木材利用微波乾燥的可行性分析

微波乾燥原理

    微波乾燥是一種新型的乾燥方式◕╃▩▩✘。乾燥時▩│↟☁，微波能直接作用於介質分子轉換成熱能▩│↟☁，由於微波具有穿透效能使介質內外同時加熱▩│↟☁，不需要熱傳導▩│↟☁，所以加熱速度非常快▩│↟☁，對含水量在30%以下的有機分子物料▩│↟☁，乾燥速度可縮短數百倍◕╃▩▩✘。同時不管物體任何形狀▩│↟☁，由於物體的介質內外同時加熱▩│↟☁，物料的內外溫差小▩│↟☁，加熱均勻▩│↟☁，不會產生常規加熱中出現外焦內生的狀況▩│↟☁，使乾燥質量大大提高◕╃▩▩✘。

微波木材幹燥描述│▩：

    在常規工藝下▩│↟☁，木材幹燥總是按如下方式進行▩│↟☁，表面水分被蒸發▩│↟☁，形成內部和表面之間的含水量梯度▩│↟☁，依照這一梯度▩│↟☁，內部的水分向表面擴散▩│↟☁，然後再從表面被蒸發▩│↟☁，返復迴圈▩│↟☁，以達到木材的乾燥◕╃▩▩✘。

    從根本上來說▩│↟☁，微波乾燥是基於在微波電磁場中性水分子相互之間劇烈地摩擦▩│↟☁，這種分子之間的摩擦產生的熱量使木材中的水分升溫和蒸發▩│↟☁，與對流加熱·☁•、傳導和紅外輻射加熱相比▩│↟☁，微波加熱的特點是具有強烈的滲透性◕╃▩▩✘。木材進入微波電磁場▩│↟☁，電磁場就立即滲透進木材的深處（對薄木板說即能穿透）使木材的表層和內部同時迅速地得到加熱◕╃▩▩✘。由於這一獨有得特性▩│↟☁，微波乾燥木材就有兩個作用過程◕╃▩▩✘。一個是常規乾燥木材一樣的作用過程；另一個作用過程▩│↟☁，也是獨有的優點▩│↟☁，就是藉助於微波能的滲透作用▩│↟☁，使木材內部的水分迅速地受熱汽化▩│↟☁，形成向外擴散的強大"壓勢"▩│↟☁，使內部的水分快地擴散到表面上來◕╃▩▩✘。

實際證明│▩：在微波乾燥中▩│↟☁，木材內部水分向外擴散的速度遠大於表面水分蒸發的速度◕╃▩▩✘。因此那種在自然乾燥和熱空氣乾燥木材中所出的表面硬化▩│↟☁，及其影響水分向外擴散的現象根本就不存在◕╃▩▩✘。由於微波乾燥木材具有這樣雙重的驅水作用過程▩│↟☁，又無表面硬化等缺陷▩│↟☁，所以乾燥速度快◕╃▩▩✘。相比之下▩│↟☁，常規乾燥需要25天以至一個月▩│↟☁，而微波乾燥只需要十幾分鍾到幾十分鐘◕╃▩▩✘。由於微波乾燥原理的特殊▩│↟☁，其乾燥結果也是與眾不同的◕╃▩▩✘。這就是│▩：無論木材沿橫截面的溼度是完全一致▩│↟☁，還是具有一定梯度▩│↟☁，微波乾燥的結果都是呈現為接近木材表面的溼度大▩│↟☁，而中心小◕╃▩▩✘。這在實際應用中也是有利的◕╃▩▩✘。1）速度快│▩：微波乾燥由於它獨特的優點▩│↟☁，故乾燥速度快◕╃▩▩✘。經客戶選用我司裝置乾燥木材的實際情況來看▩│↟☁，結果表明│▩：當微波功率為60千瓦左右▩│↟☁，在不造成乾燥缺陷的條件下▩│↟☁，從8毫米厚的薄木板到50毫米厚方料▩│↟☁，來料水分由35~40%烘乾至20%左右,其乾燥時間只需10分鐘至26分鐘◕╃▩▩✘。若增大微波功率▩│↟☁，必須採取相應的合理工藝◕╃▩▩✘。否則▩│↟☁，其乾燥速度雖然隨之加快▩│↟☁，但由於木材內部溫度急劇上升▩│↟☁，水分汽化▩│↟☁，氣壓劇增▩│↟☁，超過木材纖維允許的程度▩│↟☁，造成開裂◕╃▩▩✘。所以微波烘乾木材▩│↟☁，其輸出功率密度的增加是有限制的◕╃▩▩✘。

2）效率高│▩：我們利用"提水率"這一指標來考核乾燥效率的◕╃▩▩✘。所謂"提水率"是被定義為1千瓦的微波功率在1小時內▩│↟☁，使被幹燥物失水的公斤數▩│↟☁，單位為公斤/千瓦小時（kg/kwh）◕╃▩▩✘。提水率高▩│↟☁，說明裝置的效率高◕╃▩▩✘。

我們對4類樹種的成材▩│↟☁，在其規格基本相同的條件下進行考核實驗◕╃▩▩✘。結果表明│▩：各類樹種木材的提水率都在1kg/kwh左右或略為超過◕╃▩▩✘。同一種木材在其厚度規格不同的情況下▩│↟☁，其提水率也都大約等於1kg/kwh ◕╃▩▩✘。同一種木材沿纖維方向的長度不同▩│↟☁，則乾燥效果具有明顯的差別▩│↟☁，我們用纖維結構比較緊密的柞木進行試驗比較▩│↟☁，長度短提水率高▩│↟☁，反之則提水率低◕╃▩▩✘。眾所周知▩│↟☁，被加熱的木材▩│↟☁，隨著逐漸冷卻過程的進行▩│↟☁，其內的水分是要進一步蒸發的◕╃▩▩✘。所以適當的烘後冷卻▩│↟☁，能提高幹燥效果◕╃▩▩✘。 

     3）質量好│▩：木材在常規乾燥過程中變的形·☁•、開裂▩│↟☁，是由於木材失水後纖維收縮不均勻產生的◕╃▩▩✘。在自然乾燥中▩│↟☁，一方面由於木材表面的蒸發速度遠大於內部水分的擴散度▩│↟☁，形成了表面幹內溼的狀況▩│↟☁，表層的乾燥使纖維收縮▩│↟☁，產生表裡之間的應力◕╃▩▩✘。一方面▩│↟☁，木材沿纖維方向的兩端纖維毛細孔遠大於其它部位▩│↟☁，故纖維的收縮大大超過其餘的部分▩│↟☁，所以實際上木材兩端在自然乾燥中幾乎沒有不開裂和變形的▩│↟☁，一般裂縫的長度在10~30公分不等▩│↟☁，嚴重的一塊板裂或幾塊碎板◕╃▩▩✘。同時木材推放在曬場上▩│↟☁，經長時間風吹日曬雨淋的反覆侵蝕變質▩│↟☁，引起許多木材黴爛▩│↟☁，這種變形·☁•、開裂·☁•、黴爛變質都嚴重影響了木材的質量並造成了大量的報廢◕╃▩▩✘。 

    在微波乾燥過程中▩│↟☁，情況就完全不同了▩│↟☁，由於微波乾燥具有強烈的滲透性和選擇性等優點▩│↟☁，在乾燥過程中▩│↟☁，木板表裡之間·☁•、兩端和中間纖維的收縮基本上比較一致▩│↟☁，所以開裂和變形小◕╃▩▩✘。經實際考察▩│↟☁，一致認為微波乾燥的木材質量較自然乾燥的好◕╃▩▩✘。 

      應當再次提出的是│▩：當微波功率密度過大▩│↟☁，木材內部汽化"壓勢"超過木材纖維所允許的限度▩│↟☁，也會出現木材內部炸裂的現象◕╃▩▩✘。這就是微波乾燥木材仍需要一定作用時間的原理所在◕╃▩▩✘。 a）節約木材│▩：木材是國家一類物資▩│↟☁，節約木材不但具有經濟效益▩│↟☁，而且可以減少森林採伐▩│↟☁，有重大的環境效益◕╃▩▩✘。在自然乾燥中▩│↟☁，由於變形·☁•、開裂·☁•、黴爛變質造成的木材報廢相當嚴重▩│↟☁，實踐證明▩│↟☁，採用微波乾燥▩│↟☁，木材的利用率至少可提高5% , 加快了木材使用的週期│▩：由於木材自然乾燥需要長達一年甚至數年的時間▩│↟☁，為了維持生產的正常進行必須儲存大量的木材以做週轉▩│↟☁，不僅佔用很大的場地而且還要經常翻曬◕╃▩▩✘。採用微波乾燥後▩│↟☁，溼木材及時得到乾燥▩│↟☁，上述現象均可得到適當的改善◕╃▩▩✘。 b) 殺死木蛀蟲│▩：木蛀蟲大多蟲卵棲隱在木材中▩│↟☁，變成成蟲後就會破壞傢俱的外觀和使用價值▩│↟☁，木材在微波過程中▩│↟☁，其內部的蟲卵·☁•、幼蟲也同時被殺死◕╃▩▩✘。據試驗▩│↟☁，在2450MHz的微波能量作用下▩│↟☁，若木材的溫度在70~80度▩│↟☁，只需3分鐘就能全部殺死蟲卵和幼蟲◕╃▩▩✘。