多张单板热压干燥中的传热传质及工艺优化

【摘要】单板干燥是胶合板生产过程中的重要工序，也是能耗最多的工序。目前，我国单板干燥主要方式有两种，一种是旋切后的湿单板直接进行喷气式对流干燥，另一种是对多张经太阳晾晒含水率低于30%的预干单板进行热压干燥。针对我国单板干燥实际情况，系统研究多张预干单板热压干燥过程中温度与含水率变化以及对其工艺进行优化，不仅具有重要的理论价值，还能为实际生产提供科学指导。本文以预干柳叶桉（Eucalyptussaligna）单板为研究对象，在掌握预干单板含水率分布的基础上，测定了多张预干单板热压干燥过程中水平方向、竖直方向的温度与含水率分布；分析了多张单板温度分布、含水率分布、升温速率曲线、干燥速率曲线及干燥质量的影响因素；根据传热模型确定了不同热板温度和单板张数条件下，中间单板温度达到100℃的时间；计算了每张单板在热压干燥中所需的能耗（Q），并结合干燥后单板的接触角（CA）和弹性模量（MOE），对多张预干单板的热压干燥工艺进行了优化。取得的主要结论如下：1、通过对目前企业使用的预干柳叶桉单板进行初含水率检测发现，预干单板的初含水率均在30%之下，且服从正态分布，88%单板的含水率在15%-25%之间。同一单板不同位置的含水率比较均匀（变异系数均小于10%）。2、在压力0.2MPa，热板温度120℃，两热板间放置10张单板，热压干燥30min的工艺条件下，测定与分析了多张预干单板热压干燥中水平方向、竖直方向的温度与含水率分布。对于温度分布来说：在水平方向上，10张单板的中心温度均高于边缘温度，与热板相近的2层单板差异不显著，中间4张单板差异显著。在竖直方向上，10张单板的温度基本以中间2张单板为中心呈上下对称分布，靠近热板处单板温度高，中间单板温度低；10张单板按对称位置分为5组，组间单板温度差异显著，组内单板温度差异不显著。对于含水率分布而言：在水平方向上，单板中心的含水率高于边缘，两者间无显著差异。在竖直方向上，以中间4张单板为中心呈对称分布；10张单板按照对称位置分为4组，组间单板含水率差异显著，组内单板含水率差异不显著；热压干燥后，晾置30min，10张单板间的含水率仍存在显著差异，但极差由10.62%减小至3.56%，符合单板干燥终含水率要求。3、在压力0.2MPa，热板温度120℃，两热板间放置10张单板，热压干燥30min的工艺条件下，根据不同位置单板温度达到100℃的时间，可以将多张单板的热压干燥过程分为3个阶段：初始阶段（I），热压干燥开始至靠近热板处单板中心温度达到100℃；中间阶段（M），至中间单板中心温度达到100℃；结束阶段（E），至干燥结束。压力、热板温度、单板张数各因子，二因子及三因子间的交互作用均对单板温度分布有显著影响。压力越大、热板温度越高、单板张数越少，单板的升温速率越快。单板干燥速率随单板张数的增多而减小，随热板温度的增加而增大。中间单板含水率随时间的变化曲线为指数函数；靠近热板处单板在热压干燥5min后（即5~30min内）含水率变化与时间呈现拟合优度较高的指数关系。4、单板的宽度干缩率随压力的增加略有减小，厚度干缩率则随压力的增加而增大。宽度干缩率和厚度干缩率均随温度的升高而有所增大。单板张数越多，宽度干缩率越大，而厚度干缩率减小。单板的平整度随压力的增加、热板温度的升高、单板张数的增多而降低。多张单板热压干燥后，同一单板不同位置的含水率比较均匀（变异系数均小于8%）。5、多张预干单板热压干燥时，当中间单板温度达到100℃后取下晾置30min，其终含水率范围为9.28%~12.58%，符合单板干燥的终含水率要求。据此建立了不同热板温度和单板张数下热压干燥时间（即中间单板温度达到100℃所需时间）的传热数学模型。不同热板温度和单板张数下，由数学模型得到的热压干燥时间理论值均小于试验测量值。理论值与测量值之间的差异随热板温度的增加而减小，随单板张数的增多而增大。模型理论值与试验测量值的误差均小于20%。6、根据压力、热板温度、单板张数3因子与每张单板干燥能耗及干燥后单板接触角和弹性模量的相互关系，建立了Q、CA、MOE与3因子的非线性回归函数，基于3因子的限制条件和热压干燥实际情况，经过非线性规划求解，得到多张单板热压干燥能耗最小的工艺为：压力0.4MPa，热板温度160℃，两热板间放置5张单板，热压干燥2.5min。
【作者】韩晨静；
【导师】吕建雄；
【作者基本信息】中国林业科学研究院，木材科学与技术，2014，博士
【关键词】预干单板；热压干燥；温度分布；含水率分布；工艺优化；

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