2446

2

УДК 674.04

Курьянова, Т. К. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : методические указания для самостоятельной работы студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 250400 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / Т. К. Курьянова, А. Д. Платонов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».– Воронеж, 2012. – 35 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ГОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 4 от 25 марта 2011 г.)

Рецензент директор НОЦ «КПД» В.И. Перегудов

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 «Гидротермическая обработка и консервирование древесины» изучаются технология, оборудование и основы теории производственных процессов нагревания (тепловая обработка), сушки, кондиционирования влажности и пропитки древесины.

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 и высыхания 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).

4

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);

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:

―защита древесины от разрушающего воздействия грибов и насекомых путем антисептирования и консервирования;

―защита от огня путем введения в древесину огнезащитных веществ (антипиренов);

―окрашивание древесины, повышение электрической прочности и т.п. путем пропитки древесины растворами различных веществ.

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

5

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.

При хорошей пропитке антисептиками этот срок увеличивается в 4…5 раз, а следовательно, во столько же раз ежегодно сокращается потребность древесины на замену сгнившей, измеряемая миллионами кубометров.

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.

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.

6

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 140 часов, из них: 118 ч – на самостоятельное изучение; 12 ч – 6 лекций;

10 ч – лабораторных работ в период экзаменационной сессии.

Примерное содержание установочных лекций и количество часов, отведенных на них в период экзаменационной сессии:

1.Введение. Свойства обрабатывающей среды. Основные сведения об агентах обработки древесины. Свойства водяного пара. Атмосферный воздух и его параметры – 2 часа.

2.Диаграмма состояния воздуха. Процессы изменения состояния воздуха

итопочных газов. Гигротермическое равновесие материала со средой. Способы нагревания древесины – 2 часа.

3.Тепловое и циркуляционное оборудование сушилок – 2 часа.

4.Лесосушильные камеры – 2 часа.

5.Режимы и качество сушки пиломатериалов. Формирование штабелей. Склады. Дефекты древесины при ее сушке и их предупреждение – 2 часа.

6.Виды повреждений древесины при хранении и эксплуатации – 2 часа. Токсичность защитных средств и правила работы с ними. Техника

безопасности, охрана труда и окружающей среды в пропиточных цехах – 2 часа.

Содержание лабораторных занятий определяется программой:

1.Определение параметров воздуха по Id – диаграмме – 2 часа.

2.Деловая игра «Проведение процесса сушки древесины» – 2 часа.

3.Определение показателей качества сушки пиломатериалов – 2 часа.

4.Нагревание древесины – 2 часа.

5.Зависимость качества пропитки древесины от температуры пропиточного раствора – 2 часа.

7

Курс изучается путем:

а) самостоятельной проработки учебника и учебных пособий согласно программе;

б) установочных лекций во время сессионных занятий; в) практических и лабораторных занятий; г) выполнения курсового проекта.

Одновременно с самостоятельным изучением курса студент заочной формы обучения выполняет контрольную работу, в которой он должен представить решение задач с подробными объяснениями.

Контрольная работа должна быть выслана в вуз заблаговременно.

В период очной сессии студент слушает лекции, выполняет лабораторные работы, сдает зачет, экзамен по курсу.

После сдачи экзамена студент получает задание по курсовому проектированию.

3. Указания к отдельным главам курса

3.1. Введение

Цель дисциплины «Гидротермическая обработка и консервирование древесины» – подготовка инженеров-технологов и бакалавров по направлению подготовки 250400 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.

8

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

―свойства и параметры агентов гидротермической обработки (влажного воздуха, пара, топочных газов), закономерности изменения их состояния;

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

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

―технологию и оборудование производственных процессов тепловой обработки древесного сырья на деревообрабатывающих предприятиях;

―классификацию и принципиальные схемы сушильных устройств;

―энергоемкость различных вариантов сушильного процесса;

―тепловое и циркуляционное оборудование сушильных устройств, современные конструкции сушилок для пиломатериалов, шпона и измельченной древесины;

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

Студент должен уметь:

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

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

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

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

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

―планировать работу цехов (участков) гидротермической обработки древесины, определять и анализировать производительность и другие техникоэкономические показатели нагревательных и сушильных устройств;

―проектировать цехи (участки) гидротермической обработки древесины на деревообрабатывающих предприятиях.

9

3.2. Свойства обрабатывающей среды

Основные вопросы этого раздела

Основные сведения об агентах обработки древесины. Свойства водяного пара. Атмосферный воздух и его параметры. Диаграммы состояния воздуха и их использование в задачах гидротермической 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 определений основных параметров воздуха: температура (t), парциальное давление водяного пара (pп), абсолютная влажность (ρп), влагоемкость (ρн), степень насыщенности (относительная влажность) (φ), влагосодержание (d), теплосодержание (I), плотность (ρ) и удельный объем (v).

Необходимо усвоить принципы построения Id диаграммы и научиться свободно пользоваться ею для определения параметров воздуха, для изображения процессов изменения состояния воздуха, в частности, его нагревания и охлаждения, испарения воздухом влаги, смешения воздуха различных состояний и воздуха с паром.

Надо знать основные уравнения и величины, характеризующие эти процессы, а также отображение их на Id диаграмме.

Необходимо усвоить основные параметры топочных газов, принцип построения Idα диаграммы и порядок пользования ею для решения практических задач по определению параметров смеси топочных газов и воздуха.

Примеры:

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

1,5 бара.

Ответ: φ=50 %.

10

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.

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

графически 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:

1.В каких единицах учитываются атмосферное давление воздуха и давление находящегося в нем пара?

2.Что за параметры – влагоѐмкость воздуха и плотность пара в атмосферных условиях?

3.Как изменяется влагоѐмкость атмосферного воздуха с повышением температуры?

4. Что такое влагосодержание воздуха?

5.Как нанести на Id-диаграмму процессы нагревания воздуха и испарения им влаги?

6.В чем заключается принцип действия психрометра?

7.Как отсчитывается на Id-диаграмме точка состояния воздуха по показанию психрометра?