真空过热蒸汽干燥木材的水分迁移特性

文中分析指出常压空气1燥时，水分通过边界屋依靠扩散，而真空过热蒸汽干燥依靠内外蒸汽压差，其传质阻力可以忽略，故干燥速韦快。
1引言早在20世纪初70年代，用常压过热蒸汽干燥木材在我国已有应用。它具有传热系数大千燥速度快等优点，但由于干燥温度干燥质量不易保障材色变深影响销售等缺陷，现已很少有应用。近十几年来，在国外如丹麦德国法国加拿大等国，应用在真空状态下的低温过热蒸汽干燥，则取得了良好的效果，它不仅干燥速度比常压下热风干燥快37倍，而且干燥质量很好。国际干燥基金项目国家自然科学基金资助项目59876，5界人士加拿大的A.S.Mujumda教授曾指出，加压或真空操作的过热蒸汽干燥是种创新的干燥技术，具有潜在的高效率。我国在这方面理论研究尚在起步阶段，而对于真空过热蒸汽干燥木材的热质传递特性的研究尚属空白，本文通过实验研究作些初步的探讨。
2实验装置材料与方法2.1实验装置实验装置的主体为真空干燥箱，1.
主要从事木材干燥过程的传热传质及节能干燥技术的研究。
时间h干燥木材的水分迁时间h干燥木材的水分迁移特性，度V蒸汽干燥木材的水分1真空干燥箱1重量传感器3木材试件4重量传感器5温度传感器及置式仪6真。空泵及控制仪7电加热器2.2材料与方法木材试件为针叶材马尾松，试件尺寸为100，40爪爪，试件初含水率在14，147，终含水率在1228.
实验内容包括1常压空气干燥和真空过热蒸汽干燥性能对比，实验温度由7，1000，中间间隔为5真空干燥时，其真空度分别控制在和0.0313，对应的饱和温度为60.10和69.12.0.在实验的温度区间内，真空箱内过热蒸汽木材内的水分是通过木材面迁移到干燥介质中，木材内水分迁移的速率可用平均每小时木材含水率下降的百分率1来。
纤维饱和点3以上，即木材细胞腔自1水蒸发阶段，真空过热蒸汽干燥木材时，水分蒸发速率与温度的关系。试件与实验1相同，温度水平纤维饱和点8以下，即木材胞壁中吸着水蒸发阶段，真空过热蒸汽干燥木材时，水分蒸发速率与温度的关系。试件与实验1相同，温度水7 170工程热物干燥箱的真空度根据设定的真空度由压力控制器来控制真空泵的开启或停止。干燥箱由电加热器7供热。干燥箱的温度由温度传感器及其控制系统，根据设定的温度控制加热器的开关。木材含水率的变化，由重量传感器称重，并根据木材的绝干，量，换算出木材的实际含水率。
理学报23卷3实验结果与分析3.1实验结果力，2.，3，过热蒸汽干燥木材的水分迁移速率对比。3和4分别显了尸3点以和以下真空过热蒸汽干燥的水分迁移特性。
真空过热蒸汽干燥条件下，木材内水分迁移速率明显高于常压空气干燥条件下的速率。
过热蒸汽空气逆转点介质温度蒸汽干燥逆转点意在同真空度和同温度水平下，纤维饱和点3以上的水分蒸发速率明显高于纤维饱和点以下，且无论是，3以上还是以下，木材内水分迁移速率均随温度升而加快。
3.2实验结果的分析水分在空气中和过热蒸汽中蒸发时，传质的驱动力不同，从而导致水分迁移速率有较大的差异。
以空气为干燥介质时，水分通过边界层是依靠扩散；而在过热蒸汽介质中，只有蒸汽种成分，水分是靠蒸汽压力差产生的体积流作驱动力，其传质阻力可忽略不计4.
过热蒸汽温度越，吸湿能力越强，故随介质温度提高，水分蒸发速率越快。真空过热蒸汽条件下，介质的吸湿能力可用相对压力也称相对湿度来5力；尸5为介质温度所对应的饱和压力。例如当介随温度的，加，真空过热蒸汽过热度的加大，真空下与常压下者水分蒸发速率的差距越大。
例如70，时，过热蒸汽干燥速率比常压空气干燥快52；而温度为1时者的差距为1.3倍。
温度1000下，真空过热蒸汽亍燥不存在与常压空气干燥对比的逆转点。所谓逆转点，是指在某温度或温度段以前，过热蒸汽干燥速率低于常压空气干燥，而当温度于逆转点以后，情况正相反5.常压干燥条件下热风空气和过热蒸汽干燥存在逆转点已被国内不少学者证实23.
中国农业大学连政国博土通过实验验证了常压下热风和过热蒸汽千燥的逆转点温度在17，左右31.
质压力为，2，介质温度分别为7，0 4228.519.7.说明过热蒸汽温度越吸湿能力越强，有利于木材面水分的蒸发和迁移。
真空下的过热蒸汽干燥，强了水分传递的驱动力，木材内外的水蒸气压力差加大，且真空度越，内外压差越大，这是真空条件下过热蒸汽干燥比常压空气干燥快的个重要原因。
真空过热蒸汽干燥不存在逆转点，方面是由于真空状态下介质的热力性质与常压过热蒸汽热力性质有较大的区别。另方面真空度的存在有利于木材水分向面迁移。通过下面的计算举例，可以说明真空度在过热蒸汽干燥中的贡献率。为了将1000常压过热蒸汽与空气干燥的对流放热系数作对比，利用流体流过平板的对流换热计算公式6计算1札枷为雷诺数，拖=以，其中为流体流速，本实验中取=513；为流体运动粘度，13；为定型尺寸，取乙=0.瓜；尸7为流体的普朗特数，=，其中为导热系数3；久为流体导热系数，评让。
根据有关资料7，查出常压下1空气和过热蒸汽久等热力学参数代入式2，可计算出相应的空气的aai和过热蒸汽的asup.
以上计算结果明，常压下空气的放热系数高于过热蒸汽的放热系数，而实验测试得真空度为0.08MPa，100，时水分蒸发速率比常压空气干燥高得多，因而说明了这种情况下真空度对木材内水分迁移速率纤维饱和点3以上木材内水分迁移转变明显高于3点以下的原因是由于细胞壁腔直径0.030.05mm比细胞壁的平均直径大1001000倍，水分迁移阻力小，故迁移速度快。
4结论真空过热蒸汽干燥木材，可以在较低的温度下达到较高的水分迁移速率。而且干燥质量很好，因而它是种有发展应用前景的高效干燥技术，由于负压下过热蒸汽的导热系数，导温系数，运动粘度〃等有关热力性质的参数尚未报道，故目前LI6s普街靶腌农关建立完善的数学模型及的求解，还有待进步贡献率的大小和各自所占的份额也需要进步的探讨。
趋向。化工进展，19.18干燥专刊29连政国。过热蒸汽干燥理论与试验研究博士论文。北京中国农业大学，is.3e55曹崇文等。过热蒸汽千燥新技术。16年干燥学术研讨会论文集。北京，16.2，29许美琪。木材真空干燥技术进展。林产工业，14，216杨世铭。传热学。第版。北京等教育出版社，198，张璧光。热工学。第版。北京中国林业出版社，1992