2 Гидротермическая обработка и защита древесины Основными источниками информации при изучении данного раздела дисциплины являются учебные пособия [3, 4, 5.
2.2. Гидротермическая обработка и защита древесины Основными источниками информации при изучении данного раздела дисциплины являются учебные пособия [3, 4, 5, 6, 7], практикумы [8, 9, 10], а также нижеследующий краткий обзор наиболее важных теоретических аспектов.
Цели и задачи процессов гидротермической обработки древесины подробно изложены в [3] на стр. 4–6. Особое внимание следует уделить назначению таких наиболее распространенных видов гидротермической обработки, как сушка, проваривание, пропаривание и пропитка древесины.
Основная задача сушки – это снижение влажности древесины от влажности в свежесрубленном состоянии (50–130% в зависимости от породы и положения в стволе дерева) до значения, при котором древесина будет эксплуатироваться в изделиях. Значение эксплуатационной влажности зависит от назначения древесины и составляет для пиломатериалов, предназначенных для изготовления мебели – 8–9%, для столярно-строительных изделий – 8–12%. Оптимальная влажность стружки для изготовления ДСтП находится в диапазоне 2–6%, влажность шпона для изготовления фанеры – 6–8%. Сушка древесины позволяет уменьшить ее вес, повысить прочность, предотвратить изменение формы и размеров в процессе эксплуатации, улучшить качество склеивания и отделки. Древесина с влажностью менее 20% не подвержена гниению и может транспортироваться на значительные расстояния, поэтому влажность 20–22% называется транспортной.
Проваривание и пропаривание древесины применяют в основном при производстве лущеного и строганого шпона. Такая обработка позволяет повысить пластичность древесного сырья и предотвратить растрескивание шпона.
Пропитку древесины проводят с целью улучшения ее свойств, например для повышения био- или огнестойкости.
Для достижения задач, ставящихся при гидротермической обработке древесины, важно понимать свойства обрабатывающих агентов и уметь управлять ими. Основными видами обрабатывающих агентов, используемыми в деревообработке, являются.
– смеси воздуха с топочными газами.
Свойства обрабатывающих агентов описаны в [3] на стр. 7–25, [8] на стр. 16–47, [6] стр. 18–70.
В процессах сушки древесины наиболее широко используется атмосферный воздух . Состояние воздуха характеризуется рядом параметров, основными из которых являются.
? температура, t (°С, К.
? парциальное давление водяного пара, p п (Па, кПа, МПа, бар, ат.
? абсолютная влажность (кг/м 3.
? относительная влажность (степень насыщенности), ? (%, доли единицы.
– плотность, ? (кг/м 3.
? удельный объем, ? (м 3 /кг.
? теплосодержание, ^ I (Дж/кг.
– влагосодержание, d . (г/кг.
Каждое конкретное состояние воздуха может быть изображено в виде точки на Id – диаграмме. Данная диаграмма приведена на рисунке 1 приложения. Пользуясь Id – диаграммой легко определить все параметры воздуха, если известны любые два из них. Расположение шкал параметров на Id – диаграмме показано на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Определение по Id – диаграмме параметров воздуха в состоянии, соответствующем точке 1 Инструментально параметры состояния воздуха могут быть определены с помощью специального прибора – психрометра. Психрометр Августа состоит из двух термометров. Один называется сухим, а шарик другого термометра, называемого мокрым, обернут влажной хлопчатобумажной тканью. Конец этой ткани опущен в резервуар с жидкостью. Жидкость испаряется с поверхности ткани. Испарение приводит к потере жидкостью части энергии и как следствие происходит снижение ее температуры, регистрируемое смоченным термометром. Чем ниже влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее протекает процесс испарения. Поэтому чем суше воздух, влажность которого определяется, тем ниже показания смоченного термометра и тем больше разница между показаниями сухого ( t с ) и мокрого ( t м ) термометров, т. е. психрометрическая разность ? t = t с – t м . У воздуха насыщенного влагой ? = 100%, ? t = 0°С.
Показания психрометра существенно зависят от скорости циркуляции воздуха, которая влияет на скорость испарения влаги с ткани. Поэтому на практике для контроля состояния воздуха в помещениях часто используют психрометры Асмана . В психрометре Асмана смоченный термометр обдувается с помощью встроенного вентилятора (аспиратора), с постоянной скоростью, равной 2 м/с. Психрометры, устанавливаемые в сушильных камерах, в принудительном обдуве не нуждаются, поскольку находятся в потоке циркулирующего сушильного агента. Таблица, связывающая показания психрометра с относительной влажностью древесины при скорости циркуляции воздуха в диапазоне 2–2,5 м/с, приведена в таблице 1 приложения.
Состояние сушильного агента, циркулирующего в сушильной камере, постоянно меняется. Можно выделить следующие основные причины изменения его параметров.
– нагрев сушильного агента при контакте с горячей поверхностью калориферов.
– охлаждение при контакте с более холодной поверхностью ограждений сушильной камеры.
– испарение в сушильный агент влаги с поверхности древесины.
– смешивание отработавшего агента со свежим, поступающим в камеру через приточно-вытяжные отверстия.
Изображение изменения состояния воздуха в ходе этих процессов на ^ Id – диаграмме описано в [8] на стр. 35–60.
Свойства древесины как объекта гидротермической обработки описаны в [7], [3] стр. 25–40. Наибольшее влияние на свойства древесины оказывает ее влажность. Поэтому необходимо хорошо ориентироваться в формах связи влаги с древесиной. Влага, содержащаяся в древесине, делится на свободную и связанную. Связанная влага удерживается посредством адсорбционных сил и сил капиллярного взаимодействия в порах и на поверхности клеточных стенок, свободная удерживается механически в полостях клеток. Древесина, содержащая только связанную воду, называется влажной. Древесина, содержащая кроме связанной еще и свободную воду, называется сырой. Максимальное содержание связанной влаги в древесине зависит от породы и составляет приблизительно 30%. Данный показатель носит название предела насыщения клеточных стенок.
Общее количество влаги в древесине указывают через ее абсолютную либо относительную влажность. Показатель абсолютной влажности используется наиболее часто. Абсолютная влажность может быть определена по формуле.
где m – масса образца древесины, г; m 0 – масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, г.
При длительной выдержке древесины в воздухе определенного состояния она стремится к влажности, называемой устойчивой. Величина устойчивой влажности зависит от температуры и степени насыщенности окружающего воздуха, от размеров образца, а также от характера процесса изменения влажности (сорбция или десорбция). Порядок определения устойчивой влажности древесины, ее связь с равновесной влажностью и гистерезисом сорбции и описаны в [10] на стр.13–15.
При изменении влажности древесины в диапазоне 0–30% происходит изменение ее объема и линейных размеров. Величина усушки (разбухания) зависит от структурного направления и породы древесины. Усушка максимальна в тангенциальном направлении, радиальная усушка в 1,5–2 раза меньше, усушка вдоль волокон мала и ею можно пренебречь. Порядок расчета изменения размеров пиломатериалов в результате усушки (разбухания) приведен в [8] стр. 66–72.
Тепловые свойства древесины описаны в [11] стр. 10–11, [8] стр. 72–76.
Механизм процессов низко-, высоко- и квазивысокотемпературной сушки при начальной влажности древесины ниже и выше предела насыщения клеточных стенок описан в [3] стр. 84–88. В этом же источнике на стр. 95–102 описаны закономерности возникновения и развития внутренних напряжений и деформаций в древесине при сушке.
Сушка древесины может производиться как на специальных площадках на открытом воздухе (атмосферная сушка), так и в специальных сушильных камерах (камерная сушка). Основными особенностями атмосферной сушки являются длительность процесса и невозможность регулировать параметры сушильного агента (атмосферного воздуха). В результате древесина подвергается риску поражения дереворазрушающими и деревоокрашивающими грибами. Достоинством атмосферной сушки является отсутствие затрат энергии и расходов на оборудование. Атмосферная сушка позволяет снизить влажность древесины до 20–22%, т. е. только до транспортной влажности. В последующем такие пиломатериалы нуждаются в досушивании до эксплуатационной влажности в камере. Принципы устройства складов и технология атмосферной сушки описаны в [3] стр. 220–227.
Камеры, применяемые для сушки пиломатериалов . классифицируются.
– по способу сушки – на камеры конвективные, вакуумные, диэлектрические, конденсационные.
– по принципу действия – на камеры непрерывного и периодического действия.
– по устройству ограждений – на камеры стационарные и сборные.
– по применяемому агенту сушки – на камеры воздушные, газовые и работающие на перегретом паре.
– по характеру циркуляции – на камеры с естественной и побудительной циркуляцией, с циркуляцией продольной и поперечной, вертикальной либо горизонтальной, камеры с эжекционной циркуляцией.
– по способу загрузки – на камеры с рельсовой загрузкой и с загрузкой с помощью автопогрузчиков.
Конструкция и принцип действия различных сушильных камер описаны в [3] стр. 135–164, [5] стр. 44–105.
Основным оборудованием, устанавливаемым в сушильных камерах . является тепловое и циркуляционное оборудование. К тепловому оборудованию относят калориферы . Их назначение состоит в передаче тепла от циркулирующего внутри калорифера теплоносителя к сушильному агенту, омывающему калорифер снаружи. Конструкции компактных и сборных калориферов, их технические характеристики и порядок расчета приведены в [3] стр. 112–116, [5] стр. 156–192, в [9] стр. 33–41. Основным циркуляционным оборудованием являются вентиляторы . Вентиляторы предназначены для побуждения циркуляции сушильного агента через штабеля пиломатериалов. Классификация вентиляторов, применяющихся в сушильных камерах, приведена в [3] стр. 121–129, [11] стр. 51–64.
Подавляющее большинство камер, эксплуатируемых в настоящее время на деревообрабатывающих предприятиях, относятся к сборным конвективным воздушным камерам периодического действия с поперечно-вертикальной циркуляцией сушильного агента. Пример типичной конструкции такой сушильной камеры приведен на рисунке 2 приложения. Основу сушильной камеры образует каркас из алюминиевого проката, на котором крепятся стеновые и потолочные панели. Панели имеют многослойную конструкцию и состоят из двух оребренных или гофрированных листов алюминия, пространство между которыми заполнено теплоизоляционным материалом. В качестве теплоизоляции обычно используются маты из минеральной ваты, стеклянного штапельного волокна или пенополистирола. Толщина алюминиевых листов 0,8–1,5 мм, слоя теплоизоляционного материала – 80–150 мм. Конструкция ограждений обеспечивает теплоизоляцию и герметизацию внутреннего пространства установки. В верхней части сушильной камеры расположен циркуляционный канал, отделенный от сушильного пространства горизонтальным экраном (фальш-потолком). Высота верхнего канала – 1000–1500 мм. Внутри него установлены осевые реверсивные вентиляторы. Вентиляторы имеют индивидуальные приводы от двигателей, также установленных в циркуляционном канале. Двигатели вентиляторов имеют «тропическое» исполнение (класс защиты НT), обеспечивающее их стабильную работу в условиях высокой температуры и влажности среды. Количество вентиляторов и мощность приводов зависят от объема камеры. Для обеспечения свободного доступа к двигателям вентиляторов в фальш–потолке предусмотрены сервисные люки. Калориферы предназначены для нагрева сушильного агента до температуры, требуемой по режиму сушки. В современных сушильных камерах используются так называемые «биметаллические» калориферы. Такие калориферы состоят из двух трубок: внутренней медной или стальной и напрессованной на нее внешней из алюминия. Алюминий предохраняет калорифер от коррозии. Оребрение калорифера позволяет увеличить поверхность теплообмена. Под калориферами в боковом циркуляционном канале монтируются увлажнительные трубы, предназначенные для впуска в камеру пара, либо распыления диспергированной воды в периоды проведения влаготеплообработок. Распыление воды производится с помощью специальных форсунок. Удаление влаги, испаряемой из пиломатериалов, а также поступление свежего атмосферного воздуха происходит через приточно-вытяжные трубы, вмонтированные в потолочное перекрытие сушильной камеры. Для регулирования интенсивности воздухообмена они имеют поворотные заслонки с приводом от серводвигателей. Загрузка пакетов пиломатериалов в камеру осуществляется автопогрузчиком через дверной проем.
Для контроля процесса сушки в камере устанавливаются датчики климата, регистрирующие состояние сушильного агента (его температуру и влажность), а также датчики текущей влажности пиломатериалов. Данные, полученные посредством датчиков климата, сравниваются с параметрами, указанными в режиме сушки материала. При необходимости проводится регулировка состояния воздуха в камере. Температура регулируется посредством изменения температуры циркулирующего в калорифере теплоносителя. Если теплоносителем является пар, то регулируют его давление, от которого зависит температура. При использовании в качестве теплоносителя горячей воды изменение ее температуры осуществляют с помощью трехходового клапана. Регулирование влажности воздуха в камере выполняют, открывая и закрывая приточно-вытяжные отверстия. При закрытых вытяжных отверстиях влага, испаряющаяся из пиломатериалов, остается в камере и влажность воздуха увеличивается. Если влажность воздуха необходимо уменьшить, приточно-вытяжные отверстия открывают. В периоды влаготеплообработок, когда в камере требуется создать высокую насыщенность среды, дополнительно к закрытию вытяжных каналов включают подачу пара или воды через увлажнительные трубы.
Правила и способы формирования сушильных штабелей приведены в [3] стр. 164–170, [11] стр. 135–144, [5] стр. 17–21.
Технология камерной сушки пиломатериалов описана в [3] стр. 174–189, [8] стр. 99–115. При изучении данного раздела особое внимание следует уделить принципам построения и выбора режимов сушки, режимов начального прогрева и влаготеплообработок в камерах периодического действия.
Под режимом сушки понимают расписание состояния сушильного агента при его входе в штабель. Процессы сушки подразделяются на низкотемпературные и высокотемпературные. При использовании режимов высокотемпературного процесса агентом сушки служит перегретый пар атмосферного давления с температурой выше 100°С. При низкотемпературных режимах сушки в качестве сушильного агента используется влажный воздух с температурой в начальной стадии до 100°С. Высокотемпературные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку древесины при незначительном уменьшении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, однако вызывают заметное снижение прочности (до 35%) на скалывание и раскалывание, а также потемнение древесины. Использование высокотемпературных режимов возможно при сушке древесины для изделий, работающих с большим запасом прочности.
Низкотемпературная сушка более распространена в практике деревообрабатывающих предприятий. К низкотемпературным режимам сушки относятся мягкие, нормальные и форсированные режимы. Мягкие режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку древесины при полном сохранении естественных физико-механических свойств древесины, прочности и цвета. Нормальные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку древесины при полном сохранении прочностных показателей древесины с незначительными изменениями ее цвета. Форсированные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку древесины при сохранении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но вызывают снижение прочности на скалывание и раскалывание до 20%, а также потемнение древесины.
Таким образом, в каждом конкретном случае режимы той или иной категории выбирают с учетом характера их воздействия на свойства древесины, а также с учетом температуры, которую может обеспечить сушильный агент.
В Республике Беларусь основным документом, регламентирующим параметры сушильного агента при камерной сушке пиломатериалов, являются «Руководящие технические материалы» (РТМ). В качестве параметров, описывающих состояние сушильного агента, в режимах сушки по РТМ приняты.
– температура, t . ?С.
– психрометрическая разность ? t . ?С.
– относительная влажность ?.
Чем мягче режим сушки, тем ниже в нем температура сушильного агента, меньше психрометрическая разность и больше относительная влажность.
Режимы сушки имеют многоступенчатую структуру. Переход с одной ступени на другую осуществляется при достижении древесиной определенной влажности, называемой «переходной». На каждой последующей ступени температура сушильного агента выше, чем на предыдущей, психрометрическая разность больше, а относительная влажность ниже. Другими словами, с уменьшением влажности древесины режим ее сушки ужесточается.
Режимы сушки, описанные в РТМ, разработаны для сушильных камер с определенной скоростью циркуляции сушильного агента. При сушке древесины хвойных и мягких лиственных пород эта скорость составляет 1–2,5 м/с, при сушке пиломатериалов твердых лиственных пород – 0,8–2,0 м/с. Если реальная скорость циркуляции в сушильной камере выше этого диапазона, то древесина будет высыхать слишком быстро и для предотвращения растрескивания материала режим сушки необходимо смягчить. Для этого психрометрическую разность на всех ступенях сушки кроме последней уменьшают на 1°С. И наоборот, если скорость циркуляции слишком низкая, то для ускорения процесса сушки режим несколько ужесточают. Для этого психрометрическую разность на всех ступенях сушки кроме последней увеличивают на 1°С.
Режимы низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов различных пород приведены в таблицах 3–9 приложения.
Понятие цикла сушки включает следующие операции.
– начальный прогрев материала.
– сушка по выбранному режиму.
– промежуточная и конечная влаготеплообработка.
Цель операции начального прогрева – повышение температуры древесины. При этом нежелательно, чтобы древесина начала сохнуть, т. к. сушка непрогретой древесины может привести к образованию трещин. Для недопущения испарения влаги с поверхности древесины в камере во время начального прогрева поддерживается высокая степень насыщенности сушильного агента. При этом психрометрическая разность находится в диапазоне ? t нп =0,5–1,5?С.
Температуру начального прогрева для пиломатериалов мягких лиственных пород принимают на 8?С выше температуры 1-й ступени сушки, но не выше 100?С. Температуру начального прогрева для пиломатериалов твердых лиственных пород принимают на 5?С выше температуры 1-й ступени сушки, но не выше 100?С. Температура прогрева хвойных пиломатериалов определяется по таблице, приведенной в таблице 10 приложения.
Продолжительность начального прогрева для мягких хвойных пород ориентировочно принимают равной 1,5 ч на каждый сантиметр толщины пиломатериалов. Для мягких лиственных пород время прогрева увеличивают на 25%, для твердых лиственных пород – на 50.
Цель промежуточной и конечной влаготеплообработок – уменьшение внутренних напряжений, появляющихся в древесине в процессе сушки. Конечная влаготеплообработка проводится для пиломатериалов мягких хвойных и лиственных пород, которые сушатся по I и II категории качества сушки, а также для всех пиломатериалов твердых лиственных пород. Температуру конечной влаготеплообработки пиломатериалов принимают на 8?С выше температуры последней ступени сушки, но не выше 100?С.
Продолжительность конечной влаготеплообработки определяется по таблице 11 приложения. Наличие в таблице звездочки над значением продолжительности ВТО говорит о необходимости проведения, кроме конечной влаготеплообработки (КВТО), еще и промежуточной влаготеплообработки (ПВТО). Продолжительность ПВТО равна 1/3 от общего времени, указанного в таблице, 2/3 времени остаются на КВТО. ПВТО проводится после второй ступени сушки материала. Температуру промежуточной влаготеплообработки принимают на 8?С выше температуры второй ступени сушки, но не выше 100?С.
Психрометрическую разность обрабатывающей среды во время влаготеплообработок принимают в диапазоне ? t квто = 0,5–1,0?С, ? t пвто = 1,0–2,0?С.
Качество сушки пиломатериалов в камере напрямую зависит от правильности формирования и размещения сушильных штабелей, а также от правильности выбора и точности соблюдения режима сушки. Древесина может быть высушена по одной из четырех категорий качества: I, II, III, 0. Сушка по I, II и III категории производится до эксплуатационной влажности, по 0 категории – до транспортной. Древесина I категории высушена наиболее качественно и может быть использована для производства высокоточных изделий (моделей, музыкальных инструментов, в приборостроении и т.д.). II категория предполагает достаточно высокое качество сушки, которое требуется для производства столярно-строительных изделий ответственного назначения, мебели и т. п. Древесину, высушенную по III категории качества сушки можно использовать для наименее ответственных деталей (погонаж, товарное вагоностроение, тара и др.
К количественным показателям качества сушки относятся.
– соответствие средней влажности высушенных пиломатериалов в штабеле заданной конечной влажности.
– величина отклонений влажности отдельных досок от средней влажности пиломатериалов в штабеле.
– перепад влажности по толщине пиломатериалов.
– условный показатель остаточных напряжений в высушенных пиломатериалах.
Помимо количественных показателей учитываются дефекты сушки . К ним относятся: коробление, растрескивание, изменение цвета материала, грибные поражения.
Способы определения количественных показателей качества сушки и причины возникновения дефектов приведены в [10] стр. 63–68, [3] стр. 194–200.
В рамках дисциплины «Технология деревообработки» студенты также изучают способы защиты древесины от внешних воздействий . Внешние факторы, вызывающие разрушение древесины и методы защиты от биопоражений подробно описаны в [12], [13], [3] стр. 289–310.
Похожие рефераты.
4 Гидротермическая обработка пиломатериалов Вопросы для контроля знаний студентов к разделу «Гидротермическая обработка и защита древесины.
1-46 01 02 «Технология деревообрабатывающих производств» Целью дисциплины «Гидротермическая обработка и защита дре-весины» является подготовка инженеров-технологов специальности.
Лекция тема: «Национальная экономика как система» Здесь раскрываются все основные макроэкономические показатели, которые необходимо знать при изучении данного раздела и раздела мировых.
Планирование межпредметных связей при изучении раздела «Биология». Обобщить представления учащихся о многообразии животного мира и его значении в природе, жизни человека.
Детский центр правовой информации «защита детства» в Детской библиотеке. Школьные учреждения просили оказать помощь в предоставлении информации данной тематики и организации мероприятий по правовому воспитанию.
Тесты по дисциплине Экология изучает Основными сельскохозяйственными источниками загрязнения подземных и поверхностных вод являются.
Тесты по дисциплине Экология изучает Основными сельскохозяйственными источниками загрязнения подземных и поверхностных вод являются.
Курсовая работа: выполнение и защита Подготовка и защита курсовой работы является одним из контрольных мероприятий при изучении профилирующих дисциплин. Курсовая работа.
Костанайской области на 01. 01. 2012 года Основными загрязнителями окружающей среды области являются предприятия горнодобывающей и теплоэнергетической отрасли. Источниками.
Проблемы компьютерной обработки естественных языков Основными направлениями компьютерной обработки естественных языков являются: составление электронных библиотек, извлечение информации.
