содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..

Глава 7 ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СЫРЬЯ ПИРОЛИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

Физические свойства древесины

 Физические свойства древесины характеризуются плотностью, влажностью, гигроскопичностью, теплоемкостью и другими параметрами.

Плотность древесины, или древесинного вещества, у всех пород одинакова и в среднем равна 1,55 г/см3. Плотность древесины как физического тела из-за наличия полостей меньше и колеблется в значительных пределах в зависимости от породы, условий произрастания, индивидуальных особенностей каждого дерева и в большей степени от влажности древесины (табл.13).

Из наиболее распространенных в СССР древесных пород среднюю плотность (в воздушно-сухом состоянии) выше 0,55 имеют многие лиственные породы (дуб, ясень, клен, граб, бук, береза), а из хвойных только одна лиственница; плотность ниже

0,55 г/см3 — все остальные хвойные породы (сосна, пихта, ель, кедр и др.) и лиственные (ольха, осина, тополь, липа). Плотность имеет существенное значение в процессе пиролиза древесины при расчете массы загружаемой в аппарат древесины и получаемых продуктов и др.

Для некоторых технологических расчетов необходимо знать насыпную массу измельченной древесины, т. е. массу щепы или опилок, входящую в единицу объема аппарата при свободной загрузке. Масса 1 насыпного м3 хвойной щепы в пересчете на абсолютно сухую древесину составляет обычно 130—160 кг, березовой щепы в среднем 191, щепы осмольной отработанной в среднем 186, щепы из лесосечных отходов смешанных пород 120—160, опилок 100—135 кг. При искусственном уплотнении насыпная масса опилок и щепы может быть на 30—50 % выше.
 

13. ПЛОТНОСТЬ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ в АБСОЛЮТНО СУХОМ состоянии

Древесина содержит свободную (в полостях клеток) и связанную (в оболочках клеток) влагу. Различают абсолютную и относительную влажность древесины. Абсолютная влажность выражается в процентах от абсолютно сухого вещества древесины, а относительная — в процентах от влажной древесины.

При расчетах процесса сушки древесины используют пока­затели абсолютной влажности, в расчетах по технологии лесо­химических производств — относительной влажности (табл. 14).

По данным табл. 14 можно определить массу абсолютно су­хой древесины в 1 м³ древесины той или иной влажности. Например, если 1 м³ березовой древесины 20%-ной относительной влажности весит 670 кг, то массовая доля в нем абсолютно су­хой древесины 670 (100—20) : 100=536 кг, но не 600, как могло бы показаться на основании цифр первой строки табл. 14. Это расхождение — следствие того, что при высушивании древесины ниже определенной влажности происходят ее усадка и уплот­нение. На         большинство свойств древесины   оказывает      влияние

изменение     содержания связанной влаги. При достаточно    дли­

тельной выдержке древесина приобретает равновесную влаж­ность, которая зависит от влажности и температуры окружаю­щей среды. Уменьшение содержания связанной влаги вызывает сокращение линейных размеров и объема древесины — усушку. При увеличении содержания связанной влаги, а также поглоще­нии древесиной жидкостей происходит явление, обратное усуш­ке — р азбухание.

Влажность различных частей растущего или свежесрубленного дерева неодинакова. Средняя относительная влажность ядровой древесины хвойных пород составляет 25—30%, спелой древесины 35—40, заболони 45—65 %. У древесных пород влажность древесины от периферии к центру уменьшается постепенно. Общая влажность свежесрубленной древесины хвойных пород равна 45—50%, мягколиственных 40—50, твердолиственных 30—45 %.

14. СРЕДНЯЯ МАССА 1 М³ ПЛОТНОГО ОБЪЕМА ДРЕВЕСИНЫ РАЗНЫХ ПОРОД В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ

Способность высушенной древесины поглощать водяные пары из воздуха до состояния равновесия называется ее гигроскопичностью. Пределом гигроскопичности (точкой насыщения волокна) называется состояние, при котором в древесине содержится максимальная масса связанной влаги, а свободная влага отсутствует. Гигроскопичность древесины различных пород почти одинакова и при относительной влажности воздуха 100 % и температуре.20 °С влагоемкость древесины сосны и дуба составляет 28—30 %, при 90 % 21—22 %, при 50 % 9—10 % и т. д.

Способность древесины поглощать воду при погружении в нее называется водопоглощением. Масса воды, которую может поглотить древесина, зависит от объема полостей в ней. Например, древесина березы, имеющая плотность в абсолютно сухом состоянии 0,6 г/см3, теоретически может поглотить около 130 % воды от массы сухого вещества, при этом плотность ее составит 1,2 г/см3. При увеличении плотности древесины выше
1 г/см3 она тонет.

Теплоемкость древесины складывается из теплоемкостей собственно древесины и содержащейся в ней влаги, а также смолистых веществ. При этом теплоемкость смолистых веществ в 1,5 раза, а воды в 2,5 раза больше, чем удельная теплоемкость абсолютно сухой древесины, которая равна 1,55 кДж/(кг-К) при температуре 0 °С. С повышением температуры удельная теплоемкость древесины возрастает по линейному закону и при 100 °С увеличивается примерно на 25%. Замораживание сырой древесины приводит к уменьшению теплоемкости, так как лед имеет вдвое меньшую теплоемкость, чем вода. Увеличение влажности древесины от 0 до 130 % приводит к повышению теплоемкости в 2 раза.

Древесина — плохой проводник тепла. Ее теплопроводность зависит от условной плотности древесины (породы), направления потока тепла относительно оси древесного волокна, температуры и влажности. Коэффициент теплопроводности сухой древесины колеблется в пределах 0,1—0,4 Вт/(м-К). Увеличение плотности сухой древесины, т. е. повышение доли, занимаемой в единице объема древесинным веществом, приводит к возрастанию теплопроводности. Это происходит вследствие того, что древесинное вещество имеет в 20 раз больший коэффициент теплопроводности, чем воздух. Теплопроводность древесины вдоль волокон в 3 раза больше, чем поперек волокон. По радиальному и тангенциальному направлениям коэффициенты теплопроводности древесины могут несколько отличаться один от другого, так как в тангенциальном направлении вытянуты зоны поздней древесины годичных слоев. Поздняя древесина, особенно хвойных пород, более плотная, а следовательно, бо

лее теплопроводная. Увлажнение древесины, т. е. замещение со­держащегося в ней воздуха водой, имеющей в 23 раза большую теплопроводность, приводит к возрастанию теплопроводности древесины. Повышение температуры влажной древесины при­водит к еще большему увеличению теплопроводности.

Теплота сгорания древесины сильно зависит от ее влажности и незначительно от породы. Теплота сгорания абсолютно сухой древесины различных пород колеблется в пределах 20— 21-10³ кДж/кг. Средняя теплота сгорания свежесрубленных дров составляет около 8,5-10³ кДж/кг, а воздушно-сухих 15-10³ кДж/кг.

15. ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНЫХ ОБЪЕМНОГО И ПОВЕРХНОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИИ

ДРЕВЕСИНЫ

Способность древесины проводить электрический ток харак­теризует ее электрическое сопротивление. Различают удель­ное объемное и удельное поверхностное сопротивление (табл. 15). Удельное объемное электрическое сопротивление численно равно сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика из древесины размером 1X1X X1 см и определяется по формуле

р = RS/l,      (60)

где R — сопротивление образца, Ом; S — площадь основания образца, см²; I — длина ребра образца, см.

Поверхностное электрическое сопротивление измеряется в омах и численно равно сопротивлению квадрата любого размера на поверхности образца древесины при подведении тока к электродам, ограничивающим две противоположные стороны этого квадрата.

Как видно из данных табл. 15, электропроводность древе­сины зависит от породы и структурного направления древесины. Удельное объемное сопротивление вдоль волокон большинства пород в несколько раз меньше сопротивления поперек волокон. Сухая древесина относится к лучшим электроизоляционным ма­териалам, но с повышением массовой доли влаги в древесине ее электрическое сопротивление уменьшается.

16. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДРЕВЕСИНЫ НЕКОТОРЫХ ПОРОД, % ОТ МАССЫ

А. С. Д.