木材利用微波干燥的可行性分析

微波干燥原理

    微波干燥是一種新型的干燥方式。干燥時，微波能直接作用于介質分子轉換成熱能，由于微波具有穿透性能使介質內外同時加熱，不需要熱傳導，所以加熱速度非?？?，對含水量在30%以下的有機分子物料，干燥速度可縮短數百倍。同時不管物體任何形狀，由于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，使干燥質量大大提高。

微波木材干燥描述：

    在常規工藝下，木材干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，然后再從表面被蒸發，返復循環，以達到木材的干燥。

    從根本上來說，微波干燥是基于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。由于這一獨有得特性，微波干燥木材就有兩個作用過程。一個是常規干燥木材一樣的作用過程；另一個作用過程，也是獨有的優點，就是借助于微波能的滲透作用，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：在微波干燥中，木材內部水分向外擴散的速度遠大于表面水分蒸發的速度。因此那種在自然干燥和熱空氣干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。由于微波干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，所以干燥速度快。相比之下，常規干燥需要25天以至一個月，而微波干燥只需要十幾分鐘到幾十分鐘。由于微波干燥原理的特殊，其干燥結果也是與眾不同的。這就是：無論木材沿橫截面的濕度是完全一致，還是具有一定梯度，微波干燥的結果都是呈現為接近木材表面的濕度大，而中心小。這在實際應用中也是有利的。1）速度快：微波干燥由于它獨特的優點，故干燥速度快。經客戶選用我司設備干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，在不造成干燥缺陷的條件下，從8毫米厚的薄木板到50毫米厚方料，來料水分由35~40%烘干至20%左右,其干燥時間只需10分鐘至26分鐘。若增大微波功率，必須采取相應的合理工藝。否則，其干燥速度雖然隨之加快，但由于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。所以微波烘干木材，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"這一指標來考核干燥效率的。所謂"提水率"是被定義為1千瓦的微波功率在1小時內，使被干燥物失水的公斤數，單位為公斤/千瓦小時（kg/kwh）。提水率高，說明設備的效率高。

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于1kg/kwh 。同一種木材沿纖維方向的長度不同，則干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。所以適當的烘后冷卻，能提高干燥效果。 

     3）質量好：木材在常規干燥過程中變的形、開裂，是由于木材失水后纖維收縮不均勻產生的。在自然干燥中，一方面由于木材表面的蒸發速度遠大于內部水分的擴散度，形成了表面干內濕的狀況，表層的干燥使纖維收縮，產生表里之間的應力。一方面，木材沿纖維方向的兩端纖維毛細孔遠大于其它部位，故纖維的收縮大大超過其余的部分，所以實際上木材兩端在自然干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復侵蝕變質，引起許多木材霉爛，這種變形、開裂、霉爛變質都嚴重影響了木材的質量并造成了大量的報廢。 

    在微波干燥過程中，情況就完全不同了，由于微波干燥具有強烈的滲透性和選擇性等優點，在干燥過程中，木板表里之間、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，一致認為微波干燥的木材質量較自然干燥的好。 

      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。這就是微波干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，而且可以減少森林采伐，有重大的環境效益。在自然干燥中，由于變形、開裂、霉爛變質造成的木材報廢相當嚴重，實踐證明，采用微波干燥，木材的利用率至少可提高5% , 加快了木材使用的周期：由于木材自然干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周轉，不僅占用很大的場地而且還要經常翻曬。采用微波干燥后，濕木材及時得到干燥，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，變成成蟲后就會破壞家具的外觀和使用價值，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。