новая папка 1 / 773450

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

ТЕХНОЛОГИЯ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

Методические указания

Казань Издательство КНИТУ

2018

УДК 674.02(07)

ББК 37.1я7

Т38

Печатаются по решению методической комиссии факультета технологии и переработки каучуков и эластомеров

Рецензенты:

канд. техн. наук Р. Р. Хасаншин канд. техн. наук П. А. Кайнов

Составители:

Л. Н. Герке, А. Н. Грачев, М. Ф. Гильфанов, А. А. Макаров, И. Г. Земсков, А. А. Филонычев

Технология древесной массы : методические указания / сост. : Л. Н. Гер-

Т38 ке [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 20 с.

Приведены краткие теоретические сведения по исследованию кинетики сушки древесины и древесных материалов, по определению зольности древесной массы, а также вопросы, связанные с центробежным фильтрованием волокнистых материалов.

Предназначены для бакалавров очной формы обучения по направлению 18.03.01 «Химическая технология», изучающих дисциплину «Технология древесной массы».

Подготовлены на кафедре химической технологии древесины.

УДК 674.02(07) ББК 37.1я7

2

ВВЕДЕНИЕ

Крупнейшей отраслью химической переработки древесины является производство древесных масс.

В настоящее время производство полуфабрикатов сверхвысокого выхода, к которым относятся все разновидности древесной массы, вступило в период своего наиболее интенсивного развития. Это нашло отражение, в частности, в выделении технологии древесной массы в самостоятельную учебную дисциплину (ранее она входила разделом в курс технологии волокнистых полуфабрикатов).

В данных методических указаниях рассмотрены вопросы по исследованию кинетики сушки древесины и древесных материалов, по определению зольности древесной массы, а также вопросы, связанные с центробежным фильтрованием волокнистых материалов.

Древесной массой называют волокнистый полуфабрикат, получаемый механическим разделением древесины на волокна. Открытие этого метода принадлежит немецкому изобретателю Ф. Келлеру, который в 1843 г. истиранием древесины на точильном камне впервые получил волокнистую массу и назвал ее древесной массой.

Древесная масса – одна из самых экономичных полуфабрикатов: при ее изготовлении достигается 95-96 % выход волокна из древесины. В ее производстве отсутствуют процессы варки, приготовления и регенерации химикатов, что значительно снижает загрязненность окружающей среды и требует менее дорогостоящих очистных сооружений.

3

Работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цели работы: ознакомление с закономерностями конвективной сушки материалов; экспериментальное определение влажности исследуемых образцов; построение кинетических кривых сушки и скорости сушки.

Краткие теоретические сведения

Сушка древесины - неотъемлемая операция технологического процесса деревообработки. Древесину высушивают с целью предохранения от порчи и загнивания, увеличения прочности, предупреждения размеро– и формоизменяемости деталей, повышения качества отделки и склеивания. В основном древесину сушат в виде пиломатериалов (досок, брусьев, заготовок), шпона (тонколистового материала), щепы, стружки и волокна. Незначительное распространение имеет сушка круглых лесоматериалов (строительные детали, опоры). В результате сушки древесина из природного сырья превращается в исходный материал.

В деревообрабатывающей промышленности наибольшее распространение получила конвективная сушка, осуществляемая в сушильных камерах различной конструкции. Конвективная сушка представляет собой тепломассообменный процесс испарения влаги, в котором подвод тепла к материалу и отвод образующихся паров производится сушильным агентом (нагретый газ или воздух, топочные газы или их смесь с воздухом, перегретый пар и другие теплоносители). Движущей силой процесса сушки является разность парциальных давлений или концентраций паров испаряемой влаги непосредственно над поверхностью материала и в газовом потоке.

Сушка характеризуется одновременным протеканием ряда процессов, важнейшими из которых являются:

передача теплоты материалу от сушильного агента – тепло-

обмен;

перемещение теплоты внутри материала – теплопровод-

ность;

перемещение влаги внутри материала – теплопроводность;

4

Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

перемещение влаги внутри материала – влагоперенос;

испарение влаги с поверхности материала в окружающую среду – влагоотдача.

Сушку материалов с высокой начальной влажностью (в том числе и древесины) можно рассматривать как испарение влаги со свободной поверхности жидкости. Для этого случая разность концентраций паров сушильного агента над поверхностью материала и в окружающей среде (называемых в технике влагосодержаниями сушильного агента) постоянна. Следовательно, постоянна и интенсивность испарения.

Часто вместо интенсивности сушки используется аналогичная величина, удобная при практическом изучении процесса – скорость сушки

териала, кг.

Скорость сушки – изменение концентрации влаги (влажности) материала в единицу времени. Влажность – количество влаги, отнесенное к массе материала и выраженное в процентах. В

5

технологии деревообработки используют понятие влагосодержания, представляющего собой отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины в абсолютно сухом состоянии.

mвл 100% m mсух 100%, mсух mсух

где m – общая масса пробы, г; mвл – масса влаги в пробе, г; mсух – масса пробы в абсолютно сухом состоянии, г.

Температура материала в описываемой части процесса постоянна и близка к температуре мокрого термометра (адиабатического испарения жидкости). Этот режим называется периодом постоянной скорости сушки (или первым периодом сушки), так как здесь N=const. Величина скорости соответствует количеству тепла, подводимого к материалу от сушильного агента. При достижении определенной

влажности кр , называемой критической, вся свободная влага на по-

верхности материала будет испарена и начнется перемещение поверхности испарения внутрь материала. С этого момента будет происходить снижение скорости сушки вследствие уменьшающейся поверхности испарения и количества подводимого тепла (так как оно теперь должно проходить через слой высушенного материала), а также ввиду дополнительного сопротивления удалению пара (по той же причине). Кроме свободной влаги материал содержит более прочно связанную влагу – гигроскопическую. Различают физико-механическую (влага микрокапилляров), физико-химическую (адсорбционно- и осмотически связанная влага) и химическую (сольватная влага) формы связи влаги с материалом. Удаление связанной влаги происходит при более высокой температуре.

Эта часть процесса, называемая периодом падающей скорости сушки (или вторым периодом сушки), характеризуется повышением температуры материала. С уменьшением влажности температура материала будет увеличиваться, стремясь к температуре сушильного агента.

Влага из материала не может быть удалена полностью, поэтому при сушке достигается влажность, близкая к равновесной –

р . Последняя зависит как от свойств высушиваемого материала, так

и от влажности и температуры сушильного агента, то есть от режима сушки. Скорость сушки в этом периоде пропорциональна удаляемой влажности материала

6

Copyright ООО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

N= Кс р ,

где Кс – коэффициент сушки, зависящий от свойств материала и режима сушки, I/с.

Для начального момента периода падающей скорости, когда

Кинетику процесса сушки изучают по кривым сушки и скорости сушки. Первые отражают изменение влажности материала во времени,

т.е. f ( ) (рис. 1), вторые – зависимость скорости сушки от влажности материала – N= f( ) (рис. 2).

Рис. 1. Кривая сушки

Рис. 2. Кривая скорости сушки

7

В начальный момент времени имеет место неустановившийся режим сушки (участок АВ), Дальнейшее снижение влажности до критической соответствует первому периоду сушки (участок ВС), когда влажность изменяется по прямой линии, а скорость сушки постоянна. В периоде падающей скорости сушки кривая сушки

стремится к горизонтальной асимптоте ( ) . Для упрощения

расчетов уменьшение скорости сушки на рис. I представляется линейной зависимостью (4). Коэффициент сушки с – тангенс угла

наклона прямой, поэтому его можно определить из графика

Ксгр tg .

Описание лабораторной установки

Установка для исследования процесса конвективной сушки (рис. 3) состоит из сушильного шкафа 1, весов 2 и исследуемого образна 3. Включение сушильного шкафа производится переключателем 5, регулирование температуры – ручкой 6, контроль работы регулятора – по сигнальной лампочке 7, контроль температуры – термометром 8. Время изменения массы образца определяется по секундомеру.

Рис. 3. Схема установки:

1 – сушильный шкаф; 2 – весы; 3 – исследуемый образец; 4 – тяга; 5 – переключатель; 6 – регулятор температуры; 7 – сигнальная лампа; 8 – термометр

8

Порядок проведения работы

1.Включить сушильный шкаф и прогреть его до заданной температуры .

2.Проверить работу весов – весы должны быть настроены на "ноль", а тяга 4 должна проходить через центр отверстия сушильного шкафа.

3.После достижения в сушильном шкафу постоянной температуры взять замоченный образец материала и положить его тонким слоем (1–2 мм) в предварительно взвешенную бюксу. Боксу с образцом поместить в сушильную камеру на специальную подставку, которая посредством тяги присоединяется к левой чаше аналитических весов и уравновешивается гирями–рейтерами на правой чаше весов.

4.Зафиксировать массу бюксы с материалом и засечь время. После этого вначале через 60 с, а затем через каждые 5 мин.

необходимо снимать показания весов с точностью до 0,0002 г. Опыт считается законченным, если в течение нескольких замерок (2–3) масса образца не изменяется.

5. Выключить сушильный шкаф, установить веси ка арретир, привести в порядок рабочее место.

Обработка результатов эксперимента

1. Рассчитать влажность образца в каждый замеренный момент времени

где m вл – масса влажного образца, г; mcух– масса абсолютно сухого

образца, г.

Изменение влажности между соседними замерами

m , mсух

где m – масса проволочных гирек, г.

2.Построить кривую сушки.

3.По кривой сушки рассчитать скорость сушки для всех заме-

ров

9

N= dd ,

где – замеренный по кривой сушки промежуток времени, за который влажность изменилась на , с; N – скорость сушки для влажности, определяемой серединой соответствующего участка

Результаты эксперимента

Контрольные вопросы

1.Дайте определение конвективной сушки.

2.Что называется агентом сушки? Каково его назначение? Назовите агенты сушки.

3.Какими физическими явлениями характеризуется процесс сушки материалов, в частности, древесины?

10