Центробежное обезвоживание и сушка бревен в целях сохранения качества при хранении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Оти Мото Поль Максим

• Оти Мото Поль Максим
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Оти Мото Поль Максим

ВВЕДЕНИЕ.

I. Состояние вопросы и задачи исследования.

1. Способы сушки и удаления влаги из древесины.

2. Удаление влаги в силовых полях.

3. Выводы.

Н; Теоретические исследования процесса центробежного обезвоживания

1. Кинетика обезвоживания единичного капилляра.

2. Модель капиллярно-пористой структуры древесины.

3. Составление уравнение центробежного обезвоживания древесины.

Ш. Методика экспериментальных исследований.

1. Описание экспериментальной установки и оснащение приборно-измерительной аппаратурой.

2. Определение гипотетического радиуса капилляра.

IV. Результаты экспериментальных исследований.

1. Интенсивность обезвоживания бревен.

2. Оценка качества обезвоживания.

3. Результаты исследований поровой структуры древесины.

4. Результаты исследований центробежно-конвективного и ротационного обезвоживания древесины.

V. Технические и технологические параметры результаты« внедрения исследования.

1. Расчет ожидаемой экономической эффективности центробежного способа обезвоживания лесоматериалов.

Заключения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Центробежное обезвоживание и сушка бревен в целях сохранения качества при хранении»

Актуальность работы. Сушка древесины является весьма ответственным этапом технологического процесса любого из деревообрабатывающие производств. Своевременность и качество сушки в значительной мере определяет долговечность и качество изделий сооружений из древесины в целом. о

В настоящие время вырабатывается более 100 млн.м пиломатериалов в год, из которых 70-75% требуют обязательной сушки. Поэтому проблема сокращения время и повышения объема и качества сушки древесины относится к числу важнейших проблем лесопильно-деревообрабатывающей промышленности. Одним из путей решения этой проблемы является разработка принципиально новых способов удаления влаги из древесины, отличающихся, малой энергоемкостью и-высокой интенсивностью.

Снижение энергоемкости процессов сушки приобретает большое значение в. связи с напряженным балансом энергоресурсов. Перспективным , в этом отношении являются механические способы обезвоживания материалов в поле центробежных сил в комбинации с тепловыми способами сушки. Применение центробежного способа обезвоживания длинномерных бревен стало возможным только после того, как группой ученых во главе с заслуженным деятелем науки и техники Р.Ф, д.т.н. В.И. Патякиным, к.т.м. В.И. Шаплыкой, ЭЛ. Полесским было создано, конструктивное решение самобалансирующейся-, центрифуги, не имеющей аналогов в отечественной и зарубежной практике.

Цель работы. Основные цели- диссертационной работы состояли в изучении особенностей и закономерностей процессов механического удаления свободной влаги в центробежном поле для создания условий благоприятных сохраненшо качества обезвоженной древесины при хранении, в снижении границы конечной влажности за счет введения в центробежное поле теплового поля: повышение эффективности сушки за счет механического удаления влаги. Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследований: провести анализ научных работ по способам сушки древесины, выяснить их энергоемкость и сроки сушки; провести анализ особенностей строения водопроводящих путей древесины хвойных и лиственных пород; экспериментально исследовать модель капиллярно-пористой структуры древесины; разработать теоретические основы удаления свободной влаги из единичного капилляра и капиллярно-пористой системы древесины; объяснить теоретически и подтвердить экспериментально причини сохранения качества обезвоженной древесины при хранении; определить технико-экономическую эффективность центробежно-конвективной сушки бревен; найти техническое решения для реализации указанного способа в промышленности.

Объекты исследования: Лесоматериалы различных пород - бревна. Научную новизну имеют: Теоретические основы удаления влаги из единичных капилляров и системы капилляров - древесины; параметры обезвоживания, угловая скорость, пределы обезвоживания, характер распределения оставшейся в древесине влаги, скопления её в конце пути движения при обезвоживании; перспективные центробежно-конвективные способы обезвоживания; причин сохранения качества обезвоженной древесины при хранении бревен. Новое техническое решение самобалансирующейся установки (на карданном подвеске)

Значимость работы для науки и практики: Для теории имеют значения: Теоретические модели удаления свободной влаги из капилляра и капиллярно-пористой структуры древесины, закономерности распределения влаги по длине обезвоженного образца и влияния скопления влаги в торцевой части обезвоженного бревна на качестве древесины при хранении, закономерности обезвоживания, определяющиеся комплексным показателям - фактором обезвоживания, объединяющем размеры бревна и угловую скорость вращения. Все это углубляет понятие об обезвоживания и расширяет теорию науки о лесе. Практическое значение имеют результаты экспериментальных исследований, проведенных в производственных условиях на экспериментально-промышленном оборудовании, методика и результаты определения параметров капиллярно-пористой структуры древесных пород.

Кроме того, имеет большое значения рекомендации по обработке древесины перед хранением.

Научные положения выносимые на защиту: математическая модель процесса обезвоживания единичного капилляра, и системы капилляров в центробежно-тепловом поле; модель капиллярно-пористой структуры древесины; методика определения и параметры капиллярно-пористой структуры древесины; режимы обезвоживания длинномерных бревен перед длительным хранением; результаты экспериментальных исследований в центробежном и центробежно-тепловом поле; Достоверность полученных результатов подтверждается адекватностью математических моделей, относительной погрешностью результатов, не превышающей допустимой значение 5%, результатами математической обработки экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрения на заседании кафедры, научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПБГЛТА в 20062008 годах.

Промышленная проверка разработанных режимов обезвоживания и хранения бревей проводилась в условиях Васкеловской лаборатории ЦНИИлесосплава и производственной базы НПО "Центр" Белоруссия.

По результатам научных исследований опубликовано 3 печатные работы, в изданиях рекомендованных ВАК Минобразования РФ.

Структура и объем работы диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов ^рекомендаций, списка литературы.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Оти Мото Поль Максим

-115-ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главной задачей повышения эффективности лесозаготовительного производства, является более полное освоение отводимого в рубку лесосечного фонда за счет вовлечения в комплексную переработку лиственной, лиственничной и низкокачественной древесины, а также доставка древесного сырья потребителям с минимальными трудозатратами, без количественных и качественных потерь.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований получены приведенные ниже результаты, из которых сделаны выводы и рекомендации.

1. Используя теорию движения жидкости по капилляру и установленные в диссертации параметры капиллярно-пористой структуры древесины, определяющие движение свободной влаги, разработаны теоретические основы обезвоживания единичного капилляра и древесины, как системы капилляров в поле центробежных сил.

2. Установлена закономерность интенсивности процессов изменения плотности древесины при центробежном обезвоживании: которая гласит, что интенсивность процессов прямо пропорциональна потенциалу капиллярной влагоемкости и обратно пропорциональна времени течения процесса.

3. Основными параметрами капилляр но-пористой структуры древесины являются: количество и размеры водопроводящих элементов, плотность в абсолютно-сухом состоянии, объемная и поверхностная пористость, процент поздней древесины. Каждая

Р = РпРо+(Рн-РпРо)е Г

1677 агс - коэффициент сопртивлния. древесная порода, несмотря на значительные колебания, характеризуется вполне определенными средними значениями этих параметров, которые отражают особенности макро- и микростроения.

4. При повышении дефицита влажности окружающего воздуха влажность древесины уменьшается в результате увеличения интенсивности транспирационного удаления влаги из ствола. Каждому фенологическому сезону с характерным для него состоянием водного баланса деревьев, наступающему при определенной температуре воздуха, соответствует определенное значение плотности.

Годовой минимум плотности древесины растущих деревьев наступает в летний период, годовой максимум у хвойных пород - в зимний, а у лиственных пород - в весенний период (апрель-май).

5. Колебания плотности древесины отдельных бревен или частей ствола растущих деревьев подчиняются законам нормального распределения. Размах колебания в зависимости от породы и о периода заготовки составляет: березы - 150-220 кг/м ; осины - 2103 3 3

320 кг/м и сосны - 300 кг/м ; ели - 350 кг/м .

6. При удалении влаги из древесины коэффициент капиллярной влагопроводности зависит от коэффициента диффузии водяного пара, величины парциального давления, относительной влажности и температуры окружающего воздуха, соотношения объема продольных и поперечных капилляров и их размеров, характеризующих породу.

7. Наиболее эффективным способом повышения потребительских свойств является обезвоживание древесины в поле центробежных сил.

Коэффициент интенсивности центробежного обезвоживания древесины прямо пропорционален квадрату, угловой скорости, квадрату эквивалентного радиуса капилляра, плотности жидкости и

- 117обратно пропорционален вязкости жидкости.

Предельная плотность в конце обезвоживания зависит от силы поверхностного натяжения, меры смачиваемости, плотности жидкости, угловой скорости и радиуса вращения, минимального радиуса обезвоживаемого капилляра. Показатели эффективности процесса:

- конвективной - 1,6-3,0 кВт.ч;

- кондуктивный - 1,25-1,45кВт.ч;

- центробежный - 0,015 кВт.ч

8. Распределение влаги по длине и диаметру обезвоженного бревна характеризуется наличием влажных зон в приторцевых частях за счет оставшихся столбиков жидкости в капиллярах и относительно малым содержанием и ровным распределением влаги в центральной части бревна, распределение влаги по диаметру бревна имеет синусоидальный характер - пониженную влажность в поверхностных слоях (в зоне крупных капилляров) и повышенную влажность в центральной части сечения, особенно в концевых сечениях бревна.

9. Критерием достижения конечной плотности при центробежном обезвоживании бревен различной длины является фактор обезвоживания, который равен удвоенной линейной скорости движения торца бревна Р0-2соК = соЬ. Величина фактора обезвоживания зависит от породы, начальной плотности древесины и конечной плотности, которую необходимо получить после обезвоживания, длины.

10. Для достижения конечной плотности, при которой уже не происходит столь существенного обезвоживания, фактор обезвоживания (при температуре жидкости в древесине 10-30°С) для хвойных - 230-250 м/с. При этом время вращения составляет для хвойных - 900-1200 с. Вращение в этих режимах обеспечивает снижение плотности для лиственной древесины 15-20% и для хвойной - 35-40. При этом достигается влажность в конце обезвоживания круглых лесоматериалов 50-60% и пиломатериалов -35-40%.

11. Производственная и лабораторная проверка показала, что полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований обладают достоверностью, вычисленные значения по установленным зависимостям к полученным в производственных или лабораторных условиях отличаются не более, чем на ±3%.

12. Ожидаемый экономических эффект от внедрения научно-обоснованного комплекса организационно-технических мероприятий обезвоживание древесины в поле центробежных сил, составит более 162 млн. руб.

13. Основными направлениями расширения областей применения найденного технического решения самобалансирующейся центрифуги и проведенных исследований в других подотраслях лесной и деревообрабатывающей промышленности являются: разработка новых технологических процессов и создание оборудования для механического и физико-механического обезвоживания древесины до транспортной влажности; разработка технологических процессов и средств комплексной механизации обработки древесины в поле центробежных сил с целью повышения технологических и потребительских свойств лиственной и низкокачественной древесины, а также получение новых видов материала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Оти Мото Поль Максим, 2008 год

1. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. Учебник для вузов. М.: Химия. 1995. 336с.

2. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии: изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: Химия. 1984.368с.

3. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учебник для вузов. 3-е изд. исправл. СПб.: Химия. 1995.400с.

4. Патякин В.И. Проблема- повышения плавучести круглых лесоматериалов.- М.: Лесная промышленность, 1976.

5. A.C. 118290 СССР. Авт.изобрет. В.И.Шаплыко, Э.П.Полесский, В.И.Патякин и др.- Заявл. 19.09.77, № 2225210

6. Баженов В.А. Проницаемость древесины жидкостями и её практическое значение,- М.: АН СССР, 1952.-83с.

7. Беленов И.А. Исследование сушки и намокания даурской лиственницы с целью сокращения её утопа при сплаве,-Автореферат дис.на соиск.учен.степени канд.техн.наук,- Л.: ЛТА, 1970.-18с.

8. Ванин С.И. Древесиноведение,- Л.:Гослестехиздат, 1940.- 460с.

9. Вакин А.Т, Хранение круглого леса. М.: Лесная промышленность, 197Г. -428с.

10. Вакин А.Т. Научно-исследовательский отчет./ЛТА. 1961. Тема № 987.

11. Васильевский П.В. Борьба с утопом на молевом сплаве, -Лесная индустрия, 1939, № 2.

12. Вихров В.Е. измерение анатомических элементов растительных тканей методом микрофотографирования. Бумажнаяпромышленность, 1939, № 10.

13. Дерягин Б.В., Альтшуллер М.А. О диффузионном извлечении из пористых материалов в процессе капиллярной пропитки. ДАН СССР, 1962, т. 146, № I.

14. Дерягин Б.В., Альтшуллер М.А. О влиянии физико-химических свойств защемленных газов на пропитку пористых тел. ДАН СССР, 1963, т.152, № 4.

15. Древесина. Показатели физико-механических свойств. РТМ,-М,: Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, 1962.-48с.

16. Лейбензон JI. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. -М. : ГИТТ литературы, 1947. 230-244с.

17. Леонтьев Н.Л. Физико-механические свойства дальневосточного ясеня,- Информ. листок ЦНИИМОД, 1937, № 42.

18. Лыков А. В. Теория сушки. -М, ; Энергия, 1968. -471с.

19. Марморштойн Л.М. Коллекторские и экранирующие свойства осадочных пород при различных термодинамических условиях. Труды./ НИИГА, т.180. Л. : Недра, 1975.-159с.

20. Марморштейн Л.М., Меклер Ю.Б, Исследование структуры перового пространства песчаных коллекторов под давлением,-.Изв. АН СССР. Физика земли, 1971, вып.8, с.82-88.

21. Николаевский В.Н. Капиллярная модель диффузии в пористых средах,- Известия АН СССР, ОТН. Сер. Механика и машиностроение, 1959, № 4, с. 146-149.

22. Оснач H.A. Проницаемость и проводимость древесины. -М. : Лесная промышленность, 1964. -182с.

23. Патякин В.И., Крутоголов Л.Г., Полищук В.П. Уравнение центробежного обезвоживания.- В кн.: Совершенствование технологии первоначального лесосплава и транспорта леса вплотах и судах. Сб. трудов./ЦНИИ лесосплава.-М.: Лесная промышленность, 1978, с.47-56.

24. Полубояринов С.И. Плотность древесины.-М.: Лесная промышленность, 1976.-160с.

25. Порхаев А.П. Коллоидный журнал, 1949, №5.

26. Разработать и освоить новые технологические процессы и оборудование для обезвоживания древесного сырья в целях повышения его технологических свойств,- Научно-исследовательский отчет ЦНИИ лесосплава. /Рук.темы Патякин В.И., 1976,1977, тема № 4.

27. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. -М.: Гостоптехиздат, 1960.-249с.

28. Burdine N.T. Frans et al AIME, 1950, p.189, 195.

29. Henderson I.H. Producers Monthly 14, N 1, 3, 2. 1949.

30. Huber Br., Werz W. Über die bedeutung des hoftüpfelverschlusses für die axiale wasserleitfähigkeit von hadelhölzern. Planta, bd 51, s.645-649, s.660-672. 1958, Eingegangen am 20 März.

31. Parceel W.R. Frans AIME, 186.39. 1949

32. Stone I.E. The penetrability of wood. Pulp and paper magazine of Canada, 1956.vol.54. N2.II.

33. Патякин В.И. Проблема обезвоживания и сохранения плавучести древесины, дис.на соиск.учен.степени канд.техн.наук,

34. Л.: ЛТА, 1979. Т.1. -77, 309с.

35. Николаевский В.Н. Известия АН. СССР, серия «механика и машиностроение», 1959, N4, с 28-46.

36. Зарубаев Н.В. О движении воды в капиллярных трубках-труды./ЛПИ.-Л.: 1955, N178, с 80-89.