蒸發(fā)快，邊緣部分的干縮受到限制，導致邊部生產(chǎn)波浪形甚至開裂。2、減少變形的措施逐張干燥時，邊部重疊12cm，減小邊部水分蒸發(fā)速度；帶狀干燥時，兩邊6mm寬度上噴水，增加邊部含水率；連續(xù)干燥時，單板兩段貼加強膠帶，提高橫紋強度，防止端向開裂。4.2.3.3 單板含水率分布含水率偏差的原因：心邊材初始含水率差異，在干燥機中的位置不同等。連續(xù)檢測干燥后的單板含水率。干燥單板堆放24h

7、后再使用。4.2.4 影響單板干燥質(zhì)量的因素4.2.4.1 干燥介質(zhì)1、熱空氣溫度熱空氣溫度升高，含水率梯度、壓力梯度、水蒸氣擴散系數(shù)及水分傳導系數(shù)均增加，單板內(nèi)水分蒸發(fā)速率增大。恒速干燥階段，干燥速率與干球溫度或干濕球溫差幾乎成直線關(guān)系；在減速干燥階段，干球溫度對干燥速率的影響大于干濕球溫差。2、熱空氣相對濕度干球溫度一定時，干濕球溫差大，則干燥速率大；單板含水率高，干濕球溫差的影響程度大，反之則小。干球溫度高，相對濕度對干燥時間的影響小；干球溫度低，相對濕度對干燥時間的影響大；3、熱空氣風速對于對流干燥機，風速12m/s，風速超過2m/s，對干燥速率影響已經(jīng)很小。如果再提高風速，動力消耗則

8、大大增加。對于噴氣式干燥機，風速達到1520m/s，才能有效破壞單板表面的臨界層，達到提高水分蒸發(fā)速率的效果。4、熱空氣噴射方式高速氣流垂直噴射于單板表面，提高熱傳導效率，加速內(nèi)部水分擴散，縮短干燥時間4.2.4.2 單板條件1、樹種與初始含水率一般情況下，密度大的樹種，細胞壁較厚，細胞腔較小，在低含水率范圍，水分傳導阻力大，干燥速率降低。同一樹種、同一厚度的單板，初始含水率高，干燥時間延長。2、單板厚度厚度越大，水分傳導和水蒸氣擴散的路程及阻力增大，干燥速率下降，干燥時間延長。單板厚度與干燥時間的關(guān)系：t=t0(d/d0)nn為系數(shù)，一般取1.3。4.4 刨花干燥4.4.1 刨花干燥目的與要

9、求4.4.1.1 干燥目的使刨花的含水率均勻一致;使刨花的含水率達到規(guī)定的要求。4.4.1.2 刨花干燥的基本要求1、達到均勻一致的終含水率：表層36，芯層24；2、盡量避免刨花破碎；3、有可靠的防火防爆措施。原料種類絕對初含水率水運材120生材6070陸地貯存12月的木材4060膠合板廠加工剩余物（濕）6575膠合板廠加工剩余物（干）812家具廠邊條廢料（干）1220工廠（機床）刨花12204.4.1.3 含水率偏差的影響1、含水率過低1）運輸與伴膠時，增加刨花的破碎率；2）刨花過量吸膠造成表面缺膠，使刨花板強度下降；3）塑性差，難壓縮，需增大加壓壓力；4）板坯熱傳導速率降低。2、含水率過高

10、1）需延長熱壓時間；2）熱壓時容易發(fā)生分層和鼓泡現(xiàn)象。4.4.2 刨花干燥方式4.4.2.1 刨花干燥方式1、間接接觸傳熱和機械傳動干燥如：轉(zhuǎn)子式干燥機，滾筒干燥機等；2、直接接觸傳熱和氣流傳動干燥如：單通道氣流干燥機，三通道圓筒式氣流干燥機等；3、直接接觸傳熱和機械傳動干燥如：多層帶式干燥機，爐氣加熱圓筒干燥機等。4.4.2.2 滾筒式干燥機（輥筒干燥機）工作過程：外殼圓筒由兩對導輪支承，電動機經(jīng)無級減速后帶動圓筒回轉(zhuǎn)。圓筒安裝成一定傾斜度，并在圓筒內(nèi)有導向葉片，在圓筒回轉(zhuǎn)時，將刨花逐漸推向出口。圓筒一端有進汽管，另一端有排氣管，內(nèi)部有加熱管。干燥參數(shù)：圓筒調(diào)速范圍2.525r/min，圓筒

11、內(nèi)氣流速度 1.52.5m/s，蒸汽溫度140，排濕口廢汽溫度80。早期國內(nèi)刨花板生產(chǎn)常用的干燥設(shè)備。刨花板廠的滾筒干燥機滾筒刨花干燥機4.4.2.3 轉(zhuǎn)子式干燥機結(jié)構(gòu)：圓筒外殼、由多組加熱管束組成的轉(zhuǎn)子、空心軸、封頭和導管等組成。工作過程：蒸汽或熱油從導管經(jīng)封頭進入加熱管，刨花從進料口進入干燥機，直接與加熱管接觸，進行熱交換，同時借助于裝在轉(zhuǎn)子上的導向葉片，沿著干燥機作軸向移動。目前國內(nèi)最常用的刨花干燥設(shè)備。4.4.2.4 三通道干燥機組成:燃燒室、三層同軸干燥筒和排氣系統(tǒng)等組成。燃料：油、天然氣、煤或木粉。干燥參數(shù)：進口溫度500550，出口溫度125；內(nèi)層圓筒的刨花前進速度20m/s，中

12、間通道67m/s，外層通道45m/s。內(nèi)層刨花由氣流傳送，在懸浮狀態(tài)下干燥；進入中間和外層通道，從氣流中落下的濕重刨花被轉(zhuǎn)動圓筒內(nèi)的葉片帶起重返氣流中，干燥快的碎小刨花隨氣流排出，保證了干燥刨花的含水率均勻。4.4.2.5 爐氣加熱滾筒干燥機結(jié)構(gòu)：與間接加熱滾筒干燥機類似，但圓筒內(nèi)無蒸汽加熱管，干燥筒前為燃燒室，使用煤、重油、鋸屑或廢木材作燃料。干燥參數(shù)：爐氣進口溫度300400，流經(jīng)干燥機速度為13m/s，出口溫度約200，可再循環(huán)送回燃燒室。4.4.2.6 噴氣式氣流干燥機（渦流干燥機）結(jié)構(gòu)與工作原理：臥式固定圓筒，全長裝有導向葉片，并有導向槽，葉片與圓筒的縫隙構(gòu)成“噴嘴”。爐氣經(jīng)噴嘴成切

13、線方向進入圓筒后呈螺旋運動，輸送和干燥刨花。控制安裝在筒底空氣進口縫隙內(nèi)的葉片，可改變爐氣的旋轉(zhuǎn)角度和刨花前進速度，從而控制刨花在圓筒內(nèi)的干燥時間，達到規(guī)定的含水率。導向葉片與軸線安裝成不同角度：始端10，到末端漸變?yōu)?0和40。刨花迅速通過始端，中段以中速前進，末端則為回流。加熱方式：熱爐氣直接加熱，入口溫度350，出口溫度120150。4.4.3 影響刨花干燥工藝的因素4.4.3.1 樹種和初始含水率針葉樹材的刨花干燥速度快,干燥時間短(圖)。初始含水率高的原料，干燥時間長。4.4.3.2 刨花尺寸刨花厚度越大，干燥時間越長。大尺寸刨花比小尺寸刨花需要更多的干燥時間，如有條件，大小刨花應(yīng)分

14、開干燥。4.4.3.3 干燥介質(zhì)狀態(tài)介質(zhì)溫度：根據(jù)刨花初始含水率確定最高干燥溫度；濕度：相對濕度越低，干燥速度越快。4.4.3.4 環(huán)境條件環(huán)境的溫度和濕度影響，氣溫較高、濕度較低時，可適當降低干燥溫度或縮短干燥時間。4.5 纖維干燥 4.5.1 纖維干燥目的對于中密度纖維板生產(chǎn)，熱壓前板坯含水率要求在8%12%，而熱磨纖維的含水率為40%50%，施膠后達到50%60%，故必須進行纖維干燥。4.5.2 干燥方式最早使用滾筒干燥機,隨后出現(xiàn)了噴氣干燥機,目前廣泛采用的是一級或二級管道氣流干燥系統(tǒng)（閃擊式管道干燥機）。先施膠再干燥，先干燥再施膠 。先干燥再施膠施膠均勻性較差，纖維易結(jié)團，會導致板坯

15、鋪裝不均，影響產(chǎn)品密度與厚度穩(wěn)定性，以及產(chǎn)生板面膠斑、膠塊等缺陷先施膠再干燥優(yōu)點：施膠均勻，干燥工藝易控制，減少著火的幾率，不需伴膠機，簡化工藝流程。缺點：少量膠粘劑提前固化，略增加施膠量。4.5.3 管道干燥系統(tǒng)現(xiàn)代干燥系統(tǒng)的組成：燃燒爐、空氣預熱器、干燥管道、風送系統(tǒng)、旋風分離器、檢測控制裝置與防火設(shè)施等。主干燥管道通常為70100m長、直徑約11.5m。4.5.3.1 一級干燥系統(tǒng)纖維一次干燥達到最終含水率要求。纖維干燥介質(zhì)溫度130170，出口溫度6568。纖維在管道內(nèi)的時間57s。干燥過程：一級干燥系統(tǒng)分為前后兩段，前段稱為加速段，管徑略小，熱介質(zhì)流速高，濕纖維與熱介質(zhì)有較大的速度差

16、，因而纖維水分可以快速汽化，含水率急劇下降。后段稱為干燥段，管徑略有加大，熱介質(zhì)流速減小，纖維干燥主要依靠纖維與熱介質(zhì)之間的溫度差來完成。特點：干燥時間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，熱損傷小，但干燥溫度高，著火幾率大。4.5.3.2 二級干燥系統(tǒng)干燥介質(zhì)溫度一般在200以下，纖維干燥分兩步進行，第一級管道實現(xiàn)纖維的快速干燥，第二級管道較長，熱介質(zhì)溫度比前級為低，纖維有較長的滯留時間，避免過熱而損傷纖維和膠粘劑提前固化。第一級入口溫度180(可提高至300 )，出口溫度70，出口纖維含水率2022；第二級入口溫度120，出口溫度65，出口纖維含水率513。特點：干燥質(zhì)量好，能精確控制含水率在0.5

17、以內(nèi)，熱消耗較低，纖維干燥溫度較低，可以減少著火幾率；但二級干燥系統(tǒng)明顯比一級復雜，耗電量大，投資略高，占地面積也大，比較適合大規(guī)模生產(chǎn)線。管道干燥系統(tǒng)4.5.4 干燥管道的類型按干燥管道的結(jié)構(gòu)，分為：直管型、脈沖型和套管型三種。1、直管型 主干燥管為直徑1m左右的直管，結(jié)構(gòu)簡單，投資小，應(yīng)用廣泛，但結(jié)構(gòu)不緊湊。2、脈沖型 管道的管徑交替變化，使纖維不斷加速和減速，提高干燥效率。3、套管型 管道由不同直徑的導管套在一起，形成一個同心的干燥器。改進的脈沖型特點：在擴大區(qū)切線方向?qū)攵螝饬?，形成附加的高紊流，使纖維旋轉(zhuǎn)?？刂贫螝饬髁髁浚汛掷w維的速度限制在最佳的懸浮點，延長其干燥時間，而細小纖

18、維在主氣流升力作用下優(yōu)先通過。套管型特點：設(shè)備緊湊，熱效率高。但存在纖維阻力大，動力消耗大，纖維易沿管道堆積等缺點。4.5.5 干燥系統(tǒng)的風壓形式4.5.5.1 正壓系統(tǒng)(壓出式)特點是纖維在風機的熱空氣出口管道后進入干燥管道，是目前常用的一種方式，但風機在高溫下作業(yè)，增加了風機主軸和軸承的磨損。4.5.5.2負壓系統(tǒng)(吸入式)特點是纖維不經(jīng)過風機，風機只吸出濕空氣，但是風壓受到限制，尤其是離心式風機，所形成的真空度有限，若加大風速，只能增加風機容量，因此動力消耗較大。4.5.6 纖維干燥工藝參數(shù)的控制施膠后的濕纖維含水率5060；干纖維含水率8%14%；干燥介質(zhì)溫度：110170；氣流速度2

19、022m/s；送料濃度：1220m3/kg（絕干纖維）；干燥出口溫度：70 90 。4.6 干燥過程控制4.6.1 含水率控制4.6.1.1 含水率測量1、質(zhì)量法稱量干燥前和絕干質(zhì)量，利用下面公式計算：W=(G-G0)/G0 100%G-干燥前物料質(zhì)量（g），G0-絕干物料質(zhì)量（g）。此方法簡單可靠，但是只能對一批物料檢驗，存在局限性。2、微波測量法利用被吸收微波能量與物料水分含量的關(guān)系原理。含水率越高，吸收率越大。此方法測定范圍較廣，但對單板厚度變化和木材結(jié)構(gòu)均勻程度及水分分布均勻性比較敏感。3、介質(zhì)常數(shù)測量法 利用木材對5000MHz的高頻阻抗隨含水率的不同而變化。測量范圍012。校正后短

20、期使用較準確，長期使用會產(chǎn)生讀數(shù)不準的現(xiàn)象。4、相對濕度測量法從物料表面連續(xù)抽取空氣樣品，測量其相對濕度，并用含水率表示出來。缺點是受溫度和大氣濕度的影響，導致讀數(shù)不準。5、紅外線測量法 利用物料對波長12m的光束的不同吸收程度而設(shè)計。物料表面粗糙度、車間光線、使用時間等會影響讀數(shù)準確性。6、電阻測量法利用木材的電阻因含水率不同而不同的原理。溫度對測量結(jié)果有一定影響。4.6.1.2 含水率的自動調(diào)控含水率探測儀（MX）不斷對成型板坯含水率測量，并顯示出來（MI），含水率及其設(shè)計參數(shù)（MR）經(jīng)分析處理后，由含水率控制器（MC）發(fā)出指令，控制調(diào)制器（SP）調(diào)整干燥介質(zhì)溫度控制器（TC）的溫度參數(shù)（TR），并通過溫度探測器（TX）控制。4.6.2 防火控制4.6