Основы гидротермической обработки древесины. Окончательная обработка пиломатериалов

1 Гидротермическая обработка древесины.

2 Значение сушки. Способы сушки.

3 Типы сушильных устройств.

4 Процесс камерной сушки.

5 Окончательная обработка пиломатериалов.

6 Основные технико-экономические показатели камерной сушки (лесопильного производства).

7 Производство строганых пиломатериалов.

 

Процессы гидротермической обработки базируются на физических явлениях переноса и, в частности, на явлениях тепло и массопереноса внутри древесины и ее тепло и массообмена с окружающей средой.

По своим особенностям и назначению они разделяются на три группы: 1) процессы тепловой обработки, связанные с оттаиванием и нагреванием древесины и поддержанием ее температуры в течение определенного времени на заданном уровне; 2) процессы сушки, связанные со снижением влажности древесины; 3) процессы пропитки, связанные с введением в древесину веществ, изменяющих ее свойства.

Предметом настоящего курса является изучение технологии процессов гидротермической обработки древесины, оборудования, применяемого для проведения этих процессов, а также основ теории тепловой обработки, сушки и пропитки, без знания которых невозможны совершенствование технологии и рациональная эксплуатация оборудования.

Рассмотрим кратко основные технологические цели изучаемых процессов.

Тепловая обработка. Повышение температуры древесины вызывает изменение некоторых ее физико-механических свойств. Этим в основном и обусловлены технологические цели тепловой обработки древесины, к которым относятся:

а) снижение усилий и улучшение качества резания древесины вследствие уменьшения ее твердости при повышении температуры; для этого применяются процессы оттаивания или нагревания круглых сортиментов (бревен, чураков, ванчесов) перед их распиловкой или перед лущением и строганием шпона;

б) создание возможности изменения формы деталей или заготовок под действием механических усилий вследствие увеличения податливости (эластичности) древесины с повышением ее температуры; эту цель преследуют процессы нагревания древесины перед операциями гнутья или прессования;

в) ускорение процессов склеивания вследствие интенсификации отверждения и высыхания клеевых веществ, нанесенных на древесину, при повышении ее температуры; это достигается процессами нагревания древесины в разнообразных операциях сборки изделий и их узлов.

Сушка древесины. Сушкой называется процесс удаления из материала влаги путем ее испарения или выпаривания. В технике иногда используются механические методы обезвоживания материала, но применительно к древесине они не имеют пока промышленного значения. Технологические цели сушки определяются изменениями физических и эксплуатационных свойств древесины при изменении ее влажности.

Влажность древесины, идущей на изделия и сооружения, для которых требуется стабильность размеров и формы деталей, должна быть заранее снижена до величины, соответствующей условиям эксплуатации изделий, а сами они должны предохраняться от повторных увлажнений.

Древесина с большим содержанием влаги подвержена загниванию, в то время как сухая обладает большой стойкостью. При снижении влажности древесины уменьшается ее масса и одновременно повышается прочность. Наконец, сухая древесина значительно лучше склеивается и отделывается, чем сырая.

Таким образом, к основным технологическим целям сушки древесины относятся: а) предупреждение формоизменяемости и размероизменяемости деталей; б) предохранение от загнивания; в) уменьшение массы при одновременном повышении прочности; г) улучшение качества склеивания и отделки.

Пропитка древесины. Из различных технологических целей пропитки наибольшее значение имеют консервирование и огнезащита древесины.

Консервированием называется обработка древесины, на длительное время повышающая ее стойкость к поражению дереворазрушающими грибами и насекомыми. Для этого в древесину вводят защитные вещества.

Отметим, что сушка предохраняет древесину от загнивания лишь при условии, если она во время эксплуатации не подвергается повторным увлажнениям. Когда же древесина используется в изделиях и сооружениях, находящихся на открытом воздухе или в грунте, ее надлежащая стойкость против загнивания может быть обеспечена только консервированием.

Задача огнезащиты - предохранить сооружения, в которых используется древесина, от разрушения огнем. Для этого ее пропитывают специальными огнезащитными составами.

Консервирование и огнезащиту древесины применяют главным образом в строительстве, железнодорожном хозяйстве и горно-рудной промышленности.

В отдельных случаях пропитку применяют для изменения некоторых физических свойств древесины в направлениях, желательных для тех или иных конкретных условий ее практического использования. Например, древесину пропитывают для глубокого окрашивания, повышения ее электрического сопротивления или электрической прочности, придания ей гидрофобных свойств (модификация древесины).

Процессы гидротермической обработки древесины, особенно сушка и пропитка, имеют колоссальное значение для деревообрабатывающей промышленности и для народного хозяйства в целом.

Несвоевременная или неполноценная сушка древесины приводит к большим потерям материала при транспортировке, резкому сокращению сроков службы деревянных сооружений и громадному перерасходу древесины. Правильная организация процессов сушки дает стране ежегодно многие миллионы кубических метров сэкономленной древесины, являющейся дорогим и дефицитным сырьем. Значителен экономический эффект и консервирования древесины. Непропитанные сортименты, используемые, например, в железнодорожном строительстве, а также линиях связи и электропередачи, служат, по последним данным, от 7 (шпалы) до 10 (столбы) лет. При надлежащей пропитке срок службы увеличивается для шпал до 25, а для столбов до 40 - 50 лет, т. е. в 3 - 5 раз. Во столько же раз сокращается ежегодная потребность в древесине для замены этих сортиментов, измеряемая миллионами кубических метров. Отсюда следует, что гидротермическая обработка древесины имеет и существенное экологическое значение, способствуя рациональному использованию лесных ресурсов и сохранению лесов.

В процессах гидротермической обработки и консервирования древесины с ней взаимодействует обрабатывающая среда (агент обработки). В различных процессах агентами обработки древесины могут быть жидкости и их растворы, газы и газовые смеси, пары жидкостей. В пропарочных камерах и автоклавах для оттаивания и прогрева древесины используется водяной пар или горячая вода. В конвективных сушильных камерах может использоваться водяной пар, влажный воздух, топочные газы. В установках для консервирования древесины применяются масла, органические и неорганические жидкости и их растворы.

Нагревание агентов обработки в промышленных установках осуществляется в теплообменниках путем передачи теплоты от греющего теплоносителя. В качестве теплоносителя может применяться жидкость, пар, газ или газовая смесь. В отдельных случаях подвод теплоты к агенту обработки может производиться от электрических нагревателей или путем подмеса теплоносителя к агенту обработки.

Для расчетов и проектирования установок для гидротермической обработки и консервирования древесины, понимания технологических процессов, протекающих в этих установках необходимо знание физических свойств агентов обработки и теплоносителей.

Разновидности способов тепловой обработки древесины. Способы конвективного нагревания древесины и особенности его проведения. Технологические цели тепловой обработки древесины. Назначение, принцип действия отеплённых бассейнов. Режимы оттаивания древесины. Технологические цели проваривания древесных сортиментов. Режимы, используемые при проваривании древесины. Устройство бассейнов, используемых для проваривания древесины мягкими и жесткими режимами. Принцип работы бассейнов. Параметры тепловой обработки. Расчет производительности бассейнов. Назначение и область применения пропаривания древесины. Пропаривание древесины в парильных ямах автоклавах: оборудование, технология, режимы проведения этих операций. Расчет производительности устройств. Влияние режима пропаривания на физико-механические свойства древесины. Расчет производительности устройств для тепловой обработки древесины.

Оборудование сушилок по своему назначению делится на четыре основные группы:

- ограждения, т. е. устройства, отделяющие пространство камеры от окружающей среды;

- тран­спортные устройства, предназначенные для формирования штабеля высушиваемого материала, его загрузки, выгрузки и транспортировки;

- тепловое оборудование, обеспечивающее теплоснабжение сушилки; циркуляционное оборудование, используемое для создания циркуляции сушильного агента.

Ограждения и транспортные устройства в разных сушилках имеют свои специфические особенности в зависимости от принципа действия и конструкции сушильных установок. Тепловое же и циркуляционное оборудование монтируется из стандартных устройств и применяется в большинстве типовых камер отличаясь, в основном, только количеством и типоразмерами.

Для массовой сушки товарных пиломатериалов до транспортной влажности на лесопильных предприятиях в основном применяют камеры непрерывного действия. Они могут также использоваться для сушки пиломатериалов, идущих на столярно-строительные изделия, тару и т.п.

В камерах непрерывного действия, загруженных постоянно, материал перемещается по мере высушивания от загрузочного к разгрузочному концу. Камеры непрерывного действия отличаются от камер периодического действия не только длиной, но и принципом регулирования режима сушки. В камере периодического действия состояние воздуха изменяется во времени, но для каждого заданного момента процесса оно должно быть при входе в штабель одинаковым по всей длине камеры. В камере непрерывного действия состояние воздуха изменяется по ее длине, оставаясь в каждой точке сушильного пространства постоянным во времени.

Камеры периодического действия предназначены для высококачественной сушки пиломатериалов до эксплуатационной влажности. Конструкция камер периодического действия должна обеспечивать создание внутри нее необходимых температурно-влажностных параметров агента сушки, выдерживать любые стандартные режимы на различных этапах сушки, высушивать пиломатериалы любых древесных пород и толщин в зависимости от качественных требований деревообрабатывающих производств.

Камеры классифицируют по способу циркуляции и характеру применяемого сушильного агента, принципу действия, типу ограждений.

Камера периодического действия характеризуется тем, что она загружается полностью и весь материал в ней просушивается одновременно, а режим сушки изменяется во времени, оставаясь в данный момент одинаковым для всего объема камеры.

По способу циркуляции различают камеры с естественной и побудительной циркуляцией. Камеры с естественной циркуляцией являются устарелыми, малопроизводительными, режим сушки в них практически не управляем, равномерность просыхания материала неудовлетворительная. Для нового строительства такие камеры не рекомендуются, а действующие подлежат модернизации.

По типу ограждающих конструкций камеры разделяются на сборно-металлические и выполненные из местных строительных материалов.

Камеры в строительных ограждениях имеют некоторые преимущества и недостатки. Они долговечней и дешевле сборно-металлических, а их строительство доступно любой строительной организации, в том числе и силами предприятий, на которых они устанавливаются. К основным недостаткам этих камер следует отнести: повышенную трудоемкость при строительстве, комплектации камер технологическим оборудованием или его изготовлении; необходимость ежегодного восстановления пароизоляционного покрытия на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, а также антикоррозийного покрытия металлических деталей.

Сборно-металлические камеры обладают следующими преимуществами: - герметичность ограждений;

- возможность 100 % заводской готовности;

- быстрота ввода в эксплуатацию.

Цикл камерной сушки пиломатериалов складывается из ряда операций, выполняемых в определенной последовательно­сти. Перед началом сушки проверяют камеру и готовят древесину. Камеру и ее оборудование (особенно калориферы) необходимо очистить от пыли и мусора, смазать подшипники, проверить исправность всех деталей. Пиломатериалы должны быть заблаговременно уложены в штабеля.

После загрузки штабелей в камеру осуществляется первая технологическая операция сушильного процесса — начальный прогрев древесины. Затем по заданному режиму выполняется собственно процесс сушки, во время которого ведется непрерывный контроль за состоянием сушильного агента и периодический контроль за влажностью древесины и внутренними напряжениями в ней. Перед окончанием сушки (а иногда и в середине процесса) проводится влаготеплообработка для снятия остаточных внутренних напряжений. После этого проверяется качество сушки и при необходимости назначается конечная кондиционирующая обработка древесины для выравнивания ее влажности. Иногда некоторые из перечисленных операций (в частности, влаготеплообработка и кондиционирование) могут исключаться, а в камерах непрерывного действия, где отсутствуют периодические циклы, все технологические операции объединяются в один непрерывный процесс сушки.

Категории и показатели качества сушки. Высушенный материал должен соответствовать своему назначению. Так как назначение его может быть различным, различными должны быть и требования к качеству сушки.

В зависимости от этих требований установлено 4 категории качества сушки:

Ø I категория - сушка пиломатериалов до эксплуатационной влажности, обеспечивающая особо точную механическую обработку и сборку деталей и узлов наиболее квалифицированных изделий (музыкальные инструменты, точные приборы, спортинвентарь и т п.);

Ø II категория - сушка до эксплуатационной влажности, обеспечивающая точную механическую обработку деталей и узлов квалифицированных изделий (мебель, столярно-строительные изделия, внутреннее оборудование пассажирских вагонов и судов и т. п.);

Ø III категория - сушка до эксплуатационной влажности пиломатериалов для менее квалифицированных изделий деревообработки (тара, товарные вагоны, строительный погонаж и т. п.);

Ø 0 категория - сушка товарных пиломатериалов до транспортной влажности.

 

Качество сушки характеризуется несколькими показателями. К ним относятся:

- средняя величина конечной влажности древесины;

- равномерность конечной влажности, определяемая отклонениями влажности отдельных досок от средней влажности партии (штабеля);

- перепад влажности по толщине пиломатериалов;

- остаточные внутренние напряжения.

Нормы требований к показателям качества сушки для различных категорий приведены в таблице 1.

В отношении конечной влажности пиломатериалов в таблице указаны лишь ее пределы. Конкретные значения этого показателя при сушке до эксплуатационной влажности назначаются в соответствии со стандартами и техническими условиями на изделия. Товарные пиломатериалы рекомендуется сушить до конечной влажности 16 % при их толщине до 32 мм; 18 % при толщине свыше 32 до 50 мм и 20 % при толщине свыше 50 мм.

Добавить Основные технико-экономические показатели лесопильного производства. Производство строганых пиломатериалов?????.

Контрольные вопросы

1 Назначение гитотермической обработки древесины?

2 Типы сушильных устройств?

3 Место сушки пиломатериалов в производственном процессе ЛДП?

4 Особенности сушки пиломатериаов в камерах периодического действия?

5 Особенности сушки пиломатериаов в камерах непрерывного действия?

 

ЛЕКЦИЯ 9