Специальные главы технологии деревопереработки: учебное пособие

Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Глава 1 ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Сушка древесных материалов – один из самых важных процессов не только деревопереработки, но и многих других отраслей промышленности. Это связано с большой энергоемкостью и длительностью процесса, особенно для материалов коллоидного типа. Вопросами тепломассопереноса при сушке материалов занимались М. Гирш, А.В. Лыков, М.В. Лурье, Б.С. Сажин, А.А. Долинский, Л.Г. Голубев, С.П. Рудобашта, Г.С. Шубин, П.Г. Романков, А.С. Гинзбург, Н.В. Михайлов, В.И. Муштаев и др... 1.1. Обзор современного состояния техники и технологии вакуумной сушки древесных материалов Вакуумная сушка древесных материалов получила широкое распространение в странах с высокоразвитой деревообрабатывающей промышленностью (Италия, Германия). Результаты экспериментальных данных ряда исследователей свидетельствуют, что сушка древесины за с... В настоящее время налажен выпуск вакуумных камер для сушки пиломатериалов с использованием различных способов подвода тепла к древесине: нагрев с помощью контактных нагревателей; СВЧ-и ТВЧ-нагрев; нагрев с помощью газообразного теплоносителя. Наиболее простым решением подвода теплоты в вакууме является контактный метод, когда тепло высушиваемому материалу передается теплопроводностью от нагретой поверхности. Однако в этом случае распределение влагосодержания по толщине пиломатериала нера... Кроме того, использование в качестве нагревательных элементов металлических плит, обогреваемых паром, водой или электричеством, вызывает значительное увеличение трудоемкости погрузочно-разгрузочных работ. В случае использования простой и компактной к... СВЧ-нагрев осуществляется СВЧ-полем, создаваемым в объёме штабеля соответствующими генераторами. Несмотря на известные преимущества, СВЧ- энергия для сушки пиломатериалов (наибольшая скорость сушки, благодаря выделению тепла во всем объёме древесины) ... При использовании конвективного способа подвода тепловой энергии в вакууме возможны «осциллирующие импульсные» режимы или сушка материала при стационарном пониженном давлении среды. При этом в качестве среды может выступать горячий воздух, перегреты... В период выдержки досок в вакууме при удалении свободной влаги ее движение происходит под действием градиентов давления, влажности и температуры, а при влажности древесины ниже предела насыщения – под действием градиентов влажности и температуры, тем... Известна также схема, разработанная сотрудниками МГУЛ, по которой процесс проводят в вакууме глубиной 0,085 - 0,090 МПа с конвекцией сушильного агента при скорости 15-20 м/с. Сушка ведется циклами «работа-пауза» при постоянной глубине вакуума. На ста... Такой способ вакуумной сушки резко повышает ресурс работы вакуумного насоса и снижает потребление им электроэнергии. 1.2. Анализ конвективного тепло- и массообмена в процессе сушки древесины Глава 2 ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ 2.1.3. Классификация термомодифицированной древесины Экспериментальные исследования термического модифицирования древесины показали отсутствие влияния плотности древесины на интенсивность потока массы летучих компонентов. Исследованием химического состава разных пород древесины была установлена степен... В то же время оценка влияния толщины пиломатериала и температуры обработки на интенсивность процесса термомодифицирования указала на существенную зависимость продолжительности процесса термомодифицирования от данного параметра. Анализ химического строения древесины, подвергнутой тепловой обработке, показал, что воздействие температур в диапазоне до 160 С продолжительностью до 8 часов не вызывает существенных химических превращений в древесине. Заметные изменения в полосе ин... Исследование механических свойств термомодифицированной древесины как отделочного материала (ударной твердости и прочности при статическом изгибе) характеризует снижение данных показателей при высокой температуре и продолжительности обработки. В результате проведенных испытаний была выявлена закономерность изменения цветовой гаммы термодревесины в зависимости от температуры и продолжительности обработки применительно к таким породам древесины, как сосна, дуб и береза. Компьютерная обработк... Технико-экономический анализ целесообразности внедрения вакуумно-кондуктивных камер для термомодифицирования пиломатериалов выявил, что исследуемая технология рациональна для предприятий малых форм собственности с небольшой производительностью, поско... Результаты проведенных исследований позволили усовершенствовать классическую финскую технологию в направлении интенсификации и снижения энергозатрат на проведение процесса и предложить соответствующую модернизацию существующего оборудования. Интенс... 2.2.2. Термомодификация в среде топочных газов Для предприятий с большой производительностью по термомодификации разработан способ термообработки древесины в среде топочных газов [10] - см. рис. 2.3. Термомодификация древесины осуществляется следующим образом. В камеру 1 через открытую крышку 2 загружаются отходы деревообработки, затем крышка 2 закрывается, а предварительно высушенный пиломатериал 3 загружается в камеру модифицирования 4 через отк... В нем происходит понижение температуры топочных газов до 200- 240 С, после чего охлажденные топочные газы с заданной температурой поступают в камеру модифицирования 4. В этот момент шиберную заслонку 12 оставляют открытой, а шиберную заслонку 13 зак... После окончания процесса термомодифицирования шиберную заслонку 12 полностью закрывают, а шиберную заслонку 13 полностью открывают, и топочные газы по трубе 15 отводятся в атмосферу - начинается стадия охлаждения древесины. Для интенсификации охлажден... Излишняя тепловая энергия, отводимая при охлаждении топочных газов в теплообменном аппарате 11, на протяжении всего процесса передается в сушильную камеру 7 с помощью водяного калорифера 18 и циркуляционного насоса 19 для предварительной сушки пиломат... Нижний предел коэффициента избытка воздуха, характеризующего количество подаваемого кислорода в процессе горения, принимается равным 0,95, поскольку меньшее его значение приводит к нерациональному использованию системы дожига. Верхний предел коэффицие... Нижний предел температуры топочных газов, поступающих в камеру термомодифицирования, принимается равным 200 С, поскольку более низкие температуры не позволяют добиться необходимой степени модифицирования. Верхний предел температуры топочных газов в к... Исследованиями, проведенными П.А. Кайновым, показана высокая эффективность разработанного способа термообработки, а также отмечено повышение биостойкости и снижение теплопроводности, температуропроводности и плотности древесины в процессе термомодифик... Работа установки осуществляется следующим образом. В камеру 1 загружается уложенная в штабель древесина 12 через створки 2, которые затем плотно закрываются. После этого начинается подача дымовых газов из топки 13 в камеру через первый газ... После сушки древесины до абсолютно сухого состояния ее подвергают процессу термомодифицирования, для чего температуру в камере 1 повышают до 160-170 С. При этом концентрацию дымовых газов в камере 1 доводят до высокого уровня 95-100 об. %. В топке 13... 2.2.3. Термомодификация в жидкостях Одной из наиболее малоизученных технологий остается термомодифицирование древесины в гидрофобных жидкостях, которая отличается экологичностью и является современной альтернативой химическим способам обработки древесины, а благодаря своему конструктивн... Способ морения труднопропитываемой древесины, например дуба влажностью 8-12 % (рис. 2.5), ведут в герметичной камере, заполненной маслом (с температурой вспышки выше температуры нагревания масла) выше уровня древесины, что обеспечивает подвод тепловой... Предлагаемое устройство для морения древесины (рис. 2.5) состоит из герметичной камеры 1 и плоской крышки 2 с прижимной металлической перегородкой 3. Внутри автоклава находится термоэлектрический нагреватель 4, над которым размещают древесину 5, подве... Процесс промышленного изготовления мореного дуба осуществляется следующим образом. Через открытую крышку 2 древесину 5 помещают в герметичную камеру 1. После герметизации автоклава с помощью вакуумного насоса 9 путем откачки воздуха из аппарата при от... Применение стадий вакуумирования и пропаривания после прогрева древесины направлено на снижение температуры материала до 120-130 C и на предотвращение самопроизвольного возгорания древесины при заданных высоких температурных режимах, применение стадии... Разработанный способ позволяет получить мореную древесину труднопропитываемых пород с высокими декоративными свойствами, равномерной окраской по толщине и с заданным цветовым решением вплоть до иссиня-черного цвета натурального мореного дуба. Результа... На рис. 2.6. представлена схема ведения процесса термомодифицирования пиломатериалов. 2.2.4. Термомодификация в паровой фазе Однако, несмотря на ряд преимуществ, технология термомодифицирования в среде водяного пара в нашей стране не нашла широкого применения и постепенно вытесняется менее энергозатратными, не всегда обеспечивающими высокое качество продукции методами тер... Древесину с начальной влажностью 6-16 % загружают в автоклав. После загрузки древесины с помощью вакуумного насоса осуществляют вакуумирование до достижения давления 0,2 атм. Далее в автоклав подают насыщенный водяной пар из парогенератора до достижен... Установка включает автоклав 1, который снабжен нагревателями 2, 2', вакуумным насосом 3, парогенератором 4. Пиломатериалы 5 из сосны загружают в автоклав 1. Рис. 2.8. Схема установки для термомодификации древесины в паровой среде (патент No 2453425) После герметизации автоклава при открытых вакуумных клапанах 9, 10 с помощью вакуумного насоса 3 ведут процесс вакуумирования (стадия I на рис. 2.7). При достижении давления 0,2 атм закрывают вакуумный клапан 10, включают термоэлектрические нагревател... 2.3. Математическая модель описания термомодифицирования древесины Результаты ранее приведенных исследований обобщены в докторской диссертации Е.Ю. Разумова [25]. На основе анализа физической картины процессов, протекающих при термообработке пиломатериалов, разработана обобщенная математическая модель термомодифициро... Внутреннюю задачу термомодифицирования древесины целесообразно рассмотреть как одномерную симметричную модель, решение которой сводится к уравнениям переноса энергии в материале (2.1) и уравнению изменения плотности материала (2.2.): Начальные условия, характеризующие начало всего процесса Функция изменения температуры поверхности материала в общем случае может быть описана следующим выражением В процессе охлаждения теплоперенос внутри материала описывается дифференциальным уравнением теплопроводности при граничном условии Внутренний тепломассоперенос в процессе термомодифицирования пиломатериалов определяется режимами организации переноса, которые представлены в соответствующих работах [21-24]. Моделированием процесса термомодификации выявлены новые области применения термомодифицированных материалов. В частности, термомодифицирование шпона позволило разработать новую технологию производства влагостойкой фанеры [26]; в результате предварител... 35. Иоффе, И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии / И.Л. Иоффе. – Л.: Химия, 1991. – 352 c.