置换干燥原理及其在木材干燥中的应用

置换干燥原理及其在木材干燥中的应用王连勇，王国恒刘汉桥，田红（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004）式：卷起一浮升‘机制和“颈矿”机制，主要特点为能量消耗低。干燥效率高、干燥时间短，且在被干燥物料表面不留水分斑迹。置换干燥在电子、航天、机械等方面已得到广泛应用。利用置换干燥方法干燥木材具有很强的吸引力和广阔的应用前景。为了降低木材干燥过程的能量消耗，提高出材率和产品质量，对不同的需干燥的木材应确定合理的干燥时间，选择合适的置换剂，并采取多级萃取的逆流结构。
置换干燥是一种非热力干燥方法，此方法应用比水的密度大且不溶于水的某种干燥溶剂（置换剂）来置换湿物料中的水分。当湿物料浸泡于干燥溶剂中时，在浮升力和表面张力的共同作用下，该溶剂使物料中的水分从固体表面脱离，通过重力作用、离心力作用或蒸发的方式将水和置换剂分离。然后，置换剂再循环进入干燥系统重新利用。水一置换剂、水一固体交界面的表面张力是置换干燥过程的一个关键因素，因此这个过程可以通过加入表面活性剂而得以强化。
与常规干燥法相比，置换干燥能量消耗低、干燥效率高，时间短，且在被干燥物料表面不留水分斑迹，因此置换干燥在很多领域中得到了广泛应用，尤其在木材干燥中具有很强的吸引力和广阔的应用前景。
1置换干燥机理置换干燥机理有两种形式：卷起一浮升“形式和‘颈缩”形式。
1.1“卷起一浮升”机制当分散于置换剂中的表面活性剂在水一固体形成的界面上吸附时，水分润湿固体表面的程度逐步降低，即水与固体表面的接触面积逐渐变小，小水珠被逐渐“卷起”，当浮升力大于粘附力时，小水珠便1.2*颈缩“机制当分散于置换剂中的表面活性剂，在水一置换剂形成的界面上吸附时，由于液相界面张力显著减小，终导致水滴的外表层减薄，在振荡条件下产生下，向置换剂表面漂升，见。
图如if力干燥和置换干携的cMafMilonic大多数情况下，上述两种机制并存，产生总体的置换效果，尽管它们的置换程度不尽相同。作为置换剂应该具有如下特性：（1）密度大；（2）没有毒性（或毒性低）（3）不燃（或燃点高）（4）与水的液相界面张力小；（5）不溶于水；（6）化学性质不活泼。许多有机溶剂可作为置换剂，其中氟里昂R113经常被选用，因为它无毒性（T.V.A*1000ppm），密度高于水50而沸点只有48工且沸点下的蒸发潜热为146.5kJ/kg.遗憾的是，某些氟里昂（氟氯烃物质，简称CFC）对大气环境有影响，在一些国家限制使用。因此，使用氟里昂的置换干燥装置必须严格密闭。
2置换干燥的特点置换干燥具有如下主要特点。
和热力干燥相比，能量消耗降低。与热力干燥相比，理论上说置换干燥的能量需求是十分小的，因为能量仅仅用来破坏粘附力和吸附力。在空载时（即不进行水分蒸发），蒸馏碳氟化合物溶剂将消耗一定能量；在有水载的条件下，能耗不发生变化，即与蒸发水量的大小无关，这是因为置换干燥的脱水过程不是通过水分吸收能量而蒸发的。对于置换干燥，水载大于37.5kg/m3（干燥条件）以后，每个操作过程的能耗均相同。相反地，对于热空气干燥，在没有水载荷时能量消耗较低（尽管不等于0）是因为能量仅被用来加热干的固体但是随着含水量加蒸发水分所需的能量也急剧加。表示在干燥小金属零件的系统中，对于热空气干燥和置换干燥在不同的水载荷下的能量消耗，由此可见，置换干燥能够节约能量。
干燥效率高，从而缩短了干燥时间；投资和运行费用均较低；能够处理高含水量（体积含水量达10）的物品，但干燥效率并不降低；无污点干燥，物料表面不留斑迹。
这是一个无污点干燥技术它使物料表面不留水分斑迹。这对于干燥胶片、塑料制品、抛光金属制品、陶瓷产品等尤为重要。
3置换干燥的应用迄今为止，置换干燥己应用于电子及航天（如印刷电路板、继电器、半导体材料、电视显像管）、光学（如镜架、镜片、胶片、摄像机）、机电（如复印机、电机）、机械（如工具、刃具、医疗器械）等领域。这种技术在欧洲得到广泛应用，干燥容量从0.04m3到几个m3.与常规干燥相比，置换干燥能大幅度地节约能源。随着萃取级数的加，置换干燥总的能量消耗降低，且被置换的水量也加。当应用5 ~10个萃取级来置换湿物料中大约70~90的水分时，置换过程所消耗的能量大约为常规过程的1/3.因此，利用置换干燥方法干燥木材要优于常规的干燥方法，是实现木材干燥的一条更科学、更经济的途径。表1给出了在用乙醇处理薄木板的置换干燥系统中相对于不同萃取级数的相应的能量消耗。北京：化学工业出版2丨3丨1980，（2）：467*471.丨4丨朱政贤。木材干燥丨M.北京：中国林业出版社，1989.326-327.能源的高效利用方面研宄。
衡1用丙醇时的置换率低1定是由于和甲醇（相i比丙blishingHouse.Allrightsreserved.