Способ химического модифицирования древесины и устройство для его осуществления

Способ химического модифицирования древесины и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1, Способ химического модифицирования древесины, включающий ваку.умирование , обработку аммиаком и удаление , химически несвязанного амьшака, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса моди .фицирования древесины и повьппения однородности ее физико-механических свойств, древесину перед обработкой аммиаком нагревают до 60-70°С подогретым воздушным потоком, а удаление химически несвязанного аммиака осуществляют путем нагревания древесины до 100-11О С с последующим вакуумированием до содержания в ней О,1-0,4% химически несвязанного анмнака от массы абсолютно сухой древесины. 2. Устройство для химического Модифицирования древесины, включающее герметизированную камеру и систему подачи и отвода аммиака, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено внешней системой циркуляции воздуха с калорифером, причем система циркуляции соединена с герметизированной камерой посредством входных и выходных патрубков, расположенных диаметрально противоположно и снабженных с внутренней стороны камеры перфорированными колпаками, при этом внутри камеры напротив колпаков установлены перфорированные пеО регородки. ел 00

СОЮЗ COBKTCHMX

NllfIMO

РЕСПУБЛИН

3(др В 27 К 3/02» 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

%1;NДЦВУ,:. ,t (21) 3492583/29-15 (22) 20;09.82 ,(46) 30.07.84. Бюл.@28 (72) Я;К.Гулбис, К.А.Роценс, А.Я.Кулькевиц, Т.А.Дарзиньш, Ю.В.Александров и Я.Э.Клотинь (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт химии древесины

АН Латв.ССР (53) 674.048.2:674,049,2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф249608, кл. В 29 J 5/10, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

-9623737, кл. В 27 М- 1/02, 1975. .(54) СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . (57) 1. Способ химического модифицирования древесины, включающий вакууми. рование, обработку аммиаком и удаление.химически несвязанного аммиака, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса моди.фицирования древесины и повышения однородности ее физико-механических

„.SU„„ A свойств, древесину перед обработкой аммиаком нагревают до 60-70 С подогретым воздушным потоком, а удаление химически несвязанного аммиака оСу" ществляют путем нагревания древесины до 100-110 С с последующим вакуумированием до содержания в ней О, 1-0,4Х химически несвязанного аммиака от массы абсолютно сухой древесины.

2. Устройство для химического модифицирования древесины, включающее герметизированную камеру и систему подачи и отвода аммиака, о т л ич а ю щ е е с я тем, что устройство дополнительно снабжено внешней системой циркуляции воздуха с калорифером, g причем система циркуляции соединена с герметизированной камерой посредством входных и выходных патрубков, расположенных диаметрально противоположно и снабженных с внутренней сторо- р ны камеры перфорированными колпаками, при этом внутри камеры напротив коллаков установлены перфорированные перегородки.

1 11053

Изобретение относится к модифицированию древесины, а именно к химическому модифицированию аммиаком, и может быть использовано в деревообрабатывающей промыпшенности.

Известен способ химического модифицирования древесины, включающий обработку ее аммиаком

Известно устройство для химического модифицирования древесины, включаю-10 щее герметизированную камеру и систему подачи и отвода аммиака (1 ).

Недостатком данного способа и устройства является большая длительность процесса модифицирования.

IS

Известен способ химического модифицирования древесины, включающий вакуумирование, обработку аммиаком и удаление химически несвязанного аммиака (2 ).

Известно устройство для химического модифицирования древесины, включающее герметизированную камеру и систему подачи и отвода аммиака (2 j.

Недостатками известного способа и устройства для его осуществления являются значительная длительность процесса модифицирования, недостаточно высокая однородность по физико-механическим свойствам древесины и слож30 ность улавливания аммиака из воздушно-аммиачно-паровой смеси, а также сложность оборудования для обеспечения взрывобезопасной циркуляции нагретого аммиака.

Цель изобретения — интенсификация З5 процесса модифицирования древесины и повышение однородности ее физикомеханических свойств.

Поставленная цель достигается тем, 40 что согласно способу химического модифицирования древесины, последнюю перед обработкой аммиаком нагревают до 60-70 С подогретым воздушным потоком, а удаление химически несвязанного аммиака осуществляют путем нагревания древесины до 100-110 С с последующим вакуумированием до содержания в ней О, 1-0,47 химически несвязанного аммиака от массы абсолютно сухой древесины, а устройство для химическо 0

ro модифицирования древесины, дополнительно снабжено внешней системой циркуляции воздуха с калорифером, причем система циркуляции соединена с герметизированной камерой посредст- 5 вом входных и выходных патрубков, расположенных диаметрально противополож- но и снабженных с внутренней стороны

10 2 камеры перфорированными колпаками, при этом внутри камеры напротив колпаков установлены перфорированньte перегородки °

Способ реализуется следующим образом.

Пример 1. В автоклав загружают заготовки серой ольхи с размерами 60х80х1000 мм и влажностью 16+27 в количестве 4,32 мЗ. Древесину нагревают до 70 С в потоке горячего о воздуха (105ОС) со скоростью 3+0,2 м/с (объем теплоносителя — 12000 мЗ/ч) в течение 1,25 ч, после чего автоклав герметизируют, вакуумируют до

0,01 МПа в течение 0,2 ч и выдерживают под вакуумом 0,5 ч для полного вакуумирования заготовок по всему их объему. После . этого в автоклав подают аммиак в количестве 6,97 от массы абсолютно сухой древесины или

120,3 кг (температура в испарителе

140-150 С) ° Одновременно в рубашку подают пар, и температуру в рубашке выдерживают в течение всего процесса в пределах 110+5 С. Температуру о заготовок при этом поднимают до 110 С, а давление в автоклаве — до 0,36 МПа.

Продолжительность пуска аммиака

0,75 ч. Далее заготовки выдерживают в стационарном режиме для химобработки в течение 2,5 ч, после чего снижают давление до атмосферного. Скорость удаления паро-аммиачной смеси из автоклава на абсорбционные колонны ,250 кг/ч, при этом температуру в автоклаве и заготовках понижают до 80 С.

Продолжительность снижения давления

1,2 ч. После этого проводят вакуумирование 0,5 ч до давления 0,01 МПа.

Температуру в заготовках снижают до 70 С. Затем давление в автоклаве повышают до атмосферного путем ввода в него водяных паров, и древесину нагревают включением системы циркуляции. Температуру в автоклаве и заготовках поднимают до 110 С. Проо должительность операции 2,0 ч. После нагрева автоклав герметизируют и снова вакуумируют до 0,01 NIIa. Одновременно отключают подачу пара в рубашку, температуру заготовки снижают до 60 С. Продолжительность операции

2,5 ч. После вакуумировання в автоклаве давление выравнивают до атмо-сферного и автоклав разгружают. Общая продолжительность процесса

11.45 ч.

53 10 . 4

3 110

В процессе химического модифицирования в абсорбционных колоннах получено 345 кг 23,5Х-ного водного раствора аммиака, соответствующего ГОСТУ.

Выбросы из санитарной колонны содержат аммиака менее 0,2 мг/м, т.е. низ 5 же допустимой нормы.

В результате химического модифицирования получают материал, равномерно обработанный по всему объему и

10 имеющий равномерную светло-коричневую окраску, причем органолептически при— сутствие аммиака в нем не обнаружено.

Содержание в древесине химически связанного аммиака 1,5, химически

15 несвязанного 0,257 от массы абсолютно сухой древесины. Влажность заготовок после модифицирования 8+27, плотность 420+5 кг/м э.

Пример 2. Процесс осущест20 вляют по примеру 1. на том же оборудовании. В автоклав загружают заготовки ольхи размерами 60х80х1000 мм и влажностью 16+2X в количестве 4,32 м.

Древесину нагревают до 60 С и насы25 щают аммиаком в количестве 6,9Х от массы абсолютно сухой древесины, после чего температуру в заготовках по,вышают до 100 С (давление 0,3 МЛа).

Вывод аммиака осуществляют при нагреве древесины до 100 С(температура в о

30 рубашке автоклава 105+5 C) . Общая продолжительность процесса 11,45 ч.

Влажность в заготовках после модифицирования 8ф27., плотность 420+5 кг/и

Лля определения равномерности показателей физико-механических свойств модифицированной древесины последние подвергают прессованию о при 170 С и давлении 1,6 МПа в течение 1 ч на гидравлическом прессе с обогреваемыми гладкими плитами.

У прессованных заготовок, взятых из пятнадцати различных зон автоклава и представляющих весь объем автоклава, определяют основные физико-ме45 ханические показатели (табл.1).

На фиг. 1 изображена схема устройства камеры, поперечный разрез;. на фиг.2 — то же, продольный разрез, вид сверху.

Устройство содержит герметизированную камеру 1 в виде горизонтального цилиндра. закрытую с торцов; крышками, причем по крайней мере одна иэ них закрывается с помощью герметического затвора 2 и служит .для загрузки и выгрузки древесины.

Внутри камеры проложен рельсовый путь 3 для транспортировки тележки

4 с пакетом заготовок 5. Снаружи к средней части камеры с обеик сторон симметрично подсоединены тру.бопроводы 6 системы циркуляции. Система циркуляции содержит калорифер

7/ расположенный в нагнетатеМьной стороне циркулятора 8 и заслонок

9 для реверса потока теплоносителя.

С внутренней стороны камеры вход и выход 10 системы циркуляции заканчивается газораспределителями, имеющими перфорированные колпаки 11 и не менее двух с каждой стороны плоских перфорированных перегородок

12. Камера имеет паровую рубашку 13.

Для подачи аммиака в камеру служит штуцер 14 для подачи пара — штуцер

15, для эвакуирования аммиачно-паровой смеси штуцер 16 . Наружные поверхности камеры и системы циркуляции покрыты теплоизоляционным слоем

Лля направления потока внутри камеры имеется дефлектор 17. Входные и выходные патрубки для подсоединения системы циркуляции снабжены герметичными задвижками 18. Заготовки укладывают на тележку вдоль камеры рядами, отделяя ряд от ряда прокладка . ми 19.

Устройство работает следующим образом.

Уложенный пакет заготовок 5 на тележке 4 по рельсовому пути 3 загружают в камеру 1, после чего камеру закрывают крышкой с помощью затвора

2. пч пня нагревания древесины до 6070ог

О С включают циркулятор 8, который через калорифер 7 по трубопроводам б нагнетает горячий воздух в камеру

1. Струя горячего воздуха, проходя через перфорированный колпак 11, тормозится и равномерно распределяется по всему объему перед перфорированными перегородками 12, которые обеспечивают одинаковую скорость течения потока за последней диафрагмой по всей ее площади. 3а счет этого осуществляется одинаковый теплообмен с древесиной в плоскости, перпендикулярной направлению потока. Для обеспечения равномерного нагрева заготовок в направлении потока последний реверсируют путем переключения заслонок реверса 9. Количество перфораций и площади их сечений в колпаках и диафрагмах должны обеспечить скорость потока внутри

11053

10 камеры с пакетами заготовок не менее, 2.м/с e в любой точке камеры с отклонением не более +0,2 м/с.

После нагрева заготовок камеру

Рерметиэируют, для чего закрывают 5 задвижки 18 и производят ее вакуумирование до 0,01 МПа через штуцер

16. Затем через штуцер 14 камеру заполняют аммиаком в количестве

5-10Х от массы абсолютно сухой древесины. Давление в камере повышается до 0,5 МПа, а температура за счет экзотермической реакции до 100-110 С. Обработку аммиаком ведут до достижения одинаковой тем- I5 пературы по всему объему как отдельной заготовки, так и всего пакета заготовок. По окончании насыщения древесины аммиаком, химически несвязанный аммиак и пары воды эва- 20 куируют из камеры самотоком до давления О, 1 МПа (атмосферного) через штуцер 16 в абсорбционные колонны для его утилизации. Дальнейшую эвакуацию аммиака проводят путем ваку- 25 умирования заготовок до 0,01 МПа.

При этом заготовки в камере охлаждаются до 60-70 С, что затрудняет полную эвакуацию химически несвязанного аммиака из них. Во избежание этого заготовки нагревают до 100-1 10 С путем наполнения камеры 1 водяным паром и включением системы циркуляции.

При вторичном нагреве осуществляется также последняя стадия химическо35 го модифицирования, обеспечивающая химическое связывание не менее 1,57 аммиака (от массы абсолютно сухой древесины) с древесиной. После нагрева камеру герметиэируют и вакуумируют до 0,01 МПа. Эвакуацию химически не.связанного аммиака из заготовок в абеорбционные колонны ведут до тех пор, 10 б пока в древесине остается не более

0,47 химически не связанного аммиака, При этом нагрев древесины в потоке пара с последующим вакуумированием может быть осуществлен многократно, в зависимости от различных условий (породы древесины, ее влажности и размеров, количества аммиака и др.).

После последнего вакуумирования камеры давление в ней доводят до атмосферного и заготовки выгружают.

Камера может- быть выполнена с паровой рубашкой, позволяющей сократить длительность процесса нагрева заготовок.

В зависимости от размеров (длины) камеры установка может иметь несколько систем циркуляции теплоносителя или одну систему циркуляции с несколькими парами входа-выхода теплоносителя в камере. Это значительно улучшает условия равномерного распределения потока теплоносителя внутри камеры.

Таким образом, показатели основных физико-механических свойств древесины имеют высокую степень однородности (показатель точности даже для пятнадцати образцов, взятых иэ различных зон автоклава, в большинстве случаев не превышает 57), Однородность физико-механических свойств полученного материала в два раза больше, чем по прототипу. Показателем однородности используют вариационный коэффициент при одинаковом количестве обраэцов— 15. Длительность процесса модификации и прессования по изобретению составляет 12,5 ч, что в 4 раза меньше длительности такого же процесса по прототипу. Полученный материал содержит только 0,25Х химически несвязанного аммиака, что практически исключает загрязнение воздуха парами аммиака.

l сб I

«) о .«а

I х о

f» с и о Х х )« (an

I а

1105310

С0 л л

Ю

И

f о

Ф о

L сЧ

О1 с»1

«» сЧ л

Х I о 8 х ф

« о

Х"

Р Я ж х и л о

I.(О

Э Ol М хйи

«» & Ф

Ф х х аах о и сб f» 4

1 сб

Р

kf сб ф

Э

Э х

В

Э а

Ю с- ь

«О ь О о х х х

f» о х I

) I и

Ф I

Х I

I о (1

1 о

Ю сЧ сГ\

О1 л

Ю л бЬ и ( и

I

)л л сЧ

v о х ь о

)»

1

I

I

I сб сб х о (:: л л с»ъ

ССа сЧ

«» л сЧ сб х х

Ф

« а

)1 о

I сб

Р

kf сб ф

Ф

Э х

kf

Р, С3

I о к

М о

Э о ж х х

f»

Ю л

I со I о и о

I

X 1 о

X 1

Э 1

ca(1

4 I

Ф 1

1 о

1

I х о Е ч ф сб 2

Щ с»1 с ъ с»1

Ю о о сЧ: О

Э Ol I

Ф х и и

Х Ca & Ф х Ф х

ЭР.ОР.Х

I о ()» сб а

tf сб

Ю О ш л л с»ъ

Ю л о б л о с Ъ л сЧ л л л о

4 о

Ю

Ю

Ю с"1 х X

« &

Ф х

Р Р

И сб

C) л

Ф со х сб х о (» о

° ф

Я о х х х

Р.

Q 1"1

I

1

1г

I, ) X

I

1

I 1

I o, о х

)Д

1 аО к о

) о"

И

Х х х

Cd

Ф Б

Ef 4 о и к

К Х л (. ф о ф к о v о к о

4 М Х

Р

Cl

Х IX5

«а (:: и х

Р

L сб

ХИ и о х

4 О

3С

Р О (w o (A с ц о о «)

)Ц ф

X x о о

«C IC и о

Ol ( о

Х ф

f сб )б

i Э

v а

Ф х е

Р. О (1 х

Х

3 х (б о о х к а о л

М

v о

М

Д, сб ф

f» и

)х о ф ср

an сЧ оО л с 3 О\ а»а сЧ сЧ с/\ сО сс л л л о о сч е Ю л сО л с 1 с»ъ с сЧ сЧ сЧ сЧ Ю

Ю л сч

СЬ о О л о л л ОО сч сч

an К) » б ц о х к

m o и о о

Х 4 м о д и

Хи и о о х о

Х v

u w

iО сЧ O

+(Ю сЧ »

a, ° сО ф .,о о а ф

Р сб .е а

Ц со !

f Р

b e (v

3к

)» >с

v v

ИЗ и о э

Х Ф х

Bf f. о к ф о ь4 е л

О +1 сб О1

«1 сб рР3 ф Р.

1105310 1105310

17

Составитель Е. Савостикова

Редактор Н. Воловик Техред Т.Дубинчак КорректоР Е. Сирохиан

Заказ 5437/9 Тирак 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Укгород, ул, Проектная, 4