阅读说明：本技术 一种木材脱水、干燥及碳化一体化处理设备及其处理方法 (A kind of timber dewatering, drying and carbonization integrated equipment for wastewater treatment and its processing method ) 是由 黄彦慧 柯娇娜 刘子欢 蔡琦 黄琼涛 刘洪海 杨琳 吴智慧 于 2019-04-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种木材脱水、干燥及碳化一体化处理设备,包括干燥箱压力调节系统、离心脱水系统、微波加热系统、物料装载运输系统和排水系统,其处理方法包括1)木材装载；2)预真空处理；3)木材离心脱水；4)真空微波干燥；5)干燥过程排水；6)真空微波碳化预热；7)真空碳化升温；8)真空微波碳化处理；9)碳化过程排水；10)真空降温。优点：1)实现木材真空条件下离心脱水-真空微波干燥及真空微波碳化一体化加工处理,同时设备也可单独实现木材干燥或碳化,利用率较高。2)负压低温条件有效保证木材的各项物理和力学性能。3)离心脱水高效、快速、同时改善木木材渗透性。4)真空微波实现木材快速、均匀碳化。(The present invention relates to a kind of timber dewatering, drying and carbonization integrated equipment for wastewater treatment, including drying box pressure regulating system, centrifugal dehydration system, microwave heating system, material to load transportation system and drainage system, and processing method includes 1) loading timber；2) forevacuum is handled；3) timber centrifugal dehydration；4) vacuum microwave drying；5) drying process drains；6) vacuum microwave carbonization preheating；7) vacuum carburization heats up；8) vacuum microwave carbonization treatment；9) carbonisation drains；10) vacuum cool-down.Advantage: 1) centrifugal dehydration-vacuum microwave drying and the integrated working process of vacuum microwave carbonization under the conditions of wood vacuum are realized, while the drying of wood or carbonization can also be implemented separately in equipment, utilization rate is higher.2) every physical and mechanical properties of timber are effectively ensured in negative pressure cryogenic conditions.3) centrifugal dehydration improves the wooden wood permeability efficiently, quickly, simultaneously.4) vacuum microwave realizes that timber is quick, uniform carburized.)

一种木材脱水、干燥及碳化一体化处理设备及其处理方法

技术领域

本发明是一种木材脱水、干燥及碳化一体化处理设备及其处理方法，属于木材干燥及木材碳化加工技术领域。

背景技术

木材是世界公认的四大建筑材料，而且是一种可再生的绿色环保材料，在国民生产和生活中被广泛应用。木材强重比大、容易加工，具有美丽的花纹和色泽，能够调温调湿，具备良好的环境学特征。因此，木材从古至今一直被广泛的应用到木建筑及其制品，室内家具、地板等装修产品。木材作为天然的生物材料，除了具备上述优点外，也存在一些缺陷。容易被虫蛀，发生霉变及腐朽，另外木材由于水分的变化容易引起变形、开裂及离缝等现象。这些问题如果出现在制造好的木建筑或木制品上会导致一些质量和安全问题，导致生命危险和企业经济效益受损。木材的上述问题主要是由于木材内部的水分所引起，因此，木材只有经过合理的干燥，控制好含水率才能减轻或避免上述问题。但是，某些特殊的使用条件或使用环境要求木材要进行特殊的处理才能提高其尺寸稳定性、耐腐性、耐虫蛀及耐霉变等性能。木材碳化能有效的解决上述的问题，木材碳化是物理处理，不使用化学药剂，避免了对环境及使用人群的污染，近年来被学者和消费者广泛认可。碳化处理后的木材，防腐、防虫、木材尺寸稳定、不变形、不开裂、彻底脱脂、隔热性好、不易吸水。碳化后的木材颜色均匀，没有色差，提高了木材的档次。因此通过碳化能够有效改善木材的各方面性能，拓宽其使用范围，提高木材制品的附加值。

木材碳化前需要控制较低的含水率，否则碳化会导致高含水率木材变形、內裂、翘曲，甚至使木材报废。目前的碳化设备功能单一，只能对木材进行碳化，不能将干燥和碳化有效集成。其主要原因是木材前期干燥时间过长，占用了碳化设备的有效工作时间。因此，木材碳化前需要在其他干燥设备内进行深度干燥，把木材的含水率降低至4-6%，然后再放入碳化窑内进行碳化处理。这个过程操作复杂，需要多次的装货、卸货，浪费了时间和劳动力，效率低下，设备占用多。

发明内容

本发明提出的是一种木材脱水、干燥及碳化一体化处理设备及其处理方法，其目的是集成木材快速离心脱水和微波快速干燥及微波快速碳化双重功能，实现木材干燥和碳化处理在同一设备内进行。本发明具有快速干燥、深度碳化，节能、省时，设备多功效、利用率高、碳化处理效果优良的特点。

技术解决方案

一种木材脱水、干燥及碳化一体化处理设备，包括干燥箱压力调节系统、离心脱水系统、微波加热系统、物料装载运输系统和排水系统和控制，其中，所述压力调节系统包括密封门1、干燥箱体5、真空泵17及排气阀2，所述干燥箱体5、密封门1密封连接构成木材脱水、干燥及碳化一体化处理箱，所述处理箱上部连接排气阀2，底部连接真空泵；

所述离心脱水系统包括离心电机、离心罐篮6，所述离心罐篮6固定在离心电机上，离心电机固定在干燥箱体5内；

所述微波加热系统包括微波发生器14、导波管15、温度传感器16，微波发生器14通过导波管15连接干燥箱体5，温度传感器16设于干燥箱体5内部；

所述物料装载运输系统包括罐外轨道13、罐内可升降轨道9、台车7和可移动定位轴3，所述罐内可升降轨道9和可移动定位轴3设于干燥箱体5内，离心脱水系统中的离心罐篮6放置在台车7上固定，装载有离心罐篮6的台车推入干燥箱体5，通过罐内可升降轨道9调节台车高度，使其固定连接离心电机和可移动定位轴3；

所述排水系统包括进水阀10、排水阀12、排水箱11及液位浮球19，所述液位器设于排水箱11内，进水阀10通过管道与干燥箱体5和排水箱11连接，所述排水阀12一端通过管道与排水箱11连接，另一端与排水地漏连接，液位器19设于排水箱11内；

控制箱18内部设有PLC控制器，PLC控制器通过电线分别连接密封门1、可移动定位轴3、离心电机8、罐内可升降轨道9、液位浮球19、进水阀10、排水阀12、排气阀2、温度传感器16、真空泵17，并分别控制各设备的运行与数据的收集检测。

所述物料装载运输系统包括罐外轨道13、罐内可升降轨道9、台车7和可移动定位轴3，装载有离心罐篮6的台车7推进干燥箱体5内，离心罐篮6下部、离心罐篮6上部、离心电机轴承上部设有连接机构，将离心罐篮6下部连接机构对准离心电机轴承上部连接机构，位置确定后降下罐内可升降轨道9和台车7，使离心罐篮6下部连接机构连接离心电机轴承上部连接机构，下调可移动定位轴3使其连接离心罐篮6上部连接机构，使离心罐篮6上下完全沿离心电机轴向固定；

所述罐内可升降轨道9包括罐内轨道和液压缸，设于干燥箱体5底部，装满木材的台车推至罐内移动轨道后，通过液压缸来调节台车垂直位置，使得离心罐篮与离心电机连接机构连接；

所述离心电机轴承上部连接机构为外凸形十字销，离心罐篮下部连接机构为十字凹槽，通过紧密配合实现离心罐篮与离心电机轴承的固定连接。

还包括罐外轨道，所述罐外轨道设于干燥箱体5外，方便台车推入箱内。

所述排水系统包括进水阀10、排水阀12和液位浮球19，通过所述液位浮球的位置确定排水箱内的储水量，液位浮球到达排水位置时开始排水，控制箱自动记录排水次数，得出所排水的量，进而计算木材的含水率。

其处理方法，包括以下步骤：

1）木材装载：将固定载有离心罐篮的台车推至干燥箱外的罐外轨道上，将木材加工成厚度15mm~35mm的板材或方材，沿着离心罐篮的轴向将木材***到离心罐篮内部分隔区域，木材之间紧密接触，装料过程保持材料装载量的轴向对称，木材装载完成后将离心罐篮用带孔的盖子盖上并紧固盖子；木材装载结束后把台车推入干燥箱内，离心罐篮下部连接机构正对离心电机轴承连接机构，位置确定后降下罐内可升降轨道和台车，使离心罐篮下部连接机构放入离心电机轴承连接机构，离心时离心罐篮底部与台车保持3cm的距离；下调离心罐篮上部可移动定位轴，使其***离心罐篮上部连接机构，将离心罐篮上下完全沿离心电机轴向固定；固定温度传感器在木材内部，关闭干燥箱密封门1。

2）预真空处理：关闭干燥箱的排气阀，开启真空泵，抽取干燥箱内及木材之间的空气，将干燥箱内压力降至3.4-6.7KPa之间。

3）木材离心脱水：干燥箱内压力降至控制条件后，开启离心机；木材含水率大于50%时离心转速控制在10000转/分钟；含水率在50%~40% 时离心转速控制在12000转/分钟；当含水率在40%~30% 时离心转速控制在14000转/分钟；脱除的水分流至干燥箱底部通过排水箱排除，通过统计排水箱的容积和排水次数计算脱水量，进而计算干燥箱内木材的含水率；当木材含水率降至30%时停止离心脱水。

4）真空微波干燥：离心机停稳后，继续保持干燥箱的负压，压力维持在6.7-13.4KPa；开启微波，微波加热升温速度为5℃/h，微波功率为1kw/m³，通过微波加热离心罐内的木材使其在真空条件下快速干燥；含水率在30~20%之间时，木材温度控制在40~42℃；含水率在20~15%之间时，木材温度控制在45~47℃；含水率在15~10%之间时，木材温度控制在50~52℃；含水率在10~5%之间时，木材温度控制在60~65℃，直至木材含水率干燥至4~6%。

5）干燥过程排水：木材离心脱水以及真空微波干燥时，木材中的水分流至干燥箱底部，经连接管道通过进水阀流进排水箱内；排水箱内水位到达排水标高时，

自动关闭进水阀，打开排水阀，排水箱内的水分被排走；整个离心脱水及真空微波干燥过程中反复循环排水，直至干燥完成。

6）真空微波碳化预热：真空微波干燥结束后，继续维持干燥箱内部的压力在6.7-13.4KPa，加大微波功率，对木材进行真空微波碳化预热处理；预热处理过程木材的升温速度控制在10~15℃/h，直至木材温度升高至100℃。

7）真空碳化升温：继续维持干燥箱的压力在6.7-13.4KPa，加大微波功率继续快速对木材升温；升温速度控制在20℃/h，把木材温度升高到180~220℃。

8）真空微波碳化处理：维持干燥箱的压力在6.7-13.4KPa，开启微波加热，控制木材温度在180~220℃，碳化处理3~5h。

9）碳化过程排水：碳化过程中木材水分排出木材后，冷凝流至干燥箱底部，经连接管道通过进水阀流进排水箱内，当排水箱内水位到达排水标高时，控制系统自动关闭进水阀，打开排水阀，排水箱内的水分被排走，排水过程直至碳化结束；

10）真空降温：碳化结束后停止微波加热，提高罐内的压力至20.1~26.8 KPa，冷却木材3h；继续提高罐内压力至33.5~40.2 KPa，冷却木材至温度降低至120℃；继续提高罐内压力至46.9~53.6 KPa，冷却木材至80℃；恢复罐内压力至常压，在常压下冷却木材，直至木材温度降低至40℃，打开干燥箱密封门1，升起罐内轨道和可移动定位轴，拉出台车，卸掉碳化木材。

附图说明

附图1是木材脱水、干燥及碳化一体化处理设备的结构示意图。

附图2是干燥箱内连接结构示意图。

附图3是排水系统结构示意图。

图中1是密封门、2是排气阀、3是可移动定位轴、4是离心罐篮盖、5是干燥箱体、6是离心罐篮、7是台车、8是离心电机、9是罐内可升降轨道、10是进水阀、11是排水箱、12是排水阀、13是罐外轨道、14是微波发生器、15是导波管、16是温度传感器、17是真空泵、18是控制箱、19是液位浮球。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进一步说明

如附图1所示，一种木材离心脱水-微波干燥及微波碳化一体化处理设备，其结构包括：1）干燥箱压力调节系统、2）离心脱水系统、3）微波加热系统、4）物料装载运输系统、5）排水系统。

其中，1）压力调节系统由干燥箱、密封门1、真空泵及进气阀构成。干燥箱体和密封门1构成一个完全密封的离心脱水-微波干燥及微波碳化处理箱体。处理箱的上部与进气阀相连，底部与真空泵相连，通过真空泵来降低箱体内部压力，打开进气阀则可以提高箱体内部的压力。2）离心脱水系统由离心电机、装料罐篮、可移动定位轴等构成。材料装载到离心罐篮内部后，定位并固定在离心电机上，开启离心电机通过高速离心力脱除木材内部的水分。离心脱水大致可以时木材含水率降低到纤维饱和点（FSP）。3）微波加热系统，由微波发生器、导波管、温度传感器及干燥箱体构成。当木材含水率降低至FSP以后，开启微波发生器，微波通过导波管传递到干燥箱内，在真空条件下对离心罐内的木材进行微波加热干燥；当木材含水率降低至4-6%，加大微波功率对木材进行碳化处理，碳化过程通过温度传感器检测木材内部的温度，防止碳化过度。4）物料装载运输系统由罐外轨道，罐内可升降轨道和台车构成。材料在干燥箱外装载，首先把离心罐篮放置在台车上，然后把木材装载到罐篮内，盖上罐盖并紧固，然后把装载木材的台车推进干燥箱内，罐篮下部连接机构正对离心电机轴承连接机构，使罐篮连接机构恰好放入离心电机轴承连接机构。下调罐篮上部可移动定位轴，使其***罐篮上部的连接机构。这样把罐篮上下完全沿离心电机轴向固定，开动离心电机便可以对木材进行离心脱水。5）排水系统。排水系统由进排水阀、连接管道、排水箱及液位器构成。进水阀通过管道与干燥箱和排水箱连接。排水阀通过管道与排水箱连接，另一端则与排水地漏相连。排水系统可以自动记录排水次数，进而可以计算干燥箱内木材的含水率。

实施例1

木材真空离心干燥-真空微波干燥及微波碳化加工一体化处理方法，包括如下步骤：

1）木材装载：固定载有离心罐篮的台车于干燥箱外的轨道上，将高含水率木材加工成厚度15mm~35mm的板材或方材，沿着罐篮的轴向将木材***到离心罐篮内部分隔区域，木材之间尽量紧密接触，装料过程保持材料装载量的轴向对称，木材装载完成后将离心罐篮用带孔的盖子盖上并紧固盖子。木材装载结束后把台车推入干燥箱内，罐篮下部连接机构正对离心电机轴承连接机构，位置确定后降下罐内轨道和台车，使罐篮连接机构恰好放入离心电机轴承连接机构，高速离心时罐篮底部与台车保持3cm的距离。下调罐篮上部可移动定位轴，使其***罐篮上部的连接机构，这样把罐篮上下完全沿离心电机轴向固定。把温度传感器固定在木材内部后，关闭干燥箱密封大门；

2）预真空处理：关闭干燥箱的排气阀，开启真空泵，抽取干燥箱内及木材之间的空气，将干燥箱内压力降至3.4-6.7KPa之间；

3）木材离心脱水：待干燥箱内压力降至控制条件后，开启离心机，离心转速逐步提高。含水率大于50%时离心转速控制在1000转/分钟；含水率在50%~40% 时离心转速控制在12000转/分钟；当含水率在40%~30% 时离心转速控制在14000转/分钟。木材中的水分通过离心力及内外压力差的作用下被脱除，脱除的水分流至干燥箱底部通过排水箱排除。排水箱容积为20L，通过统计排水箱的次数可以计算脱水量，进而计算干燥箱内木材的含水率。当木材含水率降至FSP（30%）附近时停止离心脱水；

4）真空微波干燥：待离心机停稳后，继续保持干燥箱的负压，压力维持在6.7-13.4KPa。开启微波，微波加热时升温速度控制在5℃/h，微波功率控制在1kw/m³。通过微波加热离心罐内的木材使其在真空条件下快速干燥。含水率在30~20%之间时，木材温度控制在40~42℃；含水率在20~15%之间时，木材温度控制在45~47℃；含水率在15~10%之间时，木材温度控制在50~52℃；含水率在10~5%之间时，木材温度控制在60~65℃。直至木材含水率满足碳化要求，在4~6%左右时停止干燥；

5）干燥过程排水：在上述3）和4）的真空离心脱水以及真空微波干燥时，木材中的水分流至干燥箱底部，经连接管道通过进水阀流进排水箱内。排水箱的容积为20L，当排水箱内水位到达排水标高时，控制系统自动关闭进水阀，打开排水阀，排水箱内的水分被排走。在整个真空离心脱水及真空微波干燥过程反复循环，直至木材含水率降低至4~6%；

6）真空微波碳化预热：真空微波干燥结束后，继续维持干燥箱内部的压力在6.7-13.4KPa，加大微波功率，对木材进行真空微波碳化预热处理。预热处理过程木材的升温速度控制在10~15℃/h，直至木材温度升高至100℃；

7）真空碳化升温：继续维持干燥箱的压力在6.7-13.4KPa，加大微波功率继续快速对木材升温。升温速度控制在20℃/h，把木材温度升高到碳化要求温度（180~220℃）；

8）真空微波碳化处理：继续维持干燥箱的压力在6.7-13.4KPa，开启微波加热，控制木材温度在碳化处理温度附件，碳化处理时间控制在3~5h；

9）碳化过程排水：碳化过程中木材的温度较高，木材中的水分几乎全部被排出木材，冷凝后流到干燥箱底部，经连接管道通过进水阀流进排水箱内；排水箱的容积为20L，当排水箱内水位到达排水标高时，控制系统自动关闭进水阀，打开排水阀，排水箱内的水分被排走。排水过程直至碳化结束；

10）真空降温：碳化结束后停止微波加热，提高罐内的压力至20.1~26.8 KPa，冷却木材3h；继续提高罐内压力至33.5~40.2 KPa，冷却木材至温度降低至120℃；继续提高罐内压力至46.9~53.6 KPa，冷却木材至80℃；恢复罐内压力至常压，在常压下继续冷却木材，直至木材温度降低至40℃，打开干燥箱密封门，升起罐内轨道和可移动定位轴，拉出台车，卸掉碳化木材。