Энергосберегающая установка для высокотемпературной сушки древесного сыпучего сырья с одновременной его термомодификацией

УДК 66.45.35

Н. Р. Галяветдинов, Р. Р. Сафин, Р. Т. Хасаншина

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СУШКИ ДРЕВЕСНОГО СЫПУЧЕГО СЫРЬЯ С ОДНОВРЕМЕННОЙ ЕГО ТЕРМОМОДИФИКАЦИЕЙ

Ключевые слова: термомодификация, композиционный материал, сушка.

В статье предложена энергосберегающая технологическая линия по производству термически модифицированной измельченной древесины, являющейся основным сырьем для производства древесностружечных плит, а также древесно полимерных композиционных материалов.

Keywords: thermomodification, composit material, drying

In the article proposes energy-saving technological line for the production of thermally modified wood chopped, which is the main raw material for the production of wood-based panels and wood polymer composites.

В связи с интенсивным расширением областей применения различных композиционных материалов на основе древесного наполнителя, в последнее время, все большей актуальностью пользуется усовершенствование технологии их производства, с целью увеличения прочности для дальнейшего расширения сферы их применения [1-2].

Одним из самых распространенных композиционных материалов на основе древесного наполнителя на сегодняшний день были и остаются древесно-стружечные плиты. Спектр их применения самый разнообразный: начиная с отделки домов и квартир, заканчивая мебельной промышленностью. А с ростом спроса на рынке строительных материалов, появляется необходимость увеличения производства таких материалов [3-5].

В настоящий момент уже известна технология термического модифицирования крупномерных пиломатериалов, в процессе которой происходит разложение гемицеллюлозы на реактивные молекулы меньшего размера, что позволяет существенно снизить гигроскопичность получаемого композита, повысить его биостойкость, долговечность, устойчивость к длительному воздействию высоких температур, а также исключить усушку и снизить величины коробления в условиях перемены влажности. Однако технология применения термомодификации для измельченной древесины особого распространения в промышленности не получила в виду высоких энергозатрат на ведение процесса [6].

Поэтому на сегодняшний день актуальной представляется задача уменьшения временных и энергетических затрат на производство модифицированной измельченной древесины с одновременным повышением физико-механических характеристик готовой продукции [7].

С целью выполнения поставленной задачи были проведены исследования и была предложена линия, по производству термомодифицированной измельченной древесины. На рис. 1. представлена установка, которая состоит из газификатора обратного действия (4), парогенератора (6), циклонов (7, 10, 12), сушильных камер первой (1) и второй ступеней (2), камеры термомодификациии

(3), камеры охлаждения (5), загрузочного бункера (8) влажного материала с питателем (9) и системы вибропривода (12). В камере термомодификации в качестве газораспределительных решеток используется набор вертикальных сит с увеличивающимся снизу вверх диаметром отверстий, но постоянной суммой площадей отверстий на разных ситах. При этом сита закреплены на внутреннем каркасе камеры термомодификации с возможностью постоянного встряхивания. Подача обрабатываемого древесного сыпучего сырья осуществляется на верхнее сито с последующим перемещением на нижележащее с помощью мешалки через специальный проем в сите или путем просеивания через отверстия сита. Нижняя часть камеры термомодификации имеет диаметр не менее чем в три раза превосходящий сумму площадей отверстий на одном сите. Верхняя зона камеры термомодификации сообщается с газификатором обратного действия с помощью газохода, проходящего через парогенератор, нижняя зона - с сушильной камерой первой ступени через циклон и камерой охлаждения, сообщенной с внутренней полостью парогенератора с помощью паропровода и сушильной камерой второй ступени. Сушильные камеры представляют собой вертикальные камеры с загрузочным устройством в верхней части и с разгрузочным в нижней части, содержат патрубок для ввода агента обработки и газораспределительную решетку. По оси камеры размещен вал с лопастями. Применение вала с лопастями способствует лучшему разрыхлению древесного сыпучего сырья и препятствует образованию пробок, что повышает качество обработки за счет увеличения площади контакта с теплоносителем. Устройство также содержат циклоны, использующиеся для отделения обработанного агента обработки от мелкой фракции древесного сыпучего сырья [8-12].

Установка работает следующим образом. Топочные газы, образующиеся в результате сгорания древесных отходов в газификаторе 4 обратного действия, с температурой до 800°С, охлаждаются в парогенераторе 6 до температуры 220-230°С и подаются в камеру тепловой обработки 3, туда же подаются предварительно высушенные

древесное сыпучие сырье из сушильнои камеры второй ступени 2. Камера термомодификации 3 содержит набор вертикальных сит с увеличивающимся снизу вверх диаметром отверстий, но постоянной суммой площадей отверстий на разных ситах для обеспечения равномерного расхода топочных газов. Сита закреплены на внутреннем каркасе камеры термомодификации с возможностью создания виброкипящего слоя. Сита приводятся в движение при помощи вибропривода. Подача предварительно высушенного древесного сыпучего сырья осуществляется на верхнее сито. Движение топочных газов и древесного сыпучего сырья осуществляется в попутном направлении сверху вниз, причем происходит постоянная сепарация древесного сыпучего сырья, определяющая время термомодификации частицы древесного сырья в зависимости от её размеров. Сита расположены таким образом, что мелкая фракция, просеиваясь через отверстия сита, проходит более короткий путь, и тем самым сокращается продолжительность тепловой обработки более мелкой фракции. Более крупная фракция перемещается на нижележащее сита с помощью мешалки через специальный проем в сите или путем просеивания через отверстия сита и проходят более длинный путь. Таким образом, достигается требуемая степень термомодификации крупной и мелкой фракций [13].

Обработанные в течение 15-25 минут древесное сыпучее сырье из камеры термомодификации (3) направляются в камеру охлаждения (5). Оставшиеся в топочном газе мелкие фракции обработанного древесного сыпучего сырья вместе с топочными газами направляются в циклон (7), где происходит их осаждение. Выходящие из циклона (7) топочные газы с температурой до 230°С направляются на первую ступень сушки (1), туда поступает влажное древесное сыпучее сырье из загрузочного бункера (8) через питатель (9) [14].

Сушка влажного древесного сыпучего сырья на первой ступени сушки осуществляется в среде отработанных топочных газов с температурой 120-130°С в сушилке кипящего слоя. Движение отработанных топочных газов и влажного древесного сыпучего сырья осуществляется в противоточном направлении. Сушилка кипящего слоя состоит из вертикальной камеры с загрузочным устройством в верхней части и с разгрузочным в нижней части, патрубка для ввода агента обработки, газораспределительной решетки. По оси камеры размещен вал с лопастями. Применение вала с лопастями способствует лучшему разрыхлению древесного сыпучего сырья и препятствует образованию пробок, что повышает качество обработки за счет увеличения площади контакта с агентом обработки. Высушенное древесное сыпучее сырье подается на вторую ступень сушки (2) [15-16].

Древесное сыпучее сырье, прошедшее термомодификацию, охлаждается до температуры 120°С в камере охлаждения (5) путем подачи из парогенератора насыщенного водяного пара при абсолютном давлении не более 1,2 атм. Водяной

пар, перегретый в результате охлаждения древесного сырья, направляется на вторую ступень сушки (2), где используется в качестве агента обработки. Это обеспечивает выравнивание влажности древесного сыпучего сырья, прошедшего первую ступень сушки. При этом принцип работы сушилки второй ступени (2) аналогично сушилке первой ступени (1). Применение в данной производственной линии частичной рекупирации агента обработки в камеры предварительной сушки (1) и (2) позволяет существенно сократить энергозатраты на осуществление данного процесса.

Рис. 1 - Линия по производству термомодифицированной измельченной

древесины

Таким образом, предложенная

энергосберегающая технология получения термически модифицированных древесных наполнителей являющихся основным сырьем для производства различных композиционных материалов, таких как древесно-стружечная плита и древесно-полимерный композиционный материал с улучшенными физико-химическими свойствами. позволяет значительно снизить гигроскопичность измельченной древесины и повысить биостойкость против древесной синевы и гнили, что в свою очередь позволяет значительно расширить сферу применения композиционных материалов. Кроме того, применение в данной установке частичной рекуперации сушильного агента в камеры предварительной сушки (1) и (2) позволяет сократить энергозатраты на осуществление всего процесса термомодификации [17].

Литература

9. Математическая модель конвективной сушки

1. Сафин Р.Р., Термомодифицирование древесины в среде топочных газов / Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Разумов Е.Ю., Оладышкина Н.А. Вестник Московского государственного университета леса -Лесной вестник. 2010. № 4. С. 95-98.

2. Перспективы развития лесопромышленного комплекса Рспублики Татарстан на базе научных разработок кафедр лесотехнического профиля КНИТУ / Сафин Р.Г., Сафин Р.Р. Деревообрабатывающая промышленность. 2012. № 3. С. 22-27.

3. Энергосберегающая установка для сушки и термической обработки древесины / Сафин Р.Р., Разумов Е.Ю., Оладышкина Н.А. Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 9. С. 542-546.

4. Новые подходы к совершенствованию вакуумно-конвективных технологий сушки древесины / Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Сафин Р.Г., Каинов П.А. Деревообрабатывающая промышленность. 2005. № 5. С. 16.

5. Исследование вакуумно-кондуктивного процесса модифицирующей термообработки древесины / Сафин Р.Р., Разумов Е.Ю., Герасимов М.К., Ахметова Д.А. Деревообрабатывающая промышленность. 2009. № 3. С. 9.

6. Математическое моделирование процесса пиролиза древесины при регулировании давления среды / Сафин Р.Р., Валеев И.А., Сафин Р.Г. Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2005. № 2. С. 168-173.

7. Экспериментальные исследования осциллирующей сушки древесины в гидрофильных жидкостях / Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Галяветдинов Н.Р., Валиев Ф.Г. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2008. Т. 51. № 12. С. 104-106.

8. Исследование изменения химического состава древесины подвергнутой термомодифицированию с помощью ИК- спектрометра / Разумов Е.Ю., Хасаншин Р.Р., Сафин Р.Р., Кайнов П.А. Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 10. С. 100-103.

коллоидных капиллярно- пористых материалов при давлении ниже атмосферного / Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Сафин Р.Г. Вестник Казанского технологического университета. 2005. № 1. С. 266.

10. Исследование вакуумно-кондуктивного термомодифицирования древесины / Сафин Р.Р. Деревообрабатывающая промышленность. 2009. № 3.

С. 24.

11. Исследование термомодифицирования древесины в среде топочных газов / Сафин Р.Р., Разумов Е.Ю. Деревообрабатывающая промышленность. 2012. № 1. С. 015-018.

12. Вакуумно-конвективное термомодифицирование древесины в среде перегретого пара / Сафин Р.Р., Сафин Р.Г., Шайхутдинова А.Р. Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 6. С. 93-99.

13. Вакумно-конвективная сушка пиломатериалов / Сафин Р.Р. монография / Р. Р. Сафин, Р. Р. Хасаншин, Е. Ю. Разумов ; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования "Казанский гос. технологический ун-т". Казань, 2009.

14. Математическая модель процесса конвективной сушки пиломатериалов в разряженной среде / Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Сафин Р.Г. Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2006. № 4. С. 64-71.

15. Повышение эксплуатационных характеристик композиционных материалов, созанных на основе термически модифицированной древесины / Хасаншин Р.Р., Сафин Р.Р., Валиев Ф.Г., Данилова Р. В. Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. № 7. С. 64-66.

16. Термодинамические характеристики взаимодействия катионов металлов с диэтиленнтриамином и его производными в водных растворах / Сафин Р.Р., Сафин Р.Г., Юнусов Л.Р., Ахметова Д.А., Амелин А.Н. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2007. Т. 50. № 11. С. 88-89.

17. Разработка новой технологии получения термодревесины / Сафин Р.Р., Белякова Е.А., Разумов Е. Ю. Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 1. С. 157-162

© Н. Р. Галяветдинов - доцент каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины, КНИТУ, nour777@mail.ru; Р. Р. Сафин -д.т.н., проф., зав. каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины, КНИТУ, cfaby@mail.ru; Р. Т. Хасаншина - магистр каф. АрД КНИТУ, olambis@rambler.ru.

© N. R. Galyavetdinov - the associate professor "Architecture and design of products from wood", KNRTU, nour777@mail.ru; R. R. Safin - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department "Architecture and design of products from wood", KNRTU, cfaby@mail.ru; R. T. Khasanshina - Post graduate student of the department "Architecture and design of products from wood" KNRTU, olambis@rambler.ru.