РОЛЬ ОСЦИЛЛИРУЮЩИХ РЕЖИМОВ В ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ
Комиссаров А.П. (УрГСХА, г.Екатеринбург, РФ )
Annotation. Advantage of oscillating regimes of hydrothermal processing of timber. A.P. Komissarov Candidate of science Ural State Agricultural Academy Ekaterinburg Russia .
Oscillating regimes of hydrothermal processing of capillary-porous colloidal materials proved soft. These regimes preserve nature properties and reduce heat losses to 15% .
Древесина, как известно, относится к капилярно-пористым коллоидным материалам, которые изменяют свой свойства под воздействием агента обработки при температуре >500С.
Гидротермическая обработка изменяет физико-механические свойства не только древесных, но таких как зерно, сено и др. материалов. Автором в УралНИИДреве были проведены исследования влияния температуры среды и продолжительности теплового воздействия на механическую прочность древесины лиственницы, в частности на предел прочности при скалывании поперек волокон по тангенциальной плоскости.
Этот вид сил близок к действию сил, возникающих при получении тангентального шпона. Образцы пропаривали при температуре паровоздушной смеси 100, 75, 50 0С и относительной влажности 100% в течение 2,6,9 и 14 часов. Было установлено, что предел прочности снижается после двух часового воздействия при t=100 0С на 11%, при t=750С снижается на 9,5% и при t=50 0С предел прочности не снижается.
Учет влияния теплового воздействия на изменения физико-механических свойств материалов позволяет научно обосновано разрабатывать режимы тепловой обработки и их регулирование.
При пропаривании в начале создаются условия для увлажнения материала, и продолжительность нагрева сокращается за счет выделения теплоты или конденсации на нем влаги. Конденсация влаги на поверхности материала продолжается до тех пор, пока температура поверхности материала не достигнет температуры смоченного термометра, но затем происходит сушка материала и коэффициент теплоотдачи уменьшается с 390 до 150 Вт/м2 град.
Поэтому применение кратковременных (осциллирующих) прерывистых режимов пропаривания древесины, когда охлаждение осуществляется в течение 30 мин. Воздухом или водой с температурой 20 0С, снова обеспечивается конденсация влаги и коэффициент теплоотдачи все время имеет высокие значения от 410до340 Вт/ м2 град. Это позволяет в короткий срок выровнять температуру по сечению сортиментов (брусьев) и фактически подготовить их к строганию на шпонострогальном станке. Кроме того, этот режим обеспечивает повышение качества брусьев (без образования трещин) и соответственно увеличивает выход шпона из сырья от 6 до 8%, а также экономию тепловой энергии до 10%.
Доказана возможность прогрева древесины с помощью газовых горелок инфракрасного излучения, установленных непосредственно на шпонострогальном станке. При этом операции прогрева и строгания совмещены во времени, возгорания и обугливания влажной древесины не происходит, т.к. высокая температура воздействует кратковременно (А.с. 495206 .СССР, В27 5.06. Горизонтальный фанерострогальный станок. Опубл.15.12.75, Бюл.№46). Это обеспечивает возможность коренного изменения технологии получения шпона (позволяет обходится без громоздких проварочных бассейнов и камер) и, соответственно, значительного снижения себестоимости его изготовления, т.к. расход тепла на прогрев древесины сокращается в 1,5 –1,8 раза.
Это объясняется тем, что при прогреве древесины инфракрасными лучами создаются значительные градиенты температуры; в связи с этим имеет место перемещение влаги по направлению теплового потока – явление термовлагопроводности.
Влажность шпона в процессе нагрева и строгания снижается от 90 до 30% и, следовательно, потребуется значительно меньше тепловой энергии для его досушивания. Здесь также проявляется влияние осциллирующего режима, т.к. время нагрева высокой температурой газа снимаемого шпона равно 5с и время охлаждения – 4 с и это не отражается на качестве шпона.
Влияние осциллирующего режима сушки нагретым воздухом на зерне, опилках, где поддерживаются высокие значения коэффициента теплоотдачи от 50 до 130 Вт/м2 град., осуществляемого в циклической сушилке для сыпучих материалов (патенты РФ №2082924 и №2123649, МКИ F26В 17/10 А.П.Комиссаров, В.В. Блюхер, В.В.Торокин, Б.К. Пак, В.Д. Тихонов) подтверждают целесообразность их применения не только в деревообработке, но и в сельскохозяйственном производстве.
Практически проведенные исследования дают основание установить, что осциллирующие режимы – это мягкие режимы, применение которых при прогреве капилярно-пористых коллоидных материалов при различной температуре агента обработки обеспечивает не только сохранность природных свойств материалов, но и уменьшение расхода тепловой энергии от 10 до 15%.