Способ химического модифицирования древесины и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХтмавиРЕСПУБЛИК д) В 27 К 3/02; 3/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И 3 ЦДЩ; т"(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт химии древесиныАН Латв.ССР(56) 1, Авторское свидетельство СССР3249608, кл, В 29 1 5/10, 1968.2, Авторское свидетельство СССР. (54) СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ .(57) 1. Способ химического модифицирования древесины, включающий вакууми,. рование, обработку аммиаком и удаление.химически несвязанного аммиака,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью интенсификации процесса моди.фицирования. древесины и повышения однородности ее Физико-механических 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, 1-0,43 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,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 11053Изобретение относится к модифицированию древесины, а именно к химическому модифицированию аммиаком, иможет быть использовано в деревообрабатывающей промыпшенности.5Известен способ химического модифицирования древесины, включающий обработку ее аммиакомИзвестно устройство для химического модифицирования древесины, включаю щее герметизированную камеру и систему подачи и отвода аммиака1 ,Недостатком данного способа и устройства является большая длительностьпроцесса модифицирования,15Известен способ химического модифицирования древесины, включающий вакуумирование, обработку аммиаком и удаление химически несвязанного аммиака 2.20Известно устройство для химическогомодифицирования древесины, включающеегерметизированную камеру и систему подачи и отвода аммиака2 1,Недостатками известного способаи устройства для его осуществленияявляются значительная длительностьпроцесса модифицирования, недостаточно высокая однородность по физико-механическим свойствам древесины и слож.30ность улавливания аммиака из воздушно-аммиачно-паровой смеси, а такжесложность оборудования для обеспечения взрывобезопасной циркуляции нагретого аммиака.Цель изобретения - интенсификация З 5процесса модифицирования древесиныи повышение однородности ее физикомеханических свойств.Поставленная цель достигается тем,ф 40что согласно способу химического модифицирования древесины, последнююперед обработкой аммиаком нагреваютдо 60-70 ОС подогретым воздушным потоком, а удаление химически несвязанного аммиака осуществляют путем нагревания древесины до 100-110 С с последующим вакуумированием до содержанияв ней О, 1-0,47 химически несвязанного аммиака от массы абсолютно сухойдревесины, а устройство для химическо 50го модифицирования древесины, дополнительно снабжено внешней системойциркуляции воздуха с калорифером,причем система циркуляции соединенас герметизированной камерой посредст 55вом входных и выходных патрубков, расположенных диаметрально противополож-но и снабженных с внутренней стороны 10 3камеры перфорированными колпаками, при этом внутри камеры напротив колпаков установлены перфорированные перегородкиСпособ реализуется следующим образом. П р и м е р 1. В автоклав загружают заготовки серой ольхи с размерами 60 х 80 х 1000 мм и влажностью 16+27- в количестве 4,32 мЗ. Древесину нагревают до 70 С в потоке горячегоовоздуха (105 С) 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. Температуруо 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 авто- клаве 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 МПа, Одновременно отключают подачу пара в рубашку, температуру заготовки снижают до 60 С. Продолжительность операции 2,5 ч. После вакуумировання в авто- клаве давление выравнивают до атмо сферного и автоклав разгружают, Общая продолжительность процесса 11.45 ч.53 10 . 4 3 110В процессе химического модифицирования в абсорбционных колоннах получено 345 кг 23,57-ного водного раствора аммиака, соответствующего ГОСТУ. Выбросы из санитарной колонны содержат аммиака менее 0,2 мг/м, т.е. ни 5 же допустимой нормы.В результате химического модифицирования получают материал, равномерно обработанный по всему объему и1 О имеющий равномерную светло-коричневую окраску, причем органолептически присутствие аммиака в нем не обнаружено. Содержание в древесине химически связанного аммиака 1,5 , химически15 несвязанного 0,257 от массы абсолютно сухой древесины. Влажность заготовок после модифицирования 8+27, плотность 420+5 кг/мэ.П р и м е р 2. Процесс осущест 20 вляют по примеру 1. на том же оборудовании. В автоклав загружают заготов. ки ольхи размерами 60 х 80 х 1000 мм и влажностью 16+27 в количестве 4,32 м. Древесину нагревают до 60 С и насы 25 щают аммиаком в количестве 6,97 от массы абсолютно сухой древесины, после чего температуру в заготовках по,вышают до 100 С (давление 0,3 МЛа). Вывод аммиака осуществляют при нагре. ве древесины до 100 С(температура воЗО рубашке автоклава 105+5 С) . Общая продолжительность процесса 11,45 ч. Влажность в заготовках после модифицирования 8 ф 27., плотность 420+5 кг/иДля определения равномерности показателей физико-механических свойств модифицированной древесины последние подвергают прессованиюопри 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-ме 45 ханические показатели (табл.1).На фиг. 1 изображена схема устройст. ва камеры, поперечный разрез; на Фиг.2 - то же, продольный разрез, вид сверху.50Устройство 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 тележки4 с пакетом заготовок 5. Снаружик средней части камеры с обеиксторон симметрично подсоединены трубопроводы 6 системы циркуляции. Система циркуляции содержит калорифер7/ расположенный в нагнетательнойстороне циркулятора 8 и заслонок9 для реверса потока теплоносителя.С внутренней стороны камеры входи выход 1 О системы циркуляции заканчивается газораспределителями, имеющими перфорированные колпаки 11и не менее двух с каждой стороныплоских перфорированных перегородок12. Камера имеет паровую рубашку 13.Для подачи аммиака в камеру служитштуцер 14 для подачи пара - штуцер15, для эвакуирования аммиачно-паровой смеси штуцер 16 . Наружные поверхности камеры и системы циркуляциипокрыты теплоизоляционным слоем,Для направления потока внутри камерыимеется дефлектор 17. Входные и выходные патрубки для подсоединениясистемы циркуляции снабжены герметичными задвижками 18. Заготовки укладывают на тележку вдоль камеры рядами, отделяя ряд от ряда прокладками 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 затворапгтпня нагревания древесины до 60- 70 г0 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 перфорированны. ми 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, 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 внутри11053 О камеры с пакетами заготовок не менее,2,м/с 1 в любой точке камеры с отклонением не более +0,2 м/с.После нагрева заготовок камеру герметиэируют, для чего закрывают 5 задвижки 18 и производятее вакуумирование до 0,01 МПа через штуцер 16. Затем через штуцер 14 камеру заполняют аммиаком в количестве 5-103 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 пературы по всему объему как отдельной заготовки, так и всего пакета заготовок, По окончании насыщения древесины аммиаком, химически несвязанный аммиак и пары воды эва 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 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 химическо 35 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 бпока 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 0,257 химически несвязанного аммиака, что практически исключает загрязнение воздуха парами аммиака.о 1- о Ф Ф х ханц Ф Ф х х аах о цена ФФ Ф х а Ц Ц Ф Ф а ф о х сВО СО л В м мФ л ФЧ СЧ СЧ о х х х00 Ф63 х х ц Ф а ФФ Фх ак цФа фо ы 11 м м1 О1 1 о 34 о Ф о х хМ мс О ФЕ ц ЕФ о х.ах о Фх 4х ФФ а к еф 1сц цИЗцо Ф о л Ф л Ф л Фм л О В О ф (Ч К)ханц ЦбФ Фх аах о в е СО1 1 1 л а хФ ФВ 1.ок ф Ф Ю х Ф о и м о + В (Ч Ф о о"1Х й х о о х 3 с ц о Ф ко Ф ок о ц к к хд о ф к о ц1105310 17 Ри Составитель Е. Савостиковоловик Техред Т.Дубинчак акто ектор Е. Сирохман одписное 5 иал ППП "Патент", г. Уагоро 1 роектная, 4 аказ 5437/9 Тираа 487 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,