Материал: 4804

31

4. Исходные данные

Исходные данные для выполнения расчетов:

-порода;

-сечение пиломатериалов (толщина × ширина), для круглых лесоматериалов диаметр;

-начальная влажность W, %;

-концентрация водного раствора соли, %;

-пропиточное давление в автоклаве, МПа;

-начальное давление в древесине, МПа;

-температура окружающей среды нагревающей среды, °С.

Исходные данные для выполнения расчетов принимают по заданию преподавателя.

5. Определения продолжительности пропитки древесины автоклавным методом

го насоса или компрессора. Плотность потока жидкости в древесине под действием избыточного давления пропорциональна градиенту давления dp/dδ:

где К – коэффициент проводимости древесины, кг/(м·с·Па).

Коэффициент проводимости характеризует массу жидкости, проходящей в единицу времени через древесный образец площадью 1 м2 при градиенте давления 1 Па/м. Он зависит от породы и местоположения древесины в стволе, ее температурно–влажностного состояния, направления потока жидкости относительно волокон и свойств пропитывающей жидкости. Численные значения этого коэффициента устанавливаются экспериментально. В качестве примера можно привести эмпирическую формулу коэффициента проводимости заболонной древесины сосны поперек волокон для водных растворов солей:

32

где W – влажность древесины, %; ω – концентрация раствора, %; рж – давление жидкости, МПа.

Формула справедлива в диапазоне влажности 8–50 %, температуре раствора до 60 °С, его концентрация до 15 % при давлении 0,1–0,5 МПа.

Удельная массоёмкость является параметром, характеризующим древесину как объект пропитки. Численно она равна изменению массы пропитывающей жидкости в единице объема древесины при изменении давления на единицу и измеряется в кг/(м3·Па). Ее величина, зависящая от свойств древесины, свойств пропитывающей жидкости и давления, устанавливается экспериментально. Например, для удельной массоемкости заболонной древесины сосны при пропитке водными растворами солей, получена эмпирическая формула

где S – толщина пластины, мм;

Z – критерий глубины пропитки; рж – давление жидкости, МПа;

р– среднее давление в пропитанной зоне, МПа, которое приближенно

Критерий Z устанавливается по диаграмме, приведенной на рис. 14, в зависимости от безразмерной глубины пропитки δ/S и относительного начального давления ψ.

33

Максимально возможная глубина пропитки δmax может быть рассчитана, исходя из того, что при δmax перепад давления внутри древесины равен нулю: рж – рк – рв = 0, или с учетом уравнения для неограниченной пластины S=2R

Рис. 14. Номограмма критерия глубины пропитки Z

Пример. Сосновые пиломатериалы из заболонной древесины толщиной 80 мм и шириной, значительно превышающей толщину, влажностью 10 % пропитывают водным раствором соли, имеющим концентрацию 5 %, в автоклаве при давлении Pж= 0,5 МПа и температуре t = 20 °С. Начальное давление Ро = 0,1 МПа. Определить продолжительность пропитки, необходимую для достижения глубины пропитанной зоны 25 мм.

34

Находим коэффициент проводимости и удельную массоемкость древесины по фор-

мулам (26) и (27):

К = (3,5 +0,015 10 +0,071 5 −3,36 0,5) 10−9 = 2,33 10−9 кг/(м·с·Па);

т′= (0,219 −0,0017 10 +0,0012 20 −0,292 0,5) 10−2 = 0,8 10−3 кг/(м3·Па).

Безразмерная глубина пропитки δ/S = 25/80 = 0,31; относительное начальное давление

Продолжительность пропитки по уравнению (28):

τ = 0,75(0,08)2 10−−3 0,4 0,68 =9,0 102 с, т.е около 15 мин. 2,33 10 9 0,5

Уравнение (28) непосредственно применимо для прямоугольных сортиментов, если отношение их ширины к толщине В/S ≥ 8. При В/S < 8 для приближенного расчета можно пользоваться этим же уравнением, подставляя в не-

Во всех случаях расчеты получаются достаточно надежными только для легкопропитываемой древесины, имеющей не слишком большую влажность. Jднако оно не дает возможности производить сплошную пропитку древесины любых пород во всех случаях. Хорошо пропитывается под действием внешнего давления только древесина безъядровых лиственных пород и заболонь ядровых пород влажностью, не превышающей 50–60 %. Очень сырые сортименты и сортименты труднопропитываемых пород необходимо подсушить.

Выводы

В выводах необходимо отметить степень влияния начальной влажности и избыточного давления на глубину и продолжительность пропитки древесины.

35

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5

ДИФФУЗИОННАЯ ПРОПИТКА ДРЕВЕСИНЫ

2. Цель работы

Определение продолжительности диффузионной пропитки древесины.

2. Общие положения

Если сырая древесина погружена в раствор соли или покрыта пастой, замешанной на растворе, молекулы или ионы соли диффундируют из раствора в воду, заполняющую полости клеток. Происходит так называемая диффузионная пропитка, которая, неприменима для древесины, не содержащей (или содержащей мало) свободной воды.

Диффузия молекул или ионов пропитывающего вещества в капиллярной системе древесины протекает значительно медленнее, чем в свободном растворе, так как лишь часть ее поперечного сечения заполнена жидкостью и движущиеся частицы вынуждены преодолевать дополнительные сопротивления при прохождении через мембраны пор.

Диффузия веществ в древесину зависит от ее влажности и температуры, направления потока относительно волокон, вязкости растворителя, размера диффундирующих молекул или ионов.

3.Содержание работы

3.1.Определить величину поглощения раствора в центре пиломатериала при атмосферном давлении.

3.2.Определить величину концентрации раствора на внутренней границе заболони ядровых пород после диффузии раствора введенного в древесину под давлением.

3.3Выводы по результатам работы.