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木材干燥与微波设备的操作原理特点

点击次数:128  发布时间:2019-01-21
  木材高频与微波干燥的原理及特点
 
  1.1高频与微波干燥的原理
 
  木材微波(高频)干燥是把湿木料作为一种电介质,置于微波(高频)交变电磁场中,在频繁交变的电磁场作用下,木材中的极化水分子迅速旋转,相互摩擦,产生 热量,从而加热和干燥木材。其具体的发热机理大致有三种:1木材内的离子在微波(高频)电磁场的作用下迅速移动,引起离子导电损耗热效应。2木材物质非结 晶区域存在许多羟基等极性偶极子基团和吸着在亲水性羟基上的吸着水分子,其在交变电磁场作用下能够发生频繁取向运动而引起介质损耗热效应。3木材中的极化 水分子随着交变电磁场方向的变化而迅速旋转,相互摩擦,产生热量。由于木材中水的相对介电常数和损耗系数大,在微波场作用下发热量多,因此在干燥时, 一般认为是木材中的极化水分子发生频繁的取向运动而产生热量,从而实现对木材的干燥。
 
  1.2高频与微波干燥的特点
 
  在常规干燥中,干燥介质主要通过对流或热传导的形式将热量传到木材表面,木材表面再以热传导的方式将热量传递到木材内部,使得木材整体温度升高。这种加热 方式的加热效率较低,加热时间长。而用微波(高频)加热木材时,热量不是从木材外部传入,而是通过交变电磁场与木材中极性分子(主要为水分子)的相互作用 而直接在木材内部发生,其热量的产生具有即时性和整体性。只要木料不是特别厚,木料沿整个厚度方向能同时热透,热透时间与木料厚度基本无关。与常规干燥相 比,微波(高频)干燥具有一系列优点:
 
  干燥速率快,时间短 用微波(高频)加热木材时,木材内部温度急剧升高,水分迅速蒸发,水蒸气快速膨胀,使得木材半封闭细胞腔内的压力急剧上升,在木材内外形成较高的压力差, 该“压差”迫使木材内部水份快速向外迁移,从而极大地提高木材干燥速率。再者,微波(高频)作用于木材,可以破坏木材细胞壁上的纹孔膜,甚至薄壁细胞,使 木材内部的通透性增加,从而在很大程度提高了木材内的水分迁移性能。因此在微波(高频)干燥过程中,木材的干燥速率要远高于常规干燥,其比值一般在十几甚 至几十以上。如将木材含水率由35%~40%降至20%,其总的烘干时间约为5~15分钟,干燥速率是常规蒸汽干燥的20~30倍。
 
  干燥质量好,节约木材 微波(高频)是一种穿透力较强的电磁波,它能穿透木材一定的深度,向被加热木材内部辐射微波电磁。?贫?浼??肿拥木缌以硕????攘。如用频率为 915MHz和2450MHz的微波对具有很高含水率的木材进行加热或干燥时,微波在木材中穿透深度分别可达16cm和6cm。而当木材含水率较低时,其 穿透深度可达二十几厘米,甚至更大,能满足厚方材干燥的要求。因此,微波(高频)加热过程能在整个木材内同时进行,升温迅速,大大缩短了常规加热中热传导 的时间。除了特别厚的木材外,一般可以做到表里一起均匀加热。
 
  由于在微波(高频)干燥过程中,木材内部受热均匀,温度梯度和含水率梯度。?洳??母稍镉ασ残。因此,如果能控制好微波(高频)输出的功率大小、干燥时间和通 风排湿,微波(高频)干燥的质量比常规蒸汽干燥更容易得到保证,从而提高木材利用率至少5%以上。另外,由于微波(高频)加热具有独特的非热效应(生物效 应),微波(高频)干燥可以在较低温度下更彻底杀灭各种虫菌,消除木制品虫害,避免常规干燥中可能出现的木材生菌、长霉现象。
 
  能量利用效率高 常规干燥中,设备预热、传热损失和壳体散热损失在总的能耗中占据较大比例。用微波(高频)进行加热时,湿木材能吸收绝大部分微波能,并转化为热能,而设备 壳体金属材料是微波(高频)反射型材料,它只能反射而不能吸收微波(或极少吸收微波)。因此,组成微波(高频)加热设备的热损失仅占总能耗的极少部分。再 者,微波(高频)加热是内部“体热源”,它并不需要高温介质来传热,使得绝大部分微波能量被湿木材吸收并转化为升温和水分蒸发所需要的热量,形成了微波 (高频)能量利用的高效性。与常规电加热方式相比,微波(高频)加热一般可省电30%~50%。
 
  可直接用来干燥木质半成品 人类自古以来对实木进行加工利用时,无一例外都是先将木材干燥后再加工。这是由于如果先下料制成形后再干燥,成型的木构件在干燥过程中只要略有变形、开 裂,就不能使用,而微波(高频)干燥能基本保持木构件的原样,不变形、不开裂。因此,可以利用微波(高频)直接对木质半成品进行干燥,干燥好后再对半成品 进行精加工。这样不仅可以节约能源,降低干燥成本,还可以提高提高木材利用率15%~20%。
 
  此外,微波(高频)干燥还具有工艺流程简单(如不需要浸泡、蒸煮、喷蒸等工艺),易于实现设备操作自动化的优点。
 
  与常规干燥方法相比,微波(高频)干燥也存在一些缺点或不足:1微波(高频)干燥所用能源为高价位的电能,干燥成本一般较高,缺乏价格竞争优势。2木材微 波(高频)干燥设备复杂,投资较大。 然而,在一定的条件下,微波(高频)干燥是可行的,它主要适宜于干燥厚方材、珍贵材和初含水率在纤维饱和点附近的木材。其中,高频电磁波波长比微波波长 长,穿透木材内部的深度更深,适合干燥更厚的木材。
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