Analys av driftsparametrar för planktorkning i tvåzons längdcirkulationstorkar

D)1 D

Ove Söderström

Analys av driftsparametrar

för planktorkning i tvåzons

längdcirkulationstorkar

Analysis of Operation Parameters

for Drying in Two-zone

Progressive Kilns

Trätek

Ove S ö d e r s t r ö m

A N A L Y S AV D R I F T S P A R A M E T R A R FÖR P L A N K T O R K N I N G I TVÄZONS LÄNGDCIRKULATIONSTORKAR

Analysis of Operation Parameter's for Drying in Two-zone Progressive Kilns

T r ä t e k n i k C e n t r u m , Rapport I 88060A9 N y c k e l o r d kiln drying •progressive kiln wood drying Stockholm j u n i 1988

Rapporter från TräteknikCentrum är kompletta sammanställningar av forskningsresultat eller översikter, utvecklingar och studier. Publicerade rapporter betecknas med I eller P och numreras tillsammans med alla utgåvor från Träteknik-Centrum i löpande följd.

Rapporter kan som regel beställas kostnadsfritt i ett exemplar av medlemsföretag. Ytterligare be-ställda exemplar faktureras.

Citat tillätes om källan anges.

Reports issued by the Swedish Institute for Wood Technology Research comprise complete accounts for research residts, or summaries, surveys and stu-dies. Published reports bear the designation I or P and are numbered in consecutive order together with all the other publications from the Institute.

Member companies may generally order one copy of any report free of charge. A charge will be made for any further copies ordered.

Extracts from the text may be reproduced provided the source is acknowledged.

TräteknikCentrum betjänar de fem industrigre-narna sågverk, trämanufaktur (snickeri-, trähus-, möbel- och övrig träbearbetande industri), träfi-berskivor, spånskivor och plywood. Ett avtal om forskning och utveckling mellan industrin och Styrelsen för Teknisk Utveckling (STU) utgör grunden för verksamheten som utförs med egna, samverkande och externa resurser. Träteknik-Centrum har forskningsenheter, förutom i Stock-holm, även i Jönköping och Skellefteå.

The Swedish Institute for Wood Technology Re-search serves the five branches of the industry: saw-mills, manufacturing (joinery, wooden houses, fur-niture and other woodworking plants), fibre board, particle board and plywood. A research and deve-lopment agreement between the industry and the Swedish National Board for Technical Development (STU) forms the basis for the Institute's activities. The Institute utilises its own resources as well as those of its collaborators and other out.side bodies. Apart from Stockholm, research units are also located in Jönköping and Skellefteå.

INNEHALLSFÖRTECKNING

Sid

1. SAMMANFATTNING 3 2. INLEDNING 4

3. FRAMTAGNING AV TORKNINGSSCHEMATA 5

4. EXPERIMENT VID UTVÄRDERING 6

5. DISKUSSION OCH SLUTSATSER 8

6. SUMMARY 10 7. REFERENSER 11

1. SAMMANFATTNING

I en tvåzons längdcirkulationstork är möjligheterna begränsade a t t t o r k a plank e f t e r e t t g i v e t klimatschema. S t y r n i n g e n sker v a n l i g e n på k l i m a t e t och temperaturen i uttagsänden. Dessa två parametrar kan ändras, liksom den t o t a l a längden och fördelningen av a n t a l e t v i r k e s s t a p l a r mellan zoner-na.

Vid en våttemperatur på 38*^C är d e t svårt a t t utföra k v a l i t e t s t o r k n i n g av plank. En l i t e n förbättring kan erhållas genom a t t den första zonen görs längre än den andra. Mögelrisken ökar då, men sprickmängden minskar något Plank bör t o r k a s v i d våttemperaturen 50°C e l l e r däröver. Sprickmängden b l i r då r e l a t i v t l i t e n . Genom a t t göra den första zonen något k o r t a r e än den andra förefaller t o r k n i n g s t i d e n kunna minskas, u t a n a t t k v a l i t e t e n b l i r l i d a n d e .

2. INLEDNING

K v a l i t e t s t o r k n i n g av plank sker med e m p i r i s k t framtagna schemata för hur t o r k n i n g s l u f t e n s k l i m a t s k a l l v a r i e r a med t i d e n . Sådana schemata kan

rea-l i s e r a s i kammartorkar, där k rea-l i m a t e t rea-lätt kan mätas och s t y r a s . I rea- längd-c i r k u l a t i o n s t o r k a r mäts v a n l i g e n k l i m a t e t bara i uttagsänden olängd-ch hålls k o n s t a n t för en g i v e n v i r k e s d i m e n s i o n . K l i m a t e t i övriga d e l a r av t o r k e n beror på förhållandet mellan l u f t - och virkesflödet genom t o r k e n . Luftflödet kan e v e n t u e l l t v a r i e r a s genom v a r v t a l s r e g l e r i n g av fläktarna. V i r k e s -flödet kan v a r i e r a s med t o r k n i n g s t i d e n och torklängden. I en tvåzonstork kan också en v i s s k l i m a t r e g l e r i n g ske genom a t t man v a r i e r a r förhållandet mellan zonlängderna.

Enzons längdcirkulationstork lämpar s i g för t o r k n i n g av bräder medan kva-l i t e t s t o r k n i n g av pkva-lank bör göras i kammartorkar. Pkva-lank kan i n t e t o r k a s i enzons längdcirkulationstorkar, t y för a t t få e t t någorlunda b r a t o r k -ningsschema måste t o r k e n göras mycket lång. V i d låga våttemperaturnivåer föreligger också r i s k för mögelbildning i intagsänden. E t t a l t e r n a t i v t i l l kammartorkning av plank är t o r k n i n g i tvåzons längdcirkulationstorkar. Sådana tvåzonstorkar f i n n s i o l i k a utföranden, men denna s t u d i e begränsar s i g t i l l utförandet, där v i r k e t och l u f t e n har m o t s a t t strömningsriktning i första zonen och samma i den andra. Då t o r k e n s t y r s på k l i m a t e t i u t -tagsänden, går de under benämningen FB-tork (FB = feed back).

3. FRAMTAGNING AV TORKNINGSSCHEMATA

F u k t t r a n s p o r t e n i trä kan a p p r o x i m a t i v t b e s k r i v a s med en enkel d i f f u s i o n s -modell. Genom a t t anta a t t d i f f u s i o n s k o n s t a n t e n är k o n s t a n t under t o r k n i n g e n kan fuktavgången beräknas. Den i l u f t e n upptagna f u k t e n påverkar k l i m a t e t på d e t efterkommande v i r k e t och påverkar alltså dess fuktavgång o s v . Detta problem lämpar s i g för en d a t o r s i m u l e r i n g och f i n n s d e t a l j e r a t b e s k r i v e t för enzonslängdcirkulationstorken på annan p l a t s (Söderström 1987).

Beräkningsproceduren för enzonstorken utvecklades för tvåzonstorken och använ-des för framtagning av e t t torkningsschema. I f i g u r 1 v i s a s e t t exempel på e t t torkningsschema, där t o r k l u f t e n s k l i m a t bestäms av p s y k r o m e t e r s k i l l n a d e n . I s i m u l e r i n g e n användes virkesdimensionen 75 x 150 mm f u r u med d e n s i t e t e n 430 kg/m^. Vidare s a t t e s l u f t h a s t i g h e t e n t i l l 3 m/s, strötjockleken t i l l 25 mm, o j u s t e r a d e medellängden t i l l 4,4 m och paketlängden t i l l 6 m. Luftläckaget är betydande i v i r k e s t o r k a r i p r a k t i k e n och har här s a t t s t i l l 20% av den c i r k u l e -rande luftmängden i r e s p e k t i v e zon. L u f t h a s t i g h e t e n antogs vara l i k a i andra zonen. T o t a l a a n t a l e t s t a p l a r , där v a r j e s t a p e l b r e d d antogs vara 1,7m, s a t t e s t i l l 22 med o l i k a fördelningar mellan de två zonerna. Dessutom användes två våttemperaturnivåer, 38°C och 50°C. Vidare v a r i e r a d e s p s y k r o m e t e r s k i l l n a d e n i uttagsänden. T o r k n i n g s t i d e r n a valdes så a t t m e d e l s l u t f u k t k v o t e n s k u l l e b l i 18%

P s y k r o n e t e r s k i l l n a d (grader)

"lOÖ 12Ö 140 16Ö" Tid (tim)

Figur 1. P s y k r o m e t e r s k i l l n a d e n som f u n k t i o n av t i d e n för den l u f t e t t g i v e t v i r k e s p a k e t utsätts för i en tvåzons längdcirkulationstork.

4. EXPERIMENT OCH UTVÄRDERING

Nio mätningar utfördes i Träteks mobila l a b o r a t o r i e t o r k . D e n s i t e t e n , ingångs-f u k t k v o t e n och r e l a t i v a s p r i c k a r e o r uppmättes på v a n l i g t sätt (se exempelvis Söderström 1988). Uppmätta värden presenteras i t a b e l l 1, där också använda s i m u l e r i n g s p a r a m e t r a r är i n k l u d e r a d e .

Det p a r a m e t e r f r i a W i l c o x o n t e s t e t (Söderström 1988) utfördes på de r e l a t i v a sprickareafördelningarna från försöken P49, P50 och P51. S i g n i f i k a n t a s k i l l -nader förelåg, men även s l u t f u k t k v o t e r n a v a r i e r a d e k r a f t i g t ( s e t a b e l l 1 ) . Samma t e s t gav en svagt s i g n i f i k a n t s k i l l n a d mellan r e l a t i v a sprickareafördel-ningarna från försöken P51 och P53. M e l l a n motsvarande data från försöken P54 och P55 konstaterades en s i g n i f i k a n t s k i l l n a d , men med o l i k a t o r k n i n g s t i d e r . A l l a dessa försök utfördes med våttemperaturen 38°C.

Genom a t t använda en högre våttemperatur minskar sprickmängden (Malmquist 1984). D e t t a k o n s t a t e r a d e s även här, när våttemperaturen höjdes t i l l 50°C (se t a b e l l 1 ) . Inga s k i l l n a d e r i r e l a t i v a sprickareafördelningen kunde k o n s t a t e r a s v i d jämförelse m e l l a n data från försöken P56, P57 och P58.

Cd <U M (d u • H M O4 to •-» o; s > • H •P ro 1—1 1) M (t O > 3 »V T3 • <U ^ e 00 00 II en 1=5 ""^ - B 4 J : 0 <U M •P +J • H to in u c 0) OJ »o .-4 tn 0} in s — II T3 Q> C —» - H M M (TJ W CP U SS <1) • H +J C • H OJ e o M a ^ (O x: cu u o II c a; TJ M > r-H u (L) e <D u o u 3 +J (t <U a 4J W "(O >J > : 0 tn II M : 0 > t». 4J P) w CQ ty c • H M •CO S C < C CD ,^ e O - H 4J H -P — C M O -4 <Ö t<3 (O •—< 4-> 0< (d C <o CM ^ W C M O i-H (Ö 4j a. (XJ c flj •• <0 -p o» : 0 OJ • H a; s -p 0) M U £ un > <d • H O i O CM O 00 i n i n ro CSJ CM o " O m •v i n O i n i n CM CM CM •P 3 O» -P 3 ^ 3 3 oN» 3 W w • H 3 rfiP 3 W I in C7« o; -P B o. c B X 0) 3 U B C 00 r o O i n ^ oo CM ^ o> i n i n ^ o^ CM O f o r - ^ ^ i n •a* O CM CM ~ -T - o O er. CM r o CO CM CO O r -r - " O 00 cr« O CM O 00 ^ i n o ^ O v f i O CVJ T-VO CM ^£> i n VÄ CM <r> v ö «o« 00 ~ -i n ^ r o "-ir O m r o r ~ i n ^ cr> CO i n ^ i ni n CM CM ^ CM i n CM i f i CM -> r o 6 0 0 r o i n c n CO ««»• 00 CO 00 CTi i c 10 0 r o r o «Ä i n m m i n r o i n r o CO i n 0» M o m i n cu r o i n i n i n i n Oi VÄ i n i n 00 i n 04

5. DISKUSSION OCH SLUTSATSER

De sex första torkningsförsöken utfördes med våttemperaturen 38*C (P49-55). I experiment P49 användes p s y k r o m e t e r s k i l l n a d e n 8'C i uttagsänden. V i r k e t b l e v nästan s k e p p n i n g s t o r r t inom beräknad t o r k n i n g s t i d , men l i t e mögel erhölls, sär-s k i l t på v i r k e t sär-s k a n t sär-s i d o r . Den r e l a t i v a sär-s p r i c k a r e a n b l e v hög och t o r d e ge en nedklassning från o/s t i l l lägre s o r t av s t o r l e k s o r d n i n g e n 40% (Malmquist 1984). V i r k e t från experiment P50 b l e v d e l s mögligt, d e l s i n t e s k e p p n i n g s t o r r t på beräknad t o r k n i n g s t i d . R e l a t i v a s p r i c k a r e a n b l e v låg. D e n s i t e t e n på v i r k e t , som användes i experiment P51, var anmärkningsvärt hög och d e t är välkänt a t t d e t t a s t a r k t påverkar r e l a t i v a s p r i c k a r e a n (Malmquist 1984). Av denna anledning upprepades försöket med n y t t v i r k e (P53), med b e t y d l i g t lägre d e n s i t e t (se

t a b e l l 1 ) . S l u t s a t s e n b l e v e m e l l e r t i d a t t r e l a t i v a s p r i c k a r e a n b l e v mycket hög, när p s y k r o m e t e r s k i l l n a d e n 10*C valdes i uttagsänden. Dessutom förefaller

sprickmängden vara förvånansvärt okänslig för d e n s i t e t e n i d e t t a f a l l . S t o r -l e k s o r d n i n g e n av nedk-lassningen från o/s t i -l -l -lägre s o r t b -l e v 55% (Ma-lmquist

1984), v i l k e t är o a c c e p t a b e l t högt. I dessa f y r a försök användes 11 s t a p l a r i vardera zonen. Den lämpligaste p s y k r o m e t e r s k i l l n a d e n i uttagsänden t o r d e vara 8'C, som är en kompromiss. Detta värde användes i de resterande mätningarna. I en tvåzonstork kan fördelningen mellan zonerna ändras för a t t ge e t t föränd-r a t klimatschema. Det kan g i v e t v i s baföränd-ra vaföränd-ra a k t u e l l t a t t genomföföränd-ra v i d om-e l l om-e r nybyggandom-e. I försök P54 gjordom-es första zonom-en k o r t a r om-e än dom-en andra mom-ed bibehållen totallängd. Däremot kastades fördelningen om i experiment P55 (se t a b e l l 1 ) . I d e t första försöket erhölls mera s p r i c k o r än i d e t andra, medan däremot d e t första gav den k o r t a s t e t o r k n i n g s t i d e n . Detta i n d i k e r a r a t t d e t kan vara en fördel a t t gÖra den första zonen något längre än den andra zonen m a p s p r i c k b i l d n i n g e n . Risken för mögelbildning ökar, eftersom t o r k n i n g e n s i n l e d -ningsskede b l i r mjukare ( j f r 9^^ i t a b e l l 1 ) . P s y k r o m e t e r s k i l l n a d e n mellan zonerna (nedblåsningsschaktet) s k i l j e r s i g i n t e nämnvärt ( j f r ©nedbl ^ t a b e l l 1).

Försöksserien v i d våttemperaturen 38*C v i s a r a t t r e l a t i v a s p r i c k a r e a n b l i r mycket hög v i d p l a n k t o r k n i n g . V i d s k e p p n i n g s t o r r t v i r k e är r e l a t i v a s p r i c k a r e a n av s t o r l e k s o r d n i n g e n 19%, v i l k e t ger en nedklassning på ca 50%. Detta är

o a c c e p t a b e l t högt och d e t går i n t e a t t sänka dessa s i f f r o r genom a t t sänka psy-k r o m e t e r s psy-k i l l n a d e n i uttagsänden, t y då erhålls mögel och långa t o r psy-k n i n g s t i d e r behövs. E j h e l l e r är d e t någon lösning a t t ändra fördelningen mellan zonerna, t y sänkningen av n e d k l a s s n i n g s s i f f r a n b l i r m a r g i n e l l . Det sistnämnda kan dock vara en möjlighet i de f a l l när i n t e högre våttemperaturer kan fås p g a exem-p e l v i s för låg exem-pannkaexem-pacitet.

P l a n k t o r k n i n g i tvåzonstorkar bör ske v i d våttemperaturer på 50*C och däröver. Den r e l a t i v a s p r i c k a r e a n s j u n k e r r e l a t i v t mycket och v i d s k e p p n i n g s t o r r t b l i r nedklassningen p g a t o r k n i n g s s p r i c k o r av s t o r l e k s o r d n i n g e n 25%. Detta är högt, men t o r d e kunna accepteras med tanke på den höga k a p a c i t e t , som tvåzonstorkarna har. Genom a t t göra första zonen något k o r t a r e än den andra zonen b l i r s l u t -f u k t k v o t e n och r e l a t i v a s p r i c k a r e a n o-förändrade, d v s l i k a med värdena då zonerna är l i k a långa, medan t o r k n i n g s t i d e n minskar b e t y d l i g t . En k o r t första zon medför en hårdare t o r k n i n g i början, men föreliggande r e s u l t a t t y d e r på a t t v i r k e t k l a r a r d e t t a utan a t t s p r i c k a , när våttemperaturen är 50*C. ( J f r B i n och Qnedbl ^ t a b e l l 1. Däremot f i n n s d e t ingen anledning a t t göra den första zonen längre än den andra.

Det bör a v s l u t n i n g s v i s framhållas a t t de uppmätta r e l a t i v a s p r i c k a r e o r n a är höga och i n d i k e r a r högre nedklassningar än vad som kan k o n s t a t e r a s i p r a k t i -ken. En förklaring t i l l denna diskrepans kan vara a t t de använda schemata är beräknade och e j uppmätta i en v e r k l i g tvåzons längdcirkulationstork. Det är

i n t e ännu s y s t e m a t i s k t undersökt, hur väl beräknade schemata stämmer med p r a k t i k e n . Detta förhållande t o r d e e m e l l e r t i d i n t e medföra a t t s l u t s a t s e r n a från de jämförande s t u d i e r n a , av o l i k a d r i f t s f a l l , förändras.

Den e x p e r i m e n t e l l a delen av d e t t a a r b e t e har utförts v i d Träteks mobila l a b o r a -t o r i e -t o r k , som är p l a c e r a d v i d Mälarskogs anläggning Nyby Såg i Björklinge. Ake Österman, Trätek, tackas för väl utfört a r b e t e i t o r k e n . Vidare har Dr Lars Malmquist g i v i t värdefulla kommentarer t i l l m a n u s k r i p t e t .

10

6. SUMMARY

I n Sweden t h e two zone p r o g r e s s i v e a i r c i r c u l a t i o n k i l n i s very common f o r d r y i n g o f b a t t e n s . The c a p a c i t y o f t h i s type o f k i l n i s very h i g h , b u t t h e r e are l i m i t e d p o s s i b i l i t i e s t o r e g u l a t e t h e c l i m a t e o f t h e c i r c u l a t i n g a i r due t o

the f a c t t h a t t h e a i r s t a t e depends on moisture e v a p o r a t i n g from the lumber. The c l i m a t e and temperature a r e g e n e r a l l y measured a t t h e lumber e x i t end o f the k i l n and these q u a n t i t i e s a r e used t o r e g u l a t e t h e o p e r a t i o n . Other p o s s i b i l i t i e s t o change t h e c l i m a t e s t a t e a r e changing t h e t o t a l k i l n l e n g t h and t h e l e n g t h d i s t r i b u t i o n between t h e two zones.

The amount o f s u r f a c e checks i s f a i r l y h i g h , when a wet-bulb temperature o f 38°C i s used. A s l i g h t improvement can be seen i f t h e f i r s t zone i s made longer than t h e second one, b u t t h e r i s k f o r mould growth increases. However, d r y i n g of b a t t e n s i n two zone p r o g r e s s i v e k i l n s needs a h i g h wet bulb temperature. When 50*^C i s used, t h e amount o f s u r f a c e checks i s brought down t o an

acceptable l e v e l . There i s no r i s k f o r mould growth a t t h i s temperature and t h e d r y i n g time can be decreased by making t h e f i r s t zone s h o r t e r than t h e second one.

11 7. REFERENSER

Malmquist L, 1984: "Compound-torkning av v i r k e . En analys av t o r k n i n g s s k a d o r " , TräteknikRapport nr 62.

Söderström O, 1987: "Computer s i m u l a t i o n s o f a p r o g r e s s i v e k i l n w i t h l o n g i t u d i n a l i n c i r c u l a t i o n " , Forest Prod. J. 37 ( 1 0 ) : 25-30.

Söderström 0, 1988: "Inverkan av s t o r a blåsdjup i kammartorkar". TräteknikCentrum Rapport under t r y c k n i n g .

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi

Troedssons forskningsfond

TräteI<nikCentrum

Box 5609, 11486 S T O C K H O L M Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-145300

Telex: 14445 tratek s Telefax: 08-116188 Huvudenhet med kansli

Asenvägen 9, 55258 J Ö N K Ö P I N G Telefon: 036-126041 Telefax: 036-168798 ISSN 0283-4634 931 87 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 1: Telefon: 0910-65200 Telefax: 0910-65265 Telex: 65031 expolar s