Ідентифікація закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 674.047

Ідентифікація закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів

Спеціальність 05.05.07 - машини та процеси лісівничого комплексу

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кравець Ігор Петрович

Львів 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології деревообробки і захисту деревини Українського державного лісотехнічного університету Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться "26" вересня 2000 р. о 14 год 30 хв на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.072.03 Українського державного лісотехнічного університету за адресою: 79057, м. Львів, вул.ген.Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету за адресою: 79057, м.Львів, вул. ген. Чупринки, 101.

Автореферат розісланий 17 серпня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Прокопович Б.В.

АНОТАЦІЇ

Кравець І.П. Ідентифікація закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.07 - Машини та процеси лісівничого комплексу. - Український державний лісотехнічний університет. Львів, 2000.

Дисертацію присвячено питанням дослідження режимів і технології пропарювання букових пиломатеріалів.

Отримано фізико-математичні моделі, за якими визначають характеристику температурного поля в матеріалі. Ідентифіковано залежності зміни температури в центрі сортименту від заданих вихідних величин, а також тривалість операцій процесу теплової обробки пиломатеріалів. Запропоновано методику розрахунку обладнання для пропарювання. Розроблено режими і технологію пропарювання з метою теплової стерилізації букових пиломатеріалів та зміни їх кольорової насиченості.

Ключові слова: теплова стерилізація, будова деревини, режими і технологія пропарювання, температурне поле, тривалість, апроксимація, ідентифікація.

Кравец И.П. Идентификация закономерностей процесса пропаривания буковых пиломатериалов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.07 - Машины и процессы лесного комплекса. - Украинский государственный лесотехнический университет. Львов, 2000.

Диссертация посвящена вопросам исследования режимов и технологии пропаривания буковых пиломатериалов.

В нормативных документах отсутствуют сведения и рекомендации по режимам, технологии и оборудованию для пропаривания буковых пиломатериалов, что приводит к лишним потерям материала, тепловой энергии и качественных показателей древесины.

Разработаны физико-математические модели процесса нагревания пиломатериалов (одномерного тела) и заготовок (двумерного тела) для условий нестационарного теплообмена материала со средой, позволяющие определить температуру любой точки сортимента в определенное время тепловой обработки.

Идентифицированы зависимости изменения температуры в центре сортимента при заданной температуре среды, толщине материала и продолжительности нагрева; получены уравнения длительности начального процесса в зависимости от толщины и влажности древесины; уравнения изменения плотности, статической твердости, прочности при сжатии поперек волокон и цвета древесины бука в зависимости от продолжительности обработки, температуры среды и характеристик древесины (влажность, толщина). Идентифицирована также длительность операций процесса тепловой обработки.

Предложена методика инженерного расчета оборудования для пропаривания. Разработаны режимы и технология пропаривания буковых пиломатериалов, включающие режимы пропаривания с целью стерилизации буковых пиломатериалов и заготовок; режимы пропаривания с целью изменения цвета древесины бука; режимы пропаривания буковых пиломатериалов и заготовок в сушильных и пропарочных камерах.

Ключевые слова: тепловая стерилизация, строение древесины, режимы и технология пропаривания, температурное поле, продолжительность, аппроксимация, идентификация.

Kravets I .P. Identification of regularities of process steaming beech saw-timbers. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.05.07- Machines of a wood complex. - Ukrainian State University of Forestry and Wood Technology, Lviv, 2000.

A thesis is devoted to questions of research of conditions and technique steaming beech saw-timbers.

The physical and mathematical models are obtained, with which use define(determine) performance of a temperature field in a material. Is identified dependencies of change of temperature at the centers sort depending on the given of input magnitudes, and also duration of process of thermal handling of saw-timbers. It is offered a technique of account of the equipment for steaming . The conditions and technique steaming are developed with the purpose of thermal sterilization beech of saw-timbers and change of their color saturation.

Key words: thermal sterilization, structure of wood, conditions and technique steaming, temperature field, duration, approximation, identification.

нагрівання пиломатеріал пропарювання

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Деревина бука, завдяки високим технічним якостям та гарній текстурі, знайшла широке застосування у деревообробній, меблевій та інших галузях промисловості. Поряд із високою міцністю, невеликою об'ємною вагою, але достатньою густиною, хімічною стійкістю деревина бука має високу гідрофільність і здатність руйнуватися під дією грибів та бактерій.

Зменшити втрати деревини від грибкових пошкоджень під час зберігання та транспортування можна за рахунок проведення теплової стерилізації шляхом пропарювання. Теплова обробка деревини використовується у багатьох виробництвах: лущеного і струганого шпону, у лісопиленні, процесах гнуття та пресування.

У відповідності з технічними умовами ГОСТ 2695-83 Ст.СЕВ 2377-80, Ст.СЕВ 2371-80, Ст.СЕВ 2372-80 "Пиломатериалы лиственных пород" (пункт 2.1) виробництва букових пиломатеріалів, вони повинні пропарюватись. Однак, рекомендацій щодо режимів та технології, тривалості обробки, застосування обладнання в нормативних документах не наведено. Відсутність процесу пропарювання букових пиломатеріалів після лісопилення є причиною значних втрат деревини від розтріскування, враження грибами та комахами. У виробничих умовах, під час проведення процесу пропарювання практиками, не враховується багато факторів: особливостей будови деревини бука, її густини, теплових та механічних властивостей. Все це приводить до зайвих втрат матеріалу, теплової енергії та якісних показників букових пиломатеріалів. Таким чином, наведене вище свідчить про актуальність дослідження процесу пропарювання букових пиломатеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації є розділом наукового напряму кафедри технології деревообробки і захисту деревини з проблем: "Розробка теоретичних основ енергоощадних способів сушіння деревини промислових порід" та "Розробка теоретичних основ використання нетрадиційних джерел енергії в лісопромисловому комплексі" на 1995…1999 роки.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є вдосконалення режимів та технології пропарювання букових пиломатеріалів шляхом ідентифікації закономірностей їх теплової обробки. Виходячи з поставленої мети, потрібно було вирішити такі завдання дослідження:

- розробити фізико-математичну модель процесу нагрівання пиломатеріалів при нестаціонарному теплообміні;

- провести аналіз методів розрахунку тривалості початкового нагрівання деревини в різних процесах теплової обробки;

- розробити методику експериментальних досліджень динаміки процесу теплової обробки пиломатеріалів та визначення впливу теплової обробки на фізико-механічні властивості деревини бука;

- розробити прикладну методику математичної обробки та аналізу результатів експериментальних даних;

- ідентифікувати закономірності процесу пропарювання букових пиломатеріалів;

- розробити режими і технологію пропарювання букових пиломатеріалів та провести їх перевірку у виробничих умовах.

Об'єкт дослідження - букові пиломатеріали та заготовки.

Предмет дослідження - фізико-механічні властивості деревини бука після пропарювання.

Методи дослідження. Проведено аналіз макроструктури, хімічного складу, фізико-механічних показників деревини бука для визначення впливу на них теплової обробки. На основі аналізу методів розрахунку (практичних, графоаналітичних, універсальних) тривалості початкового прогріву в різних процесах теплової обробки сформульовано цільову функцію оптимізації режимів і технології процесів пропарювання букових пиломатеріалів. Експериментальні дослідження, які проведені за розробленою автором методикою на лабораторних і виробничих установках, дозволили виявити характер впливу основних факторів на зміну властивостей деревини бука після пропарювання. Побудова аналітичних залежностей та реалізація математичного планування експерименту дозволила отримати математичні моделі процесу пропарювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше запропоновано вдосконалення техніки і технології за допомогою ідентифікації закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів. Отримано фізико-математичні моделі, які дозволяють визначити характеристику температурного поля в пластині: температуру в будь-якій точці сортименту в будь-який час процесу теплової обробки. Ідентифіковано залежності зміни температури в центрі сортименту при заданих температурі середовища, товщині матеріалу та тривалості прогріву; отримано рівняння тривалості початкового прогріву в залежності від товщини та вологості деревини; рівняння зміни густини, статичної твердості, міцності при стисканні поперек волокон та кольору деревини бука в залежності від тривалості обробки, температури середовища та характеристики деревини (вологість, товщина). Ідентифіковано також тривалість операцій процесу теплової обробки: розморожування, початкового прогріву, пропарювання, охолодження.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена методика дослідження процесу пропарювання букових пиломатеріалів, яка об'єднує дослідження початкового прогріву, пропарювання та охолодження, та обробки експериментальних даних. Розроблено режими і технологію пропарювання букових пиломатеріалів, які включають: режими пропарювання з метою стерилізації букових пиломатеріалів та заготовок; режими пропарювання букової деревини з метою зміни кольорової насиченості; режими пропарювання букових пиломатеріалів і заготовок для сушильних і пропарювальних камер з метою теплової стерилізації та вирівнювання кольору. Побудовано номограми для визначення тривалості нагрівання в залежності від вологості деревини та товщини матеріалу. Розроблено інженерні методи розрахунку (технологічного і теплового) обладнання для пропарювання пиломатеріалів та заготовок. Інтенсивність сушіння пропареної деревини дозволяє підвищити продуктивність сушильних камер та зменшити енерговитрати. Результати досліджень впроваджено на Надвірнянському лісокомбінаті СП “Інтерплит” та на Вигодському деревообробному заводі.

Особистий внесок здобувача. Особисто автором проведено аналіз властивостей деревини бука як об'єкта досліджень, проведено огляд обладнання для пропарювання букових пиломатеріалів, сформульована мета і визначені задачі дослідження. Автором особисто проведені експериментальні дослідження, обробка та аналіз їх результатів. Автором сформульовані висновки та практичні рекомендації. Розроблена фізико-математична модель процесу нагрівання деревини.

В працях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: у [4] - теоретично обґрунтовані закономірності зміни температури (нагрів-охолодження) матеріалу в процесі його теплової обробки; у [2,5] - практичні результати впливу процесу пропарювання на енергоощадність і підвищення якості сушіння пиломатеріалів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації, її окремі розділи доповідались на:

наукових конференціях Українського державного лісотехнічного

університету в 1997...1998 рр.;

Міжнародній науковій конференції Українського державного лісотехнічного університету в 1999 р. “Проблеми деревообробки на рубежі ХХІ століття: наука, освіта, технології”;

ХІІІ Міжнародній конференції факультету технології деревини, Варшава, 1999 р.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 3 наукових статтях у фахових виданнях та в двох матеріалах конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація має вступ, чотири розділи і висновки. Викладена на 127 стор., з яких 110 стор. - основний текст. Дисертація містить 12 рисунків, 17 таблиць, список використаних джерел на 8 стор., який включає 98 назв. В додаток на 34 стор включено довідкові дані, результати експериментальних досліджень та матеріали щодо впровадження і використання результатів досліджень.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступна частина роботи присвячена питанням актуальності теми дисертації, аналізу проблеми пропарювання деревини і його впливу на фізико-механічні властивості та зовнішні ознаки деревини бука. Визначені мета і завдання дослідження, вказана наукова новизна та практична цінність роботи. Наведено основну інформацію про апробацію роботи, публікації та структуру дисертації.

У першому розділі викладено огляд літератури щодо будови та властивостей деревини бука і теплової обробки цієї породи деревини. Розглянуто вплив теплової обробки на фізико-механічні властивості та зовнішні ознаки деревини бука.

Деревина бука, внаслідок незначного вмісту екстрактивних речовин, не є стійкою до пошкодження грибами та бактеріями. В межах одного біотипу біостійкість залежить від густини, віку, місця вирізки із стовбура. Біостійкість деревини підвищується із збільшенням густини і віку дерева. Як правило, ядро має більшу стійкість, ніж заболонь. За даними досліджень, проведених Сенежською лабораторією (С.Н. Горшин і І.А. Ченцов), ядро бука (стигла деревина) віднесена до стійкої, а заболонь - до малостійкої деревини. Відносна стійкість складає, відповідно, 3,3 і 2,2 (виражена в умовних одиницях по відношенню до стійкості деревини заболоні липи). Низька стійкість деревини бука обумовлює значні втрати при зберіганні і транспортуванні деревини.

Огляд досліджень пропарювання деревини бука виявив зміну її фізико-механічних показників: вологопровідності, проникливості, всихання, твердості, міцності, кольору та інше. В кінці цього розділу дано короткий огляд вітчизняного та закордонного обладнання для пропарювання букових пиломатеріалів та заготовок, показані переваги і недоліки розглянутих конструкцій.

У другому розділі розглянуто основні фізичні закономірності процесу пропарювання деревини бука, розроблена фізико-математична модель процесу теплової обробки деревини бука, в якій вологість вище точки насичення клітинних стінок і агрегатний стан її не змінюється.

Спочатку розглядався процес нагріву для одномірного тіла, коли тепло переміщується вздовж координати х. Цей процес можна описати відомим диференційним рівнянням Фур'є другого порядку.

Потім визначали нестаціонарне температурне поле в тонкій пластині (рис.1).

Через поверхню та здійснюється теплообмін із зовнішнім середовищем у відповідності із законом Ньютона. Приймемо, що температура бокових поверхонь дорівнює нулю, а температура середовища, що омиває поверхню , дорівнює . У початковий момент температура пластини також дорівнює нулю.

У поданій моделі (рис.1) для визначення нестаціонарного температурного поля в пластині маємо рівняння теплопровідності

(1)

Граничні та початкові умови

(2)

, (3)

, (4)

У позначеннях прийнято:

- інтенсивність теплового потоку по координаті х, Дж/с;

, z - коефіцієнти теплообміну поверхні пластини х=0 та z=, Вт/(м2С);

Тс - температура середовища, С;

Т - температура на поверхні тіла, С;

- коефіцієнт теплопровідності матеріалу, Вт/(м2С);

- густина матеріалу, кг/м3;

- питома теплоємність матеріалу, Дж/(кгС);.

- градієнт теплового потоку;

- тривалість нагріву пластини, год;

- зміна температури деревини за час ;

2 - товщина пластини, мм.

У результаті математичних перетворень отримали загальний розв'язок рівняння, яке описує температурне поле в пластині

. (5)

де =х/t;

i2=-1;

- параметр перетворення Фур'є; s - параметр перетворення Лапласа;

;

, м2/с.

За відомої функції зміни температурного поля середовища можна отримати розв'язок поставленої задачі для прийнятого випадку. Наприклад, для варіантів зміни температурного поля, зображених на рис. 2,а та 2,б, і при функції зміни температури, що має вигляд

, (6)

де А - максимальне значення температури, С;

k,b - параметри рівняння, рівняння (5) буде мати такий розв'язок

, (7)

.

У випадку, коли зовнішня температура розподілена по поверхні рівномірно, то отримаємо розв'язок

. (8)

Якщо функція зміни температури має вигляд

, (9)

то отримаємо наступний розв'язок рівняння (5)

(10)

У зв'язку з тим, що пластина є прообразом пиломатеріалів, то отримані фізико-математичні моделі (рівняння 5, 7, 8, 10) дозволяють визначити характеристику температурного поля у деревині бука. Тобто, за відомою функцією зміни температурного поля (рівняння 6, 9) отримано фізико-математичні моделі, за якими можна визначити температуру в будь-якій точці сортименту і в будь-який час процесу теплової обробки (рівняння 5, 7, 8, 9).

У даному розділі також виконано аналіз методів розрахунку тривалості теплової обробки деревини, які запропоновані Г.С.Шубіним, П.В.Білеєм, Н.С.Селюгіним, І.П. Кречетовим, О.В.Ликовим, Й.В.Андрашеком та В.М.Павлюстом

Враховуючи рекомендації вищезгаданих авторів, цільову функцію оптимізації тривалості процесу пропарювання потрібно шукати за такою залежністю

, (11)

де - теплова інерція (тривалість розгону) обладнання, год; - тривалість розморожування, год; - тривалість початкового прогріву, год; - тривалість пропарювання, год; - тривалість охолодження, год; tc -температура середовища, С; tx - температура деревини в заданій точці, С; tо - початкова температура деревини, С; S1 - товщина матеріалу, мм; S2 - ширина матеріалу, мм; W - початкова вологість деревини, %.

У третьому розділі наведені методики експериментальних досліджень для визначення режимів пропарювання букових пиломатеріалів і заготовок, а саме: методика математичного планування експериментальних досліджень, методика визначення фізико-механічних властивостей деревини бука після пропарювання, методика математичної обробки та аналізу результатів експериментальних досліджень.

Дослідження проводились з використанням такого обладнання:

- автоклава горизонтального типу АГ-1;

- пропарювального барабана виробничого зразка;

- лабораторної сушильної камери;

- пропарювального ковпака виробничого зразка.

Пропарювальний ковпак виробничого зразка використовували для перевірки, розроблених у лабораторних умовах, режимів пропарювання, а також для визначення теплоінерційних характеристик пропарювальних установок. Пропарювальні ковпаки експлуатуються на Свалявському та Жорнавському лісокомбінатах, доцільне їх встановлення на інших підприємствах за розробками автора (рис.3).

Корпус пропарювального ковпака 1 складається з корпуса (швелер №6,5, кутник 4,0 х 6,5 см та прямокутні труби 40 х 65 мм), заповненого мінеральною ватою (товщина шару - 65 мм), зовнішньої та внутрішньої обшивки. На внутрішню обшивку рекомендується застосовувати алюмінієві (дюралеві) листи, а на зовнішню - сталевий лист, покритий антикорозійною фарбою. Крайками корпус ковпака опускається в канавку фундаменту - основи 4, роль якої виконує швелер № 22…24. По периметру між канавкою та штабелем пиломатеріалів 2 розміщені дві пропарювальні труби 4 загальною довжиною 17,4 м. Штабель пиломатеріалів підштабельною основою 3 встановлюється на шпали, які прикріплені до основи (фундаменту). Для стоку конденсату у фундаменті 5 закладена канавка з бічними притоками. До цієї канавки прокладена трубка, що закінчується спускним клапаном, який відкривається під дією ваги конденсату. Штабель пиломатеріалів може безпосередньо формуватись на основі ковпака, але доцільно штабель збирати на спеціальному майданчику і перевозити автонавантажувачем або кран-балкою. Після встановлення на основі штабель накривається зверху за допомогою кран-балки ковпаком і включаються пропарювальні трубки 4.

Під час експериментального дослідження вхідними величинами (змінними факторами) приймали:

- товщину пиломатеріалів та заготовок (s1, мм), яка може змінюватись у широкому діапазоні (19…100 мм); найчастіше використовуються товщини s1=32…65 мм;

- тиск середовища (агента обробки) - Р, МПа, якому відповідає визначена температура; найчастіше використовували діапазон Р=0,05…0,20 МПа;

- тривалість обробки (, год), яка залежить від мети теплової обробки і може тривати =2…24 і більше годин.

Вихідними величинами (параметрами оптимізації) приймали:

- динаміку зміни температури середовища і деревини в різних фазах теплової обробки;

- ступінь впливу процесів теплової обробки на фізико-механічні властивості деревини (величина всихання, густина, показники міцності: статична твердість, міцність на стискання поперек волокон).

Таким чином, маючи три основні змінні фактори і вказані вище функції відгуків (вихідних величин), проводили два двофакторні експерименти, що дає можливість геометричної інтерпретації результатів дослідження.

Перший двофакторний експеримент проводили для визначення швидкості зміни температури деревини залежно від тиску середовища Р і товщини матеріалу .

Другий двофакторний експеримент проводили для визначення впливу температури середовища (за тиском Р, МПа) та тривалості дії температури (тривалості теплової обробки - , год) на фізико-механічні властивості.

Прийнятий розподіл експериментальних досліджень на дві частини є виправданий ще і тим, що фактор тривалості теплової обробки не має змісту в першому випадку, а фактор товщини відіграє лиш другорядну роль у другому випадку.

В результаті статистичної обробки експериментальних даних отримано середнє квадратичне відхилення температури . Тобто, температурне поле у камері характеризується даними: або =72,71,41°С. При цьому коефіцієнт варіації становить всього =1,94%, а показник точності - =0,18%. Допустиме значення показника точності для деревообробки становить 5%. У четвертому розділі наведено аналіз результатів експериментальних досліджень процесу пропарювання букових пиломатеріалів. Отримано рівняння динаміки зміни температури в центрі деревини при тиску Р=0,02…0,05 МПа для різної товщини матеріалу

(12)

для значення . (13)

Отримано також емпіричну залежність для визначення тривалості початкового прогріву деревини в залежності від товщини () і заданій вологості (W) матеріалу

. (14)

Для зручності в практичному користуванні за залежністю (14) побудована номограма (рис.4). При пропарюванні заготовок (пиломатеріалів) у штабелі необхідно ввести поправочний коефіцієнт, який за емпіричними даними має вигляд

. (15)

Проводилось також визначення зміни якісних показників пропареної деревини в порівнянні з непропареною. Після пропарювання змінюється природний колір деревини, гігроскопічність, щільність (густина), величина всихання і розбухання, вологопровідність, а також показники міцності. Деякі зміни підвищують, а деякі знижують її споживчі якості.

Зміни, які проходять з деревиною при пропарюванні, є результатом складних хімічних та фізико-хімічних процесів і явищ. Ці зміни можуть бути частково зворотними, а частково незворотними. Все залежить від тривалості пропарювання і температури середовища (пари).

Всі дослідження показали, що пропарювання зменшує показники міцності деревини. При цьому основну дію має температура середовища та тривалість обробки.

Апроксимація експериментальних даних за методом середніх дозволила вивести наступні емпіричні залежності (16…18) для р=0,02...0,05 МПа (температура середовища 95...98 °C):

1.Зменшення статичної твердості за напрямками відносно волокон, МПа:

- торцевому

=0,37 , (16)

- тангентальному

=0,16 , (17)

- радіальному

=0,22 . (18)

2.Зменшення міцності при стисканні поперек волокон, МПа:

- тангентальне

=0,28 , (19)

- радіальне

=0,25 . (20)

Аналізуючи досліди із сушіння пропарених заготовок бука і порівнюючи з аналогічними даними сушіння непропарених заготовок, виявлено наступні відмінності:

1. Загальна тривалість сушіння скорочується на 20…40% в залежності від товщини та початкової вологості деревини.

2. На початку процесу швидкість сушіння зростає, а потім настає її стабілізація. Цей період можна класифікувати як період постійної швидкості сушіння, який практично відсутній при сушінні непропарених заготовок.

3. Послідовно технологічний процес пропарювання пиломатеріалів і заготовок складається з таких операцій: формування штабелю; завантаження штабелю в пристрій (пропарювальні камери, ковпаки, автоклави, тощо); початковий прогрів, який включає в себе нагрівання установки, розморожування (у зимовий період) пиломатеріалів або заготовок, прогрівання деревини до температури -3°С; пропарювання визначеної тривалості; охолодження матеріалу.

Таким чином, розроблена технологія пропарювання букових пиломатеріалів включає вказані вище операції. Формування штабелю - перша і дуже важлива технологічна операція. Від правильно сформованого штабелю залежить тривалість процесу та якість пропарювального матеріалу. Отже, штабель формують на жорсткій основі (піддоні) із стандартними прокладками. Для штабелів заготовок прокладками служать самі заготовки. Пиломатеріали (заготовки) складають суцільними горизонтальними рядами на прокладках. Габаритний розмір штабелю залежить від внутрішнього об'єму обладнання для пропарювання. У виробничій практиці зустрічаються випадки, коли пропарюються заготовки пакетами без прокладок, але при цьому значно зростає тривалість пропарювання, а, відповідно, енерговитрати, що не можна вважати доцільним.

Після завантаження штабелю в пристрій впускається пара, тепловий потенціал якої витрачається на прогрів установки, прогрів середовища і, нарешті, прогрів матеріалу. Після досягнення температури середовища заданого значення, а центральними шарами деревини - відповідної температури, починається процес пропарювання. Витрати пари на протязі процесу теплової обробки не однакові. Наприклад, за даними Жорнавського лісокомбінату (Закарпатська область) проаналізовано витрати пари під час пропарювання в ковпаках. У перші дві години споживається до 86% пари, далі споживання пари залежить від теплоізоляції пропарювального ковпака. Тобто, кількість теплоти, яку має пара, що подається, дорівнює тепловтратам через огородження. Для збереження якості пропареної деревини після процесу пропарювання обов'язковим є охолодження матеріалу в установці до температури .

Для контролю за станом середовища обладнання, в якому проводиться пропарювання, повинно мати психрометр та манометр. Вважаючи, що установка для пропарювання є герметичною, достатньо встановлювати тільки один термометр, який фіксує температуру середовища - .

Вивантажені з пропарювального пристрою пиломатеріали та заготовки необхідно розміщувати в приміщеннях, закритих від дощу і прямих сонячних променів. Рекомендована тривалість витримки після пропарювання - не менше 10…15 діб. При цьому вологість матеріалу вирівнюється і зменшується до 30…40% в залежності від початкової вологості.

Вологопровідність пропареної деревини зростає в 1,2…1,4 рази в порівнянні з непропареною. Зауважено, що в деякі інтервали інтенсивність процесу сушіння (за рахунок збільшення вологопровідності) збільшується в декілька разів. Наприклад, при зменшенні вологості від 40 до 20% швидкість сушіння пропареної деревини є в 2,4…3,6 разів більшою, ніж непропареної.

ВИСНОВКИ

1. Для пропарювання букових пиломатеріалів в нормативних документах відсутні рекомендації щодо режимів і технології, тривалості обробки та застосування обладнання. Все це приводить до зайвих втрат матеріалу, теплової енергії та якісних показників букових пиломатеріалів.

2. Розроблені фізико-математичні моделі процесу нагрівання пиломатеріалів (одномірного тіла) та заготовок (двомірного тіла) для умов нестаціонарного теплообміну матеріалу з середовищем, які дозволяють визначити температуру в будь-якій точці деревини бука і в будь-який час її початкового прогріву (охолодження).

3. На основі детального аналізу макроструктури, хімічного складу, фізичних властивостей (щільності, густини, вологості, питомої теплоємності, температуропровідності), впливу теплової обробки на фізико-механічні показники деревини бука розроблено методику експериментальних досліджень, яка поєднує класичні методи та математичне планування при дослідженні динаміки процесу теплової обробки пиломатеріалів та методів визначення впливу теплової обробки на вологопровідність, густину, всихання, зміну кольору та механічних показників деревини бука.

4. Розроблена методика математичної обробки та аналізу результатів експериментальних досліджень, яка включає класичну статистичну обробку експериментальних даних, формалізований аналіз результатів повного факторного експерименту та отриманих рівнянь регресії, апроксимацію всіх отриманих залежностей емпіричними формулами: рівняння динаміки зміни температури в центрі сортименту при відповідній температурі середовища, товщині матеріалу та тривалості прогріву; рівняння тривалості початкового прогріву в залежності від товщини матеріалу та вологості деревини з побудовою номограми; рівняння зміни густини, статичної твердості (в торцевому, тангентальному та радіальному напрямках відносно волокон), міцності при стискуванні поперек волокон (в тангентальному та радіальному напрямках) в залежності від температури середовища і тривалості обробки; зміни забарвлення букової деревини в залежності від вологості, тривалості обробки та товщини матеріалу. Виявлено, що пропарена деревина бука має в 1,2...1,4 більшу вологопровідність, ніж непропарена, а швидкість сушіння в деякі інтервали є в 2,4...3,6 рази більшою.

5. Ідентифікація закономірностей процесу пропарювання букових пиломатеріалів включає апроксимацію отриманих емпіричних залежностей (вказаних у п.4 висновків), а також визначення тривалості всього циклу теплової обробки (розморожування, початковий прогрів матеріалу, пропарювання, охолодження), на базі яких розроблено інженерні методи розрахунку (технологічного і теплового) обладнання для пропарювання деревини бука. Ідентифікація закономірностей підтверджена результатами експериментальних досліджень.

6. Розроблені режими і технологія пропарювання букових пиломатеріалів, а саме: режими пропарювання з метою стерилізації букових пиломатеріалів і заготовок; режими пропарювання букових пиломатеріалів з метою зміни кольорової насиченості деревини; режими пропарювання букових пиломатеріалів (заготовок) для сушильних та пропарювальних камер з метою їх теплової стерилізації та вирівнювання кольору.

7. Економічна ефективність розробки режимів і технологій на основі ідентифікації закономірностей процесу пропарювання включає два аспекти: зменшення витрат теплової енергії в наступному процесі сушіння майже в два рази (у 1,96 рази) та зменшення витрат деревини (букових пиломатеріалів і заготовок) при зберіганні, яке складає 5...17%. Річний економічний ефект від впровадження режимів і технологій пропарювання букових пиломатеріалів (заготовок) складає ЕS=26,95...43,90 грн/м3.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Кравець І.П. Визначення температури деревини при її пропарюванні // Науковий вісник: Збірн. наук.-техн. праць. Вип 9.5.-Львів: УкрДЛТУ, 1999. - с.127-128.

2. Білей П.В., Зарева Ю.І., Басюк І.М., Кравець І.П., Кулешник Я.Ф. Створення енергоощадної технології сушіння пиломатеріалів // Науковий вісник: Збірн. наук.-техн. праць. Вип. 9.11 - Львів: УкрДЛТУ, 1999. - с.189-191.

3. Кравець І.П. Інженерні методи розрахунку обладнання для пропарювання букових пиломатеріалів // Науковий вісник: Збірн. наук.-техн. праць. Вип. 9.12. -Львів: УкрДЛТУ, 1999. - с. 287-291.

4. Билей П., Басюк И., Кравец И. Физические основы сушки древесины прерывистыми режимами // 13-ая Международная конференция факультета технологии древесины. - Варшава, 1999. - с. 281-286.

5. Білей П.В., Басюк І.М., Кравець І.П. Підвищення якості сушіння пиломатеріалів як засіб збільшення об'ємного виходу деревини //Матеріали 50 науково-технічної конференції УкрДЛТУ. - Львів, 1998. - с. 8-9.

Размещено на Allbest.ru

...