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1、4 人造板基本单元的干燥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 木质原料单元干燥的基本原理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
2、料表面水分汽化；物料内部水分向表面移动。4.1.1.2 干燥过程的三个阶段1、预热阶段、预热阶段预热阶段通过干燥介质与干燥单元直接接触,使物料温度快速上升,此阶段一般不蒸发水分。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主，且蒸发速率不变。3、减速干燥阶段、减速干燥阶段可分为两段：第一段蒸发剩下的自由水和大部分吸着水，第二段蒸发剩余的吸着水。其特点是：水分移动和蒸发的阻力逐步加大，干燥速率逐步降低，供给的热量除蒸发水分外，还使干燥单元温度上升。4.1.2 干燥曲线干燥曲线温度曲线曲线 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
3、减速干燥 部分自由水和吸着水蒸发4.2 单板干燥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 单板干燥方式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
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。4.2.2 单板干燥机4.2.2.1 单板干燥机的类型1、对流加热干燥机2、红外线对流-加热混合式干燥机 红外线被物体吸收后转化为热能，对木材的最大穿透深度12mm，适合于干燥薄单板。3、微波-对流加热混合式干燥机 微波干燥原理类似高频介质加热，具有选择加热特性。4、热板干燥机4.2.2.2 喷气式网带干燥机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，加热单板，加速单板内水分排
5、出，可由若干分室组成（每室长约2m），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，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12个分室组成。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。三层网带式单板干燥机生产现场4.2.2.3 横向循环辊筒式干燥机分为多个干燥分室，每一个分室都安装风机和加热器。加热器应根据干燥过程不同阶段的吸热要求适当分配。介质温度沿干燥机长度方向依次减小。干燥机后段的介质温度不宜过高，以免影响单板力学性能。可设置机械进板装置
6、，降低劳动强度。三层喷气辊筒式干燥机辊筒干燥机进料装置辊筒干燥机内部图4.2.3 单板干燥质量评价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。4.2.3.2 单板变形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
7、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。连续检测干燥后的单板含水率。干燥单板堆放24h后再使用。4.2.4 影响单板干燥质量的因素4.2.4.1 干燥介质1、热空气温度热空气温度升高，含水率梯度、压力梯度、水蒸气扩散系数及水分传导系数均增加，单板内水分蒸发速率增大。恒速干燥阶段，干燥速率与干球温度或干湿球温差几乎成直线关系；在减速干燥阶段，干球温度对干燥速率的影响大于干湿球温差。2、热空气相对湿度干球温度一定时，干湿球温差大，则干燥速率大；单板含水率高，干湿球温差的影响程度大，反之则小。干球温度高，相对湿度对干燥时间的影响小；干球温度低，相对湿度对干燥时间的影响大；3、热空
8、气风速对于对流干燥机，风速12m/s，风速超过2m/s，对干燥速率影响已经很小。如果再提高风速，动力消耗则大大增加。对于喷气式干燥机，风速达到1520m/s，才能有效破坏单板表面的临界层，达到提高水分蒸发速率的效果。4、热空气喷射方式高速气流垂直喷射于单板表面，提高热传导效率，加速内部水分扩散，缩短干燥时间4.2.4.2 单板条件1、树种与初始含水率一般情况下，密度大的树种，细胞壁较厚，细胞腔较小，在低含水率范围，水分传导阻力大，干燥速率降低。同一树种、同一厚度的单板，初始含水率高，干燥时间延长。2、单板厚度厚度越大，水分传导和水蒸气扩散的路程及阻力增大，干燥速率下降，干燥时间延长。单板厚度与
9、干燥时间的关系：t=t0(d/d0)nn为系数，一般取1.3。4.4 刨花干燥4.4.1 刨花干燥目的与要求4.4.1.1 干燥目的使刨花的含水率均匀一致;使刨花的含水率达到规定的要求。4.4.1.2 刨花干燥的基本要求1、达到均匀一致的终含水率：表层36，芯层24；2、尽量避免刨花破碎；3、有可靠的防火防爆措施。原料种类绝对初含水率水运材120生材6070陆地贮存12月的木材4060胶合板厂加工剩余物（湿）6575胶合板厂加工剩余物（干）812家具厂边条废料（干）1220工厂（机床）刨花12204.4.1.3 含水率偏差的影响1、含水率过低1）运输与伴胶时，增加刨花的破碎率；2）刨花过量吸胶
10、造成表面缺胶，使刨花板强度下降；3）塑性差，难压缩，需增大加压压力；4）板坯热传导速率降低。2、含水率过高1）需延长热压时间；2）热压时容易发生分层和鼓泡现象。4.4.2 刨花干燥方式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。4.4.2.2 滚筒式干燥机（辊筒干燥机）工作过程：外壳圆筒由两对导轮支承，电动机经无级减速后带动圆筒回转。圆筒安装成一定倾斜度，并在圆筒内有导向叶片，在圆筒回转时，将刨花逐渐
11、推向出口。圆筒一端有进汽管，另一端有排气管，内部有加热管。干燥参数：圆筒调速范围2.525r/min，圆筒内气流速度 1.52.5m/s，蒸汽温度140，排湿口废汽温度80。早期国内刨花板生产常用的干燥设备。刨花板厂的滚筒干燥机滚筒刨花干燥机4.4.2.3 转子式干燥机结构：圆筒外壳、由多组加热管束组成的转子、空心轴、封头和导管等组成。工作过程：蒸汽或热油从导管经封头进入加热管，刨花从进料口进入干燥机，直接与加热管接触，进行热交换，同时借助于装在转子上的导向叶片，沿着干燥机作轴向移动。目前国内最常用的刨花干燥设备。4.4.2.4 三通道干燥机组成:燃烧室、三层同轴干燥筒和排气系统等组成。燃料：
12、油、天然气、煤或木粉。干燥参数：进口温度500550，出口温度125；内层圆筒的刨花前进速度20m/s，中间通道67m/s，外层通道45m/s。内层刨花由气流传送，在悬浮状态下干燥；进入中间和外层通道，从气流中落下的湿重刨花被转动圆筒内的叶片带起重返气流中，干燥快的碎小刨花随气流排出，保证了干燥刨花的含水率均匀。4.4.2.5 炉气加热滚筒干燥机结构：与间接加热滚筒干燥机类似，但圆筒内无蒸汽加热管，干燥筒前为燃烧室，使用煤、重油、锯屑或废木材作燃料。干燥参数：炉气进口温度300400，流经干燥机速度为13m/s，出口温度约200，可再循环送回燃烧室。4.4.2.6 喷气式气流干燥机（涡流干燥机
13、）结构与工作原理：卧式固定圆筒，全长装有导向叶片，并有导向槽，叶片与圆筒的缝隙构成“喷嘴”。炉气经喷嘴成切线方向进入圆筒后呈螺旋运动，输送和干燥刨花。控制安装在筒底空气进口缝隙内的叶片，可改变炉气的旋转角度和刨花前进速度，从而控制刨花在圆筒内的干燥时间，达到规定的含水率。导向叶片与轴线安装成不同角度：始端10，到末端渐变为20和40。刨花迅速通过始端，中段以中速前进，末端则为回流。加热方式：热炉气直接加热，入口温度350，出口温度120150。4.4.3 影响刨花干燥工艺的因素4.4.3.1 树种和初始含水率针叶树材的刨花干燥速度快,干燥时间短(图)。初始含水率高的原料，干燥时间长。4.4.3
14、.2 刨花尺寸刨花厚度越大，干燥时间越长。大尺寸刨花比小尺寸刨花需要更多的干燥时间，如有条件，大小刨花应分开干燥。4.4.3.3 干燥介质状态介质温度：根据刨花初始含水率确定最高干燥温度；湿度：相对湿度越低，干燥速度越快。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 纤维干燥 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
15、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。4.5.3 管道干燥系统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。4.5.3.1 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。纤维干燥介质温度
16、130170，出口温度6568。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，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，热损伤小，但干燥温度高，着火几率大。4.5.3.2 二级干燥系统二级干燥系统干燥介质温度一般在200以下，纤维干燥分两步进行，第一级管道实现纤维的快速干燥，第二级管道较长，热介质温度比前级为低，纤维有较长的滞留时间，避免过热而损伤纤维和胶粘剂提前固化。第一级
17、入口温度180(可提高至300 )，出口温度70，出口纤维含水率2022；第二级入口温度120，出口温度65，出口纤维含水率513。特点：干燥质量好，能精确控制含水率在0.5以内，热消耗较低，纤维干燥温度较低，可以减少着火几率；但二级干燥系统明显比一级复杂，耗电量大，投资略高，占地面积也大，比较适合大规模生产线。管道干燥系统4.5.4 干燥管道的类型按干燥管道的结构，分为：直管型、脉冲型和套管型三种。1、直管型 主干燥管为直径1m左右的直管，结构简单，投资小，应用广泛，但结构不紧凑。2、脉冲型 管道的管径交替变化，使纤维不断加速和减速，提高干燥效率。3、套管型 管道由不同直径的导管套在一起，形
18、成一个同心的干燥器。改进的脉冲型特点：在扩大区切线方向导入二次气流，形成附加的高紊流，使纤维旋转。控制二次气流流量，把粗纤维的速度限制在最佳的悬浮点，延长其干燥时间，而细小纤维在主气流升力作用下优先通过。套管型套管型特点：设备紧凑，热效率高。但存在纤维阻力大，动力消耗大，纤维易沿管道堆积等缺点。4.5.5 干燥系统的风压形式4.5.5.1 正压系统(压出式)特点是纤维在风机的热空气出口管道后进入干燥管道，是目前常用的一种方式，但风机在高温下作业，增加了风机主轴和轴承的磨损。4.5.5.2负压系统(吸入式)特点是纤维不经过风机，风机只吸出湿空气，但是风压受到限制，尤其是离心式风机，所形成的真空度
19、有限，若加大风速，只能增加风机容量，因此动力消耗较大。4.5.6 纤维干燥工艺参数的控制施胶后的湿纤维含水率5060；干纤维含水率8%14%；干燥介质温度：110170；气流速度2022m/s；送料浓度：1220m3/kg（绝干纤维）；干燥出口温度：70 90 。4.6 干燥过程控制4.6.1 含水率控制4.6.1.1 含水率测量1、质量法、质量法称量干燥前和绝干质量，利用下面公式计算：W=(G-G0)/G0 100%G-干燥前物料质量（g），G0-绝干物料质量（g）。此方法简单可靠，但是只能对一批物料检验，存在局限性。2、微波测量法、微波测量法利用被吸收微波能量与物料水分含量的关系原理。含水
20、率越高，吸收率越大。此方法测定范围较广，但对单板厚度变化和木材结构均匀程度及水分分布均匀性比较敏感。3、介质常数测量法、介质常数测量法 利用木材对5000MHz的高频阻抗随含水率的不同而变化。测量范围012。校正后短期使用较准确，长期使用会产生读数不准的现象。4、相对湿度测量法、相对湿度测量法从物料表面连续抽取空气样品，测量其相对湿度，并用含水率表示出来。缺点是受温度和大气湿度的影响，导致读数不准。5、红外线测量法、红外线测量法 利用物料对波长12m的光束的不同吸收程度而设计。物料表面粗糙度、车间光线、使用时间等会影响读数准确性。6、电阻测量法、电阻测量法利用木材的电阻因含水率不同而不同的原理
21、。温度对测量结果有一定影响。4.6.1.2 含水率的自动调控含水率探测仪（MX）不断对成型板坯含水率测量，并显示出来（MI），含水率及其设计参数（MR）经分析处理后，由含水率控制器（MC）发出指令，控制调制器（SP）调整干燥介质温度控制器（TC）的温度参数（TR），并通过温度探测器（TX）控制。4.6.2 防火控制4.6.2.1 火灾产生的原因1、干燥介质温度过高；2、干燥机内沉积的物料长时期处于高温状态，引起自燃；3、设备或电路故障；4、物料中混有的金属或石块进入设备内，撞击产生火星等。4.6.2.2 易着火的位置1、干燥机或干燥管道；2、木片、刨花或纤维料仓；3、成型机；4、砂光粉尘输送管
22、道等。在各危险点，使用带有红外光源敏感元件或其他光电敏感装置的防火推测器。防火推测器通过通过放大器推动执行机构控制灭火系统喷射灭火剂，以及自动切断风机电源，关闭阀门等一系列作业，不使火源蔓延。（图3-37）4.6.2.1定点防护系统干燥管道内的防火4.6.2.2 含氧量控制系统热空气中的氧含量超过17%以上，就给燃烧创造了条件。只要低于17%，就不易着火，如低于13.3%，则基本上不可能燃烧。实际的干燥介质中含氧量达到18%20%。含氧量控制系统工作原理：首先将纤维干燥系统与纤维分离和成型系统隔离，使各部分运输气流系统独立封闭循环；在各独立系统中采用探测仪控制含氧量，当含氧量超过17%，打开惰性气体贮存器的阀门，放出惰性气体稀释循环气流中的氧浓度到17%以下。然后自动关闭。（图3-38）4.6.2.3 防爆系统爆炸的产生：刨花或纤维干燥过程中，如果瞬间的能量高度集中，则可能引起爆炸（图4-39时间-压力曲线）。导致粉尘爆炸的因素：物料含水率（图4-40），氧气的浓度，物料粒度，初始压力，温度等。基本防爆系统工作原理：爆炸探测器可测出被保护容器内的压力或光及火源，利用抑制器里的惰性气体，压制扩展的火焰，使混合物由于化学惰性而不能灼烧（图4-41）。
