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木材真空干燥中蒸汽潜热回收的理论探讨

时间:2017-03-09 15:56   生产厂家:东莞市正航仪器设备有限公司    品牌:sailham正航


木材干燥是木制品生产过程中最为重要的工艺环节,其能耗约占到木制品生产总能耗的40%一70%。对木材进行正确合理的干燥处理,既是保证木制品质量的关键,又是合理利用和节约木材的重要手段。

据文献报道,北京地区常规蒸汽干燥的换气热损失在40%左右。为了节约能量。笔者通过对木材真空干燥过程中过饱和蒸汽的形成机理的介绍,应用异质核化原理,提出通过向真空干燥箱中通入凝结核,使过饱和蒸汽(由于凸形液面上方有较大的饱和蒸汽压,蒸汽就不容易在凸液面上凝聚,特别是使蒸汽凝结为液滴十分困难,因为在液滴形成的最初阶段,液滴十分小,凸面的曲率半径十分小,相应的饱和蒸汽压相当大,有时蒸汽压超过平液面上的饱和蒸汽压的好几倍,无法凝成液滴,这种蒸汽叫过饱和蒸汽)凝结的设想,从而将高温高湿的过饱和蒸汽直接转化为液滴的形式进行排放,不仅能使这部分水蒸气的汽化潜热得以重新利用,使水蒸气以液态的形式排除从而节约为保持真空度时而消耗的能量以及减少水蒸气的排放,还能减少空间水蒸气的含量而加快木材内部水分移动速率,从而提高干燥速度。

一、真空干燥过程中过饱和蒸汽的形成机理、应用设想及实验结果

1、过饱和蒸汽的形成机理蒸汽要形成液滴降落有同质核化(均质核化)和异质核化2种方式。同质核化(均质核化)是指只有水物质参与,没有其他任何物质,而组成以聚合形式出现的纯初相胚胎:异质核化是指有其他物质(气溶胶粒子)参与核化作用而产生新相胚胎。如果空气非常纯净,无杂质存在,凝结过程只能通过蒸汽分子自身聚合实现,这时发生的是均质核化凝结;在有细微颗粒存在的过饱和蒸汽环境中,微粒提供了一个汽一转化的基底,蒸汽在颗粒上发生异质核化凝结51,而在真空干燥中,由于真空度很低,而且干燥箱内绝大部分都是水蒸气,在通常情况下是进行同质核化,但是由于同质核化的液滴很小,根据开尔文公式川可以看出,只有当液滴半径大于rc,过饱和水蒸气才可能凝结。经验表明,水滴的同质核化要求湿度的条件较高,按照饱和比的要求,要达到4.7,即相对湿度为470%,而这在自然条件下是不存在的,所以真空干燥过程中水滴的同质核化是不可能的。

2、异质核化在木材真空干燥中的应用设想研究采用人工降雨的方法使得真空干燥箱内的水蒸气以异质核化的形式凝结,人工降雨主要是依据自然降雨的原理,通过飞机播撒或利用高炮,火箭从地面上发射催化剂,如碘化银、干冰、液氮等,从而降低云层温度,形成饱和水汽,或者向含有过饱和水汽的云层中撒播凝结核,增加云中的冰晶数量,进而增加雨滴的数量和直径,提高降水转化率,从而增加局地自然降水的目的。在木材真空干燥过程中,于过饱和蒸汽已经存在,此时如果在蒸汽中引入尘埃、杂质、离子等微粒,凝结就溶液发生,这是因为这些微粒表面上附上一层液体后便成为半径相当大的液滴,蒸汽的凝结就在微粒表面上发生pJ。所以向干燥箱内通人凝结核就能以人工降雨的形式将过饱和蒸汽以雨滴的形式凝结,进而利用液滴放出的汽化潜热。

1958年。兀etcherVolmer不可溶平面核化凝结经典理论基础上.首次提出了过饱和蒸汽在不可溶、表面均匀、光滑的球形颗粒上的异质核化理论1Fletcher用该理论计算了颗粒尺寸和表面特性对异质核化成核率的影响,结果表明,颗粒半径在0.010.1 laxn时,尺寸对成核率的影响较为明显;半径大于0.1m的颗粒,成核率与颗粒尺寸几乎无关;而对于半径小于0.01岬,的颗粒,成核率急剧下降,颗粒物表面特性对成核率有显著影响。所以在干燥过程中可以向干燥箱内通入半径大于0.01 la,rn的凝结核,从而让过饱和蒸汽凝结。

3、真空干燥过程中过饱和蒸汽的实验结果在真空干燥过程中,干燥温度分别取30405060708090℃,向干燥箱内通入水蒸气,最后压力均能达到0.1 MICa,而3090℃的饱和蒸汽压(1)H1均低于01 MPa。由此可以看出,在真空干燥过程中,干燥箱内水蒸气均达到了过饱和状态。

 

 

木材真空干燥中蒸汽潜热回收

 

 

二、真空干燥过程中理论节能率的理论计算

节能量的理论计算假设在木材真空干燥过程中的各个温度阶段最后的压力均为0.1 MPa,通入凝结核之后,真空干燥箱内的所有过饱和蒸汽都以液滴的形式凝结出来,最后达到该条件下的饱和状态,

 

 

木材真空干燥中蒸汽潜热回收理论

 

三、结论与讨论

研究通过对真空干燥过程中过饱和蒸汽的形成机理的介绍,对真空干燥过程中所需总能量和节能量的计算以及理论节能率的计算,得出以下结论。①在真空干燥过程中由于干燥箱内部基本上是水蒸气,其他杂质较少,所以水蒸气发生同质核化,但是由于同质核化很难进行,所以在真空干燥过程中都会产生过饱和蒸汽。②可以通过向真空干燥箱内部通入凝结核,运用人工降雨的机理对让过饱和蒸汽进行异质核化,从而使得蒸汽中过饱和部分以液滴的形式凝结。③通过理论计算,干燥l m3杉木(含水率从60%一10)可以节约的能量为75074 W,理论节能率为45.3%。④研究仅为理论计算,实际节能率需进一步实验验证。http://www.zhenghang88.com