автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Энергосберегающая технология термического модифицирования пиломатериалов в среде топочных газов

На правах рукописи

Кайнов Павел Александрович

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В СРЕДЕ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ

05.21,05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 ДЕК 2012

Казань-2012

005056955

Работа выполнена п федеральном государственном бюджетном образовательном учреждений высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»).

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Сафин Руслан Рушанович;

Рыкунин Станислав Николаевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», г. Москва, заведующий кафедрой технологии лесопиления и деревообработки;

Мазуркин Петр Матвеевич

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный

технологический университет»,

г. Йошкар-Ола, заведующий кафедрой

природообустройства;

Волжско-Камский научно-исследовательский институт лесной промышленности (ВКНИИЛП), г. Казань.

Защита диссертации состоится «_20_» декабря 2012 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.080.12 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, Казань, ул. К. Маркса, д. 68.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Автореферат разослан «_19 » ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета с^е-ё^' Екатерина Игоревна Байг ильдеева

Общая характеристика работы

В современных условиях при наблюдаемой тенденции роста тарифов на энергоносители, особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий.

В тоже время в деревоперерабатывшощей промышленности наблюдается повышение интереса к энергоемкому процессу термомодифицирования древесины, что объясняется введением Еврокомиссией с начала 2004 года запрета на применение химически обработанных пиломатериалов, а также уникальными свойствами получаемой продукции, такими как низкая равновесная влажность, экологичность, повышенная биостойкость, долговечность, широкая цветовая гамма.

Актуальность исследования. На сегодняшний день технология термомодифицирования находится на стадии разработки и оптимизации, как с экономической, так и с технической точки зрения. Исследования в данной области ведутся последние 10-15 лет в таких странах, как Финляндия (технология - Thermowood®), Франция (Ratification), Америка (WEST-WOOD), Латвия (Vacuum Plus), Германия (Therinohofz). Однако современные способы термомодифицирования имеют общий существенный недостаток: высокие энергозатраты, поскольку в качестве агента обработки зачастую используется дорогостоящий водяной пар, кроме того, являющий еще и агрессивной средой для оборудования.

В то же время на стадии опытных экземпляров термокамер остается технология термической обработки в среде инертных газов. При этом в качестве среды предлагается использование азота, хотя с экономической точки зрения рациональнее было бы использование углекислого газа, который может представлять собой продукты сгорания отходов деревообработки (топочные газы), что может не только значительно сократить энергозатраты на введение процесса, но и получать тепловую энергию для технологических нужд и обогрева производственных площадей.

Поэтому актуальной представляется разработка технологии термического модифицирования древесины в среде топочных газов, позволяющей сократить энергетические затраты и получить термодревесину, отличающуюся высоким качеством и меньшей себестоимостью.

Настоящая работа выполнялась при поддержке гранта Академии наук РТ для молодых ученых № 03-37/2011 «Технология термической обработки древесины в среде топочных газов».

Степень разработанности проблемы. Проблемам исследования и разработки технологии термомодифицирования древесных материалов посвящены многие работы зарубежных ученых. Вопросам теплопереиоса в технологиях термообработки древесины, теплофизических свойств древесины, математического моделирования процессов тепло- и влагопереноса древесины посвящены работы ученого Nencho Deliiski (Bulgaria); вопросам влияния термообработки на физико-механические, химические и эксплуатационные свойства древесины - работы Danica KaCíková и FrantiSck Kaôik (Slovakia), Ladislav Dzurenda (Slovakia) и Vincent Repellin (France), занимающегося также вопросами закономерностей изменения цветового решения древесины в процессе термомодифицирования; вопросам термомодифицирования древесины - работы Andreas О. Rapp (Germany); вопросам обработки древесины в среде органических масел - работы

Anna Koski (Finland), Michael Sailer (Germany). При этом исследования, касающиеся термомодифицирования древесины в среде топочных газов, ранее не проводились.

Цель и задачи исследования состоят в разработке и исследовании энергосбе-регаюхцей технологии термического модифицирования древесины в среде топочных газов, позволяющей получать материал с улучшенными физико-механическими характеристиками и разнообразным цветовым решением при низких энергозатратах.

В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

1. Анализ научных основ и.технологий в области термического модифицирования древесины.

2. Разработка энергосберегающей технологии термомодифицирования древесины в среде топочных газов.

3. Разработка математической модели, учитывающей процессы термического модифицирования пиломатериалов и тепломассопереноса в топочных газах.

4. Исследование процессов теплопереноса в газообразной среде и её теплообмена с материалом, и теплопереноса внутри самого материала в ходе высокотемпературной обработки с целью выявления рациональных режимных параметров ведения процесса термомодифицирования в топочных газах.

5. Разработка аппаратурного оформления предлагаемого способа обработки древесины. ■...••' .

6. Промышленная апробация результатов теоретических и экспериментальных исследований и конструкторских разработок. ■ ,

Предмет и объект исследования Предметом исследования является технология термического модифицирования древесины в среде топочных газов. Объектом исследования являются древесина сосны, березы, дуба и их физико-механические и цветовые характеристики, изменяющиеся в ходе термообработки.,

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются теоретические и экспериментальные данные по механизму процесса теплопереноса в газообразной среде и её теплообмена с материалом и теплопереноса внутри самого материала в ходе высокотемпературной обработки. Для достижения поставленной цели в работе использованы методы математического и физического моделирования. Теоретической базой исследований являлись работы ученых по вопросам сушки и термомодифицирования коллоидных материалов с капиллярно-пористой структурой, влияния'высокотемпературной обработки на свойства пиломатериалов, а также исследования физико-механических свойств древесины. Эмпирическую основу составляли исследования физических и механических свойств объекта обработки, таких как: температура и плотность, ударная твердость, предел прочности, биостойкость. : •.:-'••'■

Научные результаты, выноснмые на защиту. В процессе выполнения работы лично соискателем.получены следующие научные результаты:

1. Энергосберегающая технология термического модифицирования древесины в среде топочных газов, нЬ имеющая аналогов. .

2. Математическая модель исследуемого процесса, позволяющая определить продолжительность стадий нагрева, термообработки и охлаждения термодревесины. ,.•

3. Рациональные, режимные параметры ведения процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов, полученные по результатам математического моделирования и экспериментальных исследований процессов термообработки.

4. Результаты опытно-промышленной апробации результатов теоретических и экспериментальных исследований и конструкторских разработок.

Научная новизна результатов рпботы. Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на обработку древесины термомодифицированием в топочных газах:

1. Впервые исследован процесс термомодифицирования древесины в среде топочных газов. Разработана энергосберегающая технология термического модифицирования древесины в топочных газах.

2. Разработаны математическая модель и алгоритм расчета процессов термического модифицирования древесины в среде топочных газов, позволяющие определить продолжительность стадий прогрева, термомодифицирования древесины и охлаждения готового продукта, а также выявить рациональные режимные параметры исследуемого процесса. Определены рациональные технологические параметры процесса.

3. Впервые экспериментально определены теплофизические свойства термомо-дифицированной древесины.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость представленной работы заключается в разработке математической модели, которая позволяет определить режимные параметры исследуемого процесса термомодифицирования древесины в топочных газах, устанавливать физические характеристики объекта исследования и влияние отдельных факторов на процессы термообработки; теоретическая значимость работы также заключается в определении теплофизических свойств термодревесины.

Практическая значимость работы полученная в результате комплексного исследования технологических процессов термического модифицирования древесины в среде топочных газов:

- разработан экспериментальный стенд и методика проведения экспериментов, которые позволяют определить температуру и плотность древесины при термической модификации в среде топочных газов;

- разработаны рациональные технологические режимы ведения процесса термического модифицирования древесины в топочных газах;

- разработана и внедрена в производство пилотная установка для термомодифицирования пиломатериалов в топочных газах; снижение энергозатрат на ведение процесса термического модифицирования до 70% обеспечивается использованием в качестве агента обработки продуктов сгорания отходов деревообработки; новизна подтверждена патентом РФ;

- разработан и внедряется в производство энергосберегающий комплекс для термомодифицирования древесины в топочных газах с возможностью досушки влажного пиломатериала, объемом загрузки 15 м3;

- разработаны новые конструкции оборудования для предварительной сушки пиломатериалов перед процессом термомодифицирования.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности, Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. I «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)», п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» и п. 4 «Разработка one-

рационных технологий и процессов в производствах: лесопильном, мебельном, фанерном, древесных плит, строительных деталей и при защитной обработке, сушке и тепловой обработке древесины» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались на научных сессиях по технологическим процессам ФГБОУ ВПО «КНИТУ» (Казань, 2009-12 г), на Молодежной научной конференции по естественным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2010 г), на 1У-ой Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2011» (Москва, 20Пг), на Пятой Российской научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2011 г), на Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Наноинжене-рия» (Казань, 2011 г), на международных конференциях «ММТТ-24» (Саратов, 2011 г), «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (Санкт-Петербург, 2011 г), «Ресурсосбережение в химической технологии» (Санкт-Петербург, 2012 г), «ММТТ-25» (Волгоград, 2012 г), на У1-ой Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2012 г).

Разработана и внедрена в производство в ООО «НПГ1 «ТермоДревПром» пилотная установка для термического модифицирования пиломатериалов в среде топочных газов, объемом загрузки 1,5 м3 пиломатериалов (Патент РФ № 2422266 «Способ термообработки древесины»). ■ " '

Разработана и принята к внедрению предприятием ООО «Промекс» (г.Минск) промышленная камера термической обработки, объемом загрузки 15 м3 (Патент РФ № 2437043 «Способ и устройство сушки и термической обработки древесины»).

Технология термической модификации древесины удостоена серебряной медали на X Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2010 г.

Материалы диссертации применяются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторного практикума по дисциплине «Гидротермическая обработка и консервирование древесины» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 250400 «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств».

Личное участие автора состоит в выборе темы и разработке основных идей диссертации, а также в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора изготовлены экспериментальные стенды для исследования процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов, выполнены эксперименты и проведены промышленные испытания. Автором была разработана и смонтирована пилотная установка для термомодифицирования пиломатериалов в топочной среде. Автор разработал способ термической обработки древесины (Пат. № 2422266) и аппаратурное оформление, необходимое для его осуществления (Пат № 2437043). Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве статей.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК. и 6 патентов РФ. В работах, опублико-

ванных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит [1, 4, 5] - разработка конструкций промышленных аппаратов; [7, 8, 9, 14, 15, 19, 21] - создание экспериментальной установки, получение и обработка экспериментальных данных; [2, 3, 6, 10, 11, 12, 16, 17, 20] - разработка технологии термомодифицирования древесины в среде топочных газов; [13, 16, 18, 22] - обоснование экономической эффективности аппаратурного решения технологического процесса.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

На всех этапах работы в качестве научного консультанта принимал участие кандидат технических наук, доцент Разумов ЕЛО.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель исследований, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса разработки технологии термомодифицирования древесины, в результате которого можно сделать вывод о том, что на сегодняшний день термообработка древесины является перспективным способом получения уникального материала, отличающегося естественностью, экологичностыо, пониженной равновесной влажностью, формо- и биоустойчивосгьго, а также широкой палитрой оттенков - от светло-желтого до черного. Общей характеристикой известных способов термомодифицирования древесины можно назвать температурный диапазон термообработки от 180 до 240 °С, что объясняется физико-химическими процессами, протекающими в древесине при данной температуре, способствующими изменению цвета материала и его физико-механических характеристик. К принципиальным отличиям можно отнести время от 16-180 часов и среду обработки: в защитной атмосфере водяного пара (Termowood, PLATO-Wood, WEST-WOOD), в вакууме (Vacuum PLUS), в защитной атмосфере инертного газа - азота (Replication), в среде органических масел (Thermoholz).

Во второй главе приведен подробный анализ процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газон. Приняты основные допущения, на их основе была разработана математическая модель термомодифицирования древесины в топочных газах, представлен алгоритм се расчета.

Процесс термического модифицирования древесины в топочных гадах условно можно представить как совокупность процессов досушки, повышения температуры до заданного значения обработки, термического модифицирования и охлаждения материала. Физическую картину исследуемого процесса можно представить в виде модели, изображенной на рис. 1.

Рассматривая одномерную симметричную задачу, для описания изменения во времени полей температур и концентраций древесины воспользуемся уравнениями, представленными в следующей форме

Содержание работы

Фм

дх

Рис. 1. Физическая картина термомодифицирования древесины в среде топочных газов: 1 - камера термомодифицирования материала; 2 - пиломатериал; 3 - вентилятор; 4 - теплообменник, 5 - топка; 6 - теплопотребляющее устройство; 7 - насос; 8 - парогенератор.

Начальные условия, характеризующие начало всего процесса Тм(0;х) = const,

(3)

(4)

рм(0;х) = сопз1.

Граничное условие для решения дифференциального уравнения (1) может быть представлено в следующем виде

'"М

"(Т-Тм| )-q.K.pM=-XM

Эх

х=0

(5)

Для определения производительности топки найдем объем образующихся влажных топочных газов, который определяется из уравнения материального баланса сжигания древесины

V™ =0,161 + 0,005\¥р -0,0074Ар +4,818а'-0,0472а'\Ур -0,0472а'Ар .

Рабочая теплотворная способность древесины

Р о 100~(АР+>УР) н н 100 Предельная температура дымовых газов в топке

Ор

-р' ___Ун

(1 + сх'-Ув03) ■ стг Температура топочных газов после теплообменника

(б) (7)

Т.

^тепл * Ртг *^тг 'Ттг

k* -At F 1Хтепл °1тепл гтепл

Q теп л 'Ртг *стг

(8)

(9)

Составим материальный баланс для всей среды, находящейся в камере термообработки

dmcp =dmB03 +dmTr +dmnrc.

(10)

где изменение массы среды в камере зависит от изменения содержания массы воздуха, имевшегося в камере в начальный момент времени, массы гоночных газов, поступающих в аппарат из топки и удаляемых из аппарата, массы парогазовой смеси, поступающей в аппарат из материала в процессе разложения его компонентов, и удаляемых из аппарата.

Изменение массы топочных газов и парогазовой смеси, поступающих в аппарат, характеризуется соответственно производительностью топки и потоком парогазовой смеси из материала, а также производительностью системы удаления газа из аппарата

Й — " '' 1 (11)

dx

ртг(Отоп yTrGcr),

Фп

"св ^ """Jnrc'.M Упгс^с.гРпгс >

Фв

dx

Увоз^с.гРв

(12)

(13)

После преобразований получаем уравнения, характеризующие изменение парциального давления топочных газов, парогазовой смеси и воздуха в аппарате за единицу времени

ЙРт1______д

' топ

dT

Ртг V.

топ Утг^с.г)"^ "

dT

Фл

dx

св

FM-R-T-jn

VCB ' Ц пге

Фвоз

dx

"=Ра

V

VCB

1 dT yB03Gcr Т ' dx V„„

dx

i il т ' dx

(14)

(15)

(16)

Для движущейся парогазовой среды дифференциальные уравнения переноса энергии и массы в прямоугольных координатах принимают вид

ЭТ а д(у/¿т) _ [д ■ К • рм - <х(т - ТП08 м)]■

Зх

se

:ц.ср ' Рср

(17)

Граничное условие для решения дифференциального уравнения (17) для случая обработки в среде топочных газов

dT dx

ы о

Т-Сср ' Рср (G вен -°с.г)+Ттг 'стг "Отоп 'Рт сср " Рср ' ^св

(18)

Начальное условие для решения уравнения (17) можно представить в виде

Т(0;О = Т0. (19)

После завершения процесса термического модифицирования древесины, с целью предотвращения возможного самовозгорания готового продукта, начинается стадия его охлаждения. Понижение температуры продукта осуществляется непосредственно в камере термомомодифирования путем подачи водяного пара из парогенератора. Расход пара, поступающего истечением в большой объём под высоким давлением, можно определить из формулы Сен-Венана-Венцеля. Откуда получаем количество пара, поступающего в камеру, за бесконечно малый промежуток времени

(1тп

= Н -

я-а2 2к' к' + 1

Рпг * ^п

2_ кЧ1

т-Т-{т'

1 пг J \ 1 иг

(|Т •

(20)

На основе теплового баланса получаем дифференциальное уравнение изменения температуры паровой среды в камере «(тм.поз -Т)-Р-ск-сп

ёТ = -

"П.В 'Тп.В "^тп.в °п'^'с'твых

(21)

РпСп^св

Для определения продолжительности стадии охлаждения термодревесины до заданного значения производится расчет процесса теплоперепоса внутри материала с помощью дифференциального уравнения Фурье

ЗТМ

з2т\

Зг

йс"

граничным условием для решения которого в этом случае является выражение

ЭТМ

ОХ

х=0

(22)

(23)

Дифференциальные уравнения математической модели решались методом сеток с помощью неявной разностной схемы с применением алгоритма прогонки. Определение прогоночных коэффициентов осуществлялось с применением метода простой итерации с заданием точности решения.

В третьей главе приведено описание экспериментальной установки; представлены объекты исследования, а также методики и результаты исследований свойств модифицированных образцов; результаты математического и физического моделирования исследуемого процесса термомодифицирования древесины в среде топочных газов при различных режимах обработки; установлена адекватность разработанной модели реальному процессу; определены рациональные режимные параметры.

При моделировании теплоперепоса внутри древесины в процессе термической модификации во второй главе было предложено использовать дифференциальное уравнение переноса энергии с внутренним источником тепла, для решения которого требуется знание теплопроводных характеристик исследуемого объекта. Однако анализ литературы, проведенный в первой главе, показал, что практически неизученными остаются теплофизические свойства термомодифицированной древесины. В связи с чем, была разработана экспериментальная установка, с помощью которой были определены зависимости коэффициентов, теплопроводности и температуропроводности исследуемого материала от температуры его обработки (рис. 2).

Вт/(«-К)

б)

Рис. 2. Зависимости теплопроводности (а) и температуропроводности (б) от температуры обработки древесины. , ,

Приведенные данные (рис. 2) позволяют сделать вывод о том, что термомодифицирование оказывает прямое влияние на изменение теплофизических свойств древесины: чем выше температура обработки, тем интенсивнее снижение коэффициента теплопроводности материала, что объясняется уменьшением плотности материала (рис 3) В результате чего, для удобства использования в математических расчетах получены математические выражения теплопроводности и температуропроводности термодреве-сииы сосны в зависимости от ее текущей плотности:

^■м(сосна) = 6Е - 0,6 • р1 - 0,0043 • рм + 0,816,

ам(сосна)

Рис. 3. Кинетические кривые изменения плотности древесины в процессе термомодифицирования.

В процессе экспериментальных исследований и теоретических расчетов было получено рациональное время прогрева сухой древесины до требуемой температурь! термической обработки (рис. 4). ■ ,

Как отмечалось выше, завершающим этапом процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов является охлаждение. Данный этап позволяет существенно снизить напряжения, возникшие в пиломатериале в процессе обработки, а также исключить возможное самовозгорание древесины в процессе разгерметизации камеры (напуска воздуха). Па рис. 5 представлены зависимости продолжительности стадии охлаждения ютового продукта от породы и толщины пиломатериала ^

Б. мм

Рис. 4. Время прогрева пиломатериала до требуемой температуры обработки в зависимости от породы, 8=50мм.

Рис. 5. Время охлаждения пиломатериала в зависимости от толщины и породы древесины при температуре обработки 493К.

В четвертой главе на основе результатов экспериментальных исследований и математического моделирования процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов была разработана пилотная установка объемом загрузки 1,5 м (рис. 6), внедренная в ООО «НГ1П «ТермоДревПром». Новизна используемого способа по термическому модифицированию древесины в данной пилотной установке подтверждена патентом РФ № 2422266 «Способ термообработки древесины».

Рис. 6. Общий вид и схема пилотной установки по термомодифицироааншо древесины: 1 - обечайка; 2 - крышка; 4 - бак о водой; 5 - пиломатериал; 6, 8 - экраны; 7 - вентилятор; 9 - нагнетающий вентилятор; 10 - теплообменник; 11 - топка; 12 - выхлопная труба.

Результаты опытно-промышленных испытаний данной камеры представлены на рис. 7, где изображены диаграммы расхода топлива на процесс термомодифицирования древесины сосны в зависимости от степени термомодифицирования. Сплошной линией представлены результаты расхода топлива в летнее время, а штриховой - в зимний период.

В ходе дополнительных исследований было выявлено влияние технологических режимов термомодифицирования древесины на её биостойкость (рис. 8).

Из представленных графиков видно, что хотя механические характеристики термодревесины с увеличением температуры и продолжительности обработки по сравнению с натуральной древесины и снижаются, но при этом существенно возрастает биостойкость материала; Более того, механические характеристики термодревесины после годовой выдержки во влажном грунте становятся выше, чем у аналогично выдержанной натуральной древесины, поскольку прочность натуральной древесины падает почти вдвое, а прочность термодревесины практически не изменяется.

Повышение биостойкости гер-момодифицированпой древесины кроме происходящих в древесине химических изменений может объясняться и физическими изменениями. Так, факт того, что водопоглощение термодревесины намного меньше, а водоотдача быстрее, чем у натуральной древесины, способствует тому, что продолжительность нахождения в наиболее опасной с позиции развития дереворазрушающих грибов вдаж постной зоне 30-70% у термодревесины намного меньше, поэтому дереворазру-шающие грибы в термодревесине находятся в неблагоприятных условиях (рис. 9). Таким образом, наиболее рациональной сферой использования древесины, тер м о м од и ф и ци р о в ан но й в среде топочных газов, являются условия эксплуатации с повышенной влажностью, например при отделке при-бйссейнных территорий, саун, бань.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Рис. 7. Расход топлива на процесс термомодифицирования древесины.

Рис. 8. Изменение прочности при сжатии образцов сосны в зависимости от

, темпера туры обработки: I - контрольный; 2 - Т.,„., 453К;

3 - Т - =

473К; 4 - То6р = 493К.

Рис. 9. Интенсивность изменения влажности древесины в процессе ее увлажнения в течении 144 часов и последующей сушки.

В-результате олытномфомышлениых апробаций пилотной установки была выявлена целесообразность широкого промышленного использования способа термомоди-фицирдания древесины в среде гоночных газов. В связи с чем, была разработана й создается промышленная камера термической обработки, объемом загрузки 15 м', представленная на рис, 10. Новизна технических и технологических решений, заложенных при проектировании промышленной камеры подтверждена патентом РФ № 2437043 «Способ и устройство сушки и термической обработки древесины».

Кроме того, представлены разработанные конструкции аппаратов предварительной сушки древесины перед ее термомодифицированием, обеспечивающие снижение энергозатрат и повышение качества сушки, новизна которых подтверждена четырьмя патентами РФ на изобретение.

Рис. 10. Общий вид и схема промышленной камеры термомодифицирования древесины.

В приложении к работе даются программа расчета процесса на ЭВМ, результаты статистической обработки полученных данных и акты внедрений, подтверждающие практическое использование основных результатов работы предприятиями.

Основные результаты и выводы

1. Проведен анализ современного состояния процесса термического модифи-цироваиия древесины.

2. Разработан новый способ термомодифицирования древесины в среде топочных газов.

3. На основе физической картины процесса и принятых допущений создана математическая модель процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов. Получены зависимости, описывающие кинетику и динамик)' исследуемого процесса, позволяющие оценить влияние режимных параметров и свойств пиломатериалов на различные стадии термомодифицирования.

4. С целью изучения кинетики процесса термомодифицирования был разработан и изготовлен экспериментальный стенд и проведены экспериментальные исследования при различных температурах среды и продолжительностях обработки. Установлены рациональная продолжительность стадии нагрева до заданной температуры обработки в зависимости от породы древесины, выявлен требуемый расход топлива на проведение процесса.

5. Впервые экспериментально определены теплофизические свойства термодревесины в зависимости от ее текущей плотности.

6. В результате математического моделирования и экспериментальных исследований предложены рекомендации по режимным параметрам исследуемого процесса. Результаты проведенных исследований использованы при проектировании и разработке промышленных установок, одна из которых внедрена на производственной базе ООО «НГ1П «ТермоДревПром» с экономическим эффектом в размере более 1,5 млн. руб. в год, вторая находится на стадии опытно-промышленных испытаний на ООО «Промекс» (г.Минск). Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработанной установки составит 13,2 млн. руб.

7. Разработаны аппараты предварительной сушки пиломатериалов перед процессом термомодифицирования, обеспечивающие снижение энергозатрат и повышение качества сушки.

Основные обозначения: Т - температура, К; Q - объемная производительность м3/с ]• - площадь поверхности, м'; U - влагосодержание материала, кг/кг; m - масса кг со - скорость потока, м/с; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг . К); р - плотность, кг/м3' т - текущее время, с; к - коэффициент теплопроводности, Дмс/(м • с • К); q - удельная теплота химической реакции, Дж/кг; К - коэффициент теплопередачи, Дж/(м2 • с • К)- а - коэффициент теплоотдачи, Дж/(м2 - с ■ К); V - объем, м3; а' - коэффициент избытка воздуха;

- Рабочая влажность, кг/кг; А - зольность, кг/кг; G - массовый расход, кг/с; у - массовая доля компонента, кг; Р - давление, Па; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль • К); j - поток массы, кг/(м ■ с); р- молекулярная масса, кг/кмоль; р' - коэффициент расхода' к' - показатель адиабаты; At - температурный напор, К; а - коэффициент температуропроводности, м /с; L - степень термомодифицирования; х, у, £ - координаты, м.

Индексы: м - материал: тепл - теплообменник; пар - парогенератор; топ - топка-г - газ; п - пар; тг - топочные газы; воз - воздух; ер - среда; пгс - парогазовая смесы с.г. - система удаления газа; св - свободный объем камеры; вен - вентилятор; п.в - количество пара; 0 - начальный.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Каинов, П. А. Тепломассоперенос внутри древесины в процессе ее термического модифицирования / П.А. Каинов, E.IO. Разумов, P.a. Данилова [Текст] И Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2011. - №. 14. - №20. - С. 137-142

2. Сафин, P.P. Исследование изменения химического состава древесины подвергнутой термомодифицированию, с помощью ИК-спектромстра / P.P. Сафин, Г1.А. Кайнов Е 10 Разумов X»PioX-cToo'lMeKCTl " BeCTWIK Каза11ского техиологаческого университета Казань. - 2010, -

3. Кайпов, П.А. Исследование бисстойкости термомодифицированной древесины в условиях воздействия дереворазрушаюших грибов / П.А. КаГшов, P.P. Хасаншин, С В Ахмадиева Цекст] // Вестник Казанского технологического университета. Казань, - 2012. -№Т.15 - С 233-

р р г- . 4' urT'' № I372569 1>Ф' МПК F 26 В 5/04' №> сушки древесины / Сафин

г л ., Сафин ] А Каинов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НТЦ РПО»' опубл 10 11 2009

Р Р г , 5 р г3',6,"1'№ 2t2f66 РФ' МПК В 27 К 5/0°' СП0С°6 ^Р^обработки древесины / Сафнн РПО»опубГ27 06 2У0ПВ Тимер6аев Ы Ф" КаП,10в П Л' и naTeiггообладатель ООО «НТЦ

6 Патент № 2425305 РФ, МПК F 26 В 5/04. Способ сушки и термической обработки

S^pSÄrÄiSÄr-0ладышк,ша Н'А"Кашюв пл" лр'; —ь

рр г , 7- ,> гаТ- № 2,ff306 МПК F 26 В 5/04' Устан°«» дая сушки древесины / Сафш, 1 А ., Сафин P.I Каинов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НТЦ РПО» опубп 27 07 2011

_ 8.1 (агент № 2437043 РФ, МПК F 26 В 9/06. Способ и устройство сушки и термической оораоотки древесины / Сафин P.P., Сафнн Р.Г., Кайпов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НИИ «IермоДревЛром»; опубл. 20.12.2.011.

9- Патент № 2453425 РФ. МПК В 27 К 3/02. Способ термической обработки древесины / 200б"о12 1ШИ" Кай,|0в Пл- " ЛР-; патентообладатель ГОУ ВПО КГТУ; опубл.

10. Кайнов, П.А. Тешюмаесонсрепос внутри пиломатериала в процессе его термической модификации / П.А. Каинов [Текст] // Деревообрабатывающая пром-сгЕ,~2012.-№ 1 - С 7-9

11. Каинов II.A. Матема!нческая модель термомоднфшшроваиня древесины втопочных laiax , II.Л Каинов | Ickci | и Деревообрабатывающая нром-егь. -2012. -№2. - С 7-10

12. Кайнов, П.А. Исследование процессов удаления запаха из термодревесины / П.А. Кайнов, P.P. Хасаншин, Р.В. Данилова [Текст] // ММТТ-24: Международ, науч. конф.- Саратов, 2011.-С. 147-149.

13. Хасаншин, P.P. Вакуумно-осциллирующая обработка термодревесины / Р.Р..Хасан-шин, П.А. Кайнов, Р.В. Данилова [Текст] // Вакуумная техника и технология: Матер. V Рос. науч.-техн! конф./КГТУ.-Казань 2011.-С. 83-84.

14. Кайнов, П.А. Массопроводные характеристики древесины применительно к процессам вакуумной сушки / П.А. Кайнов, P.P. Хасаншин, Е.Ю. Разумов, A.A. Семенова [Текст] // Вакуумная техника и технология: Матер. V рос. науч.-техн. конф. / КГТУ,- Казань 2011. - С. 35-37.

15. Мухаметзянов, Ш.Р. Использование тепловых насосов при вакуум-осциллирующей сушке древесины / Ш.Р; Мухаметзянов, П.А. Кайнов, Э.И. Валиева [Текст] // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Труды Междупарод науч.-техн. конф, / СПбГЛТУ. - Санкт-Петербург, 2011. - С. 197-200.

16. Кайнов, П.А. Разработка новой технологии получения термически модифицированной древесины / П.А. Кайнов, Е.Ю. Разумов, P.P. Хасаншин [Текст] // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Труды Международ, науч.-техн. конф. / СПбГЛТУ. - Санкт-Петербург, 2011. - С. 217-220.

17. Сафин, P.P. Исследование влияния темпа иагревания пиломатериалов на однородность свойств термомодифицированной древесины по толщине / P.P. Сафин, П.А. Кайнов, Е.Ю. Разумов, P.P. Хасаншин [Текст] // Научному прогресс - творчество молодых: Сборник молодежной науч. конф./МарГТУ.-Йошкар-Ола,2010.-С. 101-102. .....

18. Кайнов, П.А. Модификация наноструктуры древесины с целью создания новых композиционных материалов / П.А. Кайнов, P.P. Сафин, P.P. Хасаншин, Ф.Г. Валиев [Текст] // Нано-инженерия: Сборник трудов Всероссийской школы-семинара аспиратнов и молод, ученых. / КНИ-ТУ.-Казань,-2011.-С. 120-123.

19. Кайнов, П.А. Исследование явлений тепломассопереноса внутри древесины в про' цессе термомодифиц'ирования / П.А. Кайнов, P.P. Хасаншин,"P.P. Сафин, А.Р. Зиятдинова [Текст] //

ММТТ-25: Сборник трудов XXV Международ, науч. конф. - Волгоград. - 2012. - С. 49-50.

20. Кайнов П.А. Математическое описание процессов тспломассопереноса внутри древесины при ее термомодифицировании / П.А. Кайнов, Е.Ю.'Разумов [Текст] // Материалы научной сессии. / КГТУ. - Казань. - 2009. - С. 290.

21. Хасаншин, P.P. Исследование снижения массы древесины в процессе термического модифицирования / р.р' Хасаншин, П.А. Кайнов, Ф.Г. Валиев [Текст] // Актуальные зопросы современной техники и технологии: Сборник докладов VI Международ, науч. конф. - Липецк. -'2012.-С. 145-146.

22. Кайнов П.А. Интенсификация стадии охлаждения термомодифицирования древесины I П.А. Кайнов, Е.Ю. Разумов [Текст] // Ресурсосбережение в химической технологии: Сборник трудов Международ, науч. конф. / СП6ГТИ(ТУ). - Санкт-Петербург. - 2012. - С. 121-123.

Соискатель П.А. Кайнов

Заказ ?Ji5_i___Тираж /СС .экз.

Офсетная лаборатория КНИТУ, 420015, Казань, К.Маркса, 68

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

ДРЕВЕСИНЫ.

1.1. Анализ способов и аппаратурного оформления термического модифицирования древесины.

1.2. Химизм процесса термического модифицирования древесины.

1.3. Тепловые характеристики древесины.

1.4. Современное состояние техники и технологии процесса горения древесины.

Выводы.

Глава II. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В СРЕДЕ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ.

2.1. Физическая картина процесса.

2.2. Формализация процесса.

2.3. Математическое описание процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов.

2.3.1. Тепломассоперенос в условиях внутренней задачи.

2.3.2. Внешняя задача тепломассопереноса в процессе термической обработки древесины в среде топочных газов.

2.3.3. Математическое описание стадии охлаждения термомодифицированной древесины водяным паром.

2.4. Алгоритм расчета процесса термомодифицирования древесины в среде топочных газов.

Выводы.

Глава III. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В СРЕДЕ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ.

3.1. Описание экспериментальной установки.

3.2. Экспериментальные исследования теплофизических свойств термомодифицированной древесины.

3.2.1. Определение плотности термомодифицированной древесины.

3.2.2. Определение теплоемкости термомодифицированной древесины.

3.2.3. Определение теплопроводности термомодифицированной древесины.

3.2.4. Определение температуропроводности термомодифицированной древесины.

3.3. Математическое моделирование и экспериментальное исследование процесса термомодифицирования древесины в среде топочных газов.

3.3.1. Анализ результатов физического и математического моделирования процесса получения топочного газа.

3.3.2. Моделирование процесса термомодифицирования древесины в среде топочных газов.

Выводы.

Глава IV. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В СРЕДЕ

ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ.

4.1. Пилотная установка по термическому модифицированию древесины в среде топочных газов.

4.2. Результаты испытаний пилотной установки по термическому модифицированию древесины.

4.3. Результаты испытаний древесины, подвергнутой термомодифицированию в среде топочных газов.

4.4. Исследование термомодифицированной древесины на биостойкость.

4.5. Промышленная установка по термическому модифицированию древесины в среде топочных газов.

4.6. Технико-экономический анализ эффективности технологии термомодифицирования древесины в среде топочных газов.

4.7. Усовершенствование технологий и оборудования на базе исследований по предварительной сушке древесины.

Выводы.

В современных условиях при наблюдаемой тенденции роста тарифов на энергоносители, особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий.

В тоже время в деревоперерабатывающей промышленности наблюдается повышение интереса к энергоемкому процессу термомодифицирования древесины, что объясняется введением Еврокомиссией с начала 2004 года запрета на применение химически обработанных пиломатериалов, а также уникальными свойствами получаемой продукции, такими как низкая равновесная влажность, экологичность, повышенная биостойкость, долговечность, широкая цветовая гамма.

Актуальность исследования. На сегодняшний день технология термомодифицирования находится на стадии разработки и оптимизации, как с экономической, так и с технической точки зрения. Исследования в данной области ведутся последние 10-15 лет в таких странах, как Финляндия (технология - Thermowood®), Франция (Ratification), Америка (WESTWOOD), Латвия (Vacuum Plus), Германия (Thermoholz). Однако современные способы термомодифицирования имеет общий существенный недостаток: высокие энергозатраты, поскольку в качестве агента обработки зачастую используется дорогостоящий водяной пар, кроме того являющий еще и агрессивной средой для оборудования.

В то же время на стадии опытных экземпляров термокамер остается технология термической обработки в среде инертных газов. При этом в качестве среды предлагается использование азота, хотя с экономической точки зрения рациональнее было бы использование углекислого газа, который может представлять собой продукты сгорания отходов деревообработки (топочные газы), что может не только значительно сократить энергозатраты на введение процесса, но и получать тепловую энергию для технологических нужд и обогрева производственных площадей.

Поэтому актуальной представляется разработка технологии термического модифицирования древесины в среде топочных газов, позволяющей сократить энергетические затраты и получить термодревесину, отличающуюся высоким качеством и меньшей себестоимостью.

Настоящая работа выполнялась при поддержке гранта Академии наук РТ для молодых ученых № 03-37/2011 «Технология термической обработки древесины в среде топочных газов».

Степень разработанности проблемы. Проблемам исследования и разработки технологии термомодифицирования древесных материалов посвящены многие работы зарубежных ученых. Вопросам теплопереноса в технологиях термообработки древесины, теплофизических свойств древесины, математического моделирования процессов тепло- и влагопереноса древесины посвящены работы ученого Nencho Deliiski (Bulgaria); вопросам влияния термообработки на физико-механические, химические и эксплуатационные свойства древесины - работы Danica Kacíková и Frantisek Kacík (Slovakia), Ladislav Dzurenda (Slovakia) и Vincent Repellin (France), занимающегося также вопросами закономерностей изменения цветового решения древесины в процессе термомодифицирования; вопросам термомодифицирования древесины -работы Andreas О. Rapp (Germany); вопросам обработки древесины в среде органических масел - работы Anna Koski (Finland), Michael Sailer (Germany). Ранее исследования, касающиеся термомодифицирования древесины в среде топочных газов, не проводились.

Цель и задачи исследования состоят в разработке и изучении энергосберегающей технологии термического модифицирования древесины в среде топочных газов, позволяющей получать материал с улучшенными физико-механическими характеристиками и разнообразным цветовым решением при низких энергозатратах.

В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

1. Анализ научных основ и технологий в области термического модифицирования древесины.

2. Разработка энергосберегающей технологии термомодифицирования древесного материала в среде топочных газов.

3. Разработка математической модели, учитывающей процессы термического модифицирования древесины и тепломассопереноса в топочных газах.

4. Исследование процессов теплопереноса в газообразной среде и её теплообмена с материалом, и теплопереноса внутри самого материала в ходе высокотемпературной обработки с целью выявления рациональных режимных параметров ведения процесса термомодифицирования в топочных газах.

5. Разработка аппаратурного оформления предлагаемого способа обработки древесины.

6. Промышленная апробация результатов теоретических и экспериментальных исследований и конструкторских разработок.

Предмет и объект исследования Предметом исследования является технология термического модифицирования древесины в среде топочных газов. Объектом исследования являются древесина сосны, березы, дуба и их физико-механические и цветовые характеристики, изменяющиеся в ходе термообработки.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Методологической базой исследования являются теоретические и экспериментальные данные по механизму процесса теплопереноса в газообразной среде и её теплообмена с материалом и теплопереноса внутри самого материала в ходе высокотемпературной обработки. Для поставленной цели в работе использованы методы математического и физического моделирования. Теоретической базой исследований являлись работы ученых по вопросам сушки и термомодифицирования коллоидных материалов с капиллярно-пористой структурой, влияния высокотемпературной обработки на свойства пиломатериалов, а также исследования физико-механических свойств древесины.

Эмпирическую основу составляли исследования физических и механических свойств объекта обработки, таких как: температура и плотность, ударная твердость, предел прочности при статическом изгибе и сжатии вдоль волокон, биостойкость.

Научные результаты, выносимые на защиту. В процессе выполнения работы лично соискателем получены следующие научные результаты.

1. Энергосберегающая технология термического модифицирования древесины в среде топочных газов, не имеющая аналогов.

2. Математическая модель исследуемого процесса, позволяющая определить продолжительность стадий нагрева, термообработки и охлаждения термо древесины.

3. Рациональные режимные параметры ведения процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов, полученные по результатам математического моделирования и экспериментальных исследований процессов термообработки.

4. Результаты опытно-промышленной апробации результатов теоретических и экспериментальных исследований и конструкторских разработок.

Научная новизна результатов работы. Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на обработку древесины термомодифицированием в топочных газах:

1. Впервые исследован процесс термомодифицирования древесины в среде топочных газов. Разработана энергосберегающая технология термического модифицирования древесины в топочных газов, определены технологические параметры процесса.

2. Разработаны математическая модель и алгоритм расчета процессов термического модифицирования древесины в среде топочных газов, позволяющие определить продолжительность стадий прогрева, термомодифицирования древесины и охлаждения готового продукта, а также выявить рациональные режимные параметры исследуемого процесса.

3. Впервые экспериментально определены теплофизические свойства термомодифицированной древесины.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость представленной работы заключается в разработке математической модели, которая позволяет определить режимные параметры исследуемого процесса термомодифицирования древесины в топочных газах; устанавливать физические характеристики объекта исследования и влияние отдельных факторов на процессы термообработки.

Практическая значимость работы в результате комплексного исследования технологических процессов термического модифицирования древесины в среде топочных газов:

- разработан экспериментальный стенд и методика проведения экспериментов, которые позволяют определить теплофизические характеристики и обеспечить комплексное исследование температуры, плотности при термической модификации древесины в среде топочных газов;

- разработан энергосберегающий комплекс для термомодифицирования древесины в топочных газах с возможностью досушки влажного пиломатериала; снижение энергозатрат на ведение процесса термического модифицирования до 70% обеспечивается использованием в качестве агента обработки продуктов сгорания отходов деревообработки; новизна подтверждена патентом РФ;

- разработаны рациональные технологические режимы ведения процесса термического модифицирования древесины в топочных газах;

- разработаны рекомендации по выбору наиболее рациональной технологии термомодифицировании древесины;

- разработаны и внедрены в производство новые конструкции оборудования и технологические рекомендации, направленные на получение качественного древесного материала.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1 «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)», п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты обработки с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» и п. 4 «Разработка операционных технологий и процессов в производствах: лесопильном, мебельном, фанерном, древесных плит, строительных деталей и при защитной обработке, сушке и тепловой обработке древесины» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертации докладывались на научных сессиях по технологическим процессам ФГБОУ ВПО «КНИТУ» (Казань, 2009-12 г), на Молодежной научной конференции по естественным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2010 г), на 1У-ой Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2011» (Москва, 2011 г), на Пятой Российской научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2011 г), на Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Наноинженерия» (Казань, 2011 г), и на международных конференциях «ММТТ-24» (Саратов, 2011 г), «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (Санкт-Петербург, 2011 г), «Ресурсосбережение в химической технологии» (Санкт-Петербург, 2012 г), «ММТТ-25» (Волгоград, 2012 г), на У1-ой Международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2012 г).

Разработана и внедрена в производство в ООО «НПП «ТермоДревПром» пилотная установка для термического модифицирования л древесины в среде топочных газов с объемом загрузки 1,5 м пиломатериалов (Патент РФ № 2422266 «Способ термообработки древесины»).

Разработана и принята к внедрению предприятием ООО «Промекс» (г.Минск) промышленная камера термической обработки, объемом загрузки 15 м (Патент РФ № 2437043 «Способ и устройство сушки и термической обработки древесины»).

Технология термической модификации древесины удостоена серебряной медали на X Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2010 г.

Материалы диссертации применяются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторного практикума по дисциплине «Гидротермическая обработка и консервирование древесины» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 250400 «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств».

Личное участие автора состоит в выборе темы и разработке основных идей диссертации, а также в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора изготовлены экспериментальные стенды для исследования процесса термического модифицирования древесины в среде топочных газов, выполнены эксперименты и проведены промышленные испытания. Автором была разработана и смонтирована пилотная установка для термомодифицирования пиломатериалов в топочной среде. Автор разработал способ термической обработки древесины (Пат. № 2422266) и аппаратурное оформление необходимой для его осуществления (Пат № 2437043). Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве статей.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 6 патентов РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

Выводы

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования термического модифицирования древесины в среде топочных газов позволили определить потенциальные пути развития и интенсификации процесса. На их основе были осуществлены мероприятия, направленные на разработку и промышленную реализацию технологии термомодифицирования пиломатериалов. В ходе проектно-изыскательских работ была разработана и изготовлена пилотная установка для термического модифицирования древесины в среде топочных газов, которая внедрена в промышленное производство ООО «НПП «ТермоДревПром».

На основе проведенных опытно-промышленных испытаний на пилотной установке получены диаграммы расхода топлива и рациональное время стадии прогрева древесины до температуры термообработки в зависимости от толщины и мощности топки.

В результате проведенных исследований была выявлена целесообразность широкого промышленного использования способа термомодифицирования древесины в среде топочных газов. В связи с чем, была разработана и создается промышленная камера термической обработки, объемом загрузки 15 м3.

В результате проведенного технико-экономического анализа выявлена актуальность предлагаемой технологии термомодифицирования древесины в среде топочных газов с последующим ее применением в рамках малых деревообрабатывающих предприятий, благодаря энергосберегоающей технологии.

Разработаны новые конструкции оборудования для предварительной сушки пиломатериалов перед процессом термомодифицирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В последние годы резко возрос интерес к термомодифицированной древесине, что объясняется повышенными свойствами пиломатериала (повышенная биостойкость, долговечность, низкая равновесная влажность, красивые декоративные свойства) без воздействия химическими веществами.

Между тем, до сих пор выпуск термообработанных сортов дерева ограничен относительно небольшим количеством установок, о производственная мощность которых составляет 5-10 тыс. м дерева в год. При этом доля российского производителя термодревесины составляет 6 %.

В настоящее время существует несколько технологий термомодифицирования древесины, но все они имеют общий недостаток -высокую себестоимость процесса, вследствие применения в качестве агентов обработки дорогостоящих и зачастую агрессивных для оборудования сред, кроме того, данные технологии отличаются высокой стоимостью оборудования.

В тоже время до сих пор остается абсолютно не изученным термомодифицирование пиломатериалов в условиях топочных газов. Данная технология ввиду своего технологического решения позволяет получать относительно дешевую тепловую энергию и одновременно решать задачи по утилизации отходов деревообработки, образующихся на предприятии, путем их сжигания. Поэтому исследование процессов термомодифицирования путем защиты древесины от возгорания с помощью инертных топочных газов является актуальной задачей.

Теоретическое исследование процесса термической переработки древесины в топочных газов выявило следующие основные стадии: досушка, повышение температуры до заданного значения термообработки, выдержка при высокой температуре среды, охлаждение материала путем пропаривания.

В данной работе на основе физической картины процесса и принятых допущений создана математическая модель процесса термического модифицирования пиломатериалов в среде топочных газов. Получены зависимости, описывающие кинетику и динамику исследуемого процесса, позволяющие оценить влияние режимных параметров и свойств пиломатериалов на различные стадии термомодифицирования.

Для решения разработанной математической модели приводится алгоритм расчета и компьютерная программа для моделирования.

Для оценки адекватности математической модели разработан экспериментальный стенд, внедренный в учебный процесс по дисциплине «Гидротермическая обработка и консервирование древесины».

В результате проверки на адекватность было получено, что расхождение между расчетными и экспериментальными точками находится в пределах 22 %.

Установлены рациональная продолжительность стадии нагрева до заданной температуры обработки в зависимости от породы древесины, выявлен требуемый расход топлива на проведение процесса.

Впервые экспериментально определены теплофизические свойства термодревесины в зависимости от ее текущей плотности.

В результате математического моделирования и экспериментальных исследований предложены рекомендации по режимным параметрам исследуемого процесса. Результаты проведенных исследований использованы при проектировании и разработке промышленных установок, одна из которых внедрена на производственной базе ООО «НПП «ТермоДревПром» с экономическим эффектом в размере более 1,5 млн. руб. в год, вторая находится на стадии опытно-промышленных испытаний на ООО «Промекс» (г.Минск). Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения разработанной установки составит 13,2 млн. руб.

Разработаны аппараты предварительной сушки пиломатериалов перед процессом термомодифицирования, обеспечивающие снижение энергозатрат и повышение качества сушки.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Т - температура, К; и - влагосодержание материала, кг/кг;

Р, р - полное и парциальное давление, Па; ш - масса, кг;

V - объем, м ; р - плотность, кг/м3; ц, - молекулярная масса, кг/кмоль; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг • К); г - скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

Я - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль-К);

X - коэффициент теплопроводности, Дж/(м • с • К); аг - коэффициент температуропроводности, м /с; л ат - коэффициент массопроводности, м /с; а - коэффициент теплоотдачи, Дж/(м с-К) w - скорость, м/с; q - удельная теплота химической реакции, Дж/кг; ] — поток, кг/(м -с);

К - коэффициент теплопередачи, Дж/(м2-с-К); т - текущее время, с; х, у, ъ - координаты, м; Р - площадь поверхности, м2; $ 2 3

Р - удельная поверхность, м /м ; о

С) - объемная производительность, м /с; в - массовый расход, кг/с; (1 - диаметр паропровода, м; О - коэффициент диффузии, м /с; Ь - степень термомодифицирования; у - сток тепла к материалу, Дж/(с-м ); Р - коэффициент массоотдачи, м/с; у - массовая доля компонента, кг; а' - коэффициент избытка воздуха;

- рабочая влажность, кг/кг; А - зольность, кг/кг; та, &, 5, г| - эмпирические коэффициенты; N - мощность, Вт; В - массовый расход топлива, кг/с; Г| - степень пиролиза, %; о

I - энтальпия топочного газа, кДж/м ;

- температурный напор, К; Яе - критерий Рейнольдса; Рг - критерий Прантля; - критерий Нюсельта; ц' - коэффициент расхода; к' - показатель адиабаты; А, В - коэффициенты в уравнении Антуана; £ - длина пиломатериала, м; Ь - ширина пиломатериала, м; V - кинематическая вязкость, м2/с; П - периметр, м;

Ьпр - толщина прокладок между досками, м; к - постоянная Генри; б - критерий парообразования;

Индексы воз - воздух; вен - вентилятор; вых — отвод теплоты; г-газ; м - материал; п - пар пгс - парогазовая смесь пов - поверхность; пов.м - поверхность материала; пар - парогенератор; п.в - количество пара; рав - равновесное; см - смесь; с.пгс - система удаления парогазовой смеси; св - свободный объем камеры; ср - среда; с.г. - система удаления газов; топ - топка; тепл - теплообменник; тг - топочные газы;

О - начальный.

1. Азаров В.И., Буров A.B., Оболенская A.B. Химия древесины и синтетически полимеров. СПб., 1999. 628 с.

2. Ахметова Д.А., Сафин P.P., Зиатдинова Д.Ф., Тимербаев Н.Ф. Термомодификация древесины в вакуумно-кондуктивной сушилке // Сборник научных трудов «Актуальные проблемы лесного комплекса», Брянск: БГИТА, 2007. С. 192.

3. Ахметова Д.А., Н.Ф. Тимербаев Н.Ф., Д.Ф. Зиатдинова Д.Ф. Термомодификация древесины при кондуктивном подводе тепла в герметичных условиях // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. -2008 г. Т. 51. Вып. 7. - С. 76-78.

4. Ахметова Д.А. Разработка энергосберегающей технологии термомодифицирования древесины: автореф. дис. . канд. техн. наук / Д.А. Ахметова. Казань, 2009. - 16 с.

5. Белякова Е.А. Термомодифицирование твердых пород древесины в жидкостях: автореф дис. . канд. техн. наук / Е.А. Белякова. Казань: 2012. -16 с.

6. Боровиков A.M. Справочник по древесине / A.M. Боровиков, Б.Н. Уголев; под общ. ред. Б.Н. Уголева. М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 296 с.

7. Валеев И.А. Использование древесных отходов в энергетическом хозяйстве / В.А. Валееви др. // Научный потенциал мира: Тезисы докл. Международ, науч.-практич. конф. Днепропетровск, 2004. -С. 71-75.

8. Валеев И.А. Термическая переработка отходовдеревообрабатывающих предприятий: Дисс.канд. техн. наук. Казань,2006. 156 с.

9. И.Ваязов В. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных / В. Ваязов, Д. Форсайт. М.: Иностранная литература, 1963. - 496 с.

10. Вейник А.И. Приближенный расчет процессов теплопроводности / А.И. Вейник. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1959. 183 с.

11. Вентиляторные установки машиностроительных заводов: справочник. 3-е изд., доп. и перераб. - Д.: Машиностроение, 1964.

12. Газогенераторные установки / Д.Б. Гинсбург и др. ; под ред. Б.С. Швецова. -М.: Легкая пром-сть, 1936. 4.1. - 316 с.

13. Гашо, Е.Г. Три порога энергоэффективности / Е.Г. Гашо // Энергия: экономика, техника, экология. 2009. - № 3. - С. 16—20.

14. Головков, С. И. Энергетическое использование древесных отходов / С.И. Головков // Лесная промышленность. М.,1987. - С. 52-54.

15. Головина, Е.С. Высокотемпературное горение и газификация углерода / Е. С. Головина. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 176 с.

16. Горшин С.И. Защита памятников деревянного зодчества: учеб. пособие. М.: Наука, 1992. 279 с.

17. ГОСТ 16483.0-89. Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям. Взамен ГОСТ 16483.0-78; введ. 1990-07-01. -М. Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1989. - 11 с. : ил.

18. ГОСТ 16483.21-72 Древесина. Методы отбора образцов для определения свойств после технологической обработки. Введ. 1974-01-01.-М. ¡Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1972. 15 с. : ил.

19. ГОСТ 16483.16-81. Древесина. Метод определения ударной твердости. Введ. 1983-01-01. М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1983.- 15 с. : ил.

20. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Методы определения предела прочности при сжатии вдоль волокон.

21. ГОСТ 16483.9-73. Древесина. Методы определения модуля упругости при статическом изгибе. Введ. 1974-07-01. М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1974. - 14 с. : ил.

22. ГОСТ 21523.3.1-93. Древесина модифицирования. Метод определения теплоемкости. Введ. 1995-01-01. - М. Госстандарт РФ: Изд-во стандартов, 1995. - 17 с. : ил.

23. Данилов О.Л. О преимуществах использования перегретого пара атмосферного давления в процессах сушки / О.Л. Данилов, Б.И. Леончик // ИФЖ. 1967. - Т. 13. - № 3. - С. 283-288.

24. Девочкина С.И. Температурное поле неограниченной пластины с переменными теплофизическими характеристиками / С.И. Девочкина, Л.А. Бровкин//ИФЖ, 1970.-Т. 18.-№ 1.-С. 180-183.

25. Демидович Б.П. Численные методы анализа: учеб. Пособие для физ.-мат. специальностей вузов / Б.П. Демидович, И.А. Марон, Э.З. Шувалова. М.: Физматгиз, 1963. - 400 с.

26. Дикерсон, Р. Основные законы химии / Р. Дикерсон, Г. Грей, Дж. Хейт. М.: Мир, 1982. - Т.2. - 620 с.

27. Дьяконов К.Ф. Сохранение прочности древесины при камерной сушке / К.Ф. Дьяконов // Сушка древесины. Архангельск - 1953. - С. 55-72.

28. Емченко Н.П. Термические коэффициенты древесины: дис. . канд. техн. наук / Н.П. Емченко. Л.: 1955. - 213 с.

29. Зорина, Г.И. Современное состояние технологии газификации за рубежом / Г.И. Зорина, А.Р. Брух-Цеховой. М.: ВНИИТЭ нефтехим, 1986. -57 с.

30. Ивановский М.Н. Физические основы тепловых труб / М.Н. Ивановский, В.П. Сорокин, И.В. Ягодкин. -М.: Атомиздат, 1978. 140 с.

31. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1975 - 206 с.

32. Исаев С.М. Теория тепломассообмена / С.М. Исаев, И.А. Кожинов, В .И. Кофанов. M.: Высш. шк., 1979. - 495 с.

33. Кайнов П.А. Интенсификация стадии охлаждения термомодифицирования древесины / И.А. Кайнов, Е.Ю. Разумов // Ресурсосбережение в химической технологии: Сборник трудов Международ, науч. конф. / СПбГТИ(ТУ). Санкт-Петербург. - 2012. - С. 121-123.

34. Кайнов П.А. Математическое описание процессов тепломассопереноса внутри древесины при ее термомодифицировании / П.А. Кайнов, Е.Ю. Разумов // Материалы научной сессии. / КГТУ. Казань. -2009. - С. 290.

35. Кайнов, П.А. Исследование явлений тепломассопереноса внутри древесины в процессе термомодифицирования / П.А. Кайнов, P.P. Хасаншин, P.P. Сафин, А.Р. Зиятдинова // ММТТ-25: Сборник трудов XXV Международ, науч. конф. Волгоград. - 2012. - С. 49-50.

36. Кайнов, П.А. Массопроводные характеристики древесины применительно к процессам вакуумной сушки / П.А. Кайнов, P.P. Хасаншин, Е.Ю. Разумов, A.A. Семенова // Вакуумная техника и технология: Матер. V рос. науч.-техн. конф. / КГТУ.- Казань 2011. С. 35-37.

37. Кайнов, П.А. Тепломассоперенос внутри пиломатериала в процессе его термической модификации / П.А. Кайнов // Деревообрабатывающая пром-сть.- 2012.- № 1.- С. 7-9.

38. Кайнов, П.А. Математическая модель термомодифицирования древесины в топочных газах / П.А. Кайнов // Деревообрабатывающая пром-сть.-2012.-№ 2.-С. 7-10.

39. Кайнов, П.А. Исследование процессов удаления запаха из термодревесины / П.А. Кайнов, P.P. Хасаншин, Р.В. Данилова // ММТТ-24: Международ, науч. конф. Саратов, 2011. - С. 147-149.

40. Кайнов, П.А. Тепломассоперенос внутри древесины в процессе ее термического модифицирования / П.А. Кайнов, Е.Ю. Разумов, Р.В. Данилова // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. 2011. - №.14. - №20. - С. 137-142.

41. Калиткин H.H. Численные методы / H.H. Калиткин. М.: Наука, 1978.-512 с.

42. Кантер K.P. О тепловых свойствах древесины / K.P. Кантер // Деревообраб. пром-сть. 1957. -№ 7. - С. 17-18.

43. Канторович, Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива / Б.В. Канторович. М.: Изд. АН СССР, 1958. - 598 с.

44. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. М.: Химия, 1971. -784 с.

45. Кирилов Н.М. Расчет процесса тепловой обработки древесины при интенсивном теплообмене / Н.М. Кирилов. М.: Гослесбумиздат,1959. - 87 с.

46. Киреев В.А. Курс физической химии / В.А. Киреев. М.: Химия, 1975.-776 с.

47. Кислицин А.Н. Пиролиз древесины: химизм, кинетика, продукты, новые процессы. М.: Лесная промышленность, 1990.

48. Корякин В.И. Термическое разложение древесины. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1962.

49. Кречетов И.В. Сушка древесины / И.В. Кречетов. — М.: Лесн. пром-сть, 1980.-432 с.

50. Кречетов И.В. Сушка древесины топочными газами / И.В. Кречетов. М.: Гослесбумиздат, 1961. - 243 с.

51. Кришер О. Научные основы техники сушки / О. Кришер. М.: Иностранная литература, 1961. - 232 с.

52. Лабутин В.А. Методы расчета и аппаратурное оформление процесса сушки при удалении органических жидкостей и их смесей: дисс. . докт. техн. наук / В.А. Лабутин. Казань, 1984.-370 с.

53. Лащинский A.A. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры / A.A. Лащинский, А.Р. Толчинский. Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.

54. Ломакин А.Д. Защита древесины и древесных материалов: учеб. пособие. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 256 с.

55. Луканин В.Н. Теплотехника: учеб. Пособие для вузов / В.Н. Луканин и др.; под общ. ред. Г.М. Камфера. М.: Высш. шк., 2002. - 671 с.

56. Лыков A.B. Теория сушки / A.B. Лыков. М.: Энергия, 1968.472 с.

57. Лыков A.B. Тепломассообмен / A.B. Лыков. М.: Энергия, 1978.463 с.

58. Лыков A.B. Тепло- и массообмен в процессах сушки / A.B. Лыков. -Л.: Госэнергоиздат, 1956. 464 с.

59. Лыков A.B. Явления переноса в капилярно-пористых телах / A.B. Лыков.-М., 1954.-448 с.

60. Лыков A.B. Теория тепло- и массопереноса / A.B. Лыков, Ю.А. Михайлов. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 535 с.

61. Любимов H .Я. Теория и практика сушки дерева / Н.Я. Любимов. -Москва, 1932. 144 с.

62. Мазуркин, П.М. Лесная аренда и рациональное лесопользование: Научное издание / П.М. Мазуркин. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. - 524 с.

63. Мазуркин, П.М. Статистическая гидрология: Учебное пособие с грифом УМО / П.М. Мазуркин, В.И. Зверев, А.И. Толстухин. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - 274 с.

64. Маньковский О.Н. Теплообменная аппаратура химических производств / О.Н. Маньковский. Л.: Химия, 1976. - 368 с.

65. Мартыненко О.Г., Павлюкевич Н.В. Тепло- и массоперенос в пористых средах. // ИФЖ. 1998. - Т. 71. - № 1. - С. 5-18

66. Машкин H.A. Повышение стойкости и долговечности модифицированной полимерами древесины: учеб. пособие. М.: НГАС, 1996. 64с.

67. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений, рацпредложений. // Экономическая газета. 1977. - № 10. - С. 11-14.

68. Миронов В.П. Исследование термической массопроводности древесины: автореф. дис. . кан. техн. наук /В.П. Миронов. М., 1959. - 12 с.

69. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений / А.К. Митропольский. М.: Наука, 1971. - 576 с.

70. Михайлов Ю.А. Сушка перегретым паром / Ю.А. Михайлов. М.: Энергия, 1967.-200 с.

71. Мухачев Г.А. Термодинамика и теплопередача / Г.А. Мухачев, В.К. Щукин. М.: Высш. шк., 1991. - 480 с.

72. Мухаметзянов, Ш.Р. Использование тепловых насосов при вакуум-осциллирующей сушке древесины / Ш.Р. Мухаметзянов, П.А. Кайнов, Э.И.

73. Валиева // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Труды Международ науч.-техн. конф. / СПбГЛТУ . Санкт-Петербург, 2011. - С. 197-200.

74. Мучник Г.Ф. Решение задач теплопроводности методом сеток. Тепло-и массоперенос:в 5 т./ Г.Ф. Мучник Минск: Изд-во АН БССР, Т. 5. -1963.-585 с.

75. Никитин В.М., Оболенская A.B., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М., 1978. 367 с.

76. Пат. № 2422266 РФ, МПК В 27 К 5/00. Способ термообработки древесины / Сафин P.P., Сафин Р.Г., Разумов Е.Ю., Тимербаев Н.Ф., Кайнов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НТЦ РПО»; опубл. 27.06.2011.

77. Пат. № 2425305 РФ, МПК F 26 В 5/04. Способ сушки и термической обработки древесины / Сафин P.P., Сафин Р.Г., Оладышкина H.A., Кайнов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НТЦ РПО»; опубл. 27.07.2011.

78. Пат. № 2425306 РФ, МПК F 26 В 5/04. Установка для сушки древесины / Сафин P.P., Сафин Р.Г., Кайнов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НТЦ РПО»; опубл. 27.07.2011.

79. Пат. № 2437043 РФ, МПК F 26 В 9/06. Способ и устройство сушки и термической обработки древесины / Сафин P.P., Сафин Р.Г., Кайнов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НПП «ТермоДревПром»; опубл. 20.12.2011.

80. Пат. № 2453425 РФ, МПК В 27 К 3/02. Способ термической обработки древесины / Сафин P.P., Хасаншин P.P., Кайнов П.А. и др.; патентообладатель ГОУ ВПО КГТУ; опубл. 20.06.2012.

81. Пат. № 2372569 РФ, МПК F 26 В 5/04. Установка для сушкидревесины / Сафин P.P., Сафин Р.Г., Кайнов П.А. и др.; патентообладатель ООО «НТЦ РПО»; опубл. 10.11.2009.

82. Пат. № 2277045 РФ МПК В27К 3/02, В27К 3/10 2006. Способ термической обработки древесины и устройство для его осуществления / Данченко И.А.; патентообладатель Данченко И.А.; опубл. 27.05.2006

83. Пат. № 2130180 РФ МПК G01N33/46. Способ определения биостойкости древесины / Игошин В.А., Виноградов A.B.; патентообладатель Якутский государственный университет; опубл. 10.05.1999.

84. Патякин В.И. Техническая гидродинамика древесины / В.И. Патякин, Ю.Г. Тишин, С.М. Базаров. М.: Лесная пром-сть, 1990. - 304 с.

85. Перелыгин Л.М. Строение древесины / Л.М. Перелыгин. М.: Лесная пром-сть , 1954. - 200 с.

86. Перелыгин Л.М. Древесиноведение/ Л.М. Перелыгин, Б.Н. Уголев. -М.: Лесная пром-сть, 1971. 286 с.

87. Пинту с Л.В. Исследование напряжений и дифференциальной усадки пиломатериалов при сушке: дисс. . канд. техн. наук / Л.В. Пинтус. -М., 1977.- 164 с.

88. Пижурин A.A. Основы научных исследований в деревообработке: учебник для вузов / A.A. Пижурин, A.A. Пижкрин. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005.-305 с.

89. Производство термомодифицированной древесины, технология фирмы MIRAKO Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.estw.ru/tecnology.html.

90. Протодьяконов И.О. Явления переноса в процессах химической технологии / И.О. Протодьяконов, H.A. Марцулевич, A.B. Марков. Л.: Химия, 1981.-264 с.

91. Расев А.И. Особенности развития техники и технологии сушки пиломатериалов на современном этапе. / А.И. Расев // Лесной вестник. -1998.-№ 1.-С. 28-34.

92. Расев А.И. Сушка древесины: учеб. Пособие для вузов / А.И.

93. Расев. М: МГУЛ, 2000. - 228 с.

94. Расчет, проектирование и реконструкция лесосушильных камер / под общ. ред. Е.С. Богданова. М.: Экология, 1993. - 352 с.

95. Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий /под ред. К.Ф. Родцатиса. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 487 с. - ISBN 5-283-00018-4. (119%

96. Рубинштейн Л.И. Проблема Стефана / Л.И. Рубинштейн. Рига: Звайгзне, 1967.-457с.

97. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой / С.П. Рудобашта. М.: Химия, 1980. - 248 с.

98. Руководящие технические материалы. Древесина. Показатели физико-механических свойств. -М., 1962.

99. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. Архангельск, 1985.

100. Рыкунин С.Н. Сортирование пиломатериалов / С. Н. Рыкунин, В. Е. Пятков, Е. Г. Владимирова // 1-е изд. М. : ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2012. -28 с.

101. Сажин Б.С. Основы техники сушки / Б.С. Сажин. М.: Химия, 1984.-320 с.

102. Саламонов, A.A. Установки для сжигания и газификации древесных отходов / A.A. Саламонов // Промышленная энергетика. 1985. -№ 2. - С. 52-54.

103. ПЗ.Сафин Р.Г. Сушка высокочуствительных пожаро- и взрывоопасных материалов понижением давления: дис. . док. техн. наук / Р.Г. Сафин. Казань., 1991.-419 с.

104. Сафин P.P. Вакуум-осциллирующая сушка пиломатериалов в среде перегретого пара: дисс. . канд. техн. наук / P.P. Сафин. Казань, 2002. - 124 с.

105. Сафин P.P. Разработка новой технологии получения термодревесины / P.P.Сафин, Е.А. Белякова, Е.Ю. Разумов // Вестник

106. Казанского государственного технологического университета. Казань. -2011.-№ 1 ,-С. 157-162.

107. Сафин P.P. Установка для сушки древесины / P.P. Сафин, Р.Г. Сафин, М.К. Герасимов, В.А. Дашков // Бюл. Ежегодного конкурса среди изобретателей РТ «Лучшее изобретение года».Казань, 2001.№2 С 29.

108. Сафин P.P., Белякова Е.А. Экспериментальные исследования термомодифицирования древесины в жидкостях // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. 2011. - № 12,-С. 241-245.

109. Сафин P.P., Ахметова Д.А., Разумов Е.Ю., Герасимов М.К. Исследование вакуумно-кондуктивного термомодифицирования древесины // «Деревообрабатывающая промышленность». 2009. № 3. С. 24-25.

110. Сафин P.P., Мустафин З.Р., Юнусов Л.Р., Ахметова Д.А. Усовершенствование технологии вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов // Сборник научных трудов «Актуальные проблемы лесного комплекса», Выпуск 18. Брянск, 2007. С. 141-142.

111. Сафин P.P., Ахметова Д.А., Хасаншин P.P. Исследование термомодифицирования древесины сосны в условиях вакуумно-кондуктивных аппаратов // «Дизайн и производство мебели», 2008. № 2, С.36 -39.

112. Сафин P.P. Использование древесных отходов в энергетическом хозяйстве / P.P. Сафин, И.А. Валеев, P.P. Хасаншин Р.Р // Научный потенциал мира: Тезисы докл. Международ, науч.-практич. конф. Днепропетровск, 2004.-С.-71-75.

113. Сафин P.P. Математическое моделирование конвективной сушки пиломатериалов при давлении ниже атмосферного / P.P. Сафин, P.P. Хасаншин, Р.Г. Сафин // ММТТ-18 Сб. тр. XVIII Международ, науч. конф. / Казань: Изд-во КГТУ, 2005. С. 188-189.

114. Сергеев В.В. Новые модификации сушильных камер для леспромхозов / В.В. Сергеев, Ю.И. Тракало // Лесная пром-ть. 1998. - № 1. -С. 17-19.

115. Серговский П.С. Влагопроводность древесины / П.С. Серговский // Дервообраб. пром-сть. 1955. - № 2 - С. 3-8.

116. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Серговский. М.: Лесн.пром-ть, 1981. - 304 с.

117. Серговский П.С. Исследование влагопроводности и разработка методов расчета процессов сушки и увлажнения древесины: дис. . д-ра техн. наук / П.С. Серговский. М., 1953.-458 с.

118. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервированиедревесины / П.С. Серговский. М: Лесн.пром-ть, 1968. - 448 с.

119. Серговский П.С. Скуратов Е.В. Внутренние напряжения и режимы сушки древесины / П.С. Серговский, Б.Н. Уголев // Сб. тр. БНТК. -Архангесьск: ЦНИИМОД, 1980. С. 63-72.

120. Скуратов Н.В. Интенсифицированные режимы сушки мягких хвойных пиломатериалов в камерах периодического действия / Н.В. Скуратов // Деревообраб. пром-сть. 1982. - № 7. - С. 11-14.

121. Смирнов М.С. Исследование процессов сушки влажных материалов на основе теории тепло- и массообмена: автореф дис. . д-ра техн. наук / М.С. Смирнов. Минск: 1971. - 30 с.

122. Соколов П.В. Проектирование сушильных и нагревательных установок для древесины / П.В. Соколов. М.: Лесн. пром-сть, 1965. - 332 с.

123. Соломатов В.И. Биологическое сопротивление материалов: учеб. пособие. М.: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. 196 с.

124. Справочник по сушке древесины. / Под ред. H.H. Пейч: 2-е изд., перераб. М.: Лесн. пром-сть, 1966. - 280 с.

125. Степанов, С.Г. Матемтическая модель газификации угля в слоевом напоре / С.Г. Степанов, С.Р. Исламов / Химия твердого топлива. 1991. -№2. - С. 52-58.

126. Теория тепломассообмена / под ред. А.И. Леонтьева. М.: Высш. шк., 1979.-496 с.

127. Технология фирмы Thermo wood® Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.thermowood.fi/index.php?anonymous=thermoeng. (7%

128. Технологии фирмы PLATO-Wood (Providing Lasting Advanced Timber) Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.platowood.nl/69/De-Plato-Technologie.html.

129. Технологии и оборудование производства термомодифицированной древесины (ТМД) Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.tep-doma.ru/7pageid=37.

130. Тимербаев, Н. Ф. Повышение эффективности энергетическогоиспользования древесных отходов: дис. . канд. техн. наук : 05.17.08. -Иваново: 2007.

131. Уголев Б.Н. Внутренние напряжения в древесине при ее сушке / Б.Н. Уголев. M.-JL: Лесная пром-сть, 1959. - 78 с.

132. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б.Н. Уголев. М: Лесн. пром-сть, 1975.-384 с.

133. Уголев Б.Н. Контроль напряжений при сушке древесины / Б.Н. Уголев, Ю.Г. Лапшин, Е.В. Кротов. М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 208 с.

134. Фенгел Д. Древесина: Химия. Ультраструктура. Реакции: пер. с англ. / Д. Фенгель, Г. Вегенер; под общ. ред. A.A. Леоновича. М.: Лесная пром-сть, 1988. - 512 с.

135. Франчук А.У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов / А.У. Франчук. — М.: НИИ строительной физики, 1969.-120 с.

136. Франк-Каменецкий, Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д.А. Франк-Каменецкий. -М.: Наука, 1967.-491 с.

137. Харук Е.В. Проницаемость древесины газами и жидкостями / Е.В. Харук. Новосибирск: Наука, 1976. - 190 с.

138. Хасаншин P.P. Конвективная сушка пиломатериалов вразреженной среде теплоносителя: автореф. дисс.канд. техн. наук / P.P.

139. Хасаншин. Казань, 2007. - 16 с.

140. Хасаншин, P.P. Вакуумно-осциллирующая обработка термодревесины / P.P. Хасаншин, П.А. Кайнов, Р.В. Данилова // Вакуумная техника и технология: Матер. V Рос. науч.-техн. конф. / КГТУ. Казань 2011. -С. 83-84.

141. Хасаншин P.P. Исследование изменения химического составадревесины, подвергнутой термомодифицированию, с помощью ИК-спектрометра / P.P. Хасаншин, П.А. Кайнов, P.P. Сафин, Е.Ю. Разумов // Вестник КГТУ. 2010. №10. С. 100-103.

142. Хемминг Р. Численные методы / Р. Хемминг. М.: Наука, 1972.420 с.

143. Чудинов Б.С. Вода в древесине / Б.С. Чудинов. Новосибирск: Наука, 1984.-270 с.

144. Чудинов Б.С. Теория тепловой обработки древесины / Б.С. Чудинов. М.: Наука, 1968. - 255 с.

145. Чулицкий H.H. Исследование водопроводности и водопоглощаемости древесины различных пород / H.H. Чулицкий // Науч. тр.- М., ЦАГИ. 1932. - С. 122-123.

146. Шевченко В.А. Расчет внутренних напряжений в древесине при ее высыхании и увлажнении / В.А. Шевченко // Механизация и автоматизация технологических процессов в деревообрабатывающей промышленности. -Киев: Гос. изд-во техн. лит-ры УССР. 1963. - С 32-40.

147. Шлихтанг Г. Теория пограничного слоя: пер. с нем. / Г. Шлихтинг.- М.: Иностранная лит-ра, 1956. 378 с.

148. Шубин Г.С. Вопросы тепломассопереноса и расчета процесса сушки древесины / Г.С. Шубин // Сушка древесины. Труды всесоюз. науч.-технич. конференции., Архангельск, 1968. С. 154-160.

149. Шубин Г.С. Исследование влияния начальной обработки (прогрева) пиломатериалов на последующую сушку / Г.С. Шубин // Науч.тр.-М., МЛТИ. 1975. - С. 32-40.

150. Шубин Г.С. О механизме переноса свободной влаги в древесине / Г.С. Шубин//Лесной журнал 1985.-№ 5.-С. 120-122.

151. Шубин Г.С. Сорбционные свойства древесины / Г.С. Шубин // Тез. докл. научно-техн. конф. Воронеж, 1981.-С. 189-191.

152. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины / Г.С. Шубин. -М.: Лесн. пром-сть, 1990. 336 с.

153. Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины / Г.С. Шубин. М.: Лесн. пром-сть, 1973. - 248 с.

154. Bächle Fritz, Niemz Peter, Schneider Thomas Physical-mechanical Properties of Hard- and Softwood Heat Treated in an Autoclave // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007. 177-182.

155. Bekhta P, Niemz P (2003): Effect of high temperature on the changes in colour, dimensional stability and mechanical properties of spruce wood. Holzforsch, 57, (5), s. 539-546.

156. Boonstra, M. J., Acker, J. V., Tjeerdsma, B. F. & Kegel, E. V. (2007). Strength properties of thermally modified softwoods and its relation to polymeric structural wood constituents. Annals of Forest Science, 64, 679690.

157. Boonstra M J, Tjeerdsma В F, Groeneveld НАС (1998): Thermal modification of non-durable wood species. Part 1. The PLATO technology -thermal modification of wood. 1RG/ WP/98-40123, 13 s.

158. Evan Banks. Degradation of wood sufaces by water // Holz als und Werkstoff. 1990. №4. S/ 159-163.

159. Esteves Bruno, Videira Romeu, Pereira Helena Composition and Ecotoxicity of Heat Treated Pine Wood Extractives // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007. 325-332.

160. Calonego WF, Durgante Severe ET, Furtado EL (2010) Decay resistance of thermally-modified Eucalyptus grandis wood at 140°C, 160°C, 180°C, 200°C and 220°C. Bioresour Technol 101:9391-9394.

161. Chow S Z, Mukai H N (1972): Effect of thermal degradation of cellulose on woocl-polymer bonding. Wood Science, 4, (4), s. 202-208.

162. Kacikovä D., Kacik F. Chemicke a mechanicke zmeny dreva pri termickej uprave // Teclinicka Univerzita, Zvolene. 2011. 71.

163. Kocaefe Duygu, Younsi Ramdane, Osma Aysegul, Kocaefe Yasar Modelling of Wood Thermotransformation Process // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007. 359-366.

164. Mazurkin, P.M. Innovational preparation of bachelors and masters of arrangement of a nature and protection of an environment / P.M. Mazurkin // International Journal of appled and fundamtntal research. 2008. - № 3. - p. 2931.

165. Marcos M. González-Peña, Michael D. C. Hale The Relationship between Mechanical Performance and Chemical Changes in Thermally Modified Wood // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007.- 169-172.

166. Reinprecht L., Vidholdová Z. Termodrevo //Technicka univerzita vo Zvolene, Zvolene. 2011. 89.

167. Safin R.R. Mathematical model of vacuumoscillating drying of lumber / R.R. Safin, R.G. Safin, V.A. Lashkov, L.G. Golubev // Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 75, № 2, March 2002, hh. 384-389

168. Saunders L.D. Andrew Modifying the Wood Protection Industry // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007. 297-299.

169. Friedel, R.A.Coal—Like Substances from Low-Temperature Pyrolysis at Very Long Reaction Times / R.A. Friedel, J.A.Queiwr, H.L.Retcofsky // J. Phys. Chem. — 1970. — V. 74N4. -P. 908-912.

170. Funaoka, M., Kako, T. & Abe, I. (1990). Condensation of lignin during heating of wood. Wood Science and Technology, 24, 277288.

171. Trajkovic Jelena, Sefc Bogoslav, Jirous-Rajkovic Vlatka, Lució Sanja Blagojevic Colour and Wetting properties of Wood Modified by Citric Acid // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007. 279-282.

172. Tremblay Carl Physical Properties of Jack Pine Thermally Modified at Three Temperature Levels // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007. 183-186.

173. Hill CAS (2006): Wood modification chemical, thermal and other processes. John Wiley & Sons Ltd, Chichester UK, 239 s.

174. Homan Waldemar, Jetten Jan, Sailer Michael, Slaghek Ted, Timmermans Johan Bios witch: a Versatile Release on Command System for Wood Protection // The Third European Conference on Wood Modification, Cardiff, UK, 2007.-301-308.

175. Voss Angclika SHORT SUMMARY OF DISCUSSION ON HEAT TREATMENTS, France, 2001. -63-65.193. 8th International 1UFRO Wood Drying Conference 2003 Brasov, Romania 2003-08-24 2003-08-29.