78
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
Древесиноведение и сушка древесины
Методические указания для самостоятельной работы для студентов заочной формы обучения специальности 080502.65 - Экономика и управление на предприятиях лесного комплекса
Воронеж 2013
2
УДК 630.81
Курьянова, Т.К. Древесиноведение и сушка древесины: Методические указания для самостоятельной работы для студентов заочной формы обучения специальности 080502.65 - Экономика и управление на предприятиях лесного комплекса [Электронный ресурс] / Т.К. Курьянова, А.Д. Платонов; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2013. – 12 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 8 от 16 апреля 2013 г.)
Рецензент директор ООО «Лигнум», к.т.н. И.Н. Медведев
3
Введение
Древесина используется в качестве конструкционного и поделочного материала, как химическое сырье и топливо. Такое многообразное использование древесины требует от специалистов всесторонних знаний о ее свойствах и способах облагораживания.
Изучение строения и физико-механических свойств древесины позволяет правильно выбрать породу при производстве продукции из древесины и обеспечить ее необходимыми эксплуатационными свойствами.
Знания в области технологии сушки, только после чего сырая древесина становится товарной продукцией, позволят использовать наиболее эффективные, ресурсосберегающие способы тепловой обработки древесины.
Знания, полученные при изучении данной дисциплины, позволят специалистам по экономике и управлению на предприятиях лесного комплекса более рационально и экономично использовать ценнейшее древесное сырье и способствовать решению общей проблемы охраны окружающей среды.
1. Группы технологических процессов
По отдельным группам технологических процессов эти цели сводятся к следующему:
1.1 При изучении древесины, строения и ее качества:
-изучение лесного фонда, что дает представление о запасах древесины и породном составе лесов Российской Федерации;
-строение дерева и древесины, функциональное значение частей дерева и использование биомассы;
-макростроение древесины и идентификация древесины как конструкционного и поделочного материала;
-сведения о строении клеточных стенок древесины и различие в микростроении хвойных и лиственных пород для учета в использовании древесины в промышленности.
1.2 При определении физических свойств древесины:
-изучение физических свойств по внешнему виду для использовании как поделочного и конструкционного материала;
-изучение влажности древесины, форм влаги древесины и гигротермического равновесия матерела со средой;
-определение внутренних напряжений в древесине при высыхании для сохранения целостности и высокого качества древесины при сушке;
1.3 При определении механических свойств древесины:
-способы нагружения древесины и методы испытания с учетом различных факторов и видов нагрузки;
4
-понятие о напрженности и деформативности древесины, приделы проч-
ности;
-определение прочности древесины, как конструкционного материала при долговременных статических и динамических нагрузках.
1.4 При сушке древесины (удаление из материала влаги путем ее испарения или выпаривания) улучшаются ее физико-механические и эксплуатационные свойства;
а) предупреждение формо- и размероизменяемости деталей (высушивание до равновесной влажности с окружающей средой);
б) уменьшение массы при одновременном повышении прочности; в) улучшение качества склейки и отделки древесины;
r) предохранение древесины от порчи и загнивания.
Главнейшие промышленные способы сушки — атмосферная и камерная - основаны на коллективной передаче тепла материалу от газообразной среды.
Некоторое промышленное значение имеют коллективная сушка в гидрофобных жидкостях, контактная сушка и диэлектрическая сушка в поле тока высокой частоты.
Процесс сушки должен завершаться кондиционированием влажности древесины.
2. Общие указания к изучению курса
Строение древесины как материалы биологического происхождения сложное и изучается на микро- и макроскопических уровнях, физические и механические свойства древесины изучаются с учетом фактора анизотропии древесины, а также влияние на свойства древесины влажности, и температуры среды.
Явления и закономерности процессов сушки древесины многообразны и сложны по своему физическому содержанию.
Оборудование для сушки обладает рядом специфических особенностей. Для изучения данного курса кроме общетехнических дисциплин студент
должен знать физику, химию, теплотехнику и сопротивление материалов. Общий объем курса по учебному плану 102 часов из них:
86 ч. – самостоятельное изучение;
10 ч. – 5 лекции; 6 ч. – лабораторных работ в период экзаменационной сессии.
Примерное содержание установочных лекций и количество часов, отведенных на них в период экзаменационной сессии.
1. Введение – 2 часа
5
Лес, как источник сырья, его экономические функции – 0,25 часа Значение комплексного и рационального использования древесины, сушки древесины – 0,25 часа
2. Части растущего дерева, строение древесины - 0,25 часа Части растущего дерева - 0,25 часа Разрезы ствола, части ствола. Макростроение древесины - 0,25 часа Идентификация древесных пород.
Микростроение древесины - 0,5 часа Химические свойства древесины. Древесина как химическое сырьѐ
3. Физическое свойства древесины Свойства, характеризующие внешний вид древесины. Показатели макроструктуры.
Влажность древесины, способы еѐ определения. Формы влаги в древесине. Гигроскопичность древесины - 0,5 часа Высыхание древесины, усушка и разбухание древесины - 0,5 часа
Внутренние напряжения в древесине, растрескивание и коробление древесины - 0,5 часа Плотность древесины, способы еѐ определения - 0,25 часа
Тепловые, электрические и звуковые свойства древесины - 0,25 часа 4. Механические свойства древесины
Классификация механических свойств. Методы испытания древесины. Деформативность древесины в зависимости от влажности и температуры - 0,25 часа Расчетные сопротивления, удельные характеристики механических свойств. Изменчивость свойств древесины в зависимости от различных факторов - 0,25 часа Технологические и эксплуатационные свойства древесины. Стойкость и защита древесины - 0,25 часа
5. Технологические цели процесса сушки древесины. Агенты сушки Виды гидротермической обработки древесины. Основные цели сушки древесины - 0,5 часа Основные сведения об агентах сушки. Контроль за параметрами агента сушки.
Id-диаграмма влажного воздуха - 0,25 часа 6. Общие вопросы сушки древесины
Способы сушки древесины. Общие вопросы сушки древесины - 0,25 часа Основные явления определяющие процесс сушки, перенос влаги в древесине -
0,25 часа Рациональные режимы сушки - 0,25 часа
7. Классификация сушильных устройств и их оборудования Классификация и принципиальны схемы сушильных камер - 0,25 часа Тепловое оборудование сушильных камер. Расчет тепла на сушку древесины -
0,25 часа Циркуляционное оборудование сушильных камер. Расчет энергии на сушку древесины - 0,25 часа
6
8. Транспорт лесосушильных цехов Укладка пиломатериалов в штабель. Габарит и емкость штабеля - 0,25 часа
Оборудование для транспортировки, разборки и укладки сушильных штабелей
- 0,25 часа Расчет необходимого количества оборудования сушильного цеха. Расчет сило-
вой энергии сушильного цеха - 0,25 часа 9. Технология камерной сушки пиломатериалов
Технология камерной сушки пиломатериалов. Производственная мощность сушильных цехов - 0,25 часа Штаты сушильного цеха - 0,25 часа
Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки. Категории качества сушки - 0,25 часа Расчет продолжительности сушки. Условный материал. Перевод объѐма факти-
ческого материала в условный - 0,25 часа Расчет производительности сушильных цехов. Расчет себестоимости сушки пи-
ломатериалов. Схемы планировок сушильных цехов - 0,25 часа
Содержание лабораторных работ определяется программой:
1.Изучение макроскопического строения древесины. Определение основных и вспомогательных элементов макроскопического строения древесины. Идентификация древесных пород по строению: хвойных, лиственных кольцесосудистых и рассеяннососудистых – 2 часа
2.Изучение физических свойств древесины. Определение влажности древесины прямым и косвенным методами, усушки и коэффициентов усушки древесины, плотности древесины. – 2 часа
3.Изучение параметров агентов сушки. Определение температуры и влажности агента сушки с использованием психрометра, психрометрической
таблицы и J-d диаграммы.
Деловая игра «Проведение процесса сушки пиломатериалов с использованием ЭВМ». Организация камерной сушки расчет оборудования сушильного цеха. – 2 часа
Курс изучается путем:
а) самостоятельной проработки курса лекций и учебных пособий согласно программе;
б) установочных лекций во время сессионных занятий; в) практических и лабораторных занятий.
Одновременно с самостоятельным изучением курса студент заочной формы обучения выполняет контрольную работу, в которой он должен представить решение задач с подробным объяснением.
Контрольная работа должна быть выслана в вуз заблаговременно.
7
В период очной сессии студент слушает лекции, выполняет лабораторные работы, сдает экзамен по курсу.
3. Указания к отдельным главам курса
3.1Введение
Лесной фонд, лесопокрытая площадь, запас древесины и породный состав лесов РФ. Значение древесины для народного хозяйства. Экологические аспекты использования и сушки древесины.
Предмет курса. Краткий обзор развития науки о древесине. Технологические цели процесса сушки древесины.
3.2 Строение и химические свойства древесины
Части растущего дерева: корни, ствол, крона, их относительный объем. Главные разрезы ствола. Части ствола: сердцевина, древесина, кора. Промышленное использование биомассы дерева.
Макроскопическое строение древесины: заболонь, ядро, спелая древесина, годичные слои, сердцевинные лучи, сосуды, смоляные ходы. Идентификация древесных пород. Краткие сведения о строении клеточных стенок древесины. Различие в микроскопическом строении хвойных и лиственных пород. Химический состав древесины. Древесина как химическое сырье.
Вопросы для самоконтроля:
1.Лесной фонд Российской Федерации и породный состав.
2.Основные макропризнаки древесины хвойных пород
3.Основные макропризнаки древесины лиственных пород
4.Отличия в микростроениях хвойных и лиственных пород
5.Основные химические вещества образующие клеточную стенку древесины.
6.Древесина как сырье для химической и лесохимической и гидролизной промышленности.
3.3 Физические свойства древесины
Свойства, характеризующие вид: цвет, блеск, текстура и макростроение древесины. Влажность древесины, показатели влажности, методы определения.
8
Формы влаги в древесине: связанная (гигроскопическая) и свободная (капиллярная). Гигротермическое равновесие материала со средой и определяющие его параметры (предел насыщения клеточных стенок, предел гигроскопичности, равновесная и устойчивая влажность). Усушка и разбухание древесины. Высыхание древесины. Понятие о внутренних напряжениях древесины, растрескивание и коробление древесины.
Плотность древесинного вещества, плотность древесины абсолютно сухой и влажной. Базисная плотность древесины. Пористость древесины. Идентификация древесных пород по плотности. Способы определения плотности древесины.
Проницаемость древесины жидкостями и газами. Тепловые, электрические и звуковые свойства древесины. Свойства древесины, проявляющиеся при воздействии электромагнитных излучений.
Вопросы для самоконтроля:
1.Внешний вид древесины как характеристика качества ее
2.Влажность древесины и способы ее определения
3.Формы влаги в древесине. Предел насыщения клеточной стенки и придел гигроскопичности
4.Гигроскопичность древесины и гигротермическое равновесие древесины со средой
5.Усушка древесины, ее определение и анизотропия. Коэффициент
усушки
6.Причины возникновения внутренних напряжений при сушке?
7.Плотность древесины, зависимость от породы, влажности и место положения в стволе
8.Проницаемость древесины жидкостями и газами
9.Тепловые свойства древесины
3.4 Механические свойства древесины
Классификация механических свойств древесины. Понятие о напряжениях и деформативности древесины. Методы испытаний древесины при сжатии и растяжении вдоль и поперек волокон, статическом изгибе, скалывании.
Деформативность древесины в зависимости от продолжительности нагружения, влажности и температуры. Долговременное сопротивление и усталость древесины. Расчетные сопротивления древесины, технологические и эксплуатационные свойства древесины (ударная вязкость при изгибе, твердость, износостойкость, способность удерживать крепления, гнуться и растрескиваться). Удельные характеристики механических свойств древесины. Изменчивость свойств древесины в зависимости от различных факторов. Стойкость и защита древесины.
9
Вопросы для самоконтроля:
1.Что такое предел прочности древесины при нормальных и костельных нагрузках?
2.Деформативность древесины в зависимости от продолжительности нагружения и направления нагрузки по отношению к продольной оси
3.Расчетное сопротивления для древесины как конструкционного ма-
териала
3.5Технологические цели процессов нагревания и сушки древесины,
агенты сушки
Народнохозяйственное значение процессов сушки и нагревания древесины. Основные сведения об агентах сушки: водяной пар, атмосферный воздух и топочные газы. Параметры и свойства агентов сушки. Диаграмма состояния влажного воздуха.
Вопросы для самоконтроля:
1.Основные параметры и характеристика водяного пара
2.Основные параметры влажного воздуха
3.Параметры влажного воздуха на Idдиаграмме
4.Принцип действия психрометра
3.6Общие вопросы сушки древесины
Способы сушки древесины. Явления, определяющие процесс сушки. Классификация и принципиальные схемы конвективных сушилок. Расход энергии на сушку и пути его сокращения. Элементы теплового и циркулярного оборудования сушилок.
Оборудование для камерной сушки материала. Укладка пиломатериала в штабель, оборудование для формирования штабелей, транспортное оборудование. Расчет необходимого оборудования и рабочих, занятых при погрузке, разгрузке и транспорте. Схемы тепловых вариантов планировки сушильных цехов.
Технология камерной сушки пиломатериалов. Характеристика технологических и контрольных операций камерной сушки. Температурные категории режимов. Руководящие материалы по камерной сушке пиломатериалов. Качество сушки пиломатериалов: категории качества сушки, их нормирование и контроль.
10
Организация камерной сушки: расчет продолжительности сушки, производительность и учет работы сушильной камеры. Условный материал. Календарное планирование работы камер. Себестоимость сушки пиломатериала.
Вопросы для самоконтроля:
1.Существующие способы сушки древесины в зависимости от подвода тепла и электроэнергии
2.Классификация сушильных камер по принципу действия
3.Элементы теплового и циркуляционного оборудования сушилок
4.Расчет расхода пара и электроэнергии
5.Какое оборудование используется при укладке пиломатериалов в
штабель?
6.Требования к укладке штабеля и коэффициент заполнения штабеля
иего габарит и емкость
7.Производительность сушильных камер
8.Технологические и контрольные операции при камерной сушке
9.Температурные категории режимов сушки
10.Качество сушки, условный материал, расчет себестоимости сушки пиломатериалов