专利名称：木材脱水方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种木材脱水方法及其设备。
背景技术：
现有技术对木材脱水的方法一种是常规干燥法，另一种是除湿干燥法，这两种方法工作机理相同，都是将木材置于一个常压的环境中，再通以湿热空气对木材进行干燥。干燥时木材表层水分首先蒸发，使表层含水率低于内层，形成内高外低的含水率梯度，在含水率梯度的作用下，内层水分向表层移动，含水率梯度越大，移动速度就越快。木材内部水分向表面移动的同时，表面的水分以水蒸气的形式向空中蒸发，蒸发的能力随干燥介质的温度、湿度、循环速度的不同而不同。这种木材干燥方法容易生产干燥应力和形变，木材干燥初期首先蒸发表层水分，含水率很快下降到纤维饱和点以下，随着吸着水的减少而缩小体积，表层纤维倾向收缩，但受到未收缩的内层纤维的限制而产生伸张应力，内层纤维受到压缩应力。随着水分的继续蒸发，表层含水率继续降低收缩率增加，干燥应力加大从而导致木材容易出现裂纹和弯曲。因此现有技术主要缺点是不可能大幅度提高温度，否则意味着要用过于干燥的空气除湿。这种做法将造成木材开裂、变形等不良后果。一般常规干燥法温度限在80℃-90℃以下，除湿干燥法温度低于50℃-65℃，由于常压下的干燥方式限制了温度的提升，最终决定了传统方法干燥木材周期长、效率低、能耗大。此外常规干燥法的干燥空气采用开式循环，即定期从干燥室排出一部分湿度大的热空气，同时从外界吸入等量的冷空气，故常规干燥的换气热损失比较大，而除湿法由于干燥温度太低，处理周期比常规干燥法还长，显然不能适应木材加工业快速发展的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种木材脱水方法及其设备，以解决目前木材脱水周期长，效率低、能耗大的问题。
本发明提供的木材脱水方法，按如下步骤进行
a、把木材置于压力容器中；b、对压力容器中的木材加热，使木材内的水份成为高于100℃低于180℃的过热液体；c、对压力容器快速降压，造成木材内的压力高于木材外围的压力，形成压力差，使木材中的水分向外流出。
对于含水率高的木材应重复循环步骤b和步骤c，直至木材脱水率达标。
本发明为实施上述方法提供的设备包括一个能放入木材的压力容器，一个为所述压力容器提供蒸气的蒸气发生器，一个为压力容器快速降压的降压阀，一个用于排出压力容器中废水的排泄阀。
本发明的工作机理是把木材放入密闭的压力容器中，当压力容器中充满过热蒸汽时，压力容器中的压力已超过常压。木材毛细管系统内的自由水及吸着水都被加热成了过热水蒸汽，此时对压力容器快速开阀卸压，使木材外围的压力迅速降低，造成木材内部的压力高于外部的压力，从而使木材内的水以气态和液态形式从木材毛细管系统快速移出。而且这种移出是由内及外的，木材外层受到的是来自内层的压力，与传统方式正好相反，所以从理论上讲可以防止木材干燥时发生弯曲、开裂等缺陷，在后述的试验中可以看到原本开裂的木材用本发明方法干燥后裂缝反而减小了，由此可以证明用本发明方法对木材脱水不仅不开裂，不缩变，还能对外层已开裂的木材在脱水后得到修复，使原有裂纹变小甚或消除。本发明方法对原生木的干燥时间只要几个小时，而现有技术一般要几十个小时，因此本发明脱水周期短、效果好，能耗低。
图1是用本发明方法做实验试件1脱水前取样照片。
图2是图1所示木块浸水后的照片。
图3是图2所示木块脱水后的照片。
图4是本发明设备示意图。
具体实施例方式
发明人就本发明在实验室作了多次实验，每次实验都证明本发明的效果是非常显著的。现将实验记录如下
1.试验设备1.1压力容器(见表1)表1压力容器
1.2、101A-3型干燥箱——上海实验仪器厂，最高工作温度300℃，电压220/380V，工作室尺寸500mm×600mm×750mm，加热功率59kw；1.3、直尺——规格0～26cm 精度0.1mm1.4、天平——规格0～1000g 精度0.1g1.5、支架2.实验前试件的处理(1)选择实验试件，记录试件初始状态的重量和尺寸并对试件拍照。其中试件1的照片见图1(其它试件见表1)，从图1可以看出试件1有一条由表及里的裂纹(2)将试件放入水槽中浸泡12小时，让试件饱含水分，同时记录此时试件的重量和尺寸并对试件拍照。其中试件1的照片见图2(其它试件见表1)，从图2可以看出它与图1相比除颜色稍深些，形状和裂纹没有变化。
3.干燥实验步骤3.1干燥方法按照以下顺序进行
a、在压力容器中放入水和支架，把试件放到支架上高于水面，密封压力容器；b、加热压力容器中的水，使压力容器内充满过热蒸汽，直到试件温度达到120℃；c、打开阀门使压力容器快速降压，造成木材内部蒸汽压高于木材外围蒸汽压，形成的压力差将木材中的水以气态和液态形式从木材中推出，从而实现木材脱水干燥；d、重复循环步骤b、c直到木材干燥度达到标准(国标或行业标准)。
试件1干燥后的照片见图3(其它试件见表1)。
4、实验结果4.1实验结果记录见表1表1.干燥前后的重量变化
4.2含水率计算木材中所含的水分的数量，通常以含水率表示，即以水分重量占木材重量的百分率计算。其中由于木材重量的基数不同而区分为相对含水率和绝对含水率两种。绝对含水率是水分重量占绝干重量的百分数。相对含水率是水分重量占湿材重量的百分数。本次我们采用绝对含水率，并且用烘干法来测定其含水率的数值。其计算公式为W=m1-m0m0×100%]]>式中W——绝对含水率(％)m1——含水率测定时试样的重量(克)；m0——全干试样的重量(克)；依照上述公式计算试件在各阶段的含水率见表2表2.干燥前后的含水率变化
5、试验结果的分析下面结合木实验过程中所得的数据，把本发明方法与现有常规干燥和除湿干燥在以下几个方面进行比较5.1、周期尽量缩短干燥周期对木材干燥来说是非常重要的。但是目前普遍采用的常规干燥和除湿干燥其干燥周期都较长，一般要几十个小时，因而很大程度上限制了木材实现快速干燥，同时也为连续的工业化生产带来不便。然而在本发明实验中，仅用了6个小时，使饱水木材在短时间内得到了快速、有效的干燥。如果采用专用设备(见图4)，干燥周期会进一步缩短。
5.2、能耗
常规干燥空气采用开式循环，即定期从干燥室排出一部分湿度大的热空气，同时从外界吸入等量的冷空气，故常规干燥的换气热损失比较大。除湿干燥一般用电加热作辅助热源，除湿机只能回收干燥室排气的热量。干燥室的升温依靠电加热器，电耗高。故除湿干燥在电力紧张、电价高的地区节能不省钱。本实验所需的热能在除单位时间内需要较少外，还因为它的干燥周期短，因此与常规干燥和除湿干燥相比本发明方法能很大程度上节省能耗、节约开支。
5.3、干燥质量在常规干燥和除湿干燥过程中木材的干燥是由木材的表层逐步向芯层干燥。也就是说木材的干燥是先发生在表层，然后再逐渐芯层干燥。正因为这样在常规干燥和除湿干燥过程中，木材的干燥不能太快，如果干燥过快木材将产生开裂、弯曲等缺陷使木材降等，严重的将使木材失去使用价值。然而本发明方法是在压力容器中以过热蒸汽为介质，通过控制压力容器中的压力，轮回改变压力容器的压力来造成木材内外压力差，使木材内部蒸汽压高于容器蒸汽压，由这个压力差实现木材内的水以气态和液态形式从木材中推出，从而实现木材脱水干燥到理想状态。由于本发明干燥方法木材中的水分是由芯层向表层排除。所以从理论上讲可以防止木材干燥时发生弯曲、开裂等缺陷。从实验的过程中我们发现干燥前原本开裂的木材在干燥后反而裂缝消失了(见图3)，这更进一步的说明本实验方法在干燥质量方面具有较大的优势。
本发明方法中水分移除的过程在降压过程中，木材细胞腔中的水分在压差的作用下向外移动，这个压差是各向同性的，即细胞腔的各个方向压力相同，然而移动方向则是朝着阻尼方向最小的方向，无疑轴向方向是优先方向，但木材过长时木材中部阻尼相对增大，弦向、径向或其它方向的阻尼相对小的方向移动。然而这只是暂时的，木材端部的水分减少后，轴向的阻尼减小，将改变木材中部水分的移动方向。考虑到水分在各个方向的移动是以木材心部为起点的，即新方法中，最先减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应力与传统方法相反，在这种情况下，当心部的木材因干燥收缩时，外层的木材将像箍一样捆住它，阻止收缩开裂，而传统方法中率先干燥的木材在外层，内层木材很难对它们的收缩变形形成有效的牵制力量，因而只能通过减慢干燥速度，降低木材中含水剃度，防止形成大的应力而造成表裂和内裂。
6、结论本实验是在密闭容器中最终以过热蒸汽加热含水木材，再反复改变容器压力来实现木材干燥。通过控制密闭容器中的压力，使木材内部蒸汽压高于容器蒸汽压时形成的压力差将水以气态和液态状态从木材中推出，从而实现木材脱水干燥到理想状态。经过反复试验，初步掌握了本实验方法的工艺参数及本实验方法的特点，以此结果为基础，通过与现有的常规干燥和除湿干燥进行对比分析后，得出以下结论1、该方法改变了传统木材干燥中水分移动的方式，在压力差的作用下，使木材中的水分快速排除，缩短了干燥周期。
2、由于本方法缩短了干燥周期，因而干燥过程中所消耗的能量也将减少，在一定程度上节约了能源。
本发明加热压力容器中的木材，可用各种方法进行加热，如用蒸汽加热、微波加热、炉气加热。
本发明为了实现工业加工，还提供了一种设备如图4所示，该设备主要由压力容器1、蒸汽发生器2、降压阀3、排污阀4组成。压力容器1的端面设有端盖11，揭开该端盖可以将欲脱水的木材装入压力容器中。蒸汽发生器2通过开关阀5与压力容器1连接，为压力容器1提供过热蒸汽。降压阀3一端与压力容器连通，另一端可以连接一个冷凝器6，当压力容器1中的木材被加热到与蒸汽发生器2提供的过热蒸汽同温时，应关闭开关阀5而打开降压阀3对压力容器1降压，排除的热量由冷凝器6吸收，此时木材中的水分由于内外压力差的作用开始向外流出，随着木材内外压力差的减小，木材内的向外流出的水分逐渐减少，此时应打开开关阀5，而关闭降压阀3，对木材进行第二轮回的升温升压。如此反复循环，直到木材脱水达标，木材中流出的水可通过排污阀4排放到污水池7中。
权利要求
1.一种木材脱水脱脂的方法，按如下步骤进行a、把木材置于压力容器中；b、对压力容器中的木材加热，使木材内的水份成为高于100℃低于180℃的过热液体；c、对压力容器快速降压，造成木材内的压力高于木材外围的压力，形成压力差，使木材中的水分向外流出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对步骤b、c反复循环进行，直到被加工的木材达标。
3.一种实施权利要求1或2所述方法的设备，其特征在于包括一个能放入木材的压力容器，一个为所述压力容器提供蒸气的蒸气发生器，一个为压力容器快速降压的降压阀，一个用于排出压力容器中废水的排泄阀。
全文摘要
本发明涉及一种木材脱水方法及其设备。木材脱水方法，按如下步骤进行a.把木材置于压力容器中；b.对压力容器中的木材加热，使木材内的水份成为高于100℃低于180℃的过热液体；c.对压力容器快速降压，造成木材内的压力高于木材外围的压力，形成压力差，使木材中的水分向外流出。实施上述方法提供的设备包括一个能放入木材的压力容器，一个为所述压力容器提供蒸气的蒸气发生器，一个为压力容器快速降压的降压阀，一个用于排出压力容器中废水的排泄阀。本发明脱水周期短、效果好，能耗低，还能对外层已开裂的木材在脱水后得到修复，使原有裂纹变小甚或消除。
文档编号B27K1/02GK1887545SQ20061003199
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者魏象 申请人:魏象