ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ УПЛОТНЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Сравнительная оценка различных способов получения прессованной древесины

В настоящее время для получения прессованной древесины одноосного прессования применяют четыре известных способа, однако сравнительная оценка эффективности каждого способа отсутствует.

Проведем сравнительный анализ основных способов получения прессованной древесины: с предварительным пропариванием [7]; с предварительным нагревом [8]; анализ лигнамона [9] и дестама [28] по изменению технологических параметров влажности, удельного давления и температуры во времени. Для этого рассчитаем необходимые операции и их длительность, исходя из условия получения 1 т модифицированной древесины (ДМ) в виде бруса ДПО по ГОСТу 9629-81. Примем наиболее употребляемые размеры получаемых заготовок 80x60x500 мм (последний размер - вдоль волокон) и плотность 1100 кг/м³. При этом считаем, что качество получаемой древесины примерно одинаковое и соответствует ГОСТу 9629-81. В качестве исходного сырья принимаем 2 м³ березового бруса сечением 80x120x500 мм, влажностью 80 %.

На рис. 77 показано изменение технологических параметров сравниваемых способов. Анализ изменения влажности во времени показывает, что, кроме способа с пропариванием, во всех случаях кривая влажности не имеет максимумов, т.е. близка к оптимальной.

Кривые изменения температуры процесса имеют два и три максимума для способов, описанных в работах [7-8], и по одному максимуму для способов получения лигнамона и дестама, что указывает на высокую технологичность последних. Кривые изменения удельного давления всех способов имеют по одному максимуму, но если у раздельных способов величина давления велика (15...30 МПа), а продолжительность воздействия незначительна (2 ч), то у совмещенных способов, наоборот, величина давления незначительна (0,5... 1,0 МПа), а продолжительность воздействия велика (28...38 ч).

Как видно из рис. 77, для получения 1 т ДМ по способу П.Н. Хухрянского требуется 80 ч, по способу с контактным нагревом - 64 ч, для получения лигнамона - 56 ч, дестама - 49 ч.

Анализ полученных кривых показывает, что лимитирующей стадией всех способов получения модифицированной древесины является сушка. Для того чтобы продолжительность сушки стала соизмеримой с продолжительностью остальных операций, она не должна превышать 4...5 ч, или 2...3 мин на 1 мм толщины изделия.

Рис. 77 Изменение технологических параметров в процессе получения модифицированной древесины: а- с предварительным пропариванием; б- с предварительным нагревом; в- получение лигнамона; г- получение дестама изменение влажности

Наряду со сравнением различных способов сушки по технологическим параметрам проведем сравнительный анализ по энергетическому признаку, т.е.

подсчитаем работу, или энергию, которую необходимо затратить для получения 1 т модифицированной древесины. Это прежде всего мускульная энергия человека и энергия, затрачиваемая на технологические операции сушки, прогрева, пропитки, пропаривания, прессования и транспортные операции.

Для расчета работы А (Дж), производимой при прессовании, воспользуемся формулой

где Р-удельное давление, Па; S-площадь прессуемой заготовки, м²; L-путь, проходимый верхней плитой пресса, м.

Для оценки работы, производимой при остальных операциях, в том числе человеком, пользуемся известной формулой:

где N- мощность источника энергии, Дж/с; t - время, с.

В табл. 30 приведен перечень технологических операций, составляющих совокупность каждого способа.

Наименьшее число операций при совмещенном способе получения лиг- намона 5, наибольшее - при способе с предварительным пропариванием 14.

Теперь подсчитаем работу, необходимую для реализации каждого способа. На оси ординат отложим мощность используемых единиц энергии (кВт), на оси абсцисс - продолжительность их функционирования. Тогда производимая работа (МДж), выразится площадями соответствующих прямоугольников, как показано на рис. 59. Черные прямоугольники обозначают операции, выполненные за счет мускульной энергии человека, заштрихованные - сочетание машинной и человеческой энергии, незаштрихованные - работу без использования человеческой энергии.

Суммируя работу, затрачиваемую на выполнение каждой операции, можно получить удельную работу, необходимую для получения 1 т ДПО различными способами. Ниже дана энергоемкость различных способов.

Технологические операции анализируемых способов получения прессованной древесины

Таблица 30

Энергоемкость различных способов получения модифицированной древесины, МДж

С предварительным пропариванием 363/20

С предварительным нагревом 311/8

Получение лигнамона 241/4

Получение д естама 181/8

Примечание: Числитель - вся работа, знаменатель - работа человека.

Наименее энергоемкими, как следует из приведенных данных, являются совмещенные способы получения лигнамона и дестама, причем способ получения лигнамона требует наименьшего участия человека. Доля мускульной энергии человека составляет для этого способа менее 2 %. При реализации способа получения дестама доля мускульной энергии составляет около 5 %. Следует отметить, что способ с предварительным пропариванием отличается наибольшей энергоемкостью и наибольшими затратами мускульной энергии человеком, поэтому он не может быть рекомендован для массового производства бруса ДПО.

Анализ диаграмм, приведенных на рис. 58, показывает, что 70...75% всего энергетического баланса процесса получения модифицированной древесины расходуется на операцию сушки. Сокращение времени сушки до 4...5 ч позволит снизить за счет механизации погрузочно-загрузочных работ затраты энергии на 1 т ДПО до 70.. .80 МДж с долей энергии ручного труда 2 МДж.

Наиболее перспективен с этой точки зрения способ получения дестама, имеющий специфические отличия. Снижение предела вынужденной эластичности при сжатии пластифицированной карбамидом древесины позволяет совмещать стадию уплотнения со стадией сушки древесины как по месту, так и по времени. Совмещение стадий значительно сокращает и упрощает технологию получения модифицированной древесины. В этом случае древесину, пластифицированную карбамидом в количестве 10... 15 % от массы абсолютно сухой древесины и имеющую влажность 60...80 %, сушат при удельном давлении 0,5...0,8 МПа до влажности 3...5%. При этом плотность древесины возрастает до 1000... 1200 кг/м³.

Применение удельных давлений, в десятки раз меньших, чем при сжатии древесины раздельными методами, позволяет получать более качественный материал, обладающий повышенными прочностными характеристиками.

Постоянное присутствие пластификатора - карбамида в древесине дает возможность повышать удельное давление не в начальный период, а постепенно на всем протяжении сушки: деформация линейно зависит от нагрузки и определяется степенью пластичности материала. Оптимизация технологического процесса получения модифицированной древесины химико-механическим способом возможна за счет сокращения процесса сушки при условии плавного увеличения давления на протяжении сушки пропорционально уменьшению влажности древесины.

Рис. 78 Диаграмма энергоемкости различных способов модификации древесины: а- с предварительным пропариванием; б- с предварительным нагревом; в- получение лигнамона; г- получение дестама (1-14 - номера позиций табл. 30)