1566

2

УДК 674.04 П 37

Платонов, А.Д. Физические основы гидротермической обработки древесины [Текст] : методические указания по самостоятельной работе для магистров заочной формы обучения по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / А. Д. Платонов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозо-

ва».– Воронеж, 2015. – 32 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» (протокол № 6 от 27 марта 2015 г.)

Рецензент: директор ООО «Лигнум», к.т.н. И.Н Медведев.

3

Введение

Под гидротермической обработкой древесины понимаются процессы воздействия на нее тепла, влажного газа или жидкости с целью изменения температуры и влажности древесины или введение веществ, улучшающих ее технологические и эксплуатационные характеристики.

В курсе «Физические основы гидротермической обработки древесины» изучаются основы теории производственных процессов и физических явлений нагревания древесины (тепловая обработка), сушки.

Цели процессов гидротермической обработки − изменение и улучшение технологических и эксплуатационных характеристик древесины.

1. Группы технологических процессов

По отдельным группам технологических процессов эти цели сводятся к следующему:

1.1. При тепловой обработке (оттаивании и нагревании):

―уменьшение твердости, что приводит к снижению усилий и улучшению качества резания древесины;

―повышение пластичности, что улучшает условия гнутья и прессование заготовок из древесины;

―ускорение процессов склеивания вследствие быстрого отверждения

ивысыхания клеевых веществ, нанесенных на древесину.

Способами тепловой обработки древесины могут быть:

―конвективное нагревание в газах и жидкостях (нагревание в открытых бассейнах перед лесопилением, проварка перед лущением чураков, пропарка ванчесов перед строганием);

―кондуктивное нагревание (соприкосновение материала с нагретой поверхностью), диэлектрическое нагревание (токами высокой частоты) и радиационное нагревание (облучение древесины источниками инфракрасной радиации).

1.2.При сушке древесины (удаление из материала влаги путем ее испарения или выпаривания) улучшаются ее физико-механические и эксплуатационные свойства;

а) предупреждение формо- и размероизменяемости деталей (высушивание до равновесной влажности с окружающей средой);

4

б) уменьшение массы при одновременном повышении прочности; в) улучшение качества склейки и отделки древесины; г) предохранение древесины от порчи и загнивания.

Главнейшие промышленные способы сушки − атмосферная и камерная − основаны на конвективной передаче тепла материалу от газообразной среды. Некоторое промышленное значение имеют конвективная сушка в гидрофобных жидкостях, контактная сушка и диэлектрическая сушка в поле тока высокой частоты.

Процесс сушки должен завершаться кондиционированием влажности древесины.

1.3.При кондиционировании влажности древесины (выравнивание влажности по объему материала) технологической целью является сохранение на протяжении производственного цикла стабильных размеров и форм заготовок и деталей для обеспечения необходимой точности механической обработки и взаимозаменяемости деталей и узлов.

Способы кондиционирования влажности древесины:

― cтабилизация состояния воздуха в производственных помещениях; ― выдержка деталей в специальных камерах.

1.4.При пропитке древесины:

-пропитка древесины растворами веществ и различными жидкостями;

-физические основы пропитки древесины..

Процессы гидротермической обработки древесины имеют очень большое значение, как для деревообрабатывающей промышленности, так и для народного хозяйства в целом, так как позволяют экономить для страны ежегодно многие миллионы кубометров древесины, являющейся дорогим и дефицитным сырьем.

Очень велик экономический эффект консервирования древесины, так как использование непропитанной древесины в условиях повышенной влажности среды приводит к выходу из строя деревянных изделий и деталей в течение 2…3 лет.

Хотя процессы тепловой обработки и кондиционирования влажности древесины не имеют такого экономического значения для народного хозяйства, как процессы сушки и пропитки, однако они имеют незаменимую технологическую ценность.

5

Правильное проведение процессов гидротермической обработки древесины определяет качество выполнения производственных операций и, в конечном итоге, качество готовых изделий из древесины.

Без специальных знаний и высокой квалификации обслуживающего персонала, занятого при проведении процессов гидротермической обработки древесины, невозможна рациональная технология этих процессов и правильная эксплуатация применяемого сложного и дорогого оборудования. Это ставит участки и цехи гидротермической обработки древесины в число наиболее ответственных процессов на деревообрабатывающих предприятиях.

2. Общие указания к изучению курса

Явления и закономерности процессов гидротермической обработки древесины многообразны и сложны по своему физическому содержанию. Оборудование для их практического проведения и техника его эксплуатации обладают рядом специфических особенностей.

Для успешного изучения настоящего курса, кроме общетехнических дисциплин, студент должен знать древесиноведение, теплотехнику, гидравлику, сопротивление материалов, строительное дело и лесопильное производство.

В связи со сложностью процессов гидротермической обработки древесины, непосредственному рассмотрению технологии и оборудования этих процессов должно предшествовать изучение свойств обрабатывающей среды и обрабатываемого материала, а также физических основ и расчет процессов взаимодействия с древесиной тепла и влаги.

Общий объем курса составляет по учебному плану − 108 часов, из них: 85 ч ― на самостоятельное изучение; 2 ч ― установочная лекция;

12 ч ― практических работ в период экзаменационной сессии; 9 ч – контроль самостоятельной работы.

Содержание лабораторных занятий определяется программой: Содержание практических занятий определяется программой:

1.Технико-экономическое обоснование действующего процесса сушки по Id и Idα-диаграммам.

2.Определение количественной оценки величины внутренних сушильных напряжений.

6

3.Определение продолжительности нагревания древесины в различных

средах.

4.Определение продолжительности атмосферной сушки.

5.Пропитываемость древесины под действием избыточного давления.

6.Диффузионная пропитка древесины.

Библиографический список Основная литература:

1. Расев, А. И. Сушка древесины [Текст] : учеб. пособие / А. И. Расев. –

М. : МГУЛ, 2000. – 228 с.

Дополнительная литература:

2. Кречетов, И. В. Сушка древесины [Текст] / И. В. Кречетов. - М. : Лесн. пром-сть, Изд. 4-е перераб. и допол. 2004. – 432 с.

3.Курьянова, Т. К. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Электронный ресурс] : учеб. пособие с грифом УМО / Т. К. Курьянова, А. Д. Платонов. – Воронеж, 2015. – 157 с. - Электронная версия в ЭБС ВГЛТА.

4.Платонов, А.Д. Физические основы гидротермической обработки древесины [Текст] : лабораторный практикум / А. Д. Платонов, Т. К. Курьянова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» – Воронеж, 2015. – 41 с. - Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.

5.Платонов, А.Д. Физические основы гидротермической обработки древесины [Электронный ресурс] : метод. указания для самостоят. работы магистров заочной формы обучения по направлению подгот. 35.04.02 – Технология лесозаготов. и деревоперераб. пр-в / А. Д. Платонов ; ВГЛТУ. - Воронеж, 2015. - 32 с. - Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.

6.Платонов, А.Д. Физические основы гидротермической обработки древесины [Электронный ресурс] : методические указания по практической работе для магистров по направлению подготовки 35.04.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / А. Д. Платонов, Т. К. Курьянова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова».– Воронеж, 2015. – 48 с.- Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.

7.Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины [Текст]. – ЦНИИМОД – Архангельск, 2000. – 152 с.

7

8.Серговский, П. С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : учеб. для вузов / П. С. Серговский, А. И. Расев. – М. :

Лесн. пром-сть, 1987. – 360 с.

9.Справочник по сушке [Текст] / Е. И. Богданов, В. А. Козлов, В. Б. Кунтыш, В. И. Мелехов. − М. : Лесн. пром-сть, 1990. − 304 с.

Курс изучается путем:

а) самостоятельной проработки учебника и учебных пособий согласно программе;

б) установочной лекции во время сессионных занятий; в) практических занятий; г) подготовки рефератов.

Одновременно с самостоятельным изучением курса магистр заочной формы обучения выполняет индивидуальное задание.

3. Указания к отдельным главам курса

3.1. Введение

Цель дисциплины «Физические основы гидротермической обработки древесины» – подготовка магистров по направлению подготовки 35.04.02 в области организации и проведения технологических процессов сушки, тепловой обработки и пропитки древесины, широко используемых в деревообрабатывающей промышленности и направленных на придание древесине требуемых технологических свойств: обеспечение ее размеро- и формоустойчивости, повышение прочности и долговечности, а в конечном итоге – на улучшение качества изделий и сооружений из древесины, продление сроков их службы и рациональное использование древесного сырья.

Задачи дисциплины – изучение теории процессов тепловой обработки, сушки и пропитки древесины, современной технологии этих процессов, оборудования нагревательных, сушильных и пропиточных устройств, их эксплуатации и проектирования.

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

― закономерности изменения состояния и параметры агентов гидротермической обработки;

8

―особенности взаимодействия воды с древесиной и влияние гидротермической обработки на ее физические и эксплуатационные свойства;

―основные физические закономерности процессов нагревания и сушки древесины, методы их расчета;

―энергоемкость различных процессов гидротермической обработки древесины;

―технологию и режимы процессов сушки древесины и древесных материалов, методы их контроля и регулирования.

Магистр должен уметь:

―определять и анализировать процессы изменения состояния параметров агентов гидротермической обработки древесины;

―определять показатели свойств древесины, изменяющиеся при ее гидротермической обработке (температура, влажность, плотность, усушка);

―назначать режим и рассчитывать продолжительность производственных процессов тепловой обработки и сушки древесины;

―анализировать работу контрольно-измерительной аппаратуры и регулировать работу нагревательных и сушильных устройств в соответствии с выбранными режимами;

―оценивать результаты гидротермической обработки древесины и определять показатели ее качества;

―планировать календарную работу цехов (участков) гидротермической обработки древесины, определять и анализировать производительность

идругие технико-экономические показатели нагревательных и сушильных устройств;

―проектировать и определять пути повышения эффективности цехов (участков) гидротермической обработки древесины на деревообрабатывающих предприятиях.

3.2. Свойства обрабатывающей среды

Основные вопросы этого раздела

Свойства обрабатывающей среды. Основные сведения об агентах обработки древесины. Свойства водяного пара. Атмосферный воздух и его параметры. Диаграммы состояния воздуха и их использование в задачах гидро-

9

термической обработки древесины. Параметры и диаграмма состояния топочных газов. Процессы изменения состояния воздуха и топочных газов.

Обрабатывающей средой, или агентом обработки, называется среда, окружающая материал в процессе обработки.

Восновных процессах гидротермической обработки древесины агентами служат влажный воздух, топочные газы, водяной пар, гидрофобные жидкости.

Внастоящем разделе основное внимание уделяется рассмотрению свойств водяного пара, влажного воздуха и топочных газов, имеющих наибольшее значение в процессах гидротермической обработки древесины.

При изучении этой главы следует обратить внимание на четкое усвоение терминов и физических зависимостей основных параметров обрабатывающей среды.

Надо знать основные уравнения и величины, физические зависимости

характеризующие эти процессы, а также отображение их на Id−диаграмме и Idα−диаграммах.

Примеры:

1. Определить относительную упругость пара при температуре 132 ºС и давлении

1,5 бара.

Ответ: φ=50 %.

2.Водяной пар при давлении 10000 Па имеет температуру 50 ºС. Установить характеристику пара.

Ответ: перегретый.

3. Даны температура воздуха 80 ºС и относительная влажность 0,5. Пользуясь формулами, определить парциальное давление пара, влагосодержание и теплосодержание. Проверить полученный результат по Id−диаграмме.

Ответ: Pп = 25000 Па, d = 200 г/кг, I = 617 кДж/кг.

4. Заданы влагосодержание воздуха 100 г/кг и температура 70 0С. Определить, пользуясь формулами, теплосодержание воздуха, степень насыщенности (относительную влажность), плотность и приведенный удельный объем. Полученный результат проверить по Id − диаграмме.

Ответ: I=300 кДж/кг; φ = 0,43 ρ = 0,955 кг/м3; v΄ = 1,15 м3/кг.

5.Определить количество влаги, сконденсированной из 100 кг (по его сухой части) воздуха, если первоначально он имел параметры t1 = 60 ºC, φ1 = 0,5, а после охлаждения в конденсаторе t2 = 40 ºС.

Ответ: m конденсата 20 кг.

6.Определить, пользуясь Id − диаграммой, температуру точки росы ( tр) и температуру предела охлаждения (tпо) для воздуха, у которого I=500 кДж/кг; d = г/кг.

10

Ответ: tр = 59 ºС; tпо = 61 ºС.

7.3 килограмма воздуха при t1 = 60 ºC и φ1 = 0,4 смешиваются с 6 кг воздуха при t2

=90 ºС, φ2 = 0,5. Определить параметры точки смеси (tсм , φсм , Iн , dсм). Задачу решать гра-

фически по Id − диаграмме.

Ответ: tсм = 84 ºС, φсм = 0.54, Iсм = 815 кДж/кг, dсм = 275 г/кг.

8. Влажность древесного топлива (Wотн) равна 50 %, при сжигании его выделяется 9 % CO2 (углекислоты).

Пользуясь Idα−диаграммой, определить температуру топочных газов, теплосодержание, влагосодержание и коэффициент избытка воздуха.

Ответ: tт.г = 880 ºС, Iт.г = 1200 кДж/кг; dт.г = 122 г/кг; α = 2,24.

Вопросы для самоконтроля:

4.Как отсчитывается на Id-диаграмме точка состояния воздуха по показанию пси-

хрометра?

5.Почему зимой лед на стеклах окон жилых помещений образуется на внутренней стороне стекла, а не на наружной?

6.Каковы закономерности на Id-диаграмме смешения воздуха двух различных состояний в разных количествах?

7.Каковы закономерности на Id-диаграмме смешения воздуха с паром?

8.Как изображается на Id-диаграмме процесс сушки материала с однократной и многократной циркуляцией воздуха?

9.В каких условиях возникает дым при сжигании в топках древесных отходов?

3.3.Контроль состояния агентов обработки

Основные вопросы этого раздела

Контроль состояния агентов обработки. Технологические принципы контроля агентов обработки. Измерение скорости движения газов. Анемометры и микроманометры. Измерение параметров состояния (давление, температура, степень насыщенности) жидкостей и газов. Конструкции термометров и психрометров. Системы контроля параметров агентов обработки.

Результаты гидротермической обработки в значительной мере определяются надежностью контроля и регулирования процессов. Поэтому необхо-