專利名稱：木材脫水方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木材脫水方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)對木材脫水的方法一種是常規(guī)干燥法，另一種是除濕干燥法，這兩種方法工作機(jī)理相同，都是將木材置于一個(gè)常壓的環(huán)境中，再通以濕熱空氣對木材進(jìn)行干燥。干燥時(shí)木材表層水分首先蒸發(fā)，使表層含水率低于內(nèi)層，形成內(nèi)高外低的含水率梯度，在含水率梯度的作用下，內(nèi)層水分向表層移動(dòng)，含水率梯度越大，移動(dòng)速度就越快。木材內(nèi)部水分向表面移動(dòng)的同時(shí)，表面的水分以水蒸氣的形式向空中蒸發(fā)，蒸發(fā)的能力隨干燥介質(zhì)的溫度、濕度、循環(huán)速度的不同而不同。這種木材干燥方法容易生產(chǎn)干燥應(yīng)力和形變，木材干燥初期首先蒸發(fā)表層水分，含水率很快下降到纖維飽和點(diǎn)以下，隨著吸著水的減少而縮小體積，表層纖維傾向收縮，但受到未收縮的內(nèi)層纖維的限制而產(chǎn)生伸張應(yīng)力，內(nèi)層纖維受到壓縮應(yīng)力。隨著水分的繼續(xù)蒸發(fā)，表層含水率繼續(xù)降低收縮率增加，干燥應(yīng)力加大從而導(dǎo)致木材容易出現(xiàn)裂紋和彎曲。因此現(xiàn)有技術(shù)主要缺點(diǎn)是不可能大幅度提高溫度，否則意味著要用過于干燥的空氣除濕。這種做法將造成木材開裂、變形等不良后果。一般常規(guī)干燥法溫度限在80℃-90℃以下，除濕干燥法溫度低于50℃-65℃，由于常壓下的干燥方式限制了溫度的提升，最終決定了傳統(tǒng)方法干燥木材周期長、效率低、能耗大。此外常規(guī)干燥法的干燥空氣采用開式循環(huán)，即定期從干燥室排出一部分濕度大的熱空氣，同時(shí)從外界吸入等量的冷空氣，故常規(guī)干燥的換氣熱損失比較大，而除濕法由于干燥溫度太低，處理周期比常規(guī)干燥法還長，顯然不能適應(yīng)木材加工業(yè)快速發(fā)展的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種木材脫水方法及其設(shè)備，以解決目前木材脫水周期長，效率低、能耗大的問題。
本發(fā)明提供的木材脫水方法，按如下步驟進(jìn)行
a、把木材置于壓力容器中；b、對壓力容器中的木材加熱，使木材內(nèi)的水份成為高于100℃低于180℃的過熱液體；c、對壓力容器快速降壓，造成木材內(nèi)的壓力高于木材外圍的壓力，形成壓力差，使木材中的水分向外流出。
對于含水率高的木材應(yīng)重復(fù)循環(huán)步驟b和步驟c，直至木材脫水率達(dá)標(biāo)。
本發(fā)明為實(shí)施上述方法提供的設(shè)備包括一個(gè)能放入木材的壓力容器，一個(gè)為所述壓力容器提供蒸氣的蒸氣發(fā)生器，一個(gè)為壓力容器快速降壓的降壓閥，一個(gè)用于排出壓力容器中廢水的排泄閥。
本發(fā)明的工作機(jī)理是把木材放入密閉的壓力容器中，當(dāng)壓力容器中充滿過熱蒸汽時(shí)，壓力容器中的壓力已超過常壓。木材毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)的自由水及吸著水都被加熱成了過熱水蒸汽，此時(shí)對壓力容器快速開閥卸壓，使木材外圍的壓力迅速降低，造成木材內(nèi)部的壓力高于外部的壓力，從而使木材內(nèi)的水以氣態(tài)和液態(tài)形式從木材毛細(xì)管系統(tǒng)快速移出。而且這種移出是由內(nèi)及外的，木材外層受到的是來自內(nèi)層的壓力，與傳統(tǒng)方式正好相反，所以從理論上講可以防止木材干燥時(shí)發(fā)生彎曲、開裂等缺陷，在后述的試驗(yàn)中可以看到原本開裂的木材用本發(fā)明方法干燥后裂縫反而減小了，由此可以證明用本發(fā)明方法對木材脫水不僅不開裂，不縮變，還能對外層已開裂的木材在脫水后得到修復(fù)，使原有裂紋變小甚或消除。本發(fā)明方法對原生木的干燥時(shí)間只要幾個(gè)小時(shí)，而現(xiàn)有技術(shù)一般要幾十個(gè)小時(shí)，因此本發(fā)明脫水周期短、效果好，能耗低。


圖1是用本發(fā)明方法做實(shí)驗(yàn)試件1脫水前取樣照片。
圖2是圖1所示木塊浸水后的照片。
圖3是圖2所示木塊脫水后的照片。
圖4是本發(fā)明設(shè)備示意圖。
具體實(shí)施例方式
發(fā)明人就本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)室作了多次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)都證明本發(fā)明的效果是非常顯著的?，F(xiàn)將實(shí)驗(yàn)記錄如下
1.試驗(yàn)設(shè)備1.1壓力容器(見表1)表1壓力容器

1.2、101A-3型干燥箱——上海實(shí)驗(yàn)儀器廠，最高工作溫度300℃，電壓220/380V，工作室尺寸500mm×600mm×750mm，加熱功率59kw；1.3、直尺——規(guī)格0～26cm 精度0.1mm1.4、天平——規(guī)格0～1000g 精度0.1g1.5、支架2.實(shí)驗(yàn)前試件的處理(1)選擇實(shí)驗(yàn)試件，記錄試件初始狀態(tài)的重量和尺寸并對試件拍照。其中試件1的照片見圖1(其它試件見表1)，從圖1可以看出試件1有一條由表及里的裂紋(2)將試件放入水槽中浸泡12小時(shí)，讓試件飽含水分，同時(shí)記錄此時(shí)試件的重量和尺寸并對試件拍照。其中試件1的照片見圖2(其它試件見表1)，從圖2可以看出它與圖1相比除顏色稍深些，形狀和裂紋沒有變化。
3.干燥實(shí)驗(yàn)步驟3.1干燥方法按照以下順序進(jìn)行
a、在壓力容器中放入水和支架，把試件放到支架上高于水面，密封壓力容器；b、加熱壓力容器中的水，使壓力容器內(nèi)充滿過熱蒸汽，直到試件溫度達(dá)到120℃；c、打開閥門使壓力容器快速降壓，造成木材內(nèi)部蒸汽壓高于木材外圍蒸汽壓，形成的壓力差將木材中的水以氣態(tài)和液態(tài)形式從木材中推出，從而實(shí)現(xiàn)木材脫水干燥；d、重復(fù)循環(huán)步驟b、c直到木材干燥度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))。
試件1干燥后的照片見圖3(其它試件見表1)。
4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄見表1表1.干燥前后的重量變化

4.2含水率計(jì)算木材中所含的水分的數(shù)量，通常以含水率表示，即以水分重量占木材重量的百分率計(jì)算。其中由于木材重量的基數(shù)不同而區(qū)分為相對含水率和絕對含水率兩種。絕對含水率是水分重量占絕干重量的百分?jǐn)?shù)。相對含水率是水分重量占濕材重量的百分?jǐn)?shù)。本次我們采用絕對含水率，并且用烘干法來測定其含水率的數(shù)值。其計(jì)算公式為W=m1-m0m0×100%]]>式中W——絕對含水率(％)m1——含水率測定時(shí)試樣的重量(克)；m0——全干試樣的重量(克)；依照上述公式計(jì)算試件在各階段的含水率見表2表2.干燥前后的含水率變化

5、試驗(yàn)結(jié)果的分析下面結(jié)合木實(shí)驗(yàn)過程中所得的數(shù)據(jù)，把本發(fā)明方法與現(xiàn)有常規(guī)干燥和除濕干燥在以下幾個(gè)方面進(jìn)行比較5.1、周期盡量縮短干燥周期對木材干燥來說是非常重要的。但是目前普遍采用的常規(guī)干燥和除濕干燥其干燥周期都較長，一般要幾十個(gè)小時(shí)，因而很大程度上限制了木材實(shí)現(xiàn)快速干燥，同時(shí)也為連續(xù)的工業(yè)化生產(chǎn)帶來不便。然而在本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中，僅用了6個(gè)小時(shí)，使飽水木材在短時(shí)間內(nèi)得到了快速、有效的干燥。如果采用專用設(shè)備(見圖4)，干燥周期會進(jìn)一步縮短。
5.2、能耗
常規(guī)干燥空氣采用開式循環(huán)，即定期從干燥室排出一部分濕度大的熱空氣，同時(shí)從外界吸入等量的冷空氣，故常規(guī)干燥的換氣熱損失比較大。除濕干燥一般用電加熱作輔助熱源，除濕機(jī)只能回收干燥室排氣的熱量。干燥室的升溫依靠電加熱器，電耗高。故除濕干燥在電力緊張、電價(jià)高的地區(qū)節(jié)能不省錢。本實(shí)驗(yàn)所需的熱能在除單位時(shí)間內(nèi)需要較少外，還因?yàn)樗母稍镏芷诙?，因此與常規(guī)干燥和除濕干燥相比本發(fā)明方法能很大程度上節(jié)省能耗、節(jié)約開支。
5.3、干燥質(zhì)量在常規(guī)干燥和除濕干燥過程中木材的干燥是由木材的表層逐步向芯層干燥。也就是說木材的干燥是先發(fā)生在表層，然后再逐漸芯層干燥。正因?yàn)檫@樣在常規(guī)干燥和除濕干燥過程中，木材的干燥不能太快，如果干燥過快木材將產(chǎn)生開裂、彎曲等缺陷使木材降等，嚴(yán)重的將使木材失去使用價(jià)值。然而本發(fā)明方法是在壓力容器中以過熱蒸汽為介質(zhì)，通過控制壓力容器中的壓力，輪回改變壓力容器的壓力來造成木材內(nèi)外壓力差，使木材內(nèi)部蒸汽壓高于容器蒸汽壓，由這個(gè)壓力差實(shí)現(xiàn)木材內(nèi)的水以氣態(tài)和液態(tài)形式從木材中推出，從而實(shí)現(xiàn)木材脫水干燥到理想狀態(tài)。由于本發(fā)明干燥方法木材中的水分是由芯層向表層排除。所以從理論上講可以防止木材干燥時(shí)發(fā)生彎曲、開裂等缺陷。從實(shí)驗(yàn)的過程中我們發(fā)現(xiàn)干燥前原本開裂的木材在干燥后反而裂縫消失了(見圖3)，這更進(jìn)一步的說明本實(shí)驗(yàn)方法在干燥質(zhì)量方面具有較大的優(yōu)勢。
本發(fā)明方法中水分移除的過程在降壓過程中，木材細(xì)胞腔中的水分在壓差的作用下向外移動(dòng)，這個(gè)壓差是各向同性的，即細(xì)胞腔的各個(gè)方向壓力相同，然而移動(dòng)方向則是朝著阻尼方向最小的方向，無疑軸向方向是優(yōu)先方向，但木材過長時(shí)木材中部阻尼相對增大，弦向、徑向或其它方向的阻尼相對小的方向移動(dòng)。然而這只是暫時(shí)的，木材端部的水分減少后，軸向的阻尼減小，將改變木材中部水分的移動(dòng)方向?？紤]到水分在各個(gè)方向的移動(dòng)是以木材心部為起點(diǎn)的，即新方法中，最先減少水分的是木材心部，而木材表面最后干燥，所以木材中干燥而形成的應(yīng)力與傳統(tǒng)方法相反，在這種情況下，當(dāng)心部的木材因干燥收縮時(shí)，外層的木材將像箍一樣捆住它，阻止收縮開裂，而傳統(tǒng)方法中率先干燥的木材在外層，內(nèi)層木材很難對它們的收縮變形形成有效的牽制力量，因而只能通過減慢干燥速度，降低木材中含水剃度，防止形成大的應(yīng)力而造成表裂和內(nèi)裂。
6、結(jié)論本實(shí)驗(yàn)是在密閉容器中最終以過熱蒸汽加熱含水木材，再反復(fù)改變?nèi)萜鲏毫韺?shí)現(xiàn)木材干燥。通過控制密閉容器中的壓力，使木材內(nèi)部蒸汽壓高于容器蒸汽壓時(shí)形成的壓力差將水以氣態(tài)和液態(tài)狀態(tài)從木材中推出，從而實(shí)現(xiàn)木材脫水干燥到理想狀態(tài)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，初步掌握了本實(shí)驗(yàn)方法的工藝參數(shù)及本實(shí)驗(yàn)方法的特點(diǎn)，以此結(jié)果為基礎(chǔ)，通過與現(xiàn)有的常規(guī)干燥和除濕干燥進(jìn)行對比分析后，得出以下結(jié)論1、該方法改變了傳統(tǒng)木材干燥中水分移動(dòng)的方式，在壓力差的作用下，使木材中的水分快速排除，縮短了干燥周期。
2、由于本方法縮短了干燥周期，因而干燥過程中所消耗的能量也將減少，在一定程度上節(jié)約了能源。
本發(fā)明加熱壓力容器中的木材，可用各種方法進(jìn)行加熱，如用蒸汽加熱、微波加熱、爐氣加熱。
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)加工，還提供了一種設(shè)備如圖4所示，該設(shè)備主要由壓力容器1、蒸汽發(fā)生器2、降壓閥3、排污閥4組成。壓力容器1的端面設(shè)有端蓋11，揭開該端蓋可以將欲脫水的木材裝入壓力容器中。蒸汽發(fā)生器2通過開關(guān)閥5與壓力容器1連接，為壓力容器1提供過熱蒸汽。降壓閥3一端與壓力容器連通，另一端可以連接一個(gè)冷凝器6，當(dāng)壓力容器1中的木材被加熱到與蒸汽發(fā)生器2提供的過熱蒸汽同溫時(shí)，應(yīng)關(guān)閉開關(guān)閥5而打開降壓閥3對壓力容器1降壓，排除的熱量由冷凝器6吸收，此時(shí)木材中的水分由于內(nèi)外壓力差的作用開始向外流出，隨著木材內(nèi)外壓力差的減小，木材內(nèi)的向外流出的水分逐漸減少，此時(shí)應(yīng)打開開關(guān)閥5，而關(guān)閉降壓閥3，對木材進(jìn)行第二輪回的升溫升壓。如此反復(fù)循環(huán)，直到木材脫水達(dá)標(biāo)，木材中流出的水可通過排污閥4排放到污水池7中。
權(quán)利要求
1.一種木材脫水脫脂的方法，按如下步驟進(jìn)行a、把木材置于壓力容器中；b、對壓力容器中的木材加熱，使木材內(nèi)的水份成為高于100℃低于180℃的過熱液體；c、對壓力容器快速降壓，造成木材內(nèi)的壓力高于木材外圍的壓力，形成壓力差，使木材中的水分向外流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對步驟b、c反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，直到被加工的木材達(dá)標(biāo)。
3.一種實(shí)施權(quán)利要求1或2所述方法的設(shè)備，其特征在于包括一個(gè)能放入木材的壓力容器，一個(gè)為所述壓力容器提供蒸氣的蒸氣發(fā)生器，一個(gè)為壓力容器快速降壓的降壓閥，一個(gè)用于排出壓力容器中廢水的排泄閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種木材脫水方法及其設(shè)備。木材脫水方法，按如下步驟進(jìn)行a.把木材置于壓力容器中；b.對壓力容器中的木材加熱，使木材內(nèi)的水份成為高于100℃低于180℃的過熱液體；c.對壓力容器快速降壓，造成木材內(nèi)的壓力高于木材外圍的壓力，形成壓力差，使木材中的水分向外流出。實(shí)施上述方法提供的設(shè)備包括一個(gè)能放入木材的壓力容器，一個(gè)為所述壓力容器提供蒸氣的蒸氣發(fā)生器，一個(gè)為壓力容器快速降壓的降壓閥，一個(gè)用于排出壓力容器中廢水的排泄閥。本發(fā)明脫水周期短、效果好，能耗低，還能對外層已開裂的木材在脫水后得到修復(fù)，使原有裂紋變小甚或消除。
文檔編號B27K1/02GK1887545SQ20061003199
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者魏象 申請人:魏象