Рассылка

Для того, чтобы получать уведомления о новых номерах журнала, оставьте свой E-mail адрес.



Термомодифицирование высоковлажной крупномерной древесины в среде насыщенного пара с одновременной подсушкой

Авторы: А.Р.Шайхутдинова

В данной работе описана технология термомодифицирования высоковлажного крупногабаритного сортамента древесины в среде насыщенного пара с одновременной подсушкой. Представлена экспериментальная установка и приведены результаты экспериментальных исследований.

Ключевые слова: древесина, термомодификация, пар, подсушка

 

The technology of thermo-modifying of high-moisture large-size assortment of wood in the saturated vapor environment with synchronous predrying is described in the given work. Experimental plant and the results of  experimental researches are presented.

Keywords: wood, thermo-modifying of wood, vapor, predrying

 

Несмотря на появление на рынке разнообразных строительных материалов, наиболее востребованным материалом в домостроении на сегодняшний день считается древесина, так как только дерево является по настоящему живым и дышащим материалом, умеющим поддерживать оптимальные показатели кислородного баланса и влажности воздуха в помещении.  Дерево, без сомнения,  именно тот материал, который как нельзя лучше позволяет почувствовать гармонию с окружающим миром и природой. 

Общеизвестно, что во многих жилищах использование высокотехнологичных материалов только ухудшает и без того негативную экологическую ситуацию. Дерево же, оставаясь самым экологически чистым материалом, по своим технологическим показателям, теплоизоляционным свойствам и прочности не уступает многим современным строительным материалам.

Кроме того, традиционно высоко оцениваются и декоративные свойства древесины. Поэтому деревянные дома и без всякой облицовки выглядят оригинально и очень естественно.

В настоящее время в деревянном домостроении применяют различные технологии и разновидности обработанного дерева. Наиболее распространенным среди них является оцилиндрованное бревно. Дома из данного материала получили самое широкое распространение ввиду своей экологичности и высокой скорости проведения строительно-монтажных работ. 

Отличительной особенностью интерьера домов из оцилиндрованного бревна является, то, что видна природная красота и естественность брёвен, а различные фактуры дерева заметны уже при первой обработке. Такой интерьер создаст атмосферу уюта и комфорта в вашем доме.

При этом основными врагами древесины является гниение и влага. Чтобы предотвратить процессы гниения и защитить древесину от воздействия атмосферных осадков бревно традиционно покрывается специальными химическими составами, что существенно снижает экологичность древесины и создает опасность для окружающей среды и организма человека.

Для решения данной проблемы, а также для биологической защиты древесины от гниения, разработана технология термомодифицирования высоковлажного крупногабаритного древесного сортамента с одновременной подсушкой. Процесс осуществляется в среде насыщенного водяного пара. Обработке подвергается свежесрубленная древесина со средним влагосодержанием U = 80%. Технологический процесс складывается из следующих основных этапов: повышение температуры в аппарате до 140 – 180 °С путем подачи насыщенного пара из парогенератора, выдержка древесины при высокой температуре и давлении насыщенного пара в течение 3-4 часов с целью термомодифицирования материала на глубину до 50 мм, вакуумирование для подсушки обработанной древесины.

Недостатком данной технологии считается высокое давление в аппарате до 10 атм., что в промышленных условиях значительно повышает опасность и себестоимость процесса. В связи с этим предлагается конструкция аппарата для термомодифицирования и досушки оцилиндрованных бревен высокой влажности, в которой каждое бревно помещается в отдельную емкость небольшого диаметра (рис. 1, 2), что позволяет значительно уменьшить толщину обечайки.

Установка для термомодифицирования оцилиндрованных бревен

Рис.1. Установка для термомодифицирования оцилиндрованных бревен

 

Процесс осуществляется следующим образом. Оцилиндрованные бревна загружаются в отдельные камеры, конструкция которых устроена таким образом, что они соединены патрубками между собой и с системой циркуляции агента обработки. Каждая камера герметично закрывается крышкой, после чего в них подается насыщенный пар из парогенератора. Воздух, находящийся внутри всей системы, стравливается во время заполнения ее насыщенным паром через открытый вентиль. В процессе подачи насыщенного пара происходит значительное повышение влагосодержания в поверхностных слоях древесины. Это происходит в результате того, что поступающий из парогенератора пара водяной пар конденсируется на холодной поверхности материала, вызывая одновременный его прогрев.

Камера сушки

Рис. 2. Камера сушки

 

После достижения в камере температуры 140-180 °С, что соответствует давлению в рабочей полости аппарата 500 - 1000 кПа, начинается вторая стадия процесса - выдержка бревен в заданных условиях в течение 3-4 часов при непрерывной подаче насыщенного пара из парогенератора с целью термомодифицирования поверхностных слоев материала. В результате выдержки в древесине происходят химические превращения на молекулярном уровне, придающие ей дополнительные технические и декоративные свойства, а именно потемнение цвета, повышение биологической стойкости и устойчивости к грибку.

Далее начинается стадия вакуумирования. Для этого в работу включаются вакуумный насос и конденсатор, которые откачивают пар из рабочей полости камер до остаточного давления 10 кПа. При этом начинается подсушка материала за счет предварительно аккумулированной им тепловой энергии и охлаждение древесины за счет интенсивного испарения из неё влаги. Процесс одновременной подсушки и охлаждения заканчивается при достижении древесиной 50 °С. Охлаждение материала перед выгрузкой необходимо для предотвращения самовозгорания древесины при открытии крышек и поступления кислорода воздуха в аппарат. Влажность термомодифицированных бревен в результате подобной подсушки может быть снижена на 28 – 25 % в зависимости от породы, начальной влажности и диаметра бревна.

В случае необходимости дальнейшей сушки оцилиндрованного бревна цикл «прогрев – вакуумирование» может быть повторен несколько раз. Однако в этом случае стадия нагрева материала осуществляется не подачей пара во внутреннюю полость камер, а контактно-радиационным методом от стенок камер, обогреваемых внешней рубашкой, в которую подается пар из парогенератора. При этом нижняя часть бревна, контактирующая со стенкой камеры получает тепловую энергию контактным способом, остальная часть бревна нагревается тепловым радиационным излучением от нагретых стенок камер и, частично, естественной конвекцией паровой среды, находящейся в камере.

С целью предотвращения растрескивания материала во время процесса вакуумирования, которое может произойти в результате интенсивного испарения влаги с поверхностных зон бревна, необходимо тщательно контролировать темп понижения давления аппарате.

Достоинствами данной технологии является возможность одновременного проведения процесса термомодифицирования оцилиндрованных бревен высокой влажности  на глубину до 50 мм, что придает им дополнительные физические, технические и декоративные свойства, а также подсушки обработанной древесины с возможностью дальнейшей сушки в случае необходимости.

 Представленная конструкция позволяет значительно сократить энергозатраты на проведение процесса досушки и сушки оцилиндрованных бревен и избежать образования трещин на поверхности материала.

Представленная экспериментальная установка и проведенные опыты показали возможность использования предложенного метода термомодифицирования и подсушки крупномерной древесины в промышленных условиях.

 

Список литературы

  1. Гернет М.Г. Интенсифицированные режимы сушки экспортных пиломатериалов / М.Г. Гернет, В.В. Кулакова, М.В. Попова // Деревообрабатывающая пром-ть. 1933. № 1. С. 7-3.
  2. Дьяконов К.Ф. Сохранение прочности древесины при камерной сушке: учеб. пособие. М.:Архангельск, 1953. 896 с.
  3. Иванов Ю.М. О природе деформаций древесины и путях изучения внутренних напряжений при ее сушке. М.; Профиздат, 1953. 92 с.
  4. Кречетов И.В. Сушка древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 432 с.
  5. Сафин Р.Р. Технология вакуумной сушки оцилиндрованных бревен / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Н.Р. Галяветдинов // Материалы Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификация тепломассообменных процессов, промышленная безопасность и экология». 2005. С. 104-105.

 

УДК 674.047.3: 66.047.2.001.73