CN1135355C - 锯木的烘干方法及实施该方法的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种木材烘干方法，包括下列步骤：加压步骤，至少通过注入或者产生饱和水蒸气的办法，在一个密封的处理室(1)中达到预定的压强，并在一定的时间内维持该压强，同时在该处理室中实现空气和饱和水蒸气的强制流通；加热步骤，通过发射频率在400到2450MHz的微波，在要烘干的木材的中心和木材件的中央区域加热；排放步骤，将从木材中流出并流到处理室(1)底部而被收集的液态渗出物排出。

Description

锯木的烘干方法及实施该方法的设备
本发明涉及一种烘干锯木或者木料物品的方法。
本发明尤其可用于锯木的处理。所谓“锯木”，是指直接从初次加工(锯切)得到的木材。
从专利申请WO82/01766中，人们知道一种木材的烘干方法，该方法使用频率为915MHz的微波作用于要烘干的木材件，以升高其内部温度从而使之脱水。这样脱出来的水在木材的表面被通过风扇得到的低速流通的空气蒸发。带有约80％的水分的空气通过一些冷凝器，以去除其中的水分。
在专利文献WO82/01411中利用了同样的原理，但在后一篇文献中，还明确指出，空气的温度应当总是低于木材的内部温度。该文献还指出，用微波在加热材料的内部之前加热其表面是其不足。因此在该文献中提出，要控制电磁能向热能的转化过程，以将微波集中于材料中的水。另外，人们还提出对处理室内部的环境进行操纵，以在空气中维持足够高的温度，以避免在木材核心的水分被去除之前木材的表面就变干燥。为此目的，在干燥过程的初始阶段，向处理室中引入一些雾化的水以维持较高的湿度。
同样，A.L.ANTTI发表于杂志“原料和工件的木材”(1995年Springer-Verlag版第333-338页)的题为“松木和云杉木的微波干燥”的文章指出用工作频率为915或者2450MHz、功率密度在25到78kW/m3范围内的微波干燥木材，以将木材内部温度提高到140℃左右，并在木材内部实现25KPa的蒸汽压强。这样实现的内部压强太高，使水排出得太快。该方法的缺点是导致纤维的断裂。烘干过程的开始是用微波迅速烘烤到70摄氏度，然后在烘烤的过程中断断续续地接受微波的照射，最后的烘干操作是将木材的温度控制到纤维的饱和温度以下，限制在最高110摄氏度的温度。
在图示的所有情况下，显然，空气是用作除去从木材排出的水分的载体。因此，空气的湿度应当低于含水蒸气的空气的饱和湿度。因此，在所述已知的装置中，需要对空气进行干燥，以使之可以干燥木材。另外，空气的温度需要低于木材的温度，以便蒸发的进行。所有这些装置的缺点是产生大量的能量损耗，而不能使能量的消耗最优化。事实上，木材的温度越要高，微波发生器的功率就越应当成比例，考虑到烘干操作要进行若干小时，成本也会提高，耗用的能量也会增加。事实上，在前面引述的文章中可以看到，取决于木材的厚度和设备的功率，烘干时间在3到5小时之间。另外，任何已知的方法都可以在烘干操作之后将木材中的水分降到30％以下。
本发明的目的是提出一种方法，该方法可以优化能量的使用，降低微波设备的功率，同时相当快地对木材进行彻底干燥，即从潮湿状态干燥到最终含水量在10％左右，视工作条件甚至低于该比例。
该目的是通过使木材的干燥方法具有下列步骤而实现的：
-加压步骤：至少通过注入或者产生饱和水蒸气的办法，在一个密封的处理室中达到预定的压强，并在一定的时间内维持该压强，同时在该处理室中实现空气和饱和水蒸气的强制流通；
-加热步骤：通过发射频率在400到2450MHz的微波，在要烘干的木材的中心和木材件的中央区域加热；
-排放步骤：将从木材中流出并流到处理室底部而被收集的液态渗出物排出。
根据另一个特征，连续地排出所述液态渗出物。
根据另一个特征，间歇地排放所述液态渗出物。
根据另一个特征，所述排放步骤之后是逐步降压步骤，在微波停止之后将压强降到大气压。
根据另一个特征，所述排放步骤包括一个对所述渗出物进行物理化学处理的步骤，使得其排放与废水管道相容。
根据另一个特征，所述液态渗出物的排放步骤之后是一个收集步骤，将所述渗出物收集到一个容器中以便进行化学再处理。
根据另一个特征，所述降压步骤加上一个处理室环境空气的干燥步骤，使来自所述处理室的空气流通过一个处理室空气的吸潮与冷却装置。
根据另一个特征，所用的微波发射功率从木材件中心向外围降低。
根据另一个特征，所述饱和水蒸气压强在2巴到15巴的范围内。
根据另一个特征，所述蒸汽压强低于10巴，以使被处理的木材的湿度高于6％。
根据另一个特征，所述蒸汽压强至少在一段预定的烘干期间内在10到15巴之间，所产生的温度将达到200到220℃的范围，以获得一种自然聚合的风干木，其含水率接近0％。
根据另一个特征，将所述微波发生器的功率使木材的内部温度高于所述饱和水蒸气温度。
本发明的另一个目的是提出一种可以实施所述方法的设备。
该目的是通过这样的设备实现的：它由一个耐压的密封处理室构成，该处理室以石英窗或者任何其它适应微波的材料的窗子与一个波导器相通，后者通过阻抗适配器与一个微波发生器相连，所述窗口在木材堆的横向上设置，所述处理室与一个加压空气的循环通道相通，所述加压空气从所述木材堆的一侧通过一些格栅吸入，在所述木材堆的另一侧通过扩散格栅排出，所述处理室还与一个加压水蒸气的发生装置相连。
根据另一个特征，所述设备包括一个接通的蒸汽的冷凝管道，该管道与所述空气流通管道平行，可通过阀门进行选择。
根据另一个特征，所述设备在其最下部包括一个借助于重力将流下的水排出的孔，该孔由一个阀门控制。
根据另一个特征，所述设备包括：
-一个可由自动门关闭的端部，该自动门保障对压强和对微波的密封；
-要干燥的温木料的运送装置，这些装置与位于处理室自动门闸另一侧的运送装置在电路上是分离的。
根据另一个特征，所述处理室组件以及木料预装区被包在一个第二保护罩中，以防止射线泄漏，该保护罩可通过软门从外部进入。
根据另一个特征，所述微波发生器被埋在土中，通过一个波导器与所述烘干处理室相通。
根据另一个特征，所述处理室有一个安全活门。
根据另一个特征，所述阀门间歇地打开。
根据另一个特征，所述阀门持续地打开。
根据另一个特征，所述孔与一个物理化学处理装置相连，该装置对渗出液进行处理，使之符合废水的排放标准。
本发明最后一个目的是提出一种利用本发明的方法和设备分离出化学成分的方法，该方法包括：
-在预定的压强和温度条件下，在饱和水蒸气氛围中，用微波对单一树种的木材进行处理，
-收集对所述单一树种木材的处理所产生的液态渗出物，
-还可用一些物理化学方法对所述渗出物进行再处理，以提取各种化学成分用于化妆品工业、日用化学工业、农业饮食业、制药业和化学工业。
根据另一个特征，对松树木材的处理可以获得一种具有杀虫效果的渗出液。
阅读下文参照附图所作的说明，本发明的其它特征和优点将更加清楚。附图中：
-图1A是本发明的设备的横剖视图；
-图1B是本发明的设备的纵剖俯视图；
-图2是安装好的设备的侧视图。
如图1A所示，所述设备由一个处理室1构成，该处理室最好是圆柱形的且为既能实现良好的热绝缘、对气压的密封性，又能确保对微波的密封性的金属材料。该处理室在一端或者两端开有门16(图1B)。在该处理室上开有一些开口14，构成一些窗子，窗子的材料对空气密封但可以使微波辐射通过。这些承压窗14的材料允许向所述处理室的内部发射微波，因而称作发射窗。所述微波是由一个波导器40引到沿着木材堆3在每一侧间隔均匀或不均匀地纵向设置的多个窗口的，以使微波的分布尽可能均一。所述波导器40通过一个阻抗适配器41以及一个3分贝分配器42与一个隔离器43和所述微波发生器44相通。在每一个发射窗14之间，或者在端部和处理室每个底部的发射窗之间，最好设置一系列空气流通通道12，空气在其中以风扇V强制流通。这些通道12在与木材堆的高度大致相应的高度上通过格栅与所述木材堆3所在的处理室的内部区域相通，所述木材堆由一个传送装置传送，该传送装置比如是由安装在一个支承台31上的轮子32构成的滑车。所述木材堆最好由梁、板或者任意厚度和长度的厚板等形式的木材块30构成，这些木材块由锯切加工而成，在其宽度上沿着纵向一块挨着一块拼接成一层。每层木料以板条或者棒33与下一层隔开，所述板条或者棒不相接触地垂直设置，从而在木材块拼接成的木材层之间设置空气、微波和水的通道。所述空气流通管道也是用有利于微波向处理室和木材内部反射的材料实现的。所述处理室通过通道15与一个蒸汽发生系统2相通，还可能有一个空气压缩机20。水汽从所述蒸汽发生器透过扩散格栅13而进入，后者可以使水汽均匀地扩散进处理室中，而避免了对木材正面产生作用。所述空气压缩机20用来产生压缩空气，用以加速木材中的水的流通，并且，在蒸汽发生系统2不能产生足够压强的水蒸气的时候，用以使温度上升到希望的值，或者伴随温度的升高而加速木材中的水的流通。相反地，当使用足够压强的水蒸气发生系统以获取所要的温度和压强时，所述空气压缩机就可以取消。所述滑车的轮子放置在固定于处理室1底部的轨道10A、10B上，它们装有消除电弧的装置。一隔栅19可以避免微波向所述液态渗出物或者流下汇集到处理室底部的水传播。这些流下汇集的水通过一个由一阀门17控制的通道18排出。该通道18通到一个可卸下或者可将烘干过程中产生的液态渗出物的汇集排空的容器。在另一种实施例中，所述通道通向一个物理化学处理装置，对所述渗出液进行处理，使之符合关于废水的现行标准。最后，所述处理室的上部有一个安全活门11，该活门可以将处理室维持在所需要的压强，当压强太高时就放掉一些压力，并在烘干过程完成之后将处理室中的压强恢复到大气压。
在图2所示的安装示意图中，所述处理室1被封闭在一个保护罩5中，二者以所述门闸16相通，所述门闸自始至终由一个电子控制系统进行自动控制。有一预装区50，可使所述滑车停在一对轨道10C、10D上，后者与所述处理室1的轨道10A、10B之间没有电连接。一个喷洒装置52可以在使用微波的过程中喷水，以避免辐射向外泄漏。一个图中未示出的可卸下且可排空的储存槽通过一个通道18与所述处理室1相连，可以收集烘烤木材所产生的液态渗出物。为了确保减少微波的泄漏，所述微波发生器44与所述储存槽6一样被埋在地下，通过所述波导器40与所述烘干处理室1相通。
所述烘干方法包括下列操作：通过运送装置将湿的木材送入所述处理室；所述处理室的门自动关闭，这样做避免了任何操作偏差和冲撞；将所述处理室加压，并向所述处理室中扩散饱和水蒸气，直到达到相应于所要的饱和水蒸气工作温度的压强。对于120摄氏度的饱和水蒸气，可以用2巴的压强，对于130摄氏度的饱和水蒸气，可以用2.7巴的压强。如果需要，可以使饱和水蒸气温度高于例如180摄氏度、200摄氏度甚至220摄氏度，同时将压强分别提高到10巴或者15巴。所述方法中温度和压强的上升可以逐级实现，或者按斜线上升，或者也可以循环实现，以便优化所要的产物，完全烘干到含水率0％，烘干到特定的含水率，或者得到可在化学上得到利用的液态渗出产物。在需要的时间内，在预定的压强和饱和水蒸气温度下维持该预烘干阶段，将湿木材按树种而定最低65％的含水率降低到所谓的饱和含水率30％。在该预烘干阶段，可以启动微波，以使湿木材的含水率加速达到饱和含水率。当达到了所要的饱和含水率时，木材中的剩余水分的排出就受到妨碍。此时，用微波对木材进行加热的阶段就显出其重要性了。在进行微波加热阶段时，通过中央窗14c发射的微波功率可以高于位于所述中央窗两侧的窗口141所发射的功率，利用这样的差别功率，在木材中形成温度差，这种温度差对应于木材中水蒸气的压强差。令这种压强差定向，以在达到预定的工作温度时有利于水在纤维方向上向木材外部排出。微波发生器的功率使木材温度高于可能接近120摄氏度甚至更高的饱和水蒸气温度，并在木材从内向外干燥的框架内产生所需要的效果。
在存在压强和含饱和水的空气的前提下，从所述木材中排出的液态化学成分和水在任何情况下都不能被蒸发，而在重力作用下下流，通过所述管道18汇集到所述隔栅19下方。一旦液面接近所述隔栅，所述控制系统就以均匀的间隔开启所述管道18。所述处理室具有一个探测液面的装置，使得可以实现所述阀门17的自动开启。每次排水循环之后，都有一个再加压循环，在所述处理室中重新获得有压饱和水蒸气。该最后的阶段，可以将木材的30％的含水率降到所需的最终含水率，可以是20％、10％、6％或者0％。为了将木材完全烘干，达到接近0％的含水率，所述方法可以包括至少一个预定时间的阶段，在该阶段中，将温度维持在200到220摄氏度附近的范围内，饱和水蒸气氛围的压强高于10巴。通过使用微波温度更高的饱和水蒸气氛围，但可能低于通常在所谓的“交叉连接”方法中在非饱和水蒸气氛围中使用的温度，可以将木材烘干到含水率接近0％，同时可以实现一种自然聚合现象，使木材具有湿度稳定、性质相当稳定和非常易于使用等特性。要得到这种结果所花的时间少于已知方法所用的时间，最重要的是，这种方法能够保持木材的自然色。事实上，本发明的方法不产生人所共知的在240到300℃的温度下进行烘干而产生的发黑现象。
所述烘干方法也可以用在本发明的设备中来生产包含构成木材的化学分子的液态渗出物，所述木材比如有松树、桉树、橡树、山毛榉、云杉等等，或者是预定树种的混合。将所述渗出液收集起来，可以再通过物理化学方法进行一些再处理，从而获得可用于化妆品工业、制药业、日用化学工业、农业饮食业、化学工业或者杀虫剂生产的化学成分。同样，单独处理松木，所得到的渗出液具有杀虫特性。
在烘干木材时，在获得最终含水率所需的时间的最后，终止饱和水蒸气的流通，如果需要，关闭所述蒸汽发生器2的管道。打开与所述冷凝器19相通的阀门191、192，以便冷凝所述处理室中的水蒸气，降低处理室中的温度。在特定时间后，所述微波发生器也关闭，并降低压强，逐步达到大气压。
通过使环绕木材的环境媒介水分饱和并正确运用能量消耗大大低于现有技术中通常的能量消耗的微波功率，可以达到加速木材内部的水分的排出过程、以更少的能量消耗更快地烘干木材的目的。在所述喷洒装置中，可以使用自来水。
本领域技术人员所能做到的变型也属于本发明范畴的一部分。因此，可以使用任何传送装置取代所述安装在轨道上的滑车。同样，控制装置和调节装置可以将所述方法相继的各阶段与或多或少的自动化结合起来。同样，所述处理室具有安全活门11，可使所述处理室通到外部大气，或者是在处理过程结束时，或者是在控制系统检测到超压的时候。

Claims (30)

1.一种在处理室中通过微波发射进行木材烘干的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
-加压步骤：至少通过注入或者产生饱和水蒸气的办法，在一个密封的处理室(1)中达到预定的压强，并在一定的时间内维持该压强，同时在该处理室中实现空气和饱和水蒸气的强制流通；
-加热步骤：通过发射微波，在要烘干的木材的中心和木材件的中央区域加热；
-排放步骤：将从木材中流出并流到处理室(1)底部而被收集的液态渗出物排出。
2.根据权利要求1所述的木材烘干方法，其特征在于，连续地排出所述液态渗出物。
3.根据权利要求1所述的木材烘干方法，其特征在于，间歇地排放所述液态渗出物。
4.根据权利要求1或3所述的木材烘干方法，其特征在于，所述排放步骤之后是逐步降压步骤，在微波停止之后将压强降到大气压。
5.根据权利要求1到3之一所述的木材烘干方法，其特征在于，所述排放步骤包括一个对所述渗出物进行物理化学处理的步骤，使得其排放与废水管道相容。
6.根据权利要求1或2或3所述的木材烘干方法，其特征在于，所述液态渗出物的排放步骤之后是一个收集步骤，将所述渗出物收集到一个容器中以便进行化学再处理。
7.根据权利要求4所述的木材烘干方法，其特征在于，所述降压步骤加上一个处理室环境空气的干燥步骤，使来自所述处理室的空气流通过一个处理室空气的吸潮与冷却装置。
8.根据权利要求1到3之一所述的木材烘干方法，其特征在于，所用的微波发射功率从木材件中心向外围降低。
9.根据权利要求1到3之一所述的木材烘干方法，其特征在于，所述饱和水蒸气压强在2巴到15巴的范围内。
10.根据权利要求9所述的木材烘干方法，其特征在于，所述蒸汽压强低于10巴，以使被处理的木材的湿度高于6％。
11.根据权利要求1至3之一所述的木材烘干方法，其特征在于，所述蒸汽压强至少在一段预定的烘干期间内在10到15巴之间，所产生的温度将达到200到220℃的范围，以获得一种自然聚合的风干木，其含水率接近0％。
12.根据权利要求1到3之一所述的木材烘干方法，其特征在于，所述微波发生器的功率使木材的内部温度高于所述饱和水蒸气温度。
13.一种可以实施权利要求1所述方法的设备，其特征在于，该设备由一个耐压的密封处理室(1)构成，具有相对于木材堆(3)横向设置的微波发射装置，所述处理室与一个加压空气的循环通道(12)相通，所述加压空气从所述木材堆的一侧通过一些格栅(13a)吸入，在所述木材堆(3)的另一侧通过扩散格栅(13r)排出，与所述处理室还有一个加压水蒸气的发生装置相连。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，微波发射装置是与一个波导器(40)相通的窗子(14)，波导器通过阻抗适配器(41)与一个微波发生器(44)相连。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述窗子(14)是石英的。
16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述窗子(14)的材料是适应微波的。
17.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备包括一个接通的蒸汽的冷凝管道(19)，该管道与所述空气循环通道(12)平行，且通过选择性启动的阀门(191、192)进行连通。
18.根据权利要求13到17之一所述的设备，其特征在于，所述设备在其最下部包括一个借助于重力将流下的水排出的孔(18)，该孔由一个阀门(17)控制。
19.根据权利要求13到17之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括：
-一个可由自动门(16)关闭的端部，该自动门保障对压强和对微波的密封；
-要干燥的湿木料的运送装置，这些装置与位于处理室自动门闸另一侧的运送装置在电路上是分离的。
20.根据权利要求13到17之一所述的设备，其特征在于，所述处理室组件以及木料预装区被包在一个第二保护罩中，以防止射线泄漏，该保护罩可通过软门从外部进入。
21.根据权利要求13到17之一所述的设备，其特征在于，所述微波发生器被埋在土中，通过一个波导器与所述烘干处理室相通。
22.根据权利要求13到17之一所述的设备，其特征在于，所述处理室有一个安全活门(11)。
23.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述阀门(17)间歇地打开。
24.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述阀门(17)持续地打开。
25.根据权利要求18或23或24所述的设备，其特征在于，所述孔与一个物理化学处理装置相连，该装置对渗出液进行处理，使之符合废水的排放标准。
26.一种通过发射微波提取木材的化学成分的方法，该方法包括：
在一个预定压强的密封处理室(1)中注入或产生饱和水蒸汽，并在一定时间内保持该压强，同时在该处理室中实现空气和饱和水蒸汽的强制流通；
通过发射微波进行加热，发射功率根据所加热的木材区域来确定；
将从木材中流出的液态渗出物排出，用于随后从中提取化学成分。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在预定的压强和温度条件下，在饱和水蒸气氛围中，用微波对单一树种的湿木材进行处理。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，收集对所述单一树种木材的处理所产生的液态渗出物。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，还用一些物理化学方法对所述渗出物进行再处理，以提取各种可用于化妆品工业、日用化学工业、农业饮食业、制药业和化学工业的化学成分。
30.根据权利要求26至29之一所述的提取化学成分的方法，其特征在于，对松树木材的处理可以获得一种具有杀虫效果的渗出液。
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