DE2308314B2

DE2308314B2 - Verfahren zur trocknung von holz und anderem fasergut

Info

Publication number: DE2308314B2
Application number: DE19732308314
Authority: DE
Inventors: Bror Olof Djursholm Hager (Schweden)
Original assignee: Hager AB
Current assignee: Hager System Sandarne Se AB
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1973-02-20
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DE2308314C3; NO136057C; CA992307A; FI58212B; US3811200A; DE2308314A1; NO136057B; FI58212C; AT344616B; CH558923A; SE393676B; AU5236373A; GB1402191A; ATA152073A

Description

In Verbindung mit der Druckkonservierung, Trocknung und Färbung von Holz nach dem »Hager-Prozeß« gemäß der schwedischen Patentschrift 3 01 870 und der US-PS 35 60 251 wurde eine Holztrocknung mit hochsiedendem öl mit einem Siedepunkt von 250 bis 300⁰C beschrieben, die schnell und unschädlich durchführbar ist. Bei diesem Verfahren absorbiert das Holz etwas Trocknungsöl. Durch spezielle Maßnahmen wird der absorbierte Anteil so gering wie möglich gehalten. Er kann auf eine Menge herabgedrückt werden, die diejenige nicht überschreitet, die zur Erzielung einiger der durch den Hager-Prozeß erwünschten Effekte erwünscht ist. Bei normaler Trocknung ist es jedoch nicht erwünscht, derartige ölmengen in das Holz einzuarbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines wirksamen und schonenden Verfahrens zur Trocknung von Holz, bei dem das Trocknungsmedium aus der Oberfläche des Produktes entfernt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Trocknung von Holz und anderem Fasergut durch Erhitzen in einem geschlossenen Behälter durch ein mit Wasser nicht mischbares hochsiedendes Trocknungsmedium unter vermindertem Druck bei einer Temperatur von 50 bis 9O⁰C, wobei das getrocknete Gut unter Vakuum gehalten wird, bis das in der Gutoberfläche verbliebene Trocknungsmedium verdampft ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Trocknen ein Trocknungsmedium mit einem Siedepunkt bei Normaldruck zwischen 150 und 250⁰C eingesetzt und unter Abfuhr des dem Gut entzogenen Wasserdampfes mit verdampftem Trocknungsmedium aus dem Behälter ein zumindest 80%iges Vakuum eingehalten wird, und daß unmittelbar nach beendigter Trocknung das Trocknungsmedium unter Aufrechterhaltung des Vakuums aus dem Behälter entfernt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu trocknende feuchte Holz in einen Eisenzylinder gebracht, der verschlossen wird. In diesen Zylinder wird auch das Trocknungsmedium, z.B. ein Erdöl- bzw. Petroleum-Produkt, das bei etwa 200⁰C siedet, gebracht. Wärme wird in einem Maße zugeführt, daß das Erdöl-Produkt bei 8O⁰C gehalten wird. Darüber hinaus wird ein Vakuum angelegt, so daß das Wasser in dem Holz wegsiedet

Der Wasserstrahl, der das Holz verläßt, und das mitgeführte verdampfende Trocknungsmedium werden zu einem Kühler zur Kondensation geleitet. Das Kondensat wird anschließend zu einem Sammelgefäß geleitet. Aus diesem wird das Trocknungsmedium sorgfältig zur kontinuierlichen Verwendung abgetrennt. Ist das Holz bis zu dem erwünschten Ausmaß getrocknet, so wird das Trocknungsmedium aus dem Zylinder entnommen. Dies wird unter Beibehaltung des ίο Vakuums durchgeführt. Das Vakuum in dem Zylinder wird auch für einige Zeit nach dem Zeitpunkt, zu dem das Trocknungsmedium entfernt wurde, aufrechterhalten. In der Holzoberfläche zurückbleibendes Trocknungsmedium. wird während dieses Zeitraums aus dem heißen Holz verdampft. Das Holz ist anschließend fertigbehandelt.

Die dargelegte Verfahrensweise wird nachfolgend eingehender erläutert.
Eine geeignete Vorrichtung zur Holztrocknung besteht aus einem Eisenzylinder mit einer Giebelwand, die geöffnet und geschlossen werden kann. An dem Zylinder ist ein Heizmantel so angebaut, daß der Zylinder und sein Inhalt erwärmt werden können. Die Erwärmung kann beispielsweise auch durch Heizröhren in dem Zylinder erfolgen. Als Wärmeüberträger kann beispielsweise Wasser, eine von öl verschiedene Flüssigkeit oder Dampf verwendet werden. Der Zylinder sollte eine thermische Isolierung aufweisen. Zu dem Zylinder führt ein Rohr von einem Behälter für das Trocknungsmedium, durch welches das Medium zu oder von dem Zylinder transportiert werden kann. Das Trocknungsmedium muß wegtransportiert werden können, wenn sich der Zylinder unter Vakuum befindet, beispielsweise über eine geeignete Flüssigkeitspumpe oder durch eigenes Abfließen zu einem darunterliegenden evakuierten Behälter. Von dem Zylinder führt ferner ein Rohr zum Entlassen von Dämpfen zu einem Kühler, wo die Dämpfe zu Wasser und flüssigem Trocknungsmedium kondensiert werden. Von dem Kühler werden die Kondensate zu einem Behälter geleitet, wo das Wasser und das Trocknungsmedium voneinander getrennt werden. Das Trocknungsmedium wird sorgfältig entnommen; dabei ist es von geringer Bedeutung, wenn ein Teil des Wassers mitgenommen wird; im Gegensatz dazu sollte das abgeschiedene Wasser kein Trocknungsmedium enthalten. Die erforderliche Vakuumpumpe, die den Zylinder, Kühler und Abscheide-Behälter evakuiert, wird in geeigneter Weise mit dem Kühler oder dem Behälter verbunden. Weitere übliche Meß- und Steuerungsvorrichtungen sollten ebenfalls vorhanden sein.

Wenn das feuchte Holz in den Zylinder eingebracht wird, wird es so befestigt, daß es während der Trocknungspieriode nicht gegen den oberen Teil des Zylinders treiben kann. Das Trocknungsmedium wird gewöhnlich in einer derartigen Menge eingebracht, daß es unter Schäumungsbedingungen, d. h. wenn es während des Trocknungsvorgangs mit austretenden Dampfblasen vermischt wird, das Holz bedeckt, jedoch nicht darüber. Das Trocknungsmedium sollte auf diese Weise den Zylinder nicht vollständig ausfüllen, jedoch bildet das Medium eine frei schäumende Oberfläche über dem Holz, aus der Wasser und Trocknungsmedium in Form von Dämpfen in das Rohr zu dem Kühler austreten. Nachfolgende Einfüllungen von Trocknungsmedium während der Trocknungsperiode sind gewöhnlich notwendig.
Als Trocknungsmedium werden Flüssigkeiten ver-

IO

. die nicht mit Wasser -nischbar sind und die in j Benannten Bereich (mit einer geeigneten Dämpfig kkurve) sieden. Die untere Grenze des Siedepunk-

reibt sich aus der Tatsache, daß es möglich sein soll,

^tes u_oi_z im Vakuum zu erhitzen, ohne daß das

T^aiUnunesmedium zu heftig siedet oder schäumt, was

TrocKii *>_{aschen Verdarnp}f_Ung führt. Dies würde das

Verfahren unnötig belasten. Die Trocknung würde

eert werden, andauernde Nachfullungen des

Xnungsmediums wären notwendig, der Wärmever-

»nch würde ansteigen, und es wäre netwendig,

rößere Mengen des Trocknungsmediums wiederzuge-

^wl""^ej"'_{t zwar} möglich, die Trocknung mit Medien, die .. ■ %n bis 160°C sieden, durchzuführen, jedoch sind ,₅ Tmcknungsmedien mit einem Siedepunk, ab 180°C kneter da dann das Trocknungsverfahren leichter özuführen ist. Der Siedepunkt darf jedoch nich· zu h h sein so daß die Medien nach dem Trocknen in dem WnIz zurückbleiben. Es muß im Gegenteil möglich sein, " aus dem Holz zu verdampfen. Aus dieser Überlegung heraus ergibt sich die obere Grenze für den Siedepunkt 250⁰C oder gerade darunter. Am besten eignen sich Madien die zwischen 200 und 250⁰C, vorzugsweise zwischen 200 und 220°C bzw. bei etwa 200° C oder ein weniß darüber sieden.

Das Trocknungsmedium kann beispielsweise aus F döl- bzw. Petroleumprodukten zusammengesetzt •n Selbst verschiedene organische Lösungsmitte! können verwendet werden. z.B. solche die Chlor η halten In der Regel sind die Erdöl- bzw. Petroleumnrodukte' zu bevorzugen, da sie billig sind. Darüber h naus sollten Produkte verwendet werden, die geruch-' _oder jedenfalls frei von einem unangenehmen fienich sind. Dies ist besonders dann bedeutungsvoll, wenn die Gefahr besteht, daß geringe Mengen der hochsiedenden Bestandteile des Mediums in dem Holz Zurückbleiben können. Der Flammpunkt sollte so hoch wie möglich sein. Unter den organischen Lösungsmit-^W UJL«. ^ chlorierten Produkte den Vorteil, daß

wie möglich sein. Unter den organischen Lösungsmit Sn besitzen die chlorierten Produkte den Vorteil, daß

oxidierende Lutt nicht vollständig mit dem Trocknungsmedium in Berührung kommt.

Ein besonders geeignetes Trocknungsmedium ist ein Erdölprodukt, das zwischen 187 und 212⁰C siedet. Es ist farblos, frei von aromatischen Verbindungen und in beträchtlichem Grade geruchlos. Der Flammpunkt beträgt 55° C. Es handelt sich um ein Produkt auf der Basis von Isoaliphaten (»Shellsol T«). Mit diesem Produkt war es möglich, das Holz rasch unter Beibehaltung einer frischen Farbe und mit einer ausgezeichneten Wiedergewinnung des Mediums zu trocknen. Ein ähnliches Produkt siedet zwischen 191 und 257-C. wenn gleich die obere Grenze des Siedepunktes in diesem Fall ein wenig zu hoch zu liegen und das Siedeintervall ein wenig zu breit zu sein scheint uer Flammpunkt beträgt 66⁰C. Es ist ein Produkt auf der

Basis von Aliphaten (»Shellsol M-

Dem Trocknungsmedium können weitere Substanzen zugesetzt werden, um dem Holz verschiedene Eigenschaften zu verleihen. Solche sind beispielsweise Wachs, das eine wasserabstoßende Oberfläche erzeugt, Bleichmittel, die ein helleres Holz ergeben, Substanzen, die eine harte Oberfläche ergeben, wie Harze und Leinsamencl, Substanzen zum Schutz gegeiη ZerfaU. Blaufäule oder Feuer; es können ^ch ^Farbp.gmente zugesetzt werden. Diese Zusätze oder ihre Auswirkungen verbleiben in der Holzoberfläche.

Um chs Schäumen während der Trocknungspenode zu vermindern, können, falls dies notwendig erscheint, Antischaummittel dem Medium zugesetzt werden; ein gutes derartiges Mittel ist Octylalkohol.

In den meisten Fällen hat sich eine Trocknungstemperatur von 80°C am zweckmäßigsten erwiesen. Furgleich beschädigtes Holz können Temperaturen von,K»ode 60°C angewendet werden. Die Trocknung erfordert dann eine wesentlich längere Zeit. Sie ist jedoch im Vergleich mit den begrenzten Möglichkeiten die : ch in solchen Fällen für die Trocknung nach ubtehen Verfahren ergeben, immer noch sehr schnell. Vorzugs

teln besitzen die cniorieneu nuuunc _u<-.i ,^m...,

sie ziemlich feuerbeständig sind. Da sie entschieden teurer als die Erdöl- bzw. Petroleumprodukte sind, ist es daher auch wichtig, sie so vollständig wie möglich wiederzugewinnen. Selbst wenn die Trocknung in einem geschlossenen Behälter durchgeführt wird, ist das Gesundheitsrisiko, das möglicherweise durch die chlorierten Produkte verursacht wird, in Betracht zu ziehen. Werden Erdöl- bzw. Petroleumprodukte verwendet, so können chlorierte Substanzen als Zusatzstoffe verwendet werden, um den Flammpunkt anzuheben. Das Trocknungsimedium kann ganz oder teilweise, gegebenenfalls zu einem geringeren Anteil aus chlorierten flaminwidrigen Lösungsmitteln bestehen.

Erdölprodukte mit einem hohen Gehalt an Aromaten laugen in der Regel Einlagerungen (Harze) aus dem Holz aus. Derartige Medien sollten deshalb nicht an erster Stelle gewählt werden. Erdölprodukte mit einem niedrigen Gehalt an aromatischen Verbindungen haben sich bisher am geeignetsten erwiesen, zumal sie in der Regel auch keinen unangenehmen Geruch besitzen.

Einige Erdölprodukte dieser Art sind empfindlich gegen Luftoxidation. Durch Oxidation kann ein größerer Anteil an hochsiedenden Produkten und Ausfällungen gebildet werden. Es haben sich jedoch beim erfindungsgemäßen Trocknungsverfahren keine durch Luftoxidation bedingten Probleme ergeben. Dies hängt wahrscheinlich damit zusammen, daß die Trocknung im Vakuum durchgeführt wird, d. h. daß Das Vakuum sollte so hoch sein, daß das Wa siedet, jedoch nicht so hoch, daß das Trocknungsmed, um zu rasch verdampft. Die Trocknung schreitet am besten voran, wenn das Vakuum so hoch. νVwie dies hinsichtlich des Trocknungsmed.ums möglich ist £ höher der Siedepunkt des Mediums ist, desto noner Ltn und sollte das Vakuum sein. Weiterhin smd größer die Dimensionen des zu behandelnden Ho zes find ein um so höheres Vakuum und eine um so höhere

leicht, Bedingungen für die

Zusammenhänge geben. Wasser und

Dampfdruck bei 80 und 6O⁰C fur₍ Wasseren organische Flüssigkeiten, d.e zwischen 120 und 22ü c sieden.

100⁰C (Wasser)

Ϊ20

160

180

200

220

für die organischen Substanzen angegebenen Werte sind schematisch. Dampfdruckkurven für verschiedene Substanzen mit den gleichen Siedepunkten sind bekanntlich nicht identisch, selbst wenn die Unterschiede in der Regel gering sind.

Im folgenden sind die Dampfdruckwerte für das genannte Erdölprodukt mit einem Siedepunkt zwischen 187 und 212°C auf Isoaliphatenbasis abgegeben:

Temperatur

Druck -

IO

25° C	1,4 mm Hg
50	4,2
75	10.6
100	46,0

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß Substanzen, die bei etwa 120°C sieden, bei den erwähnten Trocknungstemperaturen einen vergleichsweise hohen Dampfdruck haben. Der Dampfdruck ist wesentlich niedriger für Substanzen, die bei 160°C sieden. Eine weitere beträchtliche Verminderung des Dampfdruckes wird für Substanzen beobachtet, die bei 38O°C sieden; diese können zur Trocknung bei 6O⁰C₁ gegebenenfalls auch bei 8O⁰C, verwendet werden. Für den letzteren Fall sind jedoch höher siedende Medien erwünscht. Für Substanzen mit Siedepunkten bei 200°C ist der Druck zur Trocknung bei 80°C auf einen günstigen Wert erniedrigt.

Was den Druck bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anbelangt, erscheint es zweckmäßig, diesen nicht unter dem Zwei- bis Vierfachen des Dampfdruckes des Mediums bei der Trocknungstemperatur zu halten. Im allgemeinen wird bei einem 80 bis 98%igen Vakuum gearbeitet, d. h. unter einem Druck zwischen 15 und 150 mm Hg; hierbei ist das Vakuum für höher siedende Medien höher und für niedriger siedende Medien niedriger. Beim Arbeiten mit dem genannten Erdölprodukt mit einem Siedepunkt zwischen 187 und 212°C auf Isoaliphatenbasis bei einer Trocknungstemperatur von 80° C wird in der Regel ein Druck zwischen 20 und 120 mm Hg verwendet. Bei einer Arbeitsweise mit hohem Vakuum ist es für die Erzielung einer guten Trocknung notwendig, eine wirksame Kühlung durchzuführen.

Das Vakuum kann zu Beginn der Trocknungsperiode geringer sein. Anschließend wird es nach und nach auf den gewünschten Wert gebracht. Zu Beginn werden nämlich große Wassermengen von den äußeren Schichten des Holzes verdampft. Es tritt eine heftige Schaumbildung auf. Dieser Schaum kann durch ein geringeres Anfangsvakuum vermindert werden. Eine heftige Schaumbildung würde gewöhnlich die Verdampfung des Trocknungsmediums sehr stark steigern. Im Gegensatz zu üblichen Trocknungsverfahren scheint kein Grund dafür zu bestehen, am Anfang eine niedrige Temperatur anzuwenden.

Nach der Trocknung wird das Trocknungsmedium aus dem Zylinder weggeführt, wobei das Vaku'im beibehalten wird. Anderenfalls würde bei einer Unterbrechung des Vakuums, während das Trocknungsmedium in dem Zylinder zurückbleibt, der äußere Luftdruck das Trocknungsmedium in großen Mengen in das evakuierte Holz drücken. Nach der Entfernung des Mediums läßt man das Holz in dem Zylinder unter Aufrechterhaltung des Vakuums oder falls möglich unter erhöhtem Vakuum. Während dieser Zeit verdampft das in dem Holz zurückgebliebene Trocknungsmedium gleichzeitig mit dem Abfall der Temperatur des Holzes.

Während der Trocknungspenode nimmt das Holz eine beträchtliche Wärmemenge auf, die bei Verwendung eines wärmeisolierten Zylinders und aufgrund des thermischisolierenden Vakuums gut isoliert ist. Darüber hinaus besitzt Holz eine geringe thermische Leitfähigkeit, weshalb die Wärme vom Holz lediglich langsam abgeführt wird. Die Wärmemenge in dem Holz kann somit praktisch vollständig zur Verdampfung des in dem Holz zurückgebliebenen Trocknungsmediums ausgenützt werden.

Die erfindungsgemäße Holztrocknung wird dadurch begünstigt, daß das verwendete Trocknungsmeditim eine geringe Verdampfungswärme besitzt. In der Regel beträgt sie lediglich ein Fünftel der Verdampfung*,«^,·- me des Wassers. Da die Verdampfung aus dem Holz während des Verfahrens abnimmt, ist es leicht, das Vakuum sukzessive anzuheben, um auf diese Weise die Wirksamkeit der Trocknung zu steigern. Es ist im Hinblick auf Regen und Feuchtigkeit vorteilhaft, das Holz abkühlen zu lassen, bevor es aus dem Trocknungszylinder entnommen wird.

Zur weiteren Steigerung der Wirksamkeit des Verfahrens kann neben dem Vakuum auch die Temperatur am Ende der Trocknungsperiode gesteigert werden. Weiterhin kann in einer begrenzten Menge Heißluft eingebracht werden. Hierdurch kann zeitweise das Vakuum ein wenig abfallen. Zu diesem Zeitpunkt sind vorhandene Mengen an Trocknungsmedien so gering, daß sie durch einen gesteigerten äußeren Druck nicht in das Holz eindringen können. Anstelle von Luft kann auch Dampf eingebracht werden. Eine geeignete Maßnahme hierfür ist das einbringen von Heißwasser in den Boden des Zylinders. Die Hitzezufuhr wird dabei aufrechterhalten. Das Wasser verdampft nach und nach und unterwirft das Holz einer Dampfbehandlung, die gewissermaßen eine Wasserdampfdestillation des Mediums bedeutet. Eine Behandlung dieser Art verdampft leicht Substanzen mit vergleichsweise hohen Siedepunkten. Die geringen Mengen des Mediums, die eventuell in dem Holz zurückbleiben, sind vergleichsweise hochsiedend. Sie haben kaum einen schädigenden Einfluß auf das Holz.

In der Regel ist es nicht nötig, zwischen die Holzstücke Kreuzstücke zu plazieren.

Zu Beginn der Trocknungsperiode ist das feuchte Holz in der Regel schwerer als das mit Dampfblasen durchsetzte Trocknungsmsdium. Mit zunehmender Trocknung wird das Holz leichter und die Menge der Dampfblasen in dem Trocknungsmedium geringer. Infolgedessen nähern sich die Gewichte gleicher Volumeneinheiten von Holz und dem mit Dampfblasen durchsetzten Trocknungsmedium einander und werden für einen beträchtlichen Zeitraum der Trocknungsperiode identisch.

Da die während der Trocknung aufgenommene Wärmemenge hauptsächlich mit dem Volumen des Holzes zusammenhängt, ist es leichter, Reste an Trocknungsmedium aus Holz mit großen Dimensionen zu entfernen. Die zurückbleibende Menge an Trocknungsmedium liegt in der Regel unter 5 kg pro cbm, wenn Trocknungsmedien verwendet werden, die bei 200° C sieden und eine Trocknungstemperatur von etwa 80"C verwendet wird. Die Veduste an Trocknungsmedium brauchen 2 kg pro cbm Holz nicht zu überschreiten.

Die Trocknung von Holz mit 25 mm Dicke kann erfindungsgemäß in 4 bis 6 Stunden durchgeführt

werden. Wird die Dicke des Holzes auf 50 mm verdoppelt, so steigt die Trocknungszeit auf 6 bis 8 Stunden an. Dies bedeutet, daß die Trocknung 25 bis 50 mal schneller erfolgt als in üblichen Vorrichtungen mit Luft als Trocknungsmedium. Die Dauer der Verdampfung des Trocknungsmediums liegt somit erfindungsgemäß im Bereich von Stunden, wobei es jedoch von Vorteil ist, wenn sie verlängert werden kann.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Trocknung von Holz und anderem Fasergut durch Erhitzen in einem geschlossenen Behälter durch ein mit Wasser nicht mischbares hochsiedendes Trocknungsmedium unter vermindertem Druck bei einer Temperatur von 50 bis 90⁰C, wobei das getrocknete Gut unter Vakuum gehalten wird, bis das in der Gutoberfläche verbliebene Trocknungsmedium verdampft ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Trocknen ein Trocknungsmedium mit einem Siedepunkt bei Normaldruck zwischen 150 und 250⁰C eingesetzt und unter Abfuhr des dem Gut entzogenen Wasserdampfes mit verdampftem Trocknungsmedium aus dem Behälter ein zumindest 80%iges Vakuum eingehalten wird, und daß unmittelbar nach beendigter Trocknung das Trocknungsmedium unter Aufrechterhaltung des Vakuums aus dem Behälter entfernt wird.