автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Кинетика испарения связанной влаги и деструкции древесины при термическом модифицировании

На правах рукописи 00506О/1°

Кувик Татьяна Евгеньевна

КИНЕТИКА ИСПАРЕНИЯ СВЯЗАННОЙ ВЛАГИ И ДЕСТРУКЦИИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ МОДИФИЦИРОВАНИИ

05.21.05. - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

з о т 2013

Москва - 2013

005060778

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Семенов Юрий Павлович

Официальные оппоненты:

Рыкунин Станислав Николаевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский

государственный университет леса», заведующий кафедры

Сафин Руслан Рушанович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», заведующий кафедры

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО

государственная

академия»

«Воронежская лесотехническая

Защита состоится «24» мая 2013 г. в 10— на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» по адресу 141005, Московская обл., г.Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан «¿У» апреля 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Рыбин

Борис Матвеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для улучшения качества древесины и расширения области ее применения в отечественной и зарубежной промышленности разрабатываются различные способы ее модифицирования. Одним из развивающихся способов модифицирования является термическая обработка без доступа кислорода. Развитие технологий термической обработки позволяет использовать малоценные породы древесины при обеспечении разнообразия цветовых оттенков и экологической безопасности продукции из данного вида материала.

Развитие технологий термического модифицирования древесины затрудняется отсутствием надежной методики прогнозирования ее свойств. Разработка такой методики позволит рассчитывать технологические режимы термического модифицирования для получения материала с необходимыми свойствами. Решение задачи по расчету кинетики процессов, протекающих при термической обработке, а именно кинетики термического разложения древесины и испарения связанной влаги в древесине направлено на разработку методики прогнозирования свойств древесины.

Цель работы - исследование кинетики деструкции древесины, кинетики испарения связанной влаги в древесине и разработка на основе полученных результатов методики прогнозирования цвета термомодифициро-ванной древесины.

Основные задачи исследования:

1. Определить кинетические параметры термического разложения древесины сосны и березы;

2. Исследовать кинетику парообразования связанной влаги в древесине;

3. Провести экспериментальные исследования зависимости цвета термомодифицированной древесины от степени термического разложения;

4. Разработать методику прогнозирования цвета термомодифицированной древесины.

Научная новизна работы:

1. Определены экспериментально-расчетным методом кинетические параметры парообразования связанной влаги в древесине березы и кинетические параметры термического разложения древесины березы и сосны, рассчитано число стадий этих процессов.

2. Определены стадии термического разложения, влияющие на цвет термомодифицированной древесины. ' ■

3. Найдены зависимости цвета термомодифицированной древесины сосны и березы от степени термического разложения.

4. Предложена методика прогнозирования цвета термомодифицированной древесины, позволяющая рассчитывать значения цветовых составляющих для нестационарных условий обработки. Методика основана на сквозном расчете процессов парообразования и термического разложения.

О

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Кинетические параметры парообразования связанной влаги в древесине березы и кинетические параметры термического разложения древесины березы и сосны.

2. Зависимости кинетических параметров парообразования связанной влаги от параметров воздуха в порах древесины и от начальной влажности древесины.

3. Методика прогнозирования цвета термомодифицированной древесины.

Практическая значимость. Найденные кинетические параметры термического разложения древесины и испарения связанной влаги позволяют рассчитывать степень и скорость термического разложения, скорость испарения и количество испарившейся влаги при любом заданном темпе нагрева и любой начальной влажности древесины, не превышающей предела гигроскопичности.

Результаты исследований могут быть использованы на предприятиях, занимающихся изготовлением Термомодифицированной древесины для получения новых цветовых оттенков, так как методика позволяет управлять режимами термического модифицирования, обеспечивая расчет оптимальных условий обработки для получения заданного цвета древесины.

Предложенная методика может быть использована на предприятиях, производящих оборудование для термомодифицирования древесины при отладке технологических режимов новых моделей установок, так как она позволяет прогнозировать цвет древесины при различных условиях обработки, в том числе нестационарных.

Основные положения работы могут быть использованы в научных лабораториях при исследовании свойств термомодифицированной древесины. Методика основана на исследовании физико-химических процессов, протекающих в древесине при термическом разложении, и выявляет взаимосвязь структурных изменений древесины с изменением ее свойств. Поэтому дальнейшие исследования могут быть направлены на прогнозирование механических и других свойств древесины.

Достоверность полученных результатов и выводов. Получение экспериментальных результатов основано на использовании в эксперименте приборов, прошедших метрологическую поверку, применении различных методов тестирования и контроля измерительной системы экспериментальных установок. Воспроизводимость и повторяемость экспериментов была оценена путем статистической обработки. Сравнение основных результатов работы с аналогичными результатами, полученными другими авторами, показало хорошее соответствие. Достоверность теоретических решений проверялась сравнением с экспериментальными результатами.

Апробация работы. Материалы отдельных разделов диссертации были представлены, докладывались и обсуждались на научно-технических

конференциях МГУЛ в 2007, 2008 годах; Всероссийской конференции, посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН «Дендроэкология и лесоведение» в 2007 году; Международных научно-практических конференциях «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тер-мовлажностная обработка материалов) СЭТТ в 2008, 2011 годах, Международной научно-практической конференции «Инновационные энергоресурсосберегающие технологии» в 2012 г.

Внедрение результатов. Методика прогнозирования цвета термо-модифицированной древесины, представленная в диссертационной работе, использовалась на предприятии ИП Ягодзинская, торговая марка «Вакуум Плюс», для расчета режимов термической обработки древесины сосны и березы.

Основные результаты исследований были использованы в научно-исследовательской работе студентов кафедры теплотехники, в учебном процессе при подготовке магистров по специальности «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в издании, рекомендованном ВАК Российской Федерации и 3 статьи в трудах международных конференций.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1. «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)» из паспорта специальности 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Личный вклад. Вся теоретическая и экспериментальная работа выполнена автором самостоятельно. Автором лично получены все основные результаты: найдены кинетические параметры процессов, протекающих в древесине при термическом модифицировании; исследована зависимость скорости парообразования от условий обработки; разработана и отлажена методика прогнозирования цвета термомодифицированной древесины.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, 4 приложений, 10 таблиц и 63 рисунков.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность проведенной работы, сформулирована цель и задачи исследования. Представлена научная новизна и практическая значимость выполненной работы. Приведены сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе «Современное состояние вопроса» рассмотрено современное представление о древесине, ее свойствах, о процессах, протекающих при термическом модифицировании. Также рассмотрены существующие методы расчета кинетики термического разложения древесины. Проведен анализ возможности их использования. Описаны существующие

математические модели сушки и тепловой обработки древесины ггри малоинтенсивном и высокоинтенсивном нагреве. Дано обоснование необходимости разработки методики прогнозирования цвета термомодифицирован-ной древесины.

Во второй главе «Расчет скорости термического разложения древесины и парообразования в древесине» описана методика расчета кинетики парообразования и термического разложения древесины, дано теоретическое обоснование применения кинетического подхода для исследования кинетики парообразования в древесине.

Описание кинетики термического разложения древесины осуществлялось с помощью уравнения Аррениуса:

где К„ - константа скорости физико-химических превращений; Л - предэкспоненци-альный множитель (частотный фактор), с"1; ¿-энергия активации физико-химических превращений, Дж/моль; Я - универсальная газовая постоянная, Д=8314 Дж/(моль*К); Т - температура, К.

Процесс термического разложения заключается в разрушении химических связей структурных компонентов древесины: гемицеллюлоз, целлюлозы, лигнина. Разложение химических связей носит стадийный характер. Наименьшей энергией связи обладают химические соединения, содержащие боковые группы, в состав которых входит кислород: -ОН, -СОСНз, -СООН. Это наиболее легкоотделяющиеся группы. Их связи разрушаются в первую очередь. На следующем этапе разлагаются более устойчивые соединения, обладающие углерод-углеродными связями. Расчет скорости разложения древесины на каждой стадии осуществлялся по уравнению:

где п — порядок реакции; х - время обработки; ш - концентрация вещества.

При описании процесса термического разложения древесины со характеризует степень разложения вещества и обозначается сод:

(1)

тн -от,

тек

(3)

к

где т„, Оттек, - масса древесины начальная, текущая и конечная соответственно, мг.

Суммарная скорость термического разложения древесины:

где г - индекс, соответствующий номеру стадии;- число стадий; Лл, - частотный фактор разложения древесины на 1-й стадии, Ел, - энергия активации разложения древесины на г-й стадии, Дж/моль; п, - порядок реакции 1-й стадии; Я - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К); Г - температура, К; шл - степень разложения вещест-

Кинетические параметры термического разложения, входящие в уравнение (4), определялись путем математической обработки термогравиметрических кривых убыли массы и изменения температуры образца. Для расчетов использовался метод, разработанный Б.А. Шведовым. Метод позволил решить проблемы математической обработки, связанные с разделением на стадии многостадийных физико-химических превращений высокомолекулярных соединений.

Для описания скорости парообразования связанной влаги в древесине при высокоинтенсивном нагреве было использовано уравнение Арре-ниуса, описывающее скорость физико-химических процессов. Применение этого уравнения обосновано тем, что связанная влага обладает физико-химическими связями с древесинным веществом. При испарении связанной влаги необходимо затратить энергию не только на фазовые переходы, но и на разрушение физико-химических связей. При сорбции в древесине образуется несколько форм связанной влаги, обладающих различной энергией связи с древесинным веществом: мономолекулярная, полимолекулярная и конденсационная. Поэтому в работе было сделано допущение, что процесс парообразования протекает в несколько стадий. Поскольку скорость испарения влаги зависит от параметров воздуха в порах древесины, уравнение (4) было представлено в виде:

где й- влагосодержание воздуха, г/кг сухого воздуха; г - температура, "С; т - время обработки; Ащ - частотный фактор испарения связанной влаги на ¡'-й стадии, с" '; -энергия активации испарения связанной влаги на г-й стадии, Дж/моль; сов - доля остаточной влаги, содержащейся в древесине, вычисляемая по формуле:

ва.

¿а в Л

(5)

где Щ И7о - текущая и начальная влажность древесины.

В главе 5 данной работы экспериментально-расчетным методом определены кинетические параметры, входящие в уравнения (4) и (5) для древесины березы (парообразование) и древесины березы и сосны (термическое разложение). Полученные кинетические параметры были использованы при исследовании цветовых характеристик термомодифицированной древесины.

В третьей главе «Методика прогнозирования цвета термомодифицированной древесины» описана методика прогнозирования цвета древесины, которая включает: функциональные зависимости цвета древесины от потери массы при термическом разложении; алгоритм расчета цвета термомодифицированной древесины.

Предлагаемая методика опирается на зависимость цвета термомодифицированной древесины от потери массы при разложении. Потеря массы зависит от степени разложения древесины на каждой стадии:

н7 = ®Д,1,иач -®Д,1,тек> (7)

где Юд;,шч - начальная степень разложения на г'-ой стадии; сод,>и - конечная степень разложения на /-ой стадии.

Для математической оценки цветовых характеристик древесины была использована система разложения цвета на КОВ составляющие. Для каждой составляющей математическая зависимость цвета от потери массы при термическом разложении была представлена в виде уравнения регрессии:

= й0 + + + - + + > (8)

1=1

я

= Со + Ъ^х + +... + Ьк_ м + Ь^2, (9)

(=1 я

Я(5>,) = .Во+<™ +с2™12 + (10)

¡=1

где Я, О, В - составляющие цвета; Л0, Со, Во - начальные значения составляющих цвета для необработанной древесины; ак, Ь\, съ - коэффициенты регрессии; и:, - потеря массы на г'-ой стадии; х - число стадий термического разложения.

Для расчета коэффициентов, входящих в уравнения (8 - 10), были проведены экспериментальные исследования, результаты которых представлены в пятой главе. Расчет цвета термомодифицированной древесины проводится по алгоритму, представленному в таблице 1.

№ ша-

Таблица 1 - Алгоритм расчета цвета термомодифицированной др< а- Наименование операции Г ........

Уравнение

:весины

Ввод данных: начальной температуры древесины, закона изменения температуры древесины, кинетических параметров парообразования и термического разложения, начальной влажности древесины и начального влагосо-держания воздуха, начальных значений RGB. Также в зависимости от поставленной задачи дополнительно задаются: а) конечная температура древесины, продолжительность обработки, б) конечные значения RGB

'н, '(г), tK, i,

Ав, Ев, (Ог,о, иг, W„, d,

SM, Ад, Яд, (Од,о, ПД,

R3,G3,B3RV,GH,BH.

Расчет скорости парообразования и концентрации пара в древесине на каждой стадии

' = '( т); Т = i + 273 i = l..je

ав,1' AB i • exp(--

dx

C0Bi =(0„

Определение температуры и времени, соответствующих моменту завершения парообразования в древесине путем последовательного увеличения продолжительности обработки и решения прямой задачи шаг 2.

,/ехР -л/jexpl

RT( х) -EBJ(d,xY RT( т) .

t = t(X); W = 0

Расчет степени разложения древесины на каждой стадии термического разложения

dx д-' д^ RT(x)

Шд = со

дм ехР

Определение потери массы w: на момент завершения термической обработки

-Чехрй

\ \ dx

1 2 3

6. В зависимости от поставленной цели, решаются задачи: а) Определение значения интенсивности RGB цвета по найденным значениям потери массы w, для заданной продолжительности обработки б) Определение продолжительности и температуры обработки методом последовательного приближения. (=1 M B(£w^)=B[i +CjUj2 +...+cHw, +ckw\ Ы

В четвертой главе «Методики экспериментальных исследований» описан экспериментальный комплекс, методики проведения экспериментов, а также методика определения цветовых координат образцов в системе RGB.

Дано описание экспериментальных установок для исследования кинетики парообразования, кинетики термического разложения и цвета тер-момодифицированной древесины.

Для достижения цели и решения поставленных в данной работе задач было выполнено несколько серий экспериментов:

1. Термогравиметрические эксперименты по определению кинетических параметров термического разложения древесины сосны и березы;

2. Термогравиметрические эксперименты по определению кинетических параметров парообразования в осушенном воздухе (влагосодержание 0,5 г/кг);

3. Термогравиметрические эксперименты по исследованию зависимости скорости парообразования от параметров воздуха в порах древесины;

4. Эксперименты по исследованию зависимости цвета древесины от потери массы при термическом разложении.

Термогравиметрические эксперименты по исследованию кинетики термического разложения проводились на вакуумной установке, представленной на рис. 1.

Подвод теплоты осуществлялся излучением от нагреваемой печи. Управляющие приборы программировались на нагрев от температуры 15°С до 650°С с темпом 7°/мин. В качестве образцов использовалась березовая и сосновая стружка, что позволило исключить влияние массоперено-са на скорость отвода продуктов деструкции. Масса навески составляла около 70 мг. Размер стружки 0,05-0,1*2x5 мм. Начальная влажность стружки 10 - 12 %.

Рисунок 1 - Схема экспериментального участка для термогравиметрических исследований в вакууме: 1 - вакуумная камера; 2 - электрическая печь; 3 - Кольцевой тигель; 4 - весы; 5 - нить; 6 - репер; 7 - плоская спиральная пружина; 8 - крышка весов; 9 - стекло; 10 - стойка катетометра; 11 - каретка; 12 - окуляр; 13 - многооборотное сопротивление; 14 - массивное основание.

Эксперименты по исследованию кинетики парообразования проводились в воздушной среде с задаваемыми значениями относительной влажности воздуха на специально разработанной и изготовленной установке (рис. 2), позволяющей задавать и контролировать температуру и влажность атмосферы, в которой находился образец. Установка включала аналитические весы ВЛР-200г 1; электронную систему управления нагревателями 3; нагреватель-печь 4; компрессор 5; блок для подготовки воздуха контролируемой влажности; нагреватель-камеру 8; регистрирующие приборы. Установка была оборудована блоком для подготовки воздуха контролируемой влажности, состоящим из холодильника 7, в котором происходит осушка воздуха вымораживанием при температуре -25°С, и смесителя 6, где к осушенному в холодильнике воздуху подмешивается воздух окружающей среды. Подвод теплоты осуществлялся конвективным способом. Управляющие приборы программировались на нагрев от температуры 15°С до 110°С с темпом 1 °С/мин. В качестве образцов использовалась березовая стружка, что позволило исключить влияние массоперено-са на скорость парообразования. Масса навески составляла около 340 мг. Размер стружки 0,05-0,1 ><2x5 мм.

парообразования: 1 - аналитические весы; 2 - прибор РИФ-101; 3 - электронный блок управления аагревателями; 4 - нагреватель-печь; 5 - компрессор; 6 - смеситель; 7 - холодильник; 8 - нагреватель-камера; 9 - тигель с образцом; 10 - металлическое зеркало; 11 - приемник отраженного света; 12 - осветитель.

Эксперименты по исследованию зависимости цвета древесины от потери массы при термическом разложении проводились на пустотелых цилиндрах размером в диаметре 12 мм, толщиной стенки 1-1,5 мм, высотой 50 мм. Для термической обработки использовалась, описанная выше, вакуумная установка (рис. 1).

В главе описана методика определения цвета образцов, основанная на использовании цифровой камеры, установки, обеспечивающей диффузное освещение и программного продукта Photoshop. Достоверность результатов определения цветовых координат подтверждена путем перепроверки на цифровом спектроденситометре Spectrodensitometer 500 Series фирмы X-Rite.

В пятой главе «Результаты экспериментально-расчетных исследований» приводятся результаты экспериментальных исследований, и сведения о практической реализации основных положений работы.

Для определения скорости и степени термического разложения на основании первой серии термогравиметрических экспериментов по методике, изложенной в главе 2, были определены кинетические параметры термического разложения древесины сосны и березы в вакууме.

В таблице 2 представлены полученные значения кинетических параметров: содо — максимальная степень разложения древесины (доля стадии в общем процессе), Ед - энергия активации стадии (количество энергии, которое необходимо сообщить молекуле, чтобы произошла реакция), Ад -

частотный фактор (количество столкновений молекул, в результате которых произошла реакция).

Таблица 2 - Кинетические параметры термического разложения

Номер стадии Порядок реакции, Ид, Степень разложения древесины, Шлол Энергия активации Ед}1, кДж/моль Частотный фактор Мь с"1

Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна Береза Сосна

1 1 1 0,146 0,024 480,63 454,61 2,377- 10м 4,857-10ьи

2 1 1 0,168 0,128 192,39 132,19 1,362-Ю18 1,783-Ю12

3 1 1 0,215 0,341 244,6 170,'77 2,784-1021 3,482-Ю14

4 1 1 0,345 0,418 322,08 247,92 2,623-1026 1,346-1020

5 1 1 0,1 0,088 72,09 153,23 6,517-Ю4 2,338-Ю"1

На рис. 3 представлены кривые степени разложения древесины сосны (общая и для каждой стадии), полученные расчетом по найденным кинетическим параметрам, а также экспериментальная кривая.

Рисунок 3 - Зависимость степени термического разложения древесины сосны от

времени обработки:--общая степень термического разложения, сод; — — — — -

степень термического разложения на первой стадии, Шд/; •••••• - степень термического разложения на второй стадии, сод2; — • — • — - степень термического разложения на третьей стадии, сод,з\ оооооо - степень термического разложения на четвертой

стадии, (йд%4\ .......... - степень термического разложения на пятой стадии, шд^;......

- экспериментальное значение общей степени термического разложения.

продолжительность обработки, т, мин.

Найденные кинетические параметры термического разложения древесины позволяют на основе уравнение Аррениуса для многостадийных процессов (4) рассчитывать скорость термического разложения древесины сосны и березы.

На основании результатов второй серии экспериментов на березовой стружке с начальной влажностью 40% найдены кинетические параметры парообразования в древесине березы (таблица 3).

Таблица 3 - Кинетические параметры парообразования влаги в древесине березы

Номер стадии, г Температура начала испарения, Г„, К Температура максимальной скорости испарения, Ттах, К Порядок реакции "1 Максимальная доля остаточной влаги в древесине, со в, 0.1 Энергия активации испарения связанной влаги, Ев,и Дж/моль Частотный фактор испарения связанной влаги, Abu с"'

1 288 290 1 0,307 5,175-Ю4 1,64-Ю8

2 288 295 1 0,570 6,080-104 2,80-Ю9

3 293 300 1 0,096 8,813-Ю4 3,70-Ю13

4 288 310 1 0,027 9,370-Ю4 2,00-Ю13

В таблице указан номер стадии, Тн и Гтах - температура начала стадии и максимальной скорости парообразования соответственно. Первой стадии соответствует испарение свободной влаги, поскольку в экспериментах использовалась древесина с начальной влажностью больше предела гигроскопичности. Так как свободная влага обладает физико-механическими связями с древесинным веществом, применение для расчета скорости ее испарения кинетического подхода не выполнялось, и в дальнейших исследованиях использовались образцы с начальной влажностью ниже предела гигроскопичности. Расчеты скорости парообразования связанной влаги велись, начиная со второй стадии парообразования.

Для пересчета максимальной доли остаточной влаги для трех стадий парообразования связанной влаги были проведены исследования зависимости скорости парообразования от начальной влажности древесины. От начальной влажности древесины зависит количество влаги, с различной энергией связи с древесинным веществом. Так, при влажности древесины ниже предела гигроскопичности деление на стадии происходит пропорционально. Экспериментально было определено процентное содержание влаги в размере 3,7%, 13,1%, 83,2% для четвертой, третьей и второй стадии. Эти значения не меняются при изменении начальной влажности древесины до предела гигроскопичности. При влажности древесины выше предела гигроскопичности появляется свободная влага, которая ведет к снижению процентного содержания связанной влаги в древесине.

При исследовании влияния относительной влажности воздуха в порах древесины на кинетические параметры парообразования было установлено, что относительная влажность воздуха влияет на значение энергии активации. Для оценки этого влияния использовались параметры воздуха: влагосодержание й, и температура I. Была выполнена серия экспериментов

для определения этой зависимости (рис. 4). Для каждой термогравиметрической кривой на рисунке 4 были рассчитаны значения энергии активации таким образом, чтобы частотный фактор Ав и максимальная доля остаточной влаги были постоянны и равнялись значениям, полученным для экспериментов, проведенных в осушенном воздухе.

Рисунок 4 - Изменение доли остаточной влаги в древесине березы: ••••• - начальная относительная влажность воздуха 95%;--начальная относительная влажность воздуха 85%; ------начальная относительная влажность воздуха 63%;-------начальная относительная влажность воздуха 35%;----начальная относительная влажность воздуха 34%; — - начальная относительная влажность воздуха 0,1 %.

Для проведения сравнительного анализа и оценки отклонения значений энергии активации от номинального значения, полученного для относительной влажности воздуха ОД %, величины энергии активации для каждого эксперимента были переведены в относительные единицы по формуле:

г _ ^В.эксп

^В,от - , (10)

В,осуш

где Ев.жсп - значение энергии активации, рассчитанное по экспериментальным данным, полученным во влажном воздухе; ЕВосуш - значение энергии активации, рассчитанное для осушенного воздуха.

После пересчета значений энергии активации, полученных для различной относительной влажности воздуха, была построена экспериментальная зависимость энергии активации от влагосодержания воздуха для трех стадий (рис. 5). Разделение зависимости по стадиям, свидетельствует о влиянии температуры обработки на значение энергии активации во влажном воздухе.

Из графика на рис. 5 видно, что зависимость Ев(ф на участке 0<с?<4 г/кг носит степенной характер, а на участке 4<й?<14 - близка к линейному.

Рисунок 5 - Зависимость энергии активации, отнесенной к значению энергии активации для осушенного воздуха, от влагосодержания воздуха.

■ ■мяв 1 -ая стадия; ▲ к А. - 2-ая стадия; ♦♦♦♦♦♦ - 3-я стадия.

Математическое описание было выполнено отдельно для степенного участка зависимости:

Е, „ = 1,06 ■ (—)"■0077 ■ ехр(-, (11)

622 +с/ 14 241,2 +Г 4 '

и линейного участка зависимости:

ЕВот= (0,003 .й? + 1).ехр(-^-1), (12)

где влагосодержание воздуха, г/кг сухого воздуха; / -температура, °С.

Полученные значения кинетических параметров парообразования и зависимости энергии активации от относительной влажности воздуха (от влагосодержания и температуры воздуха) применяются для расчета скорости парообразования и доли остаточной влаги по уравнению Аррениуса для многостадийных процессов (уравнение 5).

Для исследования зависимости цвета древесины от потери массы при термическом разложении была выполнена четвертая серия экспериментов в вакууме на цилиндрических образцах. Условия экспериментов задавались на основе расчетов температуры и продолжительности обработки ме-

тодом непредельного разложения. Суть этого метода заключается в поэтапном отжиге каждой стадии разложения.

Результаты экспериментальных исследований зависимости цвета древесины от потери массы представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Потеря массы при термической обработке цилиндрических образцов и соответствуйте им цветовые характеристики RGB.

№ п/п t* КОН 5 °с Потеря массы при термическом разложении Цветовые характеристики

W1 W2 W3 W4 W5 Wo6m R G В

Береза

естеств. цвет 0 0 0 0 0 0 250 187 146

1 190 0.087 0,002 0 0 0 0,089 197 132 92

2 217 0,134 0,003 0 0 0 0,137 173 109 71

3 240 0,146 0,019 0 0 0,002 0,167 147 96 67

4 266 0,146 0,109 0,003 0 0,005 0,263 67 59 56

5 305 0.146 0,168 0,095 0 0.012 0,423 55 55 55

Сосна

естеств. цвет 0 0 0 0 0 0 248 181 129

1 202 0,024 0,003 0 0 0 0,027 233 156 99

2 256 0,024 0,066 0,006 0 0 0,096 173 105 63

3 268 0,024 0,097 0,014 0 0 0,135 139 82 56

4 282 0,024 0,121 0,034 0,001 0 0,180 133 80 55

5 300 0,024 0,128 0,094 0,003 0,001 0,25 99 65 53

6 322 0,024 0,128 0,249 0,025 0,001 0,427 64 52 50

* - температура, соответствующая моменту завершения разложения на г'-ой стадии.

В результате математической обработки экспериментальных результатов были получены функциональные зависимости для березы (14 - 16) и сосны (17 - 19). В эти уравнения входят переменные ы,- - потеря массы при термическом разложении на г-ой стадии (уравнение 7).

R6 =251-624- w, - 690 • м>2 (14)

Gs = 186-576-», -387-w2 (15)

В6 =144-543-w, -74-W2 (16)

Rc = 251-967-w2 -235-w3 (17)

Gc = 177 - 829 • w2 - 67 • w3 (18)

Bc= 120-570-w2 -21 -w, (19)

где R6, Sg, Ra Gc, Bc - составляющие цвета в системе разложения RGB для березы и сосны соответственно.

В ходе работы на основании регрессионного анализа было установлено, что при термическом модифицировании березы на цвет влияет первая и вторая стадии термического разложения. При термическом модифицировании сосны - вторая и третья стадии. В зависимости от степени их завершения цвет древесины будет меняться от светло-коричневого до черного.

Для подтверждения адекватности уравнений (14-19) был выполнен проверочный эксперимент, в котором условия обработки были значительно изменены. Полученные расчетным путем значения RGB показали хорошее совпадение с экспериментальными значениями. Также результаты расчетов, проведенных по уравнениям (14-19), были сопоставлены с данными других исследователей. В частности с данными Казанского государственного технологического университета. На рис. 6 представлены зависимости RGB составляющих от температуры обработки.

100 150 200 „„250

температура, С

О 200

3 CQ

g 100

в

в 100 150 200 250

температура, С.

Ю 200

g 150 О g 100 я

к 50

и

я 100 150 200 250

температура, С

Рисунок 6 - Зависимость RGB составляющих цвета термомодифицированной древесины березы от температуры нагрева: — расчетные данные по методике прогнозирования цвета; -------данные КГТУ.

Можно отметить удовлетворительное совпадение зависимости, полученной по расчетной модели и экспериментальных данных, представленных в работе КГТУ. Отклонение не превысило в среднем 22%.

Кроме того, сравнение цветовых характеристик с данными финляндских исследователей также показало удовлетворительное совпадение результатов (отклонение не превысило в среднем 9%).

Основные выводы и рекомендации по проведенной работе и по использованию результатов работы:

1. Определены значения кинетических параметров и число стадий термического разложения древесины сосны и березы в вакууме. Полученные кинетические параметры позволяют рассчитывать скорость и степень термического разложения древесины в температурном диапазоне 15 - 650 °С.

2. Определены значения кинетических параметров испарения связанной влети в древесине березы в осушенном воздухе в температурном интервале от 15 до 110 °С. Полученные кинетические параметры позволяют рассчитывать скорость парообразования и долю остаточной влаги в

древесине с любой заданной начальной влажностью, не превышающей предела гигроскопичности.

3. Получены зависимости скорости испарения связанной влаги от параметров воздуха в порах древесины. Зависимости позволяют учесть влияние влагосодержания (от 0,5 до 14 г/кг) и температуры среды на скорость парообразования.

3. Разработана методика прогнозирования цвета древесины сосны и березы при термическом модифицировании, позволяющая рассчитать изменение цветовых характеристик при любом заданном законе изменения температуры и любой начальной влажности древесины, не превышающей предел гигроскопичности, а также определить режим обработки для получения заданного цвета древесины.

4. Найденные кинетические параметры могут быть использованы также для разработки методики прогнозирования и других свойств древесины, изменяющихся в процессе термического модифицирования.

Список публикаций по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Кувик Т.Е. Физико-химические процессы, протекающие в древесине при интенсивном нагреве//Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник № 4 (73)/2010 - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010. -С.115-119

2. Кувик Т.Е. Прогнозирование цвета термомодифицированной древесины/ Кувик Т.Е., Семенов Ю.П., Ермоченков М.Г. //Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник № 3(86)/2012 - М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2012. - С.105-109.

3. Кувик Т.Е. Термогравиметрическое исследование испарения влаги внутри древесины при отсутствии влияния массопереноса жидкости/ Кувик Т.Е., Семенов Ю.П., Ермоченков М.Г. //Вестник ТГТУ том 14 № 3. -Тамбов: ФГБОУ Тамбовский государственный технический университет, 2008. - С. 655-656.

Публикации в других изданиях:

4. Кувик Т.Е Методика прогнозирования цвета при разработке энергосберегающих режимов термического модифицирования древесины / Кувик Т.Е., Семенов Ю.П., Ермоченков М.Г., Евстигнеев А.Г. // Пленарные доклады и тезисы сообщений Международной научно-практической конференции «Инновационные энергоресурсосберегающие технологии». - М.: ФГБОУ ВПО МГАУ, 2012. - С. 103-105

5. Кувик Т.Е. Кинетика термической деструкции древесины в приложении к прогнозированию свойств термомодифицированной древесины/ Кувик Т.Е.//Четвертая Международная научно-практическая конференция «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термо-влажностная обработка материалов) СЭТТ - 2011» - Том 2 - М.: ФГОУ

ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ)», 2011. - С. 144 - 148.

6. Кувик Т.Е. Математическое моделирование парообразования в древесине при интенсивном нагреве / Семенов Ю.П., Ермоченков М.Г., Кувик Т.Е. Евстигнеев А.Г.//Третья Международная научно-практическая конференция «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2008» - Том 2 - М.: МГУПБ, 2008. - С. 159 - 164.

7. Кувик Т.Е Определение внутренних источников при сушке древесины с применением термогравиметрического анализа методами химической кинетики / Семенов Ю.П., Ермоченков М.Г., Евстигнеев, А.Г., Кувик Т.Е. // Материалы Всероссийской конференции, посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН «Дендроэкология и лесоведение»/Тезисы -2007, Красноярск, Стр. 129-132.

8. Кувик Т.Е. Влияние относительной влажности воздуха в порах древесины на энергию активации парообразования при интенсивном нагреве / Семенов Ю.П., Ермоченков М.Г., Евстигнеев, А.Г., Кувик Т.Е.// Технология и оборудование для переработки древесины//Науч. тр. - Вып. 342. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. - С. 9 - 14.

9. Кувик Т.Е. Термогравиметрические исследования кинетики термической сушки древесины / Кувик Т.Е, Ермоченков М.Г., Евстигнеев, А.Г. // Технология и оборудование для переработки древесины//Науч. тр. -Вып. 335. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - С. 36 - 46.

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета

Подписано в печать 12.04.2013. Формат 60x90 1/16. Бумага 80 г/м2 Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ №89.

Издательство Московского государственного университета леса. 141005, Мытищи-5, Московская обл., 1-я Институтская, 1, МГУЛ. E-mail: izdat@mgul.ac.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА»

04201356373 На пРавах рукописи

КУВИК Татьяна Евгеньевна

КИНЕТИКА ИСПАРЕНИЯ СВЯЗАННОЙ ВЛАГИ И ДЕСТРУКЦИИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ МОДИФИЦИРОВАНИИ

Специальность 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование

деревопереработки»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Семенов Юрий Павлович

Москва-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Основные обозначения----------------------------------------------------------- 5

Введение----------------------------------------------------------------------------- 7

Глава 1. Современное состояние вопроса

1.1. Процессы, протекающие при термическом модифицировании и их

12

влияние на свойства древесины---------------------------------—..............

1.2. Экспериментальные и расчетные методы исследования процессов, протекающих в древесине при термическом модифицировании--------- 19

1.3. Выводы и задачи исследования--------------------------------------------- 35

Глава 2. Расчет скорости термического разложения древесины и парообразования в древесине

2.1. Кинетика термического разложения древесины------------------------ 38

2.2. Кинетика парообразования в древесине.................................. 47

2.3. Выводы--------------------------------------------------------------------------- 52

Глава 3. Методика прогнозирования цвета термомодифицирован-ной древесины

3.1 Математическая модель прогнозирования цвета термомодифици-рованной древесины---------------------------------------------------------------- 53

3.2. Алгоритм расчета цвета при термическом модифицировании древесины --------------------------------------------------------------------------------- 56

3.3. Выводы--------------------------------------------------------------------------- 58

Глава 4. Методики экспериментальных исследований

4.1 .Экспериментальное исследование кинетики термического разло-

59

жения древесины----------------------------------------------------------------

4.1.1. Экспериментальная установка для исследования кинетики термического разложения древесины------------------------------------- 59

4.1.2. Методика проведения термогравиметрического эксперимента исследования кинетики термического разложения----------------- ^

4.2. Экспериментальное исследование кинетики парообразования в древесине---------------------------------------------------------------------- 65

4.2.1. Экспериментальная установка для исследования кинетики парообразования —--------------------------------------------------------- 65

4.2.2. Методика подготовки образцов для исследования кинетики парообразования в древесине----------------------------------------------- 68

4.2.3. Методика проведения термогравиметрического эксперимента исследования кинетики парообразования--------------------------74

4.3. Экспериментальное исследование цветовых характеристик дре-

78

весины------------------------------------------------------------------------

Глава 5. Результаты экспериментально-расчетных исследований

5.1. Кинетические параметры термического разложения древесины — 82

5.2. Кинетические параметры парообразования связанной влаги в

87

древесине при интенсивном нагреве------------------------------------

5.2.1. Кинетические параметры парообразования в осушенном воздухе------------------------------------------------------------------------- 87

5.2.2. Исследование влияния начальной влажности древесины на кинетические параметры парообразования------------------------------ 91

5.2.3. Исследование влияния относительной влажности воздуха в

97

порах древесины на кинетические параметры парообразования —

5.2.4. Анализ полученных кинетических параметров парообразо-

109

вания-----------------------------------------------------------------------------

5.3. Зависимости цвета термомодифицированной древесины от потери массы при термическом разложении----------------------------------------------------111

5.3.1. Определение влияния каждой стадии термического разложе-

ния на цвет древесины-------------------------------------------------------------------------------------------111

5.3.2. Проверка работоспособности методики прогнозирования

цвета термомодифицированной древесины —----------------------------------------------117

5.4. Практическая реализация основных результатов работы--------------------------122

Основные выводы и рекомендации------------------------------------------------------------------------------------123

Список использованных источников--------------------------------------------------------------------------------125

Приложение 1 Статистическая обработка результатов экспериментов

133

и расчетов -----------------------------------------------------------------------------

Приложение 2 Математическая обработка результатов экспериментов

по исследованию зависимости цвета--------------------------------------------------------------------------------------^

Приложение 3 Пример расчета по предложенной методике----------------------------155

Приложение 4 Справки о внедрении методики------------------------------------------------------------1 ,п

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А - предэкспоненциальный множитель (частотный фактор), с"1; Е - энергия активации физико-химических превращений, Дж/моль; с1 - влагосодержание воздуха, г/кг; т - масса образца, мг; п - порядок реакции;

Рнас - давление насыщенного водяного пара, Па; Рп - парциальное давление пара при заданной температуре, Па; Я - универсальная газовая постоянная, /?=8314 Дж/(моль-К); г - удельная теплота парообразования, кДж/кг;

5 - число стадий;

Г - температура, К; ? - температура, °С;

V - скорость конвективных потоков, м/с; Ж- влажность древесины, %; х - координата, мм;

Л - скорость диффузионных потоков, м/с; ф - относительная влажность воздуха, %; е - безразмерный критерий испарения; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); т - время обработки, с; р0 - плотность, кг/м ;

со - степень превращения вещества, безразмерная величина.

Индексы: подстрочные

6 - барометрическое; В - вода;

Д— древесина; н - начальная;

от - относительный;

тек - текущая;

к - конечная;

П - поверхность;

сорб. - сорбции;

сп - справочный;

сух.д - сухая древесина;

/ - номер стадии;

7 - номер эксперимента;

к - номер коэффициента регрессии;

/ - количество структурных компонентов древесины;

т - количество структурных компонентов газообразных продуктов деструкции;

п - количество экспериментов; и - гидродинамическое;

\|/ - номер структурного компонента газовой фазы продуктов деструкции древесины;

надстрочные

вн - внешний; возд - воздух; з - заданное; п - пар;

э - тепловой эффект; г - излучение.

ВВЕДЕНИЕ

Древесина - один из наиболее распространенных природных материалов, широко применяемый в строительстве, мебельном производстве и других областях в натуральном виде. Для повышения качества древесины (внешний вид, прочность, стойкость к воздействию насекомых, грибов, по-жаростойкость и т.п.) необходима дополнительная механическая, термическая и химическая обработка.

В 20-м веке с развитием химической промышленности широкое распространение получила химическая обработка древесины. Появилось множество видов лаков, красок, грунтовок, пропиток, обработка которыми позволяет изменять декоративные свойства: цвет, шероховатость, блеск. Также разработаны технологии механо-химической модификации древесины на основе пропитки химическими составами и прессования [62], которые повышают эксплуатационные свойства: прочность поверхности, стойкость к биологическим и атмосферным воздействиям, пожаростойкость древесины. Однако химическая обработка в большинстве случаев основана на использовании вредных и ядовитых веществ, что является отрицательным фактором ее применения. Кроме того, при химической обработке ограничена глубина обработки, в связи с чем возможны сколы и истирание верхнего слоя древесины, что ухудшает ее декоративный вид.

Как альтернатива химическим способам обработки древесины в настоящее время все большее распространение получает термическое модифицирование. Это высокотемпературная обработка без доступа кислорода. В процессе термического разложения, который протекает при такой обработке, древесина необратимо меняет свои свойства. В частности меняется цвет в широком диапазоне, что положительно влияет на декоративные свойства, уменьшается равновесная влажность, повышается биостойкость и атмосфе-ростойкость, что улучшает эксплуатационные качества изделий. Приобретаемые новые характеристики свойств делают термомодифицированную древесину ценным и приоритетным, по сравнению с необработанной древеси-

ной, материалом при отделке влажных помещений, таких как ванные комнаты, сауны, бани, и наружных конструкций, таких как оконные рамы, ставни, фасады домов, террасы, конструкции при водоемах и бассейнах.

В связи с ростом спроса на термомодифицированную древесину важной задачей ученых и инженеров в области деревопереработки является разработка режимов и совершенствование технологий термического модифицирования, направленных на получение материала с необходимыми свойствами. Всестороннее исследование процессов, протекающих в древесине при термической обработке, и закономерностей изменения ее свойств послужит основой для повышения уровня инженерных и технологических расчетов.

Целью работы является исследование кинетики деструкции древесины, кинетики испарения связанной влаги в древесине и разработка на основе полученных результатов методики прогнозирования цвета термомодифици-рованной древесины.

Актуальность работы.

Для улучшения качества древесины и расширения области ее применения в отечественной и зарубежной промышленности разрабатываются различные способы ее модифицирования. Одним из развивающихся способов модифицирования является термическое модифицирование.

Использование и развитие технологий термической обработки позволяет использовать малоценные породы древесины для получения разнообразных цветовых оттенков, повышения биостойкости, атмосферостойкости при обеспечении экологической безопасности. Это увеличивает спрос на изделия из данного вида материала.

Развитие технологий термического модифицирования древесины затрудняется отсутствием надежной методики прогнозирования ее свойств. Разработка такой методики позволит рассчитывать технологические режимы термического модифицирования для получения материала с необходимыми свойствами. Решение задачи по расчету кинетики процессов, протекающих при термической обработке, а именно кинетики термического разложения

древесины и испарения связанной влаги в древесине направлено на разработку методики прогнозирования свойств древесины.

Одним из изменяющихся свойств, влияющих на условия термического модифицирования, является цвет древесины. Изменение цвета происходит на протяжении всего цикла обработки от естественного до темно-коричневого и черного. Исследование зависимости цветовых характеристик древесины от степени ее структурных изменений и разработка методики прогнозирования цвета древесины позволит управлять режимами термического модифицирования.

Научная новизна.

1. Определены экспериментально-расчетным методом кинетические параметры парообразования в древесине березы и кинетические параметры термического разложения древесины березы и сосны, рассчитано число стадий этих процессов.

2. Определены стадии термического разложения, влияющие на цвет термомо дифицированной древесины.

3. Найдены зависимости цвета термомодифицированной древесины сосны и березы от степени термического разложения.

4. Предложена методика прогнозирования цвета термомодифицированной древесины, позволяющая рассчитывать значения цветовых составляющих для нестационарных условий обработки. Методика основана на сквозном расчете процессов парообразования и термического разложения.

Практическая значимость результатов.

Найденные кинетические параметры термического разложения древесины и испарения связанной влаги позволяют рассчитывать степень и скорость термического разложения, скорость испарения и количество испарившейся влаги при любом заданном темпе нагрева и любой начальной влажности древесины, не превышающей предела гигроскопичности.

Результаты исследований могут быть использованы на предприятиях, занимающихся изготовлением термомодифицированной древесины для по-

лучения новых цветовых оттенков. Методика позволяет оптимизировать технологический процесс за счет уменьшения затрат энергии, сырья и времени.

Предложенная методика может быть использована на предприятиях, производящих оборудование для термомодифицирования древесины при отладке технологических режимов новых моделей установок, так как она позволяет прогнозировать цвет древесины при различных условиях обработки, в том числе нестационарных.

Основные положения работы могут быть использованы в научных лабораториях при исследовании свойств термомодифицированной древесины. Методика основана на исследовании физико-химических процессов, протекающих в древесине при термическом разложении, и выявляет взаимосвязь структурных изменений древесины с изменением ее свойств. Поэтому в дальнейшем исследования могут быть направлены на прогнозирование механических и других свойств древесины.

Достоверность. Получение экспериментальных результатов основано на использовании в эксперименте приборов, прошедших метрологическую поверку, применении различных методов тестирования и контроля измерительной системы экспериментальных установок. Воспроизводимость и повторяемость экспериментов была оценена путем статистической обработки Сравнение их результатов с аналогичными результатами, полученными другими авторами, показало хорошее соответствие. Достоверность теоретических решений проверялась сравнением с экспериментальными результатами.

Внедрение результатов.

Методика прогнозирования цвета термомодифицированной древесины, представленная в диссертационной работе, использовалась на предприятии ИП Ягодзинская, торговая марка «Вакуум Плюс», для расчета режимов термической обработки древесины сосны и березы.

Основные результаты исследований были использованы в научно-исследовательской работе студентов кафедры теплотехники, в учебном про-

цессе при подготовке магистров по специальности «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств».

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Кинетические параметры парообразования в древесине березы и кинетические параметры термического разложения древесины березы и сосны.

2. Зависимости кинетических параметров парообразования от параметров воздуха в порах древесины и от начальной влажности древесины.

3. Методика прогнозирования цвета термомодифицированной древесины.

Апробация. Материалы отдельных разделов диссертации были представлены, докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях МГУЛ в 2007, 2008 годах; Всероссийской конференции, посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН «Дендроэкология и лесоведение» в 2007 году; Международных научно-практических конференциях «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ в 2008, 2011 годах, Международной научно-практической конференции «Инновационные энергоресурсосберегающие технологии» в 2012 г. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации и 3 статьи в трудах международных конференций.

Автор выражает признательность своему научному руководителю -доктору технических наук, профессору Семенову Ю.П., научному консультанту - кандидату технических наук, доценту Ермоченкову М.Г., ведущему инженеру Евстигнееву А.Г. за всестороннюю поддержку и постоянную практическую помощь при выполнении работы.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Процессы, протекающие при термическом модифицировании и их

влияние на свойства древесины

Термическое модифицирование древесины происходит при воздействии на нее высоких температур без доступа кислорода. При этом в древесине протекают сложные процессы сушки и термического разложения.

В настоящее время существуют различные технологии термомодифицирования: в паровоздушной среде [55], в среде инертного газа [69], вакуумный способ термомодифицирования с кондуктивным нагревом древесины [1], термомодифицирование в топочных газах [43] и в гидрофобных жидкостях. Все эти технологии предусматривают предварительную высокоинтенсивную сушку древесины. Высокоинтенсивной называется сушка, при которой процесс парообразования идет не только на поверхности материала, но и внутри него, а молярный перенос вносит существенный вклад в общий тепло- и массоперенос. Поэтому учет процессов парообразования внутри древесины является важным условием правильного расчета скорости интенсивной сушки древесины. Трудности расчета связаны с тем, что древесина является природным материалом со сложными связями влаги с древесинным веществом. В зависимости от силы взаимодействия молекул воды с древесинным веществом требуется различное количество энергии на их отрыв.

По силе взаимодействия вода в древесине подразделяется на свободную и связанную. Свободная вода удерживаетс