Современные технологии переработки древесных материалов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

Р. Г. Сафин, Т. О. Степанова

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 

ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ 

МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 674.8(075)
ББК  37.1я7

С21

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

канд. техн. наук, доц. Е. К. Воронин
канд. техн. наук, доц. В. А. Салдаев

С21

Сафин Р. Г.
Современные технологии переработки древесных материалов : 
учебное пособие / Р. Г. Сафин, Т. О. Степанова; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2022. – 80 с.

ISBN 978-5-7882-3167-9

На основе анализа теоретических сведений по технологическим процес
сам и оборудованию деревоперерабатывающих производств рассмотрены современные технологии переработки древесных материалов. 

Предназначено для бакалавров и магистров направлений подготовки 

35.03.02 (35.04.02) «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств», 15.03.02 (15.04.02) «Технологические машины и оборудование» очной формы обучения, изучающих проектирование ресурсо- и энергосберегающих технологий, а также для научных работников и специалистов 
лесной промышленности, интересующихся проблемами проектирования технологий лесотехнического и энергетического направления. 

Подготовлено на кафедре переработки древесных материалов.

ISBN 978-5-7882-3167-9
© Сафин Р. Г., Степанова Т. О., 2022
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 674.8(075)
ББК  37.1я7

2

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Предисловие.................................................................................................................. 4
Введение........................................................................................................................ 5
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ............................................................................ 6

1.1. Измельчение древесных материалов............................................................... 6
1.2. Сортировка древесных материалов................................................................. 6
1.3. Смешение........................................................................................................... 8
1.4. Формование изделий ...................................................................................... 10
1.5. Физические параметры механических процессов........................................ 13
Контрольные вопросы........................................................................................... 15

2. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ............................................................. 17

2.1. Движущая сила гидромеханических процессов........................................... 17
2.2. Основные закономерности гидромеханических процессов ........................ 19
2.3. Перемещение газов и жидкостей................................................................... 21
2.4. Сепарация неоднородных смесей (НС)......................................................... 25
2.5. Мембранные процессы................................................................................... 29
2.6. Псевдоожижение............................................................................................. 31
2.7. Пневмотранспорт............................................................................................ 33
2.8. Способы перемешивания жидкостей ............................................................ 34
Контрольные вопросы........................................................................................... 35

3. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ..................................................................................... 37

3.1. Классификация тепловых процессов ............................................................ 37
3.2. Движущая сила тепловых потоков................................................................ 37
3.3. Основы термодинамики ................................................................................. 38
3.4. Дифференциальное уравнение теплопроводности ...................................... 40
3.5. Теплопередача через стенку при установившемся процессе ...................... 40
3.6. Теплообмен излучением................................................................................. 42
3.7. Процессы нагрева, охлаждения и конденсации ........................................... 43
3.8. Выпаривание ................................................................................................... 45
3.9. Тепловые насосы............................................................................................. 47
Контрольные вопросы........................................................................................... 48

4. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ...................................................................... 50

4.1. Краткие теоретические сведения................................................................... 50
4.2. Современное состояние техники и технологии сушильных процессов..... 54

4.2.1. Аппаратурное оформление сушильных процессов .............................. 56
4.2.2. Тепломассоперенос в сушильных процессах........................................ 60

4.3. Адсорбционные процессы.............................................................................. 62
4.4. Абсорбция........................................................................................................ 67

4.4.1. Теоретические сведения ......................................................................... 67
4.4.2. Аппаратурное оформление абсорбционных процессов....................... 69

Контрольные вопросы........................................................................................... 73

Библиографический список....................................................................................... 74

П Р Е Д И С Л О В И Е

При подготовке специалистов для деревоперерабатывающих 
предприятий необходимо учесть, что отечественные предприятия 
в настоящее время оснащаются современным оборудованием, новыми 
технологиями, позволяющими не только осуществлять более полную 
переработку древесных материалов, но и оптимально организовывать 
технологический процесс с учетом как экономических требований, так 
и требований по энергосбережению. 
Без глубоких знаний основных закономерностей технологических процессов невозможно правильно выбрать требуемое оборудование и технологию. Эффективное использование различных по конструкции и назначению машин и механизмов во многом зависит от технически правильной эксплуатации и содержания их в исправном состоянии в соответствии с требованиями технологической надежности. 
Без закрепления знаний по теоретическим основам технологических процессов и оборудованию деревоперерабатывающих производств невозможно воспринять современные технологии переработки 
древесных материалов и выбрать рациональные направления разработки перспективного оборудования. 
Предлагаемое учебное пособие направлено на закрепление знаний, полученных студентами на других лекционных курсах, ознакомление с современными технологиями переработки древесных материалов, самостоятельную разработку новых технологий и аппаратурное 
оформление к ним. 
Учебное пособие создано на основе лекционных курсов, читаемых в Казанском национальном исследовательском технологическом 
университете для студентов, обучающихся по лесотехническим специальностям, а также результатов научных исследований, выполненных 
в последние годы. 

4

В В Е Д Е Н И Е

Лесная промышленность Российской Федерации включает в себя 

ряд технологически связанных между собой отраслей: лесозаготовительную, деревообрабатывающую, целлюлозно-бумажную и лесохимическую.

В них осуществляются разнообразные процессы, в которых ис
ходные материалы в результате физико-химического взаимодействия 
претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изменением 
агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. К таким процессам относятся: перемещение жидкостей, суспензий и твердых древесных материалов, сжатие и транспортирование газов, нагревание и охлаждение веществ, их перемешивание, разделение жидких 
и газовых неоднородных смесей, выпаривание растворов, экстрагирование биологически активных веществ, сушка древесных материалов, 
газификация, пирогенетическая переработка и др.

В связи с запретом вывоза за границу переработанной древесины

возрастает роль лесопромышленных комплексов России. Повышение 
роли малых предприятий закладывает основу для создания новых инновационных предприятий. А успешная работа предприятий деревообработки невозможна без хорошо подготовленных специалистов. Углубленные знания теоретических основ технологических процессов и соответствующего аппаратурного оформления позволит молодым специалистам легко адаптироваться к современным реалиям и быть успешными в любой отрасли деятельности.

Курс «Современные технологии переработки древесных матери
алов» является продолжением и развитием курса «Технологические 
процессы и оборудование деревоперерабатывающих производств», он 
знакомит студентов с современным оборудованием для переработки 
растительных материалов, а также с научными разработками, проводимыми на кафедрах лесотехнического профиля Казанского национального исследовательского технологического университета.

Предлагаемый курс «Современные технологии переработки дре
весных материалов» является инженерной дисциплиной, представляющей собой важный раздел подготовки инженерно-технологических работников для лесопромышленного комплекса.

1 .  М Е Х А Н И Ч Е С К И Е  П Р О Ц Е С С Ы

К механическим процессам относятся: измельчение; сортировка; 

смешение; вальцевание; каландрование; прессование; экструзия; формование. Рассмотрим эти процессы более подробно.

1 . 1 .  И з м е л ь ч е н и е  д р е в е с н ы х  м а т е р и а л о в

Для измельчения древесных материалов применяют: рубительные

машины, молотковые дробилки, шредеры, дифибраторы, дисмембраторы, рафинеры.

В целях разволокнения древесной массы используют сброс давле
ния. Материал предварительно нагревают водяным паром высокого 
давления, а затем проводят разгерметизацию. При сбросе давления 
внутри влажного материала вода вскипает, в результате чего возникает 
избыточное давление, которое разрушает щепу на волокна. Такая технология применяется в Castamonu при производстве напольных покрытий из древесно-волокнистых плит. Условие разволокнения записывается соотношением

𝑒𝑥𝑝 (𝐴 −

𝐵
𝑇) ⋅ 2𝜋𝑅 ⋅ 𝐻 ≥ 𝜎𝑝𝛴𝑆пер,
         (1.1)

где А, В – const; Т – температура насыщенного пара; 2𝜋𝑅𝐻– площадь боковой поверхности цилиндрической древесной частицы; 𝜎𝑝 – напряжения
разрушения; 𝑆пер – площадь перемычек между капиллярами древесины.

1 . 2 .  С о р т и р о в к а  д р е в е с н ы х  м а т е р и а л о в

Качество измельчения оценивается построением дифференци
альных кривых распределения (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Дифференциальные кривые распределения измельченного 

материала

Для получения зависимости концентрации измельченных частиц 

от геометрических размеров проводится ситовый анализ измельченных 
частиц. Чем выше концентрация измельченных частиц, тем выше качество измельчителя. Для сортировки измельченных частиц древесины 
применяют грохоты (рис. 1.2).

а
б

в

Рис. 1.2. Схемы грохотов: а – барабанного; б – качающегося; 

в – виброгрохота

Сортировка мелкодисперсных измельченных древесных частиц 

осуществляется в воздушных сепараторах.

1 . 3 .  С м е ш е н и е

Для смешения древесных материалов применяют (рис. 1.3) ло
пастные и вальные смесители.

а

б

Рис. 1.3. Схемы смесителей: а – лопастного; б – вального 

Для смешения высоковязких материалов, например древесных 

частиц с гранулами полимеров, применяют вальцовые смесители. 
В этих аппаратах смешение происходит за счет многократной периодической деформации сдвига и растяжения. 

а
б
в

Рис. 1.4. Схема деформации частиц при пропускании через вальцы