Способ химического модифицирования древесины и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК B27K3/02 B27K3/10 

«11 Изобретение относится к модифицированию древесины, а именно к химическому модифицированию аммиаком, и может быть использовано в деревообрабатыванщей промыптенности, Известен способ химического модифицирования древесины, включающий обработку ее аммиаком 1. Известно устройство для химического модифицирования древесины, включаю щее герметизированную камеру и систему подачи и отвода аммиака 1 . Недостатком данного способа и устройства является большая длительность процесса модифицирования. Известен способ химического модифи цирования древесины, вклшчагаций вакуумирование, обработку аммиаком и удаление химически несвязанного аммиака 21. Известно устройство для химическог модифицирования древесины, включающее герметизированную камеру и систему по дачи и отвода аммиака 2. Недостатками известного способа и устройства для его осуществления являются значительная длительность процесса модифицирования, недостаточно высокая однородность по физико-механическим свойствам дреЁесины и слож ность Улавливания аммиака из воздушно-аммиачно-паровой смеси, а также сложность оборудования для обеспечения взрывобезопасной циркуляции нагретого аммиака. Цель изобретения - интенсификация процесса модифицирования древесины и повьшение однородности ее физикомеханических свойств. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу химического модифицирования древесины, последнюю перед обработкой аммиаком нагревают до 60-70С подогретым воздушным потоком, а удаление химически несвязанного аммиака осуществляют путем нагревания древесины до 100-1(0°С с последующим вакуумированием до содержания в ней 0,1-0,4% химически несвязанного аммиака от массы абсолютно сухой древесины, а устройство для химическо го модифицирования древесины, дополнительно снабжено внешней системой циркуляции воздуха с калорифером, причем система циркуляции соединена с герметизированной камерой посредством входных и выходных патрубков, рас положенных диаметрально противоположно и снабженных с внутренней стороны 0J камеры перфорированными колпаками, при этом внутри камеры напротив колпаков установлены перфорированные перегородки. Способ реализуется следующим образом. Пример 1. В автоклав загружают заготовки серой ольхи с размерами 60x80x1000 мм и влажностью 16+2 в количестве 4,32 м. Древесину нагревают до 70 С в потоке горячего воздуха () со скоростью 3+0,2 м/с (объем теплоносителя - 12000 ) в течение 1,25 ч, после .чего автоклав герметизируют, вакуумируют до 0,01 МПа в течение О,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 6,9% от массы абсолютно сухой древесины или 120,3 кг (температура в испарителе 140-150°С). Одновременно в рубашку подают пар, и температуру в рубашке вьщерживают в течение всего процесса в пределах 110+5с. Температуру заготовок при этом поднимают до 110 С, а давление в автоклаве - до 0,36 МПа. Продолжительность пуска аммиака 0,75 ч. Далее заготовки вьщерзкивают 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 80С. 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 . Продолжительность операции 2,0 ч. После нагрева автоклав герметизируют и снова вакуумируют до 0,01 МПэ. Одновременно отключают подачу пара в рубашку, температуру заготовки снижают до 60°С. Продолжительность операции 2,5 ч. После вакуумирования в автоклаве давление вьфавнивают до атмо- сферного и автоклав разгружают. Общая продолжительность процесса 11.45 ч. 31 В процессе химического модифициро вания в абсорбционных колоннах получено 345 кг 23,5%-ного водного раствора аммиака, соответствующего ГОСТу Выбросы из санитарной колонны содержат аммиака менее 0,2 мг/м, т.е. ниже допустимой нормы. В результате химического модифици рования получают материал, равномерно обработанный по всему объему и имекхций равномерную светло-коричневу окраску, причем органолептически при сутствие аммиака в нем не обнаружено Содержание в древесине химически связанного аммиака 1,5%, химически несвязанного 0,25% от массы абсолютно сухой древесины. Влажность загото вок после модифицирования 8±2%, плот ность 420t5 кг/м. Пример 2. Процесс осуществляют по примеру 1. на том же оборудовании. В автоклав загружают загото ки ольхи размерами 60x80x1000 мм и влажностью 16+2% в количестве 4,32 м Древесину нагревают до 60°С и насыщают аммиаком в количестве 6,9% от массы абсолютно сухой древесины, пос ле чего температуру в заготовках по, вьшают до (давление 0,3 МПа). Вьгоод аммиака осуществляют при нагре ве древесины до 100°С(температура в рубашке автоклава 105±5°С). Общая продолжительность процесса 11,45 ч. Влажность в заготовках после модифицирования , плотность 420±5 кг/м Для определения равномерности показателей физико-механических свойств модифицированной древесины последние подвергают прессованию при 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-механические показатели (табл.1). На фиг. 1 изображена схема устройст ва 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 из них закрывается с помощью герметического затвора 2 и служит .для загрузки и выгрузки древесины. Внутри камеры проложен рельсовый 0Л путь 3 для транспортировки тележки 4 с пакетом заготовок 5. Снаружи к средней части камеры с обеих сторон симметрично подсоединены трубопроводы 6 системы циркуляции. Система циркуляции содержит калорифер 7- расположенный в нагнетательной стороне циркулятора 8 и заслонок 9 для реверса потока теплоносителя. С внутренней стороны камеры вход и выход 10 системы циркуляции заканчивается газораспределителями, имеющими ггерфорированные 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 звакуирования аммиачно-паровой смеси штуцер 16. Наружные поверхности камеры и системы циркуляции покрыты теплоизоляционным слоем. Для 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 крьш1кой с помощью затвора 2. Для нагревания древесины до 6070°С включают циркулятор 8, который через калорифер 7 по трубопроводам 6 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. За счет этого осуществляется одинаковый теплообмен с древесиной в плоскости, перпе1здикулярной направлению потока. Дпя 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 5 камеры с пакетами заготовок не менее .2.M/cK в любой точке камеры с отклонением не более ±0,2 м/с. После нагрева заготовок камеру герметизируют, для чего закрывают задвижки 18 и производятее вакууми рование до 0,01 МПа через штуцер 16. Затем через штуцер 14 камеру заполняют аммиаком в количестве 5-10% от массы абсолютно сухой древесины. Давление в камере повышается до 0,5 МПа, а температура . за счет экзотермической реакции до 100-110с. Обработку аммиаком ведут до достижения одинаковой температуры по всему объему как отдельной заготовки, так и всего пакета заготовок. По окончании насы щения древесины аммиаком, химически несвязанный аммиак и пары воды эвакуируютиз камеры самотоком до давления О,1 МПа (атмосферного) через штуцер 16 в абсорбционные колонны для его утилизации. Дальнейшую эвакуацию аммиака проводят путем вакуумирования заготовок до 0,01 МПа. При этом заготовки в камере охлаждаются до бО-УО С, что затрудняет полную эвакуацию химически несвязан го аммиака из них. Во избежание это го заготовки нагревают до ЮО-ПО С путем наполнения камеры 1 водяным паром и включением системы циркуляц При вторичном нагреве осуществляется также последняя стадия химическо го модифицирования, обеспечивающая химическое связьгоание не менее 1,5% аммиака (от массы абсолютно сухой древесины) с древесиной. После нагр ва камеру герметизируют и вакуумиру до 0,01 МПа. Эвакуацию химически не .связанного аммиака из заготовок в а сорбционные колонны ведут до тех по 106 пока в древесине остается не более 0,4% 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 установ са 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 из различных зон автоклава, в большинстве случаев не превьшгает 5%). Однородность физико-механических свойств полученного материала в два раза больше, чем по прототипу. Показателем однородности используют вариационный коэффициент при одинаковом количестве образцов 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 0,25% химически несвязанного аммиака, что практически исключает загрязнение воздуха парами аммиака.

ttt.l

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