ФОРМИРОВАНИЕ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ В ЛИСТВЕННИЧНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛАХ В ПРОЦЕССЕ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКЕ
Зарипов Ш.Г. (ЛфСибГТУ, г.Лесосибирск, РФ)
The article substantiates the potential of moisture transfer in the larch industrial wood that considers convection application of heat as a gradient of pressure between the excess pressure in industrial wood and the atmospheric pressure. The excess pressure is appeared in the reaction of isomerization terpenic carbohydrates which are in timber of larch.
В процессе изучения кинетики сушки лиственничных пиломатериалов при конвективном подводе тепла было обращено внимание на ряд явлений, которые имели место:
- выдержка лиственничных образцов с влажностью 40 … 70 % в экспериментальной сушильной камере при температуре 440С в пределах 20 ч. привело к интенсивному обезвоживанию образцов (фиксировалось по контрольному образцу). В то же время поверхность контрольного и других образцов на ощупь была мокрой, что противоречит самой логике конвективной сушки пиломатериалов;
- выдавливание экстрактивных веществ через торцовую часть испытуемого образца (рисунок 1) при плотной гидроизоляции торцов. По мере выдавливания из-под пластины струбцины экстрактивные вещества «застывали» в виде сосулек;
Рисунок 1 – Выделенные экстрактивные вещества в процессе сушки (tсуш.= 800С)
- температура внутри контрольного образца (tц) при удалении свободной влаги колебалась, порой превышая температуру по сухому термометру (tс) агента сушки (рисунок 2). Такие колебания наблюдались только при удалении свободной влаги. При переходе в область связанной влаги температура внутри образца стабилизировалась на уровне 1 … 1,50С ниже tс.
Прослеживается тесная связь между колебаниями tц и скоростью обезвоживания образца: повышение температуры приводит к увеличению скорости обезвоживания. Выброс порции влаги приводит к понижению температуры внутри образца.
Рисунок 2 –Зависимость скорости обезвоживания лиственничного образца от температуры древесины
Все вышеприведённые примеры не характерны для конвективной сушки твёрдых тел в общепринятом понимании. Обезвоживание лиственничных пиломатериалов при конвективном подводе тепла сопровождаются возникновением процессов, которые приводят к формированию давления во внутренних слоях доски при удалении свободной влаги, превышающего атмосферное. Сформированный градиент давления является потенциалом выноса свободной влаги из лиственничных пиломатериалов.
Для выявления природы этих процессов был поставлен достаточно простой опыт, смысл которого заключался в обнаружении парогазовой смеси в древесине при tс<<1000С. В лиственничный образец монтировалась медная трубка с рабочим диаметром 0,8 мм (рисунок 3). Свободный конец трубки помещался в сосуд с водой.
Наличие парогазовой смеси в образце удалось установить при достижении температуры в сушильном шкафу 600С после 6 часов. Время формирования пузырька на конце медного капилляра при данной температуре точно установить не удалось, так как не вполне образовавшиеся пузырьки «застывали» в воде, что указывает на то, что из древесины выдавливались не только пары воды, но и газы перегоняемых веществ, не растворяющихся в воде.
Интенсивное образование парогазовой смеси удалось установить при прогреве образца до tпр.=800С. Первые порции пузырьков при данной температуре были получены через 3 часа после начала прогрева (рисунок 4). Интенсивность образования пузырьков составила 1 пузырёк в 4 - 5 мин.
Рисунок 3 – Схема установки по определению наличия парогазовой смеси в древесине при нагреве
Рисунок 4 –Сход пузырька парогазовой смеси с конца трубки
Результаты эксперимента дают основание утверждать о том, что при повышении температуры tс<<1000С во внутренних слоях доски формируется парогазовая смесь. Находясь в замкнутом пространстве, данная парогазовая смесь создаёт напряжение, которое способствует обезвоживанию доски путём выдавливания «содержимого» в древесине на поверхность, включая влагу.
Тогда возникает вполне справедливый вопрос о возникновении парогазовой смеси. Для этого необходимо обратить внимание на состав экстрактивных веществ и их свойства, которые содержатся в древесине лиственницы. В состав экстрактивных веществ входят смесь терпеновых углеводородов общей формулы С10Н16. Данная смесь обладают высокой реакционной способностью, которая обуславливается их химическим строением. Наличие в них двойных связей, трех- и четырехчленных циклов делает их способными вступать во многие реакции присоединения. Наиболее же характерной чертой бициклических терпенов является их склонность к изомеризационным превращениям, приводящим иногда к очень глубоким изменениям строения исходного терпена. Эти изомеризационные превращения вызываются действием самых разнообразных агентов, высокой температуры, солнечного света, кислорода воздуха и часто совершаются с большой легкостью.
Учитывая, что терпеновые углеводороды в исходном состоянии находятся в древесине в виде жидкости, образуют со свободной влагой смесь двух жидкостей, не растворяющихся друг в друге. Такая смесь обладает весьма интересной особенностью. Температура кипения остается постоянной, пока имеется смесь, и всегда ниже, чем температура кипения каждой из жидкостей в отдельности. Температура кипения основных видов терпенов 1550С и выше, а температура кипения воды при атмосферном давлении составляет порядка 1000С. При повышении температуры каждая из жидкостей образует насыщенный пар с той же упругостью, как в отдельном состоянии, и кипение начинается тогда, когда сумма упругостей насыщенных паров обеих жидкостей достигает величины атмосферного давления. Давление пара каждой из жидкостей оказывается, поэтому, меньше атмосферного, и кипение происходит, как под уменьшенным давлением.
Этим пользуются часто, чтобы перегнать с водяным паром при температуре ниже 1000С жидкости, не смешивающиеся с водой и кипящие при температуре гораздо более высокой. Этим способом отгоняют также из частей растений, содержащих терпеновые глюкозиды пахучие эссенции, эфирные масла и т. п. Данная реакция протекает при температуре 45-500С.
Литература
1. Фенгел, Д. Древесина (химия, ультраструктура, реакции): пер. с англ./ Д.Фенгел, Г.Вегенер/ Под ред. А.А.Леоновича – М.: Лесн.пром-сть, 1988.- 512 с.