способ сушки и термической обработки древесины
Классы МПК: | F26B5/04 путем испарения или возгонки влаги при пониженном давлении, например в вакууме F26B3/34 посредством электричества |
Автор(ы): | Сафин Руслан Рушанович (RU), Сафин Рушан Гареевич (RU), Оладышкина Наталья Александровна (RU), Разумов Евгений Юрьевич (RU), Хасаншин Руслан Ромелевич (RU), Кайнов Павел Александрович (RU), Кузьмин Илья Александрович (RU), Мазохин Михаил Александрович (RU), Шайхутдинова Айгуль Равильевна (RU), Ахтямова Татьяна Николаевна (RU), Воронин Александр Евгеньевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр по разработке прогрессивного оборудования" (ООО "НТЦ РПО") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-03-04 публикация патента:
27.07.2011 |
Изобретение относится к технологическим процессам по модифицированию древесных материалов для улучшения их физико-механических и эстетических характеристик и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и других отраслях промышленности при изготовлении изделий из древесины, в том числе ценных пород. Способ сушки и термической обработки древесины включает загрузку древесины с высокой начальной влажностью в вакуумную камеру, после чего начинается стадия сушки, состоящая из чередующихся стадий нагрева древесины при атмосферном давлении и вакуумирования. Сушка чередованием стадий нагрева и вакуумирования продолжается до достижения влажности древесины диапазона 15-18%. Далее осуществляется досушка древесины до абсолютно сухого состояния при постоянном подводе тепловой энергии и постепенно повышающемся давлении в аппарате за счет испаренной влаги. После досушки осуществляется нагрев древесины до 200-240°С по следующему закону:
где s - толщина образца, мм; - базисная плотность древесины, кг/м3;
Т/
- изменение температуры в единицу времени, К/сек. После достижения заданной температуры термического модифицирования производится выдержка и последующее понижение температуры до 100°С. Способ сушки и термической обработки древесины позволяет снизить энергозатраты на проведение процесса благодаря отказу от дорогостоящего агента обработки, а также повысить качество получаемой продукции вследствие предварительной качественной сушки древесины и рационального режима ведения процесса термомодифицирования по определенной зависимости. 3 ил.



Формула изобретения
Способ термообработки древесины, включающий загрузку древесины в вакуумную камеру, нагрев древесины, выдержку при высокой температуре, понижение температуры до 100°С, отличающийся тем, что подвод тепловой энергии осуществляется контактным способом от перфорированных металлических пластин, а загружаемая древесина может иметь высокую начальную влажность, после загрузки которой в вакуумную камеру начинается стадия сушки, состоящая из чередующихся стадий нагрева древесины при атмосферном давлении и вакуумирования до достижения влажности древесины диапазона 15-18% с последующей досушкой до абсолютно сухого состояния при постоянном подводе тепловой энергии и постепенно повышающемся давлении за счет испаренной влаги; после досушки осуществляется нагрев древесины до 200-240°С по следующему закону:
где s - толщина образца, мм; - базисная плотность древесины, кг/м3;
Т/
- изменение температуры в единицу времени, К/с.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологическим процессам по модифицированию древесных материалов для улучшения их физико-механических и эстетических характеристик и может быть использовано в деревообрабатывающей, мебельной и других отраслях промышленности при изготовлении изделий из древесины, в том числе ценных пород.
Известен способ термической обработки древесины и устройство его осуществления (см. патент № 2277045, МПК B27K 3/02, 2006 г.), включающий нагревание древесины до 140-150°C в атмосфере воздуха в течение 2-3 часов, дальнейший нагрев древесины в атмосфере водяного пара до 210-220°C в течение 2-3 часов, осуществляемый посредством постоянного дозированного впрыска воды в камеру и вытеснения воздуха и иных газов из камеры образующимся водяным паром.
Основным недостатком данного способа от предлагаемого является использование постоянного дозированного впрыска воды в камеру термомодификации, что приводит к повышению энергетических затрат на осуществление данного процесса.
Также известен способ обработки массива или реконструированной древесины для извлечения содержащихся в ней веществ (см. патент № 2007140577, МПК F26B 7/00, 2006 г.), при осуществлении которого каждую из заготовок древесины из партии, подлежащей обработке, размещают в контакте с терморегулируемым теплопроводящим прессом.
Основным недостатком данного способа является то, что он предназначен для очистки древесины от загрязнений и не преследует цель получения качественной термически модифицированной древесины, поскольку не задан темп повышения температуры и не определены условия предварительной сушки.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому методу является способ термической обработки древесины (см. патент № 2008116520, МПК B27K 1/00, 2008 г.), включающий загрузку древесины в автоклав с исходной влажностью 6-16%, нагрев древесины до температуры 100°C в течение 1,5-2,5 ч подачей водяного пара, повышение температуры до 130-150°C и до давления 3÷5 атм в течение 1,5-2,5 ч и выдержку древесины при этой температуре и этом давлении в течение 1,5-2,5 ч, понижение температуры до 100°C и давления до атмосферного в течение 1,5-2,5 ч, вакуумирование автоклава до давления 0,2-0,5 атм, и последующую выдержку древесины при этом давлении в течение 12-24 ч.
Основным недостатком данного способа является использование в качестве агента обработки насыщенного водяного пара высокого давления, что приводит к большим энергозатратам за счет потерь тепла в окружающую среду и увеличению капитальных затрат на оборудование, а также необходимость предварительной качественной сушки древесины до влажности 6-16% перед загрузкой в автоклав.
Целью настоящего изобретения является снижение энергозатрат на проведение процесса и повышение качества термической обработки древесных пиломатериалов.
Указанная цель достигается тем, что предлагаемый способ сушки и термической обработки древесины, включающий загрузку древесины в вакуумную камеру, нагрев древесины, выдержку при высокой температуре, понижение температуры до 100°C, отличается тем, что подвод тепловой энергии осуществляется контактным способом от перфорированных металлических пластин, а загружаемая древесина может иметь высокую начальную влажность, после загрузки которой в вакуумную камеру начинается стадия сушки, состоящая из чередующихся стадий нагрева древесины при атмосферном давлении и вакуумирования до достижения влажности древесины диапазона 15-18% с последующей досушкой до абсолютно сухого состояния при постоянном подводе тепловой энергии и постепенно повышающемся давлении за счет испаренной влаги; после досушки осуществляется нагрев древесины до 200-240°C по следующему закону:
где s - толщина образца, мм; - базисная плотность древесины, кг/м3;
Т/
- изменение температуры в единицу времени, К/сек.
Отличительным признаком предлагаемого способа сушки и термической обработки древесины является подвод тепловой энергии, осуществляемый контактным способом от перфорированных металлических пластин, а загружаемая древесина может иметь высокую начальную влажность, после загрузки которой в вакуумную камеру начинается стадия сушки, состоящая из чередующихся стадий нагрева древесины при атмосферном давлении и вакуумирования до достижения влажности древесины диапазона 15-18% с последующей досушкой при постоянном подводе тепловой энергии и постепенно повышающемся давлении за счет испаренной влаги; после досушки осуществляется нагрев древесины до 200-240°C по следующему закону:
где s - толщина образца, мм; - базисная плотность древесины, кг/м3;
Т/
- изменение температуры в единицу времени, К/сек.
Указанный процесс можно представить в виде графиков изменений давления, температуры и влажности в процессе сушки и термической обработки древесины (фиг.1).
Пример осуществления способа поясняется на чертежах установки для сушки и термической обработки древесины (фиг.2) и нагревательной плиты (фиг.3).
Данная установка состоит из теплоизолированной вакуумной камеры 1 и крышки камеры 2. Внутри камеры размещены нагревательные плиты 3, между которыми располагают древесину 4, подвергающуюся сушке и тепловой обработке. Установка также включает водокольцевой вакуумный насос 5, систему охлаждения 6, манометр 7, вакуумный клапан 8 и напускной клапан 9. Плиты 3 состоят из перфорированных металлических пластин 10, нагреваемых электронагревательным кабелем 11.
Процессы сушки и термомодифицирования древесины происходят следующим образом. Через открытую крышку 2 древесина 4 с высокой начальной влажностью укладывается в герметичную теплоизолированную камеру 1 между нагреваемыми плитами 3. После закрытия крышки 2 начинается стадия прогрева древесины при атмосферном давлении до температуры 80-90°C с последующей выдержкой в течение 1,5-3,5 ч в зависимости от толщины пиломатериала. При этом происходит интенсивное испарение влаги с поверхности пиломатериала. Затем производят стадию вакуумирования с помощью системы охлаждения 6 и насоса 5, при этом происходит процесс переноса влаги с центральных слоев пиломатериала к его периферии и испарение влаги из пиломатериала за счет ранее аккумулированной тепловой энергии. Влага из древесины удаляется через перфорацию металлических пластин нагревательных плит 3 и отводится путем конденсации системой охлаждения 6 с последующим удалением из камеры 1 водокольцевым вакуумным насосом 5. Контроль давления в камере происходит при помощи манометра 7. После окончания стадии вакуумирования открывают напускной клапан 9 и повторяют цикл «нагрев-вакуумирование». Чередование стадий нагрева и вакуумирования применяется до снижения влажности до 15-18% с целью интенсификации процесса и повышения качества сушки древесины.
После достижения древесиной влажности 15-18% начинается стадия вакуумной досушки при постоянном подводе тепловой энергии. Стадия досушки осуществляется при постепенно повышающемся давлении внутри камеры 1 за счет испаряемой из древесины влаги, для этого отключены система охлаждения 6 и водокольцевой вакуумный насос 5.
Переходное значение влажности 15-18% объясняется тем, что снижение влажности ниже 15% увеличивает продолжительность процесса сушки за счет чередования стадий прогрева и вакуумирования, а оставшейся влаги недостаточно для дальнейшего повышения давления в аппарате до 1 атм. При влажности древесины более 18% наблюдается снижение качества получаемой продукции.
После достижения древесиной абсолютно сухого состояния пиломатериал подвергается термическому модифицированию при температуре 200-240°C. Процесс повышения температуры до заданного режимом значения проходит по закону:
где s - толщина образца, мм; - базисная плотность древесины, кг/м3;
T/
- изменение температуры в единицу времени, К/сек.
После повышения температуры древесины до заданного режимного значения, определяемого необходимой степенью термического модифицирования, древесину выдерживают при данной температуре в течение 3-5 часов, далее пиломатериал охлаждают в камере 1 до температуры 100°C путем включения системы охлаждения 6.
Представленный закон изменения температуры позволяет определить темп повышения температуры нагревательной плиты 3 в зависимости от толщины и плотности древесины, подвергающейся обработке. С помощью полученной формулы можно рассчитать изменение температуры нагрева агента обработки с целью получения наиболее равномерной степени термического модифицирования пиломатериала по всему объему. Несоблюдение данного закона в процессе нагрева древесины приводит к следующим результатам:
- при ускорении темпа повышения температуры среды наблюдается высокая неравномерность модифицирования по сечению пиломатериала, а следовательно, происходит снижение физико-химических и эстетических характеристик получаемой продукции;
- при снижении темпа повышения температуры среды увеличиваются энергозатраты и продолжительность процесса.
Пример конкретного исполнения предложенного закона повышения температуры нагрева древесины | ||||
Изменение температуры | ||||
Порода (базисная плотность, кг/м3) | | Толщина образца, мм | ||
10 | 25 | 50 | ||
Сосна ( | 60 | 15,42 | 2,46 | 0,61 |
300 | 77,1 | 12,3 | 3,06 | |
600 | 154,2 | 24,6 | 6,12 | |
Береза ( | 60 | 13,32 | 2,12 | 0,53 |
300 | 66,6 | 10,62 | 2,64 | |
600 | 133,2 | 21,24 | 5,28 | |
Дуб ( | 60 | 12,6 | 2,02 | 0,51 |
300 | 63 | 10,08 | 2,52 | |
600 | 126 | 20,16 | 5,04 |
Предложенный способ сушки и термической обработки древесины позволяет снизить энергозатраты на проведение процесса и повысить качество получаемой термодревесины, вследствие того, что осуществляется надлежащее качество предварительной сушки пиломатериала, а также производится контроль за темпом повышения температуры на стадии термического модифицирования.
Класс F26B5/04 путем испарения или возгонки влаги при пониженном давлении, например в вакууме
Класс F26B3/34 посредством электричества