Systems. Methods. Technologies 3 (39) 2018

Systems Methods Technologies. B.M. Lokshtanov et al. Dehydration of wet …2018 № 3 (39) p. 103-107 104 Введение Щепа, полученная из свежесрубленной древесины и древесины, побывавшей в сплаве, древесины-топляка и древесины, прошедшей гидролиз и другие обработки водой, имеет повышенную влажность, затрудняющую ее использование в виде топлива или материала для пропитки реагентами. Влажность в древесине может быть связанной внутри волокон или быть свободной, в капиллярах. Снижение влажности щепы возможно многими способами. Сушка при высокой температуре позволяет снизить не только капиллярную, но и свя- занную влагу, но это экономически затратный способ. Известны механические способы, в частности центри- фугирование как наименее затратный, но при этом мы можем удалить только связанную влагу. Для снижения влажности щепы центрифугированием наибольший интерес представляют способы с непрерывным движе- нием материала — щепы как наиболее производитель- ные, с приемлемыми габаритами. Но для щепы этот процесс малоизучен, хотя и представляет большой ин- терес для лесной отрасли. Методика проведения исследования. Древесина относится к пористому материалу в составе волокон и капилляров, в которых находится влага, причем в во- локнах влага связанная, и ее количество обычно со- ставляет ~ 30 % (абс.) от массы древесины, а в капил- лярах влага свободная [4]. Обычно влажность свеже- срубленной древесины составляет 80–120 % (абс.) или 47–52 % (отн.), т. е. около половины массы составляет жидкость — вода. Древесина хорошо впитывает воду, и ее влажность может достигать 150–170 %. Тогда ее плотность может превысить 1 000 кг/м 3 , и она тонет — возникает топляк, особенно при сплаве древесины по рекам и озерам [1]. В зависимости от строения, на мик- роскопическом уровне, породы древесины отличаются, и их делят на три группы: 1 — хвойные (сосна, ель и т. п.), 2 — лиственные кольцесосудистые (дуб, ясень) и 3 — лиственные рассеяннососудистые (береза, осина). Наибольшее промышленное значение в России имеют 1-я и 3-я группы. Микроскопическое строение хвойных пород состо- ит в основном из удлиненных прозенхимных клеток, трахеид и коротких паренхимных клеток. Основная функция трахеид — проведение жидкости по стволу дерева. В связи с этим свободная жидкость сосредото- чена в трахеидах. Микроскопическое строение древе- сины лиственных пород более сложное, чем хвойных. Они имеют три вида тканей: водопроводящую, со- стоящую из сосудов и трахеид; механическую, состоя- щую из волокон, либриформа и волокнистых трахеид; заносящую из паренхимных клеток сердцевинных и вертикальной паренхимы. Следует отметить, что у хвойных пород трахеиды имеют меньшее поперечное сечение, чем у хвойных. В связи с этим влага из хвойных пород выходит медлен- нее, чем из лиственных. Хвойные породы дольше на- сыщаются влагой, например при сплаве. Для эффективного использования древесины необ- ходимо удалить влагу: требуются сухие бревна при строительстве, сухие древесные материалы как топли- во, сухие доски в деревообработке и т. д. Известно много способов обезвоживания древеси- ны: термический (естественный или искусственный), механический, комбинированные. Механические спо- собы обезвоживания включают пневматический, виб- рационный, центробежный, электрокинетический, виб- рационно-конвективный, конвективно-центробежный (ротационный), центробежно-высокочастотный и т. д. [5], но наиболее простой и менее затратный — это спо- соб центрифугирования в поле центробежных сил, ко- торый мы предлагаем для удаления влаги из топливной щепы, нарубленной из лесосечных отходов, низкокаче- ственной древесины, топляка и других древесных ма- териалов, имеющих повышенную влажность. Центри- фугирование производим на центрифуге диаметром 600 мм с меняющейся скоростью вращения барабана, обеспечивающей факторы разделения F r = 350G; 700G; 1050G. Щепа была нарублена из двух пород древесины, ели и березы, имеющих начальную влажность 120, 100, 80, 60 %. Кроме того, был изучен вопрос снижения влажности топливной щепы на перевозку щепы щепо- возами. Таким образом, основной задачей исследования яв- ляется определение времени центрифугирования для удаления свободной влаги из щепы при различных факторах разделения и различных показателях началь- ной влажности. Целью настоящих исследований является разработ- ка технологии и техники для снижения влажности ще- пы с 120 до 35–40 % при высокой производительности механических установок, позволяющих без нарушения целостности щепы получать эффективное топливо. Древесина — горючий материал, и ее теплотворная способность зависит от влажности. Так, 1 кг влажной древесины содержит горючее древесное вещество (чис- тое) в количестве, равном 1 кг минус масса влаги. Только в 1 кг абсолютно сухой древесины будет со- держаться 1 кг чистого древесного топлива. Чем выше влажность древесины (щепы), тем ниже ее теплотворная способность. Так, при влажности 120 % (абс.) теплотворная способность сосны состав- ляет 2 200 ккал/кг, березы — 2 400 ккал/кг. Если сни- зить влажность этих пород до 60 %, то теплотворная способность составит у сосны 3 500 ккал/кг, у березы — 3 800 ккал/кг. Если у этих пород удалить свободную влагу и довести влажность до 30–40 %, то теплотвор- ная способность поднимется до 4 200 ккал/кг у сосны и 4 500 ккал/кг у березы. Это хорошие показатели древе- сины (щепы) как топлива, и они приближаются к пока- зателям бурых углей. Рассмотрена математическая мо- дель удаления влаги из древесины (щепы). Исходя из теории центрифугирования разделяющихся материа- лов, можно отметить важную характеристику — фак- тор разделения r F : g R F PT б r 2 ω = , (1) где РТ R — максимальный внутренний радиус ротора (барабана центрифуги), м ; б ω — угловая скорость вращения центрифуги, с –1 ; g — ускорение свободного падения g = 9,85 м/с 2 .