CN102538437B - 一种木材的干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木材干燥的新方法，包括如下顺序进行的步骤：将待干木材锯切成要求长度的木段并测定木材的初始含水率和绝干密度；将木材码放在干燥室内；沿着干燥介质流动的方向测定木材堆进入端、流出端的温度，根据木材堆的温度、干燥介质中水蒸气分压与木材含水率的关系方程，通过积分计算得到精确的木材含水率，根据木材的含水率，按照木材干燥的一般基准程序对木材进行干燥，获得高品质的干燥木材。本发明方法测定的木材的含水率精确，不但克服了传统电测法测定含水率误差大的缺陷，而且本发明方法适用于任意含水量的木材的干燥处理，木材干燥过程需要控制的因素单一，系统稳定，提高了木材的干燥品质和干燥效率。

Description

一种木材的干燥方法

技术领域

本发明涉及一种木材的干燥方法，特别涉及了一种利用木材干燥基准进行木材干燥的方法，属于木材干燥领域。

背景技术

木材干燥是木材加工过程中的一项十分重要的工序，同时又是提高木材利用率，节约森林资源的重要途径。木材的干燥过程是木材中水分蒸发的过程，由于木材中各种水分和木材的结构关系不同，各阶段木材中水分的性质就不同，而与此对应的木材的性质就不同。因此，在木材的干燥过程中需要合理地控制木材中水分的蒸发过程，在保证干燥质量的前提下，尽量提高干燥速度。

在木材干燥过程中，木材含水率是制定干燥基准、调节和控制干燥过程、保证成品质量的重要参数，在木材干燥理论和实践上均具有极其重要的意义。合理地控制水分蒸发的通常的做法是根据木材的性质、规格和含水率，控制木材中水分蒸发的强度。干燥基准就是根据干燥时间和木材状态(含水率、应力)的变化而编制的干燥介质温度和湿度变化的程序表，在实际干燥过程中，正确执行这个程序表，就可以合理地控制木材的干燥过程，从而保证木材的干燥质量。

目前在木材干燥过程中测定木材含水率的方法主要是利用电测法进行测定，然后根据测定的含水率，按照木材干燥基准调节木材的干燥过程，例如授权公告号为CN 201464080U的实用新型专利，公开了一种精度高、经济实用的温度和含水率测量装置。该装置包括：温度传感器、含水率传感器和数据处理装置，在数据处理装置中，设有若干通道的高精度运放电路，以及模拟开关电路、CPU微处理器电路、扫描显示电路、电压/频率转换电路和通讯电路，该装置可以用于木材干燥和木材热处理等方面。又例如授权公告号为CN201476523U的实用新型专利公开了一种用于木材干燥窑EMC测点，温度测点，湿度测点检测控制的木材干燥窑全自动控制系统，该系统的数据采集是通过6个含水率探头，2个平衡含水率探头以及2个温度探头；或者是通过6个含水率(MC)探头和4个温度探头；还包括一个16位微型控制器支持的Leonardo控制系统，并且Leonardo系统为每一数据采样通道配备传感器，使其能自动纠错和实时调整，该系统实现了木材干燥窑中EMC测定，温度测点，湿度测定的全自动控制，确保了木材的最佳木材干燥指标，降低了能耗。

但是，现有的木材干燥控制研究中采用电测法测定的含水率的准确性差，误差较大，只是因为对于不同的木材而言，其电阻不仅随着含水率的变化而变化，同时还与温度，树种，木材的密度以及纹理方向有关，所以在测定过程中修正系数很多，精度不高，特别是那些性质不是很了解的木材，测定起来难度更大，而且当木材含水率高于纤维饱和度(30％)的时候，木材内部存在自由水，其电学性质相当于水的电学性质，所以电阻与水分含量的关系不大，所以测得的含水率不准确，而当木材含水率低于5％的时候，由于木材此时此刻电阻值很大，可达到25千兆欧，使得电测法测定的结果也不准确，电测法测定的木材含水率不精确，导致根据测定的含水率来确定的木材干燥程序出现偏差，最终造成干燥木材品质下降。

发明内容

本发明的目的是针对以上现有技术的问题而提供一种木材的干燥方法，该方法通过测定待干燥木材进入端、流出端干燥介质的温度，确定干燥程序，对木材进行干燥，本发明方法木材干燥过程中木材含水率测定精确，木材干燥程序选择合理、适当，干燥后的木材的品质好，缺陷少，而且还缩短了干燥时间、木材资源利用率高，节约了能源，降低了能耗。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种木材干燥方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)将木材于干燥室内码放成木材堆；

2)通入干燥介质，进行干燥处理，并沿着干燥介质流动的方向测定木材堆进入端和流出端的温度；

3)根据木材堆进入端、流出端的温度与水蒸气分压的关系方程，计算得到木材堆进入端和流出端的水蒸气分压；

4)根据木材堆的尺寸、干燥介质的流速和温度、材堆进入端、流出端的水蒸气分压与木材含水率的关系方程，计算不同干燥时刻木材的含水率；

5)根据计算得到的木材含水率，对木材进行干燥处理。

其中，将所述木材码放成木材堆之前还包括步骤1A)：首先将木材锯切成要求长度的木段，接着测定木段的初含水率和绝干密度。

特别是，按照如下步骤测定木材的绝干密度和初始含水率：

A)将待干燥木材中任意选取的木材先称量其湿重(G_湿)，接着将木材置于烘干温度为103±2℃的烘箱中，每6h称重一次，当连续两次称重的重量之差小于0.02g的时，木材视为绝干，此时木材的重量为木材的绝干重量(G_干)，木材的体积为绝干体积(V)。

B)按照密度计算公式(III)，计算得出木材的绝干密度ρ：

C)按照公式(IV)，计算得出木材初始含水率W₀：

其中，木材码放成木材堆可以是木材干燥领域中所公开的任何一种木材码放形式，木材码放的任何方法以及码放成任何形式的木材堆均能适用于本发明，木材码放方法已在各种文献或教科书中公开。

特别是，为了达到更好的效果，码放后的所述木材堆呈长方体形。

特别是，将木段沿干燥室纵向一层接一层水平堆积成长方体形的材堆，每层之间放置有隔条，材堆的长度为L、宽度为Lc，隔条的高度为h。

材堆的每层木段之间设置隔条，在每层木段之间形成风道，利于干燥介质流动，将干燥介质的热量传递给木材，使木材中的水分被蒸发，利于木材的干燥。

尤其是，木材堆放置在干燥室内时木材堆中的木段的纵向与干燥介质的流动方向一致或垂直。

其中，步骤2)中所述的温度分别为木材堆进入端、流出端的干球温度和湿球温度。

特别是，通过在木材堆的进入端、流出端分别设置至少一个温度传感器组，通过温度传感器组测定所述干球温度和湿球温度。

尤其是，所述温度传感器组设置在木材堆进入端、流出端的中部。

特别是，所述温度传感器组有1-9个。

尤其是，当木材堆的进入端的温度传感器组为9个时，所述温度传感器组均匀分布在木材堆进入端的的上部、中部、下部，呈“田”字形均匀设置；当木材堆的流出端的温度传感器组为9个时，所述温度传感器组均匀分布在木材堆流出端的的上部、中部、下部，呈“田”字形均匀设置。

其中，步骤3)中所述木材堆进入端、流出端的温度与水蒸气分压的关系方程如公式(I)，计算得到所述材堆流入端、流出端的水蒸气分压：

p_v＝a+blnt_d+ct_w+d(lnt_d)²+et_w ²+ft_wlnt_d+g(lnt_d)³+ht_w ³+it_w ²lnt_d+jt_w(lnt_d)²

                               (I)

其中：a＝1.59×10³；b＝-1.53×10³；c＝90；d＝457.5；e＝0.35；f＝-44.1；g＝-43.5；h＝0.18×10^-3；I＝-0.079；j＝5.35；t_d：干球温度(℃)；t_w：湿球温度(℃)；p_v：水蒸气分压(KPa)。

步骤4)中所述木材堆的尺寸、干燥介质的流速和温度、木材堆进入端、流出端的水蒸气分压与木材含水率的关系方程如公式(II)，计算得到所述木材的含水率：

$W=\frac{W_0\×\mathrm{\ρV}-\underset{1}{\overset{\frac{\mathrm{\τ}}{{\mathrm{\τ}}_l}}{\mathrm{\Σ}}}\left[(\frac{M_v{p}_{v1i}}{R(t_{d{1}_i}+273.15)}-\frac{M_v{p}_{v{0}_i}}{R(t_{d{0}_i}+273.15)}){\mathrm{LHL}}_c\right]}{\mathrm{\ρV}}---\left(\mathrm{II}\right)$

其中，W：木材含水率(％)；W₀：木材初始含水率(％)；M_v：水蒸气摩尔质量(18.02×10^-3kg/mol)；R：摩尔气体常数(8.315J/(mol·k))；

t_d1i：i时刻木材堆流出端木材的干球温度(℃)；p_v1i：i时刻材堆流出端水蒸气的分压(KPa)；t_d0i：i时刻木材堆进入端木材的干球温度(℃)；p_v0i：i时刻材堆进入端水蒸气分压(KPa)；

L：材堆长度(m)；h：隔条的高度(m)；L_c：材堆的宽度(m)；ρ：木材的绝干密度(kg/m³)；V：木材绝干体积(m³)；τ：τ：干燥时间(s)；τ_l：单次采样时间(s)。

特别是，所述τ_l为木材堆的宽度与介质流速之比，即

其中，L_c：材堆的宽度(m)；v：干燥介质的流速(m/s)。

其中，步骤5)包括：

从预先确定的木材含水率与干燥介质温度、干球湿球温度差的关系，查找与计算得到的木材含水率对应的干燥室内的干燥介质温度、干球湿球温度差；

依据干燥介质温度对木材进行加热干燥，并控制干燥过程中干燥介质的干球湿球温度差，并使干燥介质的干球湿球温度差和查找得到的干燥介质的干球湿球温度差保持一致。

干燥过程中，根据步骤2)测定的不同干燥时刻的干燥材堆进入端和流出端的干球温度、湿球温度；按照步骤3)中的公式(I)计算分别得到材堆进入端和流出端的水蒸气分压；接着按照步骤4)中的公式(II)计算得到木材的含水率；然后按照预先确定的木材含水率与干燥介质的温度和干球湿球温度差的关系，即按照木材干燥程序基准，查找与计算得到的木材含水率对应的干燥室内的干燥介质温度、干球湿球温度差；依据查找得到的干燥介质的温度对木材进行干燥，同时在干燥过程中控制干燥室内的干燥介质的干球湿球温度差，随着干燥的进行，木材的含水率逐渐降低，根据降低后的木材含水率，再次查找确定干燥过程中的干燥室内干燥介质的温度和干球湿球温度差，依据查找得到的干燥介质的温度对木材进行干燥，多次重复上述干燥过程，直至木材干燥。

本发明方法的优点体现在以下方面：

1、本发明通过测定待干燥木材前后部的干球温度和湿球温度，根据木材的干球温度、湿球温度、水蒸气分压与木材含水率的关系方程，计算得到木材在干燥过程中的脱水量，从而得到精确的木材含水率，按照干燥基准正确进行，可以减少干燥缺陷，使得最后的产品达到合格要求。

2、本发明采用积分方法得到材堆中含水量的变化量，使得测量的含水率能够代表整个木材的含水率，而不是简单的平均，使得测量精度高。

3、控制过程简单，只是对温度的数值处理，不需要很多修正，使得系统稳定性提高，成不降低。

4、本发明的控制系统精确易懂，而且操作简单，利于自动化控制，更适宜木材干燥过程的进行。

具体实施方式

下面参照附图，详细描述实施本发明木材干燥方法的具体实施例。

本发明的木材干燥方法基于本发明人对木材含水率的深入研究，本发明人在研究中发现，在木材的干燥过程中干燥介质流入和流出待干燥木材的进入端、流出端的温度、与其相应位置的水蒸气的分压之间存在确定的对应关系，其关系方程如公式(I)所示。

p_v＝a+blnt_d+ct_w+d(lnt_d)²+et_w ²+ft_wlnt_d+g(lnt_d)³+ht_w ³+it_w ²lnt_d+jt_w(lnt_d)²

                               (I)

其中，a＝1.59×10³；b＝-1.53×10³；c＝90；d＝457.5；e＝0.35；f＝-44.1；g＝-43.5；h＝0.18×10^-3；I＝-0.079；j＝5.35；t_d：干球温度(℃)；t_w：湿球温度(℃)；p_v：水蒸气分压(kPa)。

根据待干燥木材材堆进入端、流出端水蒸气分压可以确定木材的含水率之间的对应关系，从而得到在木材干燥过程中精确获得木材含水率的计算方程，木材含水率的计算方程式如公式(II)所示。

$W=\frac{W_0\×\mathrm{\ρV}-\underset{1}{\overset{\frac{\mathrm{\τ}}{{\mathrm{\τ}}_l}}{\mathrm{\Σ}}}\left[(\frac{M_v{p}_{v1i}}{R(t_{d{1}_i}+273.15)}-\frac{M_v{p}_{v{0}_i}}{R(t_{d{0}_i}+273.15)}){\mathrm{LHL}}_c\right]}{\mathrm{\ρV}}---\left(\mathrm{II}\right)$

其中，W：木材含水率(％)；W₀：木材初始含水率(％)；M_v：水蒸气摩尔质量(18.02×10^-3kg/mol)；R：摩尔气体常数(8.315J/(mol·k))；

t_d1i：i时刻木材堆流出端木材的干球温度(℃)；p_v1i：i时刻材堆流出端水蒸气的分压(KPa)；t_d0i：i时刻木材堆进入端木材的干球温度(℃)；p_v0i：i时刻材堆进入端水蒸气分压(KPa)；

L：材堆长度(m)；h：隔条的高度(m)；L_c：材堆的宽度(m)；ρ：木材的绝干密度(kg/m³)；V：木材绝干体积(m³)；τ：干燥时间(s)；τ_l：单次采样时间即干燥介质单次流过木材堆的时间(s)，τ_l为木材堆的宽度与介质流速之比，即

L_c：材堆的宽度(m)；v：干燥介质的流速(m/s)。

概括地说，本发明木材的干燥方法包括以下顺序进行的步骤：

1)将木材锯切成要求长度(L)的木段后测定木段的初含水率W₀和绝干密度ρ；

2)将木段码放在干燥室内，堆成材堆，在材堆码放过程中，相邻两层木段之间用高度为h(m)的隔条均匀隔开，相邻两跟隔条之间的距离为0.3-1.2m，隔条在材堆的高度上造成水平方向的气流通道。当材堆码放完成的时候，测量材堆长度L，材堆宽度L_c。

3)按照干燥介质流动的方向，在材堆的干燥介质流入端、流出端分别设置至少一组温度传感器组(即在干燥介质进入材堆的进入口和在干燥介质流出材堆的流出口分别设置少一个温度传感器组，每个温度传感器组由2根温度传感器组成，其中一根用以测定材堆的干球温度t_d，另一根用以测定材堆的湿球温度t_w)；

4)向干燥室内通入干燥介质，进行木材干燥处理，同时记录干燥处理时间τ(s)；

5)同时测定不同干燥阶段材堆的流入端、流出端的干球温度t_d(℃)和湿球温度t_w(℃)；

6)按照材堆流入端、流出端的干球温度和湿球温度与水蒸气分压关系的方程式(I)，计算不同干燥阶段材堆流入端、流出端的水蒸气分压p_v；

p_v＝a+blnt_d+ct_w+d(lnt_d)²+et_w ²+ft_wlnt_d+g(lnt_d)³+ht_w ³+it_w ²lnt_d+jt_w(lnt_d)²

                               (I)

其中，a＝1.59×10³；b＝-1.53×10³；c＝90；d＝457.5；e＝0.35；f＝-44.1；g＝-43.5；h＝0.18×10^-3；I＝-0.079；j＝5.35；t_d：干球温度(℃)；t_w：湿球温度(℃)；p_v：水蒸气分压(KPa)。

7)根据计算得到的不同干燥阶段材堆的流入端、流出端的水蒸气分压，按照材堆的尺寸、材堆流入端、流出端的水蒸气分压与木材含水率的关系方程式(II)，计算不同阶段的木材的含水率w；

$W=\frac{W_0\×\mathrm{\ρV}-\underset{1}{\overset{\frac{\mathrm{\τ}}{{\mathrm{\τ}}_l}}{\mathrm{\Σ}}}\left[(\frac{M_v{p}_{v1i}}{R(t_{d{1}_i}+273.15)}-\frac{M_v{p}_{v{0}_i}}{R(t_{d{0}_i}+273.15)}){\mathrm{LHL}}_c\right]}{\mathrm{\ρV}}---\left(\mathrm{II}\right)$

其中，W：木材含水率(％)；W₀：木材初始含水率(％)；M_v：水蒸气摩尔质量(18.02×10^-3kg/mol)；R：摩尔气体常数(8.315J/(mol·k))；t_d1i：i时刻木材堆流出端木材的干球温度(℃)；p_v1i：i时刻材堆流出端水蒸气的分压(KPa)；t_d0i：i时刻木材堆进入端木材的干球温度(℃)；p_v0i：i时刻材堆进入端水蒸气分压(KPa)；L：材堆长度(m)；h：隔条的高度(m)；L_c：材堆的宽度(m)；ρ：木材的绝干密度(kg/m³)；V：木材绝干体积(m³)；τ：干燥时间(s)；τ_l：单次采样时间(s)，即

L_c：材堆的宽度(m)；v：干燥介质的流速(m/s)，也就是说，τ_l为木材堆的宽度与介质流速之比。

8)根据计算得到的木材含水率，按照木材干燥基准适时调整木材的干燥程序，对木材进行干燥，即按照木材干燥基准中不同的木材含水率适时调整干燥室内干燥介质的温度和干球湿球温度差，对木材进行干燥，降低木材中的含水率，直至木材干燥至要求的含水率。

干燥过程如下：从预先确定的木材含水率与干燥室内干燥介质的温度、干球湿球温度差的关系，查找与计算得到的木材含水率对应的干燥介质的温度、干球湿球温度差；依据干燥介质的温度对木材进行加热干燥，并控制干燥过程中干燥介质的干球湿球温度差，使干燥介质的干球湿球温度差和查找得到的干燥介质的干球湿球温度差保持一致，随着干燥的进行，木材中的含水率降低，根据降低后的木材含水率，再次查找确定干燥过程中的干燥室内干燥介质的温度和干球湿球温度差，依据查找得到的干燥介质的温度对木材进行干燥，多次重复上述干燥过程，直至木材干燥。

本发明中木材码放成木材堆可以是木材干燥领域中所公开的任何一种木材码放形式，木材码放的任何方法以及码放成任何形式的木材堆均能适用于本发明，木材码放方法已在各种文献或教科书中公开。为了达到更好的效果，码放后的所述木材堆呈长方体形。

本发明木材干燥过程中的材堆的尺寸为长度为2-3m，宽度为1.2-1.5m，高度为1.2-1.5m，木段之间的隔条的高度为0.025-0.04m。

本发明中设置在材堆流入端的温度传感器组有1-5组，分别设置在材堆流入端的上端、中间、下端、左端、右端；本发明设置在材堆流出端的温度传感器组有1-5组，分别设置在材堆流入端的上端、中间、下端、左端、右端。

本发明干燥过程中干燥介质的流速为木材干燥领域中所公开的常规的流速，为了达到更好的效果，干燥介质的流速为2-3m/s，本发明实施例中干燥介质的流速优选为2m/s。

本发明的特点在于，利用木材含水率W、温度t、材堆的尺寸L、Lc、干燥介质的流速v与水蒸气压力pv的关系式，用计算机快速算出与温度对应的水蒸气分压，然后精确计算得到木材的含水率，从而可以更精确地控制木材干燥过程，此外，在木材干燥过程中根据木材前、后两端的温度和水蒸气的分压而精确计算得到的木材含水率，利于木材干燥过程的程序调整，达到高品质的干燥效果。

实施例

下面以杉木为例说明本发明木材干燥的工作过程。

本发明的木材干燥方法除了干燥杉木之外，其他种类木材的干燥均适用于本发明，例如杨木、松木、柳木等。

1、木材预处理

A)将待干燥杉木木材按照要求长度截断成木段，木段的长度L为2m；

B)从待干燥的杉木木材中取具有代表性的木材，先称量其湿重(G_湿)，接着将木材置于烘干温度为103±2℃的烘箱中，每6h称重一次，当连续两次称重的重量之差小于0.02g的时，木材视为绝干，此时木材的重量为木材的绝干重量(G_干)，木材的体积为绝干体积(V)。

C)按照密度计算公式(III)，计算得出木材的绝干密度ρ(kg/m³)：

D)按照公式(IV)，计算得出木材初始含水率W₀(％)：

本发明实施例中测定的杉木的绝干密度ρ为0.38g/cm³，测定的初始含水率W₀为80％。

2、木材码垛处理

将锯切成要求长度的杉木木材沿纵向一层接一层水平堆积成长方体形的材堆，相邻两层杉木之间用高度为0.003m的隔条均匀隔开，相邻两根隔条之间的间距为0.6m，设置的隔条在材堆的高度上造成水平方向的气流通道。

当材堆码放完成后测量材堆的尺寸并将材堆置于干燥窑中，其中，隔条的高度h＝0.03m，材堆长度L＝2m，材堆宽度L_c＝1.2m，材堆的高度为1.5m。

3、设置温度传感器

按照干燥介质流动的方向，在干燥介质流入、流出材堆的进口处和出口处分别设置9个温度传感器组(即沿着干燥介质流动方向在材堆的流入端分别设置9个温度传感器组；在材堆的流出端分别设置9个温度传感器组)，分别用以测定材堆流入端、流出端的干球温度(t_d)和湿球温度(t_w)；其中，每个温度传感器组包括2根温度传感器，其中一根温度传感器用于测定相应部位的木材的干球温度，另一根温度传感器用于测定湿球温度。

其中，设置在材堆流入端的9个温度传感器组分别位于材堆流入端的上端、中间、下端，呈“田”字型均匀分布；设置在材堆流出端的9个温度传感器组分别位于材堆流出端的上端、中间、下端，呈“田”字型均匀分布。

干燥过程中，干燥介质的流动方向与杉木材堆中木段的纵向一致或垂直或成任意角度，均适用于本发明方法。

4、木材干燥

A)向干燥窑内通入干燥介质，进行干燥处理，其中，干燥介质的流速为v(m/s)，干燥介质的温度为T(℃)，同时记录干燥处理时间τ(s)；测定任意时刻待干燥材堆流入端、流出端的木材的温度，即测定木材流入端的干球温度t_d0i、湿球温度t_w0i；测定木材流出端的干球温度t_d1i、湿球温度t_w1i；按照水蒸气分压与木材温度的关系方程式(I)，分别计算得到木材流入端的水蒸气分压p_v0i、流出端的水蒸气分压p_v1i。

p_v＝a+blnt_d+ct_w+d(lnt_d)²+et_w ²+ft_wlnt_d+g(lnt_d)³+ht_w ³+it_w ²lnt_d+jt_w(lnt_d)²

                               (I)

其中：a＝1.59×10³；b＝-1.53×10³；c＝90；d＝457.5；e＝0.35；f＝-44.1；g＝-43.5；h＝0.18×10^-3；I＝-0.079；j＝5.35；t_d：干球温度(℃)；t_w：湿球温度(℃)；p_v：水蒸气分压(KPa)。

B)根据计算得到的木材水蒸气分压，按照木材含水率与材堆的宽度、干燥介质的流速和温度、材堆流入端、流出端的水蒸气分压的关系方程式(II)，计算得到木材含水率W。

$W=\frac{W_0\×\mathrm{\ρV}-\underset{1}{\overset{\frac{\mathrm{\τ}}{{\mathrm{\τ}}_l}}{\mathrm{\Σ}}}\left[(\frac{M_v{p}_{v1i}}{R(t_{d{1}_i}+273.15)}-\frac{M_v{p}_{v{0}_i}}{R(t_{d{0}_i}+273.15)}){\mathrm{LHL}}_c\right]}{\mathrm{\ρV}}---\left(\mathrm{II}\right)$

其中，W：木材含水率(％)；W₀：木材初始含水率(％)；M_v：水蒸气摩尔质量(18.02×10^-3kg/mol)；R：摩尔气体常数(8.315J/(mol·k))；t_d1i：i时刻木材堆流出端木材的干球温度(℃)；p_v1i：i时刻材堆流出端水蒸气的分压；t_d0i：i时刻木材堆进入端木材的干球温度(℃)；p_v0i：i时刻材堆进入端水蒸气分压；L：材堆长度(m)；h：隔条的高度(m)；L_c：材堆的宽度(m)；ρ：木材的绝干密度(kg/m³)；V：木材绝干体积(m³)；τ：干燥时间(s)；τ_l：单次采样时间(s)，即

v：干燥介质的流速(m/s)，也就是说τ_l为木材堆的宽度与介质流速之比。

C)根据计算得到的杉木木材含水率，按照杉木木材干燥的一般基准程序，调整木材干燥程序，杉木干燥的一般基准程序如表1所示。

表1杉木干燥基准程序表

干燥程序调整步骤如下：

i)当杉木的初始含水率W₀为80％，大于40％时，按照第一干燥阶段程序进行干燥，即向干燥室内通入干燥介质，干燥过程中，加热使得干燥室内干燥介质的温度为80℃，通过开关排气孔控制干燥室内的干燥介质的干球、湿球温度差为4℃，随着干燥的进行，杉木木材脱水量不断增加；

ii)干燥到一定时间后，根据测定的木材堆的温度，按照公式(I)和(II)计算得到木材的含水率低于40％时，将杉木干燥工艺程序调整为第二干燥阶段，即调整干燥介质的温度，使干燥介质的温度达到85℃，并通过开关排气孔控制干燥室内的干燥介质的干球、湿球温度差为6℃，继续进行干燥；

iii)继续测定的木材堆的温度，按照公式(I)、(II)计算得到木材的含水率，直至杉木含水率低于30％，调整木材干燥程序为第三干燥阶段，按照表1中对应的条件调节干燥室内干燥介质的温度和干燥介质的干球、湿球温度差，即加热升高干燥室内的温度，使干燥室内干燥介质的温度上升并保持为90℃，通过开关排气孔控制干燥室内的干燥介质的干球、湿球温度差为9℃的干燥介质，继续干燥直至含水率低于25％，调整进入第四干燥阶段，依次进行直至杉木的含水率低于15％，停止木材干燥。

需要说明的是，在木材干燥过程中，干燥介质状态的调控是依据干燥基准进行的。干燥基准是指干燥过程中，按照不同的干燥阶段调节干燥室内干燥介质温度、干燥介质的干球、湿球温度差等的参数表。通常的干燥阶段是依据被干木材含水率的变化阶段来划分的。针对不同的含水率阶段，有与此阶段相对应的干燥介质温度和干湿球温度差和含水率，在干燥过程中通过控制流入干燥室内的干燥介质的温度，干燥介质干湿球温度差，使得干燥室内含水率始终小于木材当时的含水率，即可使木材中的水分始终处于蒸发状态，直至达到要求的含水率为止。

Claims (7)

1.一种木材干燥方法，包括以下顺序进行的步骤：

1）将木材于干燥室内码放成木材堆，其中，将木段沿干燥室纵向一层接一层水平堆积成长方体形的材堆，每层之间放置有隔条，材堆的长度为L、宽度为Lc，隔条的高度为h；

2）通入干燥介质，进行干燥处理，并沿着干燥介质流动的方向测定木材堆进入端和流出端的温度；

3）根据木材堆进入端、流出端的温度与水蒸气分压的关系方程（Ⅰ），计算得到木材堆进入端和流出端的水蒸气分压，其中所述木材堆进入端、流出端的温度与水蒸气分压的关系方程（Ⅰ）为：

p_v=a+blnt_d+ct_w+d(lnt_d)²+et_w ²+ft_wlnt_d+g(lnt_d)³+ht_w ³+it_w ²lnt_d+jt_w(lnt_d)²

                        （Ⅰ）

其中：a=1.59×10³；b=-1.53×10³；c=90；d=457.5；e=0.35；f=-44.1；g=-43.5；h=0.18×10^-3；I=-0.079；j=5.35；t_d：干球温度；t_w：湿球温度；p_v：水蒸气分压；

4）根据木材堆的尺寸、干燥介质的流速和温度、材堆进入端、流出端的水蒸气分压与木材含水率的关系方程（Ⅱ），计算不同干燥时刻的木材的含水率，其中所述木材堆的尺寸、干燥介质的流速和温度、木材堆进入端、流出端的水蒸气分压与木材含水率的关系方程（Ⅱ）为：

$W=\frac{W_0\×\mathrm{\ρV}-\underset{1}{\overset{\frac{\mathrm{\τ}}{{\mathrm{\τ}}_l}}{\mathrm{\Σ}}}\left[(\frac{M_v{p}_{v1i}}{R(t_{d{1}_i}+273.15)}-\frac{M_v{p}_{v{0}_i}}{R(t_{{d0}_i}+273.15)})\mathrm{LH}{L}_c\right]}{\mathrm{\ρV}}---\left(\mathrm{II}\right)$

其中：W：木材含水率（%）；W₀：木材初始含水率（%）；M_v：水蒸气摩尔质量（18.02×10^-3kg/mol）；R：摩尔气体常数（8.315J/(mol·k)）；t_d1i：i时刻木材堆流出端木材的干球温度（℃）；p_v1i：i时刻材堆流出端水蒸气的分压（KPa）；t_d0i：i时刻木材堆进入端木材的干球温度（℃）；p_v0i：i时刻材堆进入端水蒸气分压（KPa）；L：材堆长度（m）；h：隔条的高度（m）；L_c：材堆的宽度（m）；ρ：木材的绝干密度（kg/m³）；V：木材绝干体积（m³）；τ：干燥时间（s）；τ_l：单次采样时间（s）；

5）根据计算得到的木材含水率，对木材进行干燥处理。

2.如权利要求1所述的干燥方法，其特征是步骤5）包括：

从预先确定的木材含水率与干燥室内干燥介质的温度、干球湿球温度差的关系，查找与计算得到的木材含水率对应的干燥介质的温度、干球湿球温度差；

依据干燥介质的温度对木材进行加热干燥，并控制干燥过程中干燥介质的干球湿球温度差，使干燥介质的干球湿球温度差和查找得到的干燥介质的干球湿球温度差保持一致。

3.如权利要求1或2所述的干燥方法，其特征是将所述木材码放成木材堆之前还包括步骤1A）：首先将木材锯切成要求长度的木段，接着测定木段的初含水率和绝干密度。

4.如权利要求1或2所述的干燥方法，其特征是步骤2）中所述的温度分别为木材堆进入端、流出端的干球温度和湿球温度。

5.如权利要求4所述的干燥方法，其特征是通过在木材堆的进入端、流出端分别设置至少一个温度传感器组，通过温度传感器组测定所述干球温度和湿球温度。

6.如权利要求5所述的干燥方法，其特征是所述温度传感器组有1-9个。

7.如权利要求1或2所述的干燥方法，其特征是所述τ_l为木材堆的宽度与介质流速之比。