3434

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

ГИДРОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И КОНСЕРВИРОВАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Методические указания для самостоятельной работы аспирантов

по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве»

направленность программы - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

Воронеж 2016

2

УДК 674.04

П 37

Платонов, А.Д. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве» / А. Д. Платонов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова».– Воронеж, 2016.– 32 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова»

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

Введение

3

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 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);

б) уменьшение массы при одновременном повышении прочности; в) улучшение качества склейки и отделки древесины;

4

г) предохранение древесины от порчи и загнивания.

Главнейшие промышленные способы сушки атмосферная и камернаяоснованы 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.

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

5

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 и включает курс лекций, практические занятия, самостоятельную работу.

Примерное содержание лекций:

Введение. Основные проблемы, стоящие в области создания и внедрения прогрессивных ресурсосберегающих технологий и видов техники в производственных процессах гидротермической обработки древесины на современном этапе.

Параметры и диаграммы состояния воздуха и топочных газов и их использование в задачах гидротермической обработки древесины.

Технологические принципы контроля агентов обработки.

Роль тепловых и электрических свойств древесины при ее гидротермической обработке. Изменение физико-механических свойств и деформативность древесины при ее гидротермической обработке.

Явления тепло-массообмена при нагревании древесины. Особенности и закономерности кондуктивного, радиационного и диэлектрического нагревания древесины.

Промышленные способы тепловой обработки и их применение в различных деревообрабатывающих производствах. Пути снижения энергоѐмкости процессов тепловой обработки древесины.

Классификация форм связи коллоидных капиллярнопористых тел с поглощенной жидко-

6

стью. Основные структурные характеристики капиллярнопористых тел. Термодинамические параметры влагопереноса.

Характер протекания процесса сушки. Влаго- и теплообмен между поверхностью материала и окружающей средой. Влияние форм связи влаги с древесиной на кинетику сушки. Влияние формы и размеров штабеля на продолжительность сушки. Теплопроводность влажных материалов.

Период постоянной скорости сушки. Период падающей скорости сушки. Высокоинтенсивный процесс сушки. Тепло- и влагообмен в процессе сушки древесины. Закономерности и механизм низкотемпературных и высокотемпературных процессов сушки. Количественный контроль напряжений.

Основные варианты сушильного процесса при сушке воздухом, топочными газами и перегретым паром. Расход энергии на сушку и пути его снижения.

Радиационно-конвективная сушка. Кондуктивная сушка. Сушка в электромагнитном поле. Сублимационная сушка.

Системы теплоснабжения паровых и газовых сушилок. Системы циркуляции в сушилках. Выбор теплового и циркуляционного оборудования.

Технико-экономические показатели камер различных типов и области их применения. Пути совершенствования и рационализация конструкций сушильных камер.

Характеристика технологических и контрольных операций камерной сушки. Построение рациональных режимов сушки.

Дефекты сушки, их причины и меры предупреждения.

Влияние продолжительности камерной сушки на прочностные свойства и выделение вредных веществ из древесины. Техника безопасности, противопожарная техника и охрана окружающей среды при камерной сушке.

Комбинированные способы и интенсификация атмосферной сушки. Расчет продолжительности атмосферной сушки.

Влияние формы материала на сушку в первом, во втором и в третьем периоде сушки.

Методы и средства защиты древесины. Классификация и характеристика химических средств защиты.

Закономерности движения жидкостей в древесине под действием капиллярного и избыточного давления. Диффузионный массоперенос в древесине. Расчет глубины и продолжительности пропитки.

Классификация способов пропитки и области их применения. Пропитка под давлением. Диффузионная и панельная пропитка.

Стадии проектирования. Последовательность и содержание расчетов. Виды и задачи испытаний. Номенклатура технико-экономических показателей установок.

Содержание практических занятий определяется программой:

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

Определение продолжительности нагревания древесины в различных средах

Влияние формы и размеров штабеля на продолжительность сушки

Количественная и качественная оценка внутренних сушильных напряжений

Определение продолжительности атмосферной сушки

Пропитываемость древесины под действием избыточного давления

Диффузионная пропитка древесины

Библиографический список

7

Основная литература

1. Расев А. И. Сушка древесины [Электронный ресурс] : рек. УМО по образованию в обл. лесн. дела в качестве учеб. пособия для подготовки студентов вузов / А. И. Расев. - СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2010.- ЭБС "Лань".

2. Курьянова Т. К. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : доп. УМО по образованию в обл. лесн. дела в качестве учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений / Т. К. Курьянова, А. Д. Платонов; ВГЛТУ. - 3-е изд., перераб. и доп. - Воронеж, 2015. - 159 с. - Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.

Дополнительная литература

3.Платонов А. Д. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Защита древесины [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А. Д. Платонов, Т. К. Курьянова; ВГЛТА. - Воронеж, 2015. - ЭБС ВГЛТА.

4.Платонов, А.Д. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : методические указания по практической работе для аспирантов по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве» направленность программы «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» / А. Д. Платонов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова».– Воронеж, 2016. – 48 с.

5.Платонов, А.Д. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] : методические указания по организации самостоятельной ра-

боты аспирантов по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве» направленность программы «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» / А. Д. Платонов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова».– Воронеж, 2016. – 32 с.

Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»

Для освоения дисциплины необходимы следующие ресурсы информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»:

1.(28.07.2012) // КонсультантПлюс онлайн - Некоммерческие интер- нет-версии системы КонсультантПлюс. – Режим доступа: http://base.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc;base=LAW;n=133350.

2.Охрана труда (портал информационной поддержки охраны труда и техники безопасности) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.tehbez.ru. – Загл. с экрана.

3.Правила по охране труда в лесозаготовительном, деревообрабатывающем производствах и при проведении лесохозяйственных работ [Электронный ресурс]. Союз профессионалов безопасности труда и производства.–

8

Режим доступа: http://s.compcentr.ru/04/biblot/biblot-lesozag.htm. – Загл. с эк-

рана.

4. Forest.RU - Всѐ о российских лесах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.forest.ru/. – Загл. с экрана.

5.ФГБУ ФИПС - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный институт промышленной собственности» : информационнопоисковая система [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www1.fips.ru/wps/wcm/connect/content_ru/ru. – Загл. с экрана.

6.Федеральная служба по интеллектуальной собственности Роспатент [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rupto.ru/. – Загл. с экрана.

7.Wood-pellets.com. Биотопливный портал [Электронный ресурс]. –

Режим доступа: http://www.wood-pellets.com/.– Загл. с экрана.

Курс изучается путем:

а) самостоятельной проработки учебника и учебных пособий согласно программе;

б) проработки лекционного курса; в) практических и лабораторных занятий; г) подготовки рефератов.

В процессе обучения аспирант выполняет практические работы с элементами НИР, сдает зачет по дисциплине.

3. Указания к отдельным главам курса

3.1. Введение

9

Цель дисциплины «Гидротермическая обработка и консервирование древесины» – подготовка аспирантов по направлению подготовки 35.06.04 «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве» 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 аспирант должен знать:

―закономерности изменения состояния и параметры агентов гидротермической обработки;

―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.

Аспирант 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;

10

―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 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 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