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木材干燥與微波設(shè)備的操作原理特點(diǎn)
木材高頻與微波干燥的原理及特點(diǎn)
1.1高頻與微波干燥的原理
木材微波(高頻)干燥是把濕木料作為一種電介質(zhì)，置于微波(高頻)交變電磁場(chǎng)中，在頻繁交變的電磁場(chǎng)作用下，木材中的極化水分子迅速旋轉(zhuǎn)，相互摩擦，產(chǎn)生 熱量，從而加熱和干燥木材。其具體的發(fā)熱機(jī)理大致有三種：1木材內(nèi)的離子在微波(高頻)電磁場(chǎng)的作用下迅速移動(dòng)，引起離子導(dǎo)電損耗熱效應(yīng)。2木材物質(zhì)非結(jié) 晶區(qū)域存在許多羥基等極性偶極子基團(tuán)和吸著在親水性羥基上的吸著水分子，其在交變電磁場(chǎng)作用下能夠發(fā)生頻繁取向運(yùn)動(dòng)而引起介質(zhì)損耗熱效應(yīng)。3木材中的極化 水分子隨著交變電磁場(chǎng)方向的變化而迅速旋轉(zhuǎn)，相互摩擦，產(chǎn)生熱量。由于木材中水的相對(duì)介電常數(shù)和損耗系數(shù)大，在微波場(chǎng)作用下發(fā)熱量多，因此在干燥時(shí)， 一般認(rèn)為是木材中的極化水分子發(fā)生頻繁的取向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生熱量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)木材的干燥。
1.2高頻與微波干燥的特點(diǎn)
在常規(guī)干燥中，干燥介質(zhì)主要通過對(duì)流或熱傳導(dǎo)的形式將熱量傳到木材表面，木材表面再以熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞到木材內(nèi)部，使得木材整體溫度升高。這種加熱 方式的加熱效率較低，加熱時(shí)間長(zhǎng)。而用微波(高頻)加熱木材時(shí)，熱量不是從木材外部傳入，而是通過交變電磁場(chǎng)與木材中極性分子(主要為水分子)的相互作用 而直接在木材內(nèi)部發(fā)生，其熱量的產(chǎn)生具有即時(shí)性和整體性。只要木料不是特別厚，木料沿整個(gè)厚度方向能同時(shí)熱透，熱透時(shí)間與木料厚度基本無關(guān)。與常規(guī)干燥相 比，微波(高頻)干燥具有一系列優(yōu)點(diǎn)：
干燥速率快，時(shí)間短 用微波(高頻)加熱木材時(shí)，木材內(nèi)部溫度急劇升高，水分迅速蒸發(fā)，水蒸氣快速膨脹，使得木材半封閉細(xì)胞腔內(nèi)的壓力急劇上升，在木材內(nèi)外形成較高的壓力差， 該“壓差”迫使木材內(nèi)部水份快速向外遷移，從而極大地提高木材干燥速率。再者，微波(高頻)作用于木材，可以破壞木材細(xì)胞壁上的紋孔膜，甚至薄壁細(xì)胞，使 木材內(nèi)部的通透性增加，從而在很大程度提高了木材內(nèi)的水分遷移性能。因此在微波(高頻)干燥過程中，木材的干燥速率要遠(yuǎn)高于常規(guī)干燥，其比值一般在十幾甚 至幾十以上。如將木材含水率由35%～40%降至20%，其總的烘干時(shí)間約為5～15分鐘，干燥速率是常規(guī)蒸汽干燥的20～30倍。
干燥質(zhì)量好，節(jié)約木材 微波(高頻)是一種穿透力較強(qiáng)的電磁波，它能穿透木材一定的深度，向被加熱木材內(nèi)部輻射微波電磁場(chǎng)，推動(dòng)其極化分子的劇烈運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生熱量。如用頻率為 915MHz和2450MHz的微波對(duì)具有很高含水率的木材進(jìn)行加熱或干燥時(shí)，微波在木材中穿透深度分別可達(dá)16cm和6cm。而當(dāng)木材含水率較低時(shí)，其 穿透深度可達(dá)二十幾厘米，甚至更大，能滿足厚方材干燥的要求。因此，微波(高頻)加熱過程能在整個(gè)木材內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，升溫迅速，大大縮短了常規(guī)加熱中熱傳導(dǎo) 的時(shí)間。除了特別厚的木材外，一般可以做到表里一起均勻加熱。
由于在微波(高頻)干燥過程中，木材內(nèi)部受熱均勻，溫度梯度和含水率梯度小，其產(chǎn)生的干燥應(yīng)力也小。因此，如果能控制好微波(高頻)輸出的功率大小、干燥時(shí)間和通 風(fēng)排濕，微波(高頻)干燥的質(zhì)量比常規(guī)蒸汽干燥更容易得到保證，從而提高木材利用率至少5%以上。另外，由于微波(高頻)加熱具有*的非熱效應(yīng)(生物效 應(yīng))，微波(高頻)干燥可以在較低溫度下更殺滅各種蟲菌，消除木制品蟲害，避免常規(guī)干燥中可能出現(xiàn)的木材生菌、長(zhǎng)霉現(xiàn)象。
能量利用效率高 常規(guī)干燥中，設(shè)備預(yù)熱、傳熱損失和殼體散熱損失在總的能耗中占據(jù)較大比例。用微波(高頻)進(jìn)行加熱時(shí)，濕木材能吸收絕大部分微波能，并轉(zhuǎn)化為熱能，而設(shè)備 殼體金屬材料是微波(高頻)反射型材料，它只能反射而不能吸收微波(或極少吸收微波)。因此，組成微波(高頻)加熱設(shè)備的熱損失僅占總能耗的極少部分。再 者，微波(高頻)加熱是內(nèi)部“體熱源”，它并不需要高溫介質(zhì)來傳熱，使得絕大部分微波能量被濕木材吸收并轉(zhuǎn)化為升溫和水分蒸發(fā)所需要的熱量，形成了微波 (高頻)能量利用的性。與常規(guī)電加熱方式相比，微波(高頻)加熱一般可省電30%～50%。
可直接用來干燥木質(zhì)半成品 人類自古以來對(duì)實(shí)木進(jìn)行加工利用時(shí)，無一例外都是先將木材干燥后再加工。這是由于如果先下料制成形后再干燥，成型的木構(gòu)件在干燥過程中只要略有變形、開 裂，就不能使用，而微波(高頻)干燥能基本保持木構(gòu)件的原樣，不變形、不開裂。因此，可以利用微波(高頻)直接對(duì)木質(zhì)半成品進(jìn)行干燥，干燥好后再對(duì)半成品 進(jìn)行精加工。這樣不僅可以節(jié)約能源，降低干燥成本，還可以提高提高木材利用率15%～20%。
此外，微波(高頻)干燥還具有工藝流程簡(jiǎn)單(如不需要浸泡、蒸煮、噴蒸等工藝)，易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。
與常規(guī)干燥方法相比，微波(高頻)干燥也存在一些缺點(diǎn)或不足：1微波(高頻)干燥所用能源為高價(jià)位的電能，干燥成本一般較高，缺乏價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2木材微 波(高頻)干燥設(shè)備復(fù)雜，投資較大。 然而，在一定的條件下，微波(高頻)干燥是可行的，它主要適宜于干燥厚方材、珍貴材和初含水率在纖維飽和點(diǎn)附近的木材。其中，高頻電磁波波長(zhǎng)比微波波長(zhǎng) 長(zhǎng)，穿透木材內(nèi)部的深度更深，適合干燥更厚的木材。