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PROCEDE DE SECHAGE DE BOIS OU DE MATIERES ANALOGUES PAR DE LA VAPEUR
D'EAU SURCHAUFFEEo
Par suite de la grande demande de bois et de la compréhension croissante de la relation qui existe entre les propriétés les plus importan- tes du bois et son degré de sécheresse, le séchage artificiel du bois est ar- rivé à acquérir une importance toujours croissante. Les premières installations de séchage, dans lesquelles on effectuait le séchage par un mélange de gaz de cheminée et d'air, et où le bois étant en général fortement endommagé, en lais- sant entièrement de côté le danger d'incendie, ont été progressivement rempla- cées par le séchage au moyen d'un mélange de vapeur d'eau et d'air.
Ce der- nier procédé consiste en un séchage "par évaporation", étant donné qu'on pro- duit dans les installations des conditions intérieures (température de l'air et humidité relative de l'air) qui provoquent une¯chute de pression du pour- centage d'humidité du bois en le maintenant en-dessous de l'état iL'équilibre hygroscopique. Dans le cas où le bois contient de l'humidité sous forme d'eau libre, des forces capillaires deviennent actives pour déplacer l'humidité vers la surface du bois, tandis, que dans les autres cas, c'est-à-dire si l'hu- midité existe sous forme de vapeur d'eau ou bien sous forme d'absorption molé- culaire dans les parois de cellules,des forces de diffusion se manifestent.
On favorise l'évaporation à la surface du bois en augmentant la vitesse de l'air dans l'installation de séchage.
L'inconvénient inhérent au séchage par évaporation réside dans le fait que des pièces de bois très humides ou très denses ou épaisses, exigent des périodes de séchage extraordinairement longues,'et occasionnent par con- séquent des prix de revient élevés du séchage. Dans certains cas, les prix de revient du séchage peuvent dépasser les prix de revient du bois lui-même.
Une autre difficulté provient de ce que le bois est sensible aux erreurs com- mises lors de l'exécution du séchage par évaporation. Aussitôt que les condi- tions à l'intérieur de l'installation de séchage ne correspondent plus aux instructions données, la durée du séchage peut encore être augmentée davanta- ge ou bien une grande intensité de séchage peut ne pas se maintenir à cause des grandes résistances intérieures existant dans le bois. Les canaux d'hu-
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midité dirigés de l'intérieur vers l'extérieur se rompent, et les couches su- perficielles sèchent trop fort et durcissent en une croûte solide, et il en résulte des tensions dangereuses qui produisent des modifications de structu- re et des fissures ou craquelures dans le bois.
Dans le séchage par évapora- tion, il est nécessaire d'apporter une attention constante et spéciale à cette formation de croûtes, de manière à pouvoir l'observer et à l'écarter en temps vouluo
Une importante découverte réalisée dans le domaine de recherches re- latives au bois au cours des 15 dernières-années, consiste dans la constatation que les températures élevées ont une action favorable sur les propriétés de gonflement du bois. Il est établi., notamment, que des températures dépassant environ 100 C déplacent de façon permanente l'état d'équilibre hygroscopique à l'intérieur du bois dans ce sens que du bois traité de cette manière dans une certaine atmosphère, a tendance à atteindre une teneur en humidité d'équi- libre hygroscopique plus faible que le bois non traité.
Les phénomènes nui- sibles et fréquemment dangereux de retrait et de gonflement sont réduits de façon correspondante. Il est donc permis de parler d'une sorte de "stabilisa- tion par la chaleur".
Quand, en outre, il a été établi que la vitesse de séchage augmente au moins proportionnellement à une température croissante, il était indiqué d'exécuter des expériences ayant pour but le séchage du bois à l'aide de tem- pératures élevées, et de diriger les efforts vers l'introduction de procédés correspondants dans la pratique industrielle. Pour le séchage de matières tex- tiles et de papiers, des températures dépassant 100 C sont utilisées communé- ment depuis longtemps. Chacun de-ces cas se rapporte cependant au séchage de couche minces de structures très lâches, c'est-à-dire au séchage de matières dans lesquelles le problème du séchage réside dans l'absorption de la quantité d'humidité évaporée à la surface, et non dans les déplacements de liquide dans la matière à sécher proprement dite.
Des efforts ont également été effectués concernant le séchage'de bois sciés ou de rondins dans le but d'appliquer des températures dépassant 100 C, pour obtenir ainsi "un séchage" rapide". D'une manière générale, les procédé connus jusqu'à présent-dans ce but fonctionnent généralement comme suit : on chauffe le bois à l'intérieur d'une chambre de séchage fermée (cham- bre en tôles d'acier), suivant le procédé par circulation, après l'avoir au préalable partiellement arrosé d'eau, et l'air chaud en circulation est ainsi rendu plus humide au moyen de pulvérisateurs ou évaporateurs. Pendant le chauf- fage de la chambre, l'humidité relative de l'air augmente jusqu'environ 30 à 60 .
Lorsqu'on atteint une température de 120 à 130 C dans la chambre, on main- tient cette température, et on ouvre graduellement les vannes d'introduction d'air frais et de sortie de l'air dans le but de poursuivre l'opération de sé- chage à ces températures au moyen d'un mélange d'air chaud et d'air frais sec.
A l'état final de l'opération de séchage, on effectue un balayage partiel ulté- rieur au moyen d, air frais, après l'interruption de la période de chauffage.
Il est exact que dans beaucoup de cas, on peut réaliser par le pro- cédé ainsi décrit une réduction extraordinaire des périodes de séchage, mais l'opération de séchage se produisant de façon trop violentera entraîne la pro- duction de hautes tensions, et provoque ainsi fréquemment de grandes craquelu- res intérieures qui peuvent rendre inutilisables une charge entière de pièces de bois dans la chambre. Pour cette raison, ce procédé de séchage de bois à hautes températures n'a pas eu de succès, et a même abouti à ce que des entre- prises de l'industrie du bois, se prononçant particulièrement au point de vue de la qualité de leurs produits, ont appliqué le procédé de séchage à des tem- pératures inférieures à celles appliquées antérieurement.
Le procédé décrit plus haut pour le séchage à l'aide de températures élevées, n'a pas eu de succès pour la raison qu'on rn'a pas tenu compte physiques existant entre l'humidité du bois et la vapeur surchauf- fée dans le domaine de températures supérieures à 1000. Des essais de labora- toires ont permis de déterminer ces relations, qui ne sont pas faciles à dé- finir au point de vue physique, dans le but de découvrir les conditions de ba- se d'un contrôle nouveau et parfaitement sûr du séchage du bois à l'aide de
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températures élevées.
A ce point de vue, le point de base consiste en un pro- cédé qui, en partant de 1?état d'équilibre de l'humidité du bois par rapport à la vapeur d'eau surchauffée, permet un séchage rapide et économique du bois à l'abri d'erreurs.
Les recherches de base du nouveau procédé conforme à l'invention, ont établi que lorsqu'on chauffe du bois dans une atmosphère d'air dans une chambre à 120-130 C, il a immédiatement tendance à atteindre une teneur en humidité d'environ 4%. Pour cette raison, le bois sera rapidement séché à ce pourcentage d'humidité à sa surface, tout en restant encore très humide à l'intérieur. Le résultat en est la production citée plus haut d'une couche superficielle dure ou incrustée.
Le résultat en est les insuccès obtenus par Inapplication des procédés empiriques antérieurs d'exécution du séchage à l'ai- de de températures élevées
L'état d'équilibre de l'humidité du bois tel que cité signifie qu'à une certaine température de surchauffe d'une atmosphère de vapeur d'eau pure correspond un certain pourcentage d'humidité du bois, existant en équilibre à cette température, Les essais exécutés montrent que pour sécher le bois aux pourcentages d'humidité désirés en pratique, le degré de surchauffe de la va- peur d'eau doit être très modéré.
Si par exemple le bois doit être séché à un pourcentage d'humidité de 7% et si on part d'une atmosphère de vapeur d'eau saturée de 100 , la température correspondante pour atteindre l'état d'équili- bre.dans le bois est d'environ 110 , et cette température ne doit pas être no- tablement dépassée. Pour une teneur en humidité de 4%, la température de sur- chauffe, correspondante est de 120 , et pour une teneur de 10%, elle est d'en- viron 106, La courbe représentant la relation existant entre la teneur en hu- midité du bois et la température de la vapeur d'eau n'est pas une ligne droi- te, mais est représentée par une ligne légèrement courbe aux hautes teneurs en humidité, et qui monte ensuite rapidement à des teneurs en humidité plus basses.
Suivant la présente invention, après'avoir préalablement chauffé le bois par de la vapeur saturée de manière à égaliser la température dans ses différentes parties, on surchauffe la vapeur uniquement par une augmentation de la température limitée seulement à la mesure voulue pour que l'humidité de la matière s'adapte à un état d'équilibré existant dans l'atmosphère de vapeur d'eau ayant déjà la teneur à laquelle la matière doit être séchée. On évite ainsi les modifications de la structure du bois mentionnées plus haut.
On effectue le procédé conforme à l'invention dans une chambre de séchage fermée, dans laquelle on introduit une atmosphère de vapeur saturée de 100 au début de l'opération de séchage (par exemple par traitement par de la vapeur). Pendant cette opération, on évacue l'air de la chambre, de manière que celle-ci- ne contienne pratiquement que de la vapeur d'eau (procédé qui est connu en soi). On surchauffe ensuite la vapeur à une température telle que déterminée plus haut. Ch maintient la pression constante dans la chambre au cours de l'opération de séchage, grâce à ce que la chambre porte une vanne d'échappement par laquelle la vapeur d'eau s'échappe à mesure qu'on expulse l'humidité du bois.
On fait circuler la vapeur d'eau dans la chambre et on la fait passer à travers un appareil de chauffage pendant la période de chauf- rage
Suivant une autre caractéristique importante de l'invention, on aug- mente progressivement la température de surchauffe, de manière qu'elle n'attei- gne la valeur produisant la teneur désirée en humidité du bois soumis au sécha- ge, qu'à l'étage final de l'opération de séchage. De cette façon., on assure en outre qu'un séchage excessif des parties extérieures du bois, accompagné comme conséquence de la formation de croûtes dures, est évité.
Sous ce rapport, le rapport existant entre la teneur en humidité de la matière à la températu- re de saturation de la vapeur,et la teneur en humidité pour laquelle l'équi- libre est atteint dans le bois après la surchauffe de la vapeur à une certaine température, peut être convenablement réglé. Ce rapport doit de préférence être inférieur à 1,8-2,0 et doit de préférence.être compris entre 1,3 et 1,5.
Une réduction de ce rapport en dessous de ces valeurs peut être trouvée utile, quand on doit sécher des variétés de bois de qualités,particulièrement hautes et délicates.
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A titre d'exemple, on suppose qu'une certaine variété de bois ait une teneur initiale en humidité de 50%. On amorce l'opération de séchage en traitant le bois par de la vapeur d'eau saturée à 100 . Au cours de cette opé- ration, la teneur en humidité du bois descend à 25%. Au cours de la surchauf- fe ultérieure on réduit d'abord la teneur en humidité du bois, en se basant sur un rapport de 1,5 tel que défini plus haut, c'est-à-dire à une teneur de 25 : 1,5 = 16,9%, qui correspond à une température de la vapeur de 101,2 .
Lorsque le bois a atteint cette teneur en humidité, on élève la température de la vapeur à 104,6 , qui produit une teneur en humidité du bois de 16,9 : 1,5 = 11,1%.
On peut réaliser progressivement l'augmentation de la température de surchauffe de la vapeur, par exemple en maintenant un rapport déterminé d'a- vance des teneurs en humidité au cours de l'opération de séchage jusqu'à ce qu'on obtienne la teneur en humidité désirée du bois.
Puisque après l'étage de chauffage, la chambre ne renferme théori- quement que de la vapeur surchauffée, l'humidité relative de l'air, qui sans cela est capitale dans le séchage du bois, perd sa signification et n'a par conséquent pas besoin d'être mesurée. La seule mesure devant être effectuée à présent est celle de la température au moyen d'un thermomètre sec.
Dans le séchage dans de la vapeur surchauffée, il n'est plus ques- tion de phénomènes de diffusion pure; l'eau du bois commence à s'évaporer, et la résistance du bois à l'échappement de la vapeur a pour résultat une diffé- rence de pression entre l'intérieur du bois et l'espace de la chambre., qui ac- cèlére l'opération de séchage.
On peut également effectuer le séchage à la vapeur surchauffée à des températures inférieures à 100 , par exemple par l'application d'une pres- sion correspondante inférieure à la pression atmosphérique à la vanne d'é- chappement d'air. Inversement, on peut retarder le séchage à des températures dépassant 100 par l'application d'une pression supérieure à la pression atmos- phérique à la vanne d'échappement d'air.
Dans des expériences de séchage dans les conditions telles qu'el- les se présentent d'habitude en pratique, on atteint des vitesses de séchage qui s'élèvent à environ 0,5 à 0,4% de l'humidité du bois par heure dans l'in= tervalle hygroacopique (compris entre 30 et 6% d'humidité du bois) pour les pièces de sapin, bois de bouleau et bois de chêne ayant une épaisseur de 45- 50 mm, ces chiffres représentant ainsi des vitesses de séchage beaucoup de fois supérieures à celles obtenues généralement jusqu'à présent.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de séchage de matières fibreuses, principalement du bois, dans une chambre de séchage fermée dans laquelle la matière à sécher n'est soumise, après expulsion de l'air, qu'à une atmosphère de vapeur d'eau, où la vapeur d'eau qui s'échappe de la matière au cours de l'opération de sé- chage est enlevée par une vanne d'échappement, caractérisé en ce qu'on chauf- fe préalablement la matière au moyen de vapeur saturée pour égaliser la tem- pérature dans ses différentes parties, puis qu'on surchauffe ensuite la vapeur uniquement par une élévation de la température, effectuée seulement dans une mesure telle que la teneur en humidité dans la matière s'adapte au moins sub- stantiellement à un état d'équilibre de l'atmosphère de vapeur ayant déjà la teneur à laquelle la matière doit être séchée,
et sans qu'ainsi la structure de la matière ne soit modifiée de façon nuisible.