干木材技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、干燥能耗偏高，对环境的污染不容忽视

我国现有的各种干燥设备中，蒸汽干燥占80%以上。而炉气和直火式烟气干燥则在小型企业中较多。蒸汽干燥以锅炉作供热设备，我国工业锅炉及其管网的平均热效率只有60%，同时蒸汽干燥的进、排气热损失较大，约占蒸汽热能的40%，此外还有墙体大门等的散热损失，故使蒸汽干燥的一次能源利用率一般低于30%。干燥能耗高，不仅使产品成本增加，而且使锅炉与干燥室排出的烟尘与废气增多，从而增加了这些有害物质对大气的污染。以年干燥能力为1万立方米材的蒸汽干燥车间为例，约需配4吨/h的锅炉一台，它每小时排出的有害物质为：烟尘量约40kg、CO2：1900立方米、SO2：45立方米，还有少量的NO2，这些物质是造成大气温室效应、酸雨和臭氧破坏的主要因素。据有关资料报道，在全球监测网上，对40个颗粒污染最严重的城市排序中，沈阳、西安、北京、上海和广州进入前10名。由于能源对环节的贡献率可达70%~80%，故木材干燥的节能问题必须予以重视。

2、陈旧简陋的设备较多，干燥的降等损失严重

目前我国多数中小型（尤其小型）木材加工厂，干燥设备陈旧简陋，操作人员素质低、多数未经专业培训，导致由于干燥不当而引起的木材降等损失相当严重，一般大于20%，其中约5%的木材则完全失去使用价值。据不完全统计，全国这类设备的年干燥总量在100万立方米左右，以降等20%计，每立方米材的降等损失按50元计，则直接经济损失在1000万元以上。以5%木材失去使用价值计，则浪费的森林资源在5万立方米以上。然而，微波干燥设备造型美观，操作简单，大大降低了设备及人为所造成的损失，从而提高了木材产品的质量。

第二节 产品工艺特点或流程

木材真空干燥工艺按不同的加热方式可分为对流加热间歇真空干燥、热板加热连续真空干燥和高频加热真空干燥三种方式。

1、对流加热间歇真空干燥工艺

对流加热间歇真空干燥主要由常压加热和真空脱水交替进行的若干个循环过程组成。典型的干燥流程如下：

对流加热间歇真空干燥工艺

如从总体上把握，真空干燥也可分为预热、干燥、调湿处理三个阶段：

1）预热

预热与干燥阶段的区分并不明显，很显然，第一个循环加热就是预热。但预热和加热作用却是不同的。木材预热阶段通常需作汽蒸处理，目的是改善木材的透气性，消除表面硬化现象。有些树脂含量较高的树种经预热阶段的汽蒸处理后，还可起一定的脱脂作用，使木材升值。预热温度一般100℃，可按木材厚度，1cm厚汽蒸1.0~1.5h来确定需汽蒸的时间。

2）干燥

干燥阶段包括若干个循环过程。

3）加热

目的是为木材中水分蒸发和移动提供能量。加热时空气介质的湿度被控制在与木材表层含水率相平衡的水平，使木材在加热过程中基本上不蒸发水分。要做到这点是很难的，在实际操作中，往往根据木材干燥难易程度，对难于材，采用较高的湿度加热，使木材在加热阶段表层适当增湿；对易干材，采用较低的湿度加热，使木材在加热阶段就适当脱水，提高真空干燥的效率。木材加热时间根据木材中心温度确定。不同树种木材通常设定不同的加热介质温度。为节省加热时间，当木材中心温度与介质温度之差达8~15℃时，就停止加热。此时，关闭加热器和风机，准备转入真空脱水阶段。

4）平衡

在转入真空阶段前，木材的表层温度均明显的高于内层，如果立即启动真空泵，木材表层水分将大量蒸发，容易产生较大的含水率梯度，使木材开裂。因此，在加热与真空之间往往设一段平衡时间（20~30min），以减小木材心、表层的温差。平衡处理对干燥厚木材及一些难干材尤为重要；有些栎类木材，在平衡处理时，往往还要对木材表面喷雾状水滴，进一步降低木材表层温度，增加表层湿度。这样可较有效地防止干燥开裂的发生。

5）真空

抽真空阶段才是真正的干燥阶段。木材中水分主要是在该阶段排出的。真空阶段已停止加热，木材中水分蒸发所需热能都是在加热阶段获得的。在真空作用下，木材中水分剧烈蒸发，使木材温度迅速下降。当木材中心温度降到与室内真空度所对应的水的沸点附近时，木材中水分蒸发就基本停止了。因此可根据木材中心温度值确定抽真空的时间。如真空阶段，最大真空范围通常在0.015~0.005MPa之间，当木材中心温度接近55~40℃时，就可结束真空阶段，进入下一个加热、真空循环过程了。真空过程中，木材中心温度变化还与木材干燥的难易程度有关。在同样条件下，木材中心温度能随着真空度提高迅速下降的，真空干燥速度快，不会出现干燥开裂现象。木材中心温度下降速度慢的，真空干燥速度慢，容易开裂。因此，在真空阶段，应该根据木材干燥的难易程度，选择不同的抽真空速度和抽真空时间。

6）泄压

真空阶段结束后，应将真空恢复到常压。真空干燥筒上通常装有泄压阀，与大气相通。泄压时可喷入适量蒸汽，使木材表面吸湿，对一些难干材，喷蒸量可适当增大，使其在真空干燥过程中始终维持较小的含水率梯度。

7）调湿

经过若干个加热、真空循环，木材的含水率达到预定值后，可进行适当的调湿处理。调湿处理可在常压下进行。处理温度一般较基准温度低5~10℃，时间为5~24h。在真空阶段后直接喷入蒸汽，作调湿处理，可使处理时间缩短为2~4h。

对流加热间歇真空干燥法是生产采用较多的一种方法，近年来，国内研究较多。上表所列的有关树种木材间歇真空干燥工艺基准可供干燥时选用。

2、热板加热连续真空干燥工艺

工艺过程分预热、干燥和调湿处理三个阶段。

1）预热

通常在常压下进行，预热温度比基准中的初始温度低5℃左右。预热时间以木材中心达到预定温度为准。也可按经验确定预热时间:对硬质材，每厚lcm预热2.0~2.5h；对半硬质材和软材，每厚lcm预热1.5h。

2）干燥

木材预热到预定温度后，启动真空泵即转入干燥阶段。干燥阶段真空度范围在0.08~0.093MPa之间。在干燥过程中、依木材的树种、厚度和含水率阶段不同，采用不同的干燥温度（一般指流入加热板的热水温度）。木材达到终含水率要求后，即关闭真空泵，停止加热。

3）调湿处理

热板加热真空干燥木材的终含水率均匀性较差，干燥结束后须作调湿处理。方法是，停机后将木材密闭在干燥筒中陈放若干小时。此时木材中心的水分继续向外移动，有助于木材终了含水率趋于平衡。

3、高频加热真空干燥工艺

干燥过程可分为预热和干燥两部分，通常不需要作调湿处理。

先启动高频发生器，将木材加热到80~90℃，即可启动真空泵，使真空室内真空度保持在0.01~0.02MPa之间。在干燥过程中主要控制木材中心温度变化，木材温度达到预定值后即切断高频输出，防止木材因温升过高而开裂。

参照木材高频对流联合干燥基准，提出高频真空干燥基准。

高频真空干燥参考基准

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

自本世纪以来，我国的木材供应已经出现了重大的结构性变化，其表现为，一是工业速生材的比例逐渐加大；二是进口材的比例迅速上升。在另一方面，作为木材加工业中的耗能大户，木材干燥占木材加工能耗的40-70%，而干燥的热效率普遍偏低，通常仅在30-40%之间；此外，干燥过程造成的污染又常常是我国环境污染的一个重要来源，以年干燥能力1万立方米的蒸汽干燥车间为例，每小时排出的有害物质约为：烟尘量约40Kg、二氧化碳1900立方米、二氧化硫45立方米，还有少量的氧化氮，这些物质是造成大气温室效应，酸雨和臭氧破坏的主要因素。由于能源对环保的贡献率可达70-80%，因此干燥技术的节能和环保问题尤显重要。

所以，今后的木材干燥技术的创新发展基本有以下三个方面：

1、加强理论创新，如在木材水分迁移机理和木材中水分三维空间流场、木材应力释放机制等基础研究方面在理论上要有所突破。

2、针对我国木材资源的特点重视新技术的研究和技术集成创新，如对我国不断扩大的短周期人工林木材，要进一步深入研究木材干燥与木材改性改良相结合的组合干燥技术。

3、是倡导绿色干燥，进一步节能减排，如推广生物质能源利用，进一步推广太阳能干燥技术等。

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