Proceedings of the 11th Polish Drying Symposium XI PSS Pozna , Poland, 13-16 September 2005
MARIA BOSZKO, JERZY MALCZEWSKI, ROBERT GRABARCZYK Zakład Aparatury Przemysłowej, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii Politechniki Warszawskiej
SUSZENIE WIÓRÓW DREWNIANYCH W WYSOKIEJ TEMPERATURZE
Celem pracy było zbadanie konwekcyjnego suszenia wiórów drewnianych (15x5x2mm) o wilgotno ci 50% w.b. w powietrzu o temperaturze pocz tkowej 500ºC. Jest to temperatura powy ej temperatury zapłonu suchego drewna, w przybli eniu 300ºC.
Eksperymenty przeprowadzano w komorze elektrycznego pieca wraz ze specjalnym urz dzeniem do przesypywania wiórów.
Z wyników eksperymentów wypływa wniosek o mo liwo ci suszenia wiórów drewnianych w warunkach temperatury wlotowej gazu ~500ºC w suszarce typu b bnowego
Drying of wood chips of the average size 15x5x2 mm and the initial moisture content 50% w.b. was experimentally studied. The drying medium was hot air at the inlet temperature of 500ºC, that is, well above the ignition temperature of dry wood (approx. 300ºC). The experiments were carried out in an electrically heated oven eguipped with a device to mix and move wood – chips samples
Drawing conclusions from the experimental result, industrial – scale drying of wood chips in a rotary dryers or similar ones at 500ºC inlet temperature of drying air can be envisaged.
1. WPROWADZENIE
Prowadzone w Zakładzie prace badawcze w dziedzinie suszenia spowodowały zainteresowanie ofert producenta suszarek, firmy Büttner. W ofercie firmy drastycznie zostały przekroczone, zazwyczaj stosowane, ograniczenia temperatury gazu wlotowego, susz cego drewniane wióry, patyczki itp. Dotychczas za graniczn temperatur
uchodziło 250ºC [Kneule F., 1970]. Firma Büttner proponuje temperatur 500ºC dla gazu doprowadzanego do suszarki b bnowej. Zwraca si uwag , e temperatura zapłonu suchego drewna wynosi ok. 300ºC [Mokrzycki E. i inni, 2005].
W zwi zku z zamierzeniem wykonania prototypowego aparatu laboratoryjnego własnej konstrukcji przeprowadzono badania do wiadczalne w celu sprawdzenia mo liwo ci suszenia wiórów w powy szych warunkach.
Aparat firmy Büttner stanowi odniesienie dla autorów referatu i planowanej pracy projektowej. Przytacza si poni ej niektóre jego parametry:
strumie masy wilgotnego materiału na wlocie 7 270 kg/h wilgotno materiału na wlocie 50 kg H2O/kg, 50 [%]
wilgotno materiału na wylocie 9,1 kg H2O /kg, 9,1 [%]
strumie odparowywanej wody w suszarce 3 270 kg/h temperatura powietrza na wlocie 500ºC temperatura powietrza na wylocie 105ºC wymiary wiórów:
- długo do 15 mm - szeroko do 5 mm - grubo do 2 mm.
G sto usypowa wilgotnych wiórów 250 kg/m3.
2. OPIS PRZEPROWADZONYCH EKSPERYMENTÓW
Proces suszenia wiórów w wysokiej temperaturze symulowano wykorzystuj c komor pieca hartowniczego. Komora miała wymiary:120x170x80 mm (rys.1).
Rysunek 1. Komora grzejna, a) wymiary komory, b) koszyk wypełniony wiórami z klap uszczelniaj c otwór komory w trakcie eksperymentu
Piec był w pełni wyposa ony w aparatur do pomiaru i regulacji temperatury. W pomiarach stworzono warunki suszenia podobne do tych, jakie panuj w aparacie
przemysłowym. Chodziło o to, aby wióry znajdowały si w ruchu wzgl dem gor cego gazu.
Dlatego koszyk był obracany i dzi ki temu wióry mogły si w nim swobodnie przesypywa . Dług r czk pokazan na rysunku, zabezpieczono przed oparzeniem r ki materiałem izolacyjnym.
Kilka godzin trwało nagrzewanie komory pieca do 500ºC. W pierwszej próbie wprowadzono wióry do pieca na 10 sekund i po wyj ciu próbki mierzono temperatur i wilgotno wiórów. W nast pnych pomiarach wprowadzano kolejno wie e próbki o tej samej wilgotno ci pocz tkowej 50% na dłu sze sekwencje czasu:15, 30, 45, 60 i 75 sekund. Temperatura pocz tkowa wiórów wynosiła zawsze 18ºC. W ten sposób symulowano w przybli eniu przebieg suszenia na pierwszym odcinku suszarki, w którym wilgotne wióry stykaj si z gor cym gazem. Wióry szybko wysychaj . Po 10 sekundach suszenia maj ju wilgotno 46%, po 30s – 39%, po 60s – 17%, po 65s – 12% (rys. 2).
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Czas suszenia [s]
0 10 20 30 40 50
Wilgotno wiórów [%]
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Temperatura powierzchni materiału [oC]
Rysunek 2. Krzywa suszenia i temperatura powierzchni materiału suszonego dla temperatury gazu 500ºC
Wraz ze spadkiem wilgotno ci materiału wydłu a si czas suszenia. W powy szych eksperymentach była stale powtarzana ta sama pocz tkowa temperatura gazu oraz pocz tkowa wilgotno wiórów. Suszenie trwało krótko, ale w rzeczywistym procesie zmieniaj si temperatura gazu i jego wilgotno .
Dla zbadania przebiegu suszenia w ni szych temperaturach gazu, obni ano j utrzymuj c podczas próby na stałym poziomie i stosuj c ró ne czasy ekspozycji oraz
mniejsze wilgotno ci pocz tkowe wiórów. W o miu seriach wykonano pomiary tego typu. Wyniki prób przedstawiono na wykresach, rys. 3, 4. Wraz z obni eniem temperatury gazu spowalnia si znacznie szybko suszenia. Operowano skokow zmienno ci temperatury poniewa nie dysponowano aparatem prototypowym, w którym temperatura spadałaby w sposób ci gły wraz z przepływaj cymi wiórami.
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Czas suszenia [s]
25 30 35 40 45 50
Wilgotno wiorów [%]
40 50 60 70 80 90 100 110 120
Temperatura powierzchni materiału [oC]
Rysunek 3. Krzywa suszenia i temperatura powierzchni materiału suszonego dla temperatury gazu 420ºC
0 10 20 30 40 50 60 70 Czas suszenia [s]
30 35 40 45 50
Wilgotno wiórów [%]
40 50 60 70 80 90 100
Temperatura powierzchni materiału [oC]
Rysunek 4. Krzywa suszenia i temperatura powierzchni materiału suszonego dla temperatury gazu 380ºC
Eksperymenty oraz towarzysz ce im obliczenia bilansowe wskazuj , e na pierwszych około trzech metrach w suszarce b bnowej nast puje zasadnicze odparowanie. Suszarki przemysłowe do tego celu wykonuje si jednak znacznie dłu sze.
Chodzi o to, aby zd y zrealizowa znacznie wolniejszy proces suszenia dyfuzyjnego.
Firma Büttner oferuje aparaty długo ci 11000mm. Na podstawie znanych rozwi za konstrukcyjnych suszarek b bnowych z przegrodami przesypowymi, mo na oszacowa czas przebywania materiału w suszarce o długo ci 11 m na około 11 min. Wióry nie s zagro one samozapłonem, gdy temperatura gazu w ko cu suszarki spada do około 110–
120ºC.
3. ZACHOWANIE SI MATERIAŁU W TRAKCIE SUSZENIA Istotn spraw w badanym procesie jest odpowied na pytanie:
– jak maksymaln temperatur osi ga powierzchnia materiału?
– czy wióry zmieniaj barw i zapalaj si ?
Temperatur powierzchni wiórów mierzono pirometrem. W ekstremalnie trudnych warunkach pocz tkowych 500ºC po 75 sekundach powierzchnia wiórów wzrastała do 210ºC (rys. 2).
Przed szybkim wzrostem temperatury chroni wysoka pocz tkowa wilgotno wiórów. W 75 sekundowym przebiegu suszenia, poczynaj c od wlotu, temperatura gazu gwałtownie spada. Obliczenia bilansowe jak i pomiary wskazuj na temperatur ok.
270ºC po 75 sekundach. Temperatura zapłonu drewna wynosi 300ºC [Mokrzycki E. i inni, 2005]. Z powy szych danych wyci ga si wniosek, i nie grozi osi gni cie temperatury zapłonu. Podczas eksperymentów nie zaobserwowano zmiany zabarwienia materiału.
4. WNIOSKI KO COWE
Eksperymenty wskazały na mo liwo zastosowania wysokiej temperatury gazu wlotowego 500ºC do suszenia wilgotnych wiórów drewnianych, które daje znaczne przyspieszenie procesu suszenia. Niebezpieczne pierwsze metry ze wzgl du na po ar, lub zmiany barwy szczególnie wiórów zalegaj cych mo na zneutralizowa przez zastosowanie mieszadła. Cała suszona masa przepływa wówczas równomiernie, bez zalegania, a odpowiednia konstrukcja łopat mo e skróci pobyt wiórów w strefie bardzo wysokiej temperatury. Z rysunku ofertowego firmy Büttner trudno odczyta szczegóły rozwi zania konstrukcyjnego, realizuj cego transport materiału w suszarce.
5. LITERATURA
Kneule F., 1970, Suszenie, Arkady, Warszawa
Mokrzycki E. i inni, 2005, Podstawy gospodarki surowcami energetycznymi, Wydawnictwo AGH, Kraków
