Технологические процессы и оборудование деревоперерабатывающих производств: Учебник, 4-е изд., испр. и перераб

В учебнике рассмотрены актуальные проблемы, возникающие при разработке новых процессов и альтернативного оборудования лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств.

Предназначено для бакалавров, магистров направлений подготовки «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств» и аспирантов направления «Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве», обучающихся по лесотехническим профилям подготовки.

 Предисловие

При подготовке специалистов для деревоперерабатывающих предприятий необходимо учитывать, 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.

Эффективность использования 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.

Предлагаемый учебник поможет студентам самостоятельно изучить основные технологические процессы и оборудование, применяемые в деревоперерабатывающей и смежных с ней отраслях промышленности, принципы разработки новых технологических процессов. Для более глубокого изучения отдельных вопросов и решения конкретных технологических задач в конце издания предложен список рекомендуемой литературы.

Учебник создан 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.

Оглавление

Предисловие .......... 3 Введение .......... 4

Раздел I

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ

Глава 1. Структура деревоперерабатывающих предприятий .......... 6

1.1. Классификация технологических процессов .......... 6

1.2. Законы сохранения, переноса тепла, массы импульса для стационарных и нестационарных процессов .......... 9

1.3. Дифференциальные уравнения переноса массы, энергии и импульса в движущихся средах .......... 18

1.4. Термодинамические основы процессов переработки древесных материалов, протекающих при изменении давления среды .......... 32

1.5. Технологическое оформление процессов .......... 40

Глава 2. Методы исследования и математического описания технологических процессов .......... 49

2.1. Математическое моделирование .......... 49

2.2. Физическое моделирование .......... 50

2.3. Основы теории подобия .......... 50

2.4. Метод анализа размерностей .......... 65

Глава 3. Статистическое моделирование процессов деревопереработки .......... 71

3.1. Оценка воспроизведения экспериментов .......... 71

3.2. Обработка результатов исследований .......... 74

3.3. Планирование факторных экспериментов .......... 85

3.4. Оптимизация технологических процессов .......... 91

Раздел II
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Глава 4. Измельчение материалов .......... 95

4.1. Краткие теоретические сведения .......... 95

4.2. Аппараты для измельчения твердых тел .......... 96

4.3. Аппараты для измельчения древесных материалов .......... 98

4.4. Измельчение сбросом давления .......... 106

Глава 5. Классификация и сортировка материалов .......... 110

5.1. Грохочение .......... 110

5.2. Воздушные сепараторы .......... 117

5.3. Сортировка измельченной древесины .......... 119

5.4. Сортировка массы в производстве ДВП .......... 126

Глава 6. Смешение твердых материалов .......... 127

6.1. Статистическая теория смешения .......... 127

6.2. Конструкции смесителей .......... 132

6.3. Смесители для деревообрабатывающих производств .......... 136

6.3.1. Лопастные смесители .......... 137

6.3.2. Быстроходные смесители .......... 141

6.4. Перемешивающие устройства в производстве .......... 147

Глава 7. Прессование .......... 150

7.1. Основные сведения .......... 150

7.2. Классификация прессов .......... 156

Глава 8. Экструзия .......... 160

8.1. Конструкция одночервячного экструдера .......... 160

8.2. Применение экструзии в деревообрабатывающей промышленности .......... 166

Глава 9. Вальцевание и каландрование эластичных материалов .......... 169

9.1. Основные закономерности процесса вальцевания .......... 169

9.2. Каландрование .......... 173

Глава 10. Методы формования изделий .......... 177

10.1. Формование изделий литьем под давлением .......... 177

10.1.1. Литьевой цикл .......... 177

10.1.2. Многопозиционные литьевые машины .......... 181

10.2. Формование полых изделий методом раздува .......... 183

10.2.1. Экструзионно-выдувное формование .......... 183

10.2.2. Инжекционно-выдувное формование .......... 185

10.3. Формование изделий из листовых термопластов .......... 187

Раздел III
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Глава 11. Основы гидромеханических процессов .......... 192

11.1. Элементы гидродинамики .......... 192

11.2. Течение неньютоновских жидкостей .......... 195

11.3. Движение твердых тел в жидкости .......... 202

11.4. Движение жидкости через дисперсные слои и пористые перегородки .......... 203

11.5. Структура потоков и продолжительность пребывания жидкости в аппаратах .......... 205

11.6. Диспергирование жидкости .......... 209

Глава 12. Перемещение жидкостей, газов .......... 212

12.1. Общие сведения. Основные виды и параметры насосов .......... 212

12.2. Предельная высота всасывания .......... 215

12.3. Центробежные насосы. Принцип действия и типы насосов .......... 217

12.3.1. Законы пропорциональности .......... 217

12.3.2. Характеристики насосов .......... 218

12.3.3. Работа насосов на сеть .......... 219

12.3.4. Совместная работа насосов .......... 220

12.3.5. Центробежные насосы для перемещения волокнистых суспензий .......... 221

12.4. Поршневые насосы. Принцип действия и типы насосов .......... 223

12.4.1. Характеристика насосов .......... 224

12.4.2. Индикаторная диаграмма .......... 225

12.5. Насосы других типов .......... 226

12.6. Перемещение и сжатие газов .......... 229

12.7. Вакуум-насосы .......... 230

Глава 13. Разделение неоднородных систем .......... 234

13.1. Неоднородные системы и методы их разделения .......... 234

13.2. Гравитационное осаждение .......... 235

13.3. Инерционное осаждение .......... 241

13.3.1. Циклоны .......... 242

13.3.2. Гидроциклоны .......... 247

13.3.3. Осаждение в поле центробежных сил .......... 249

13.4. Фильтрование .......... 257

13.4.1. Общие сведения .......... 257

13.4.2. Фильтры и фильтрующие перегородки .......... 261

13.4.3. Отжим .......... 273

13.4.4. Фильтрующие центрифуги .......... 275

13.5. Мембранные процессы .......... 279

13.6. Аппараты для мембранного разделения смесей .......... 285

Глава 14. Псевдоожижение твердого зернистого материала .......... 292

14.1 Псевдоожиженные системы .......... 292

14.2. Гидродинамические характеристики псевдоожиженного слоя .......... 294

14.3. Расчет аппаратов с псевдоожиженным слоем .......... 297

Глава 15. Пневмотранспорт .......... 300

15.1. Общие сведения и определения .......... 300

15.2. Схема пневмотранспортных установок .......... 300

15.3. Гидродинамические характеристики потока аэросмеси .......... 306

15.4. Расчет пневмотранспортных систем и выбор основного оборудования .......... 310

Глава 16. Перемешивание жидких сред .......... 316

16.1. Общие сведения .......... 316

16.2. Механическое перемешивание .......... 317

16.3. Пневматическое перемешивание .......... 323

16.4. Поточное перемешивание .......... 325

Раздел IV
ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

Глава 17. Основы теплопередачи .......... 326

17.1. Общие понятия и определения .......... 326

17.2. Уравнение Фурье. Коэффициент теплопроводности .......... 327

17.3 Дифференциальное уравнение теплопроводности .......... 330

17.4. Коэффициенты теплоотдачи .......... 333

17.5. Теплообмен излучением .......... 333

17.6. Теплопередача при установившемся процессе .......... 338

17.7. Тепловая изоляция .......... 340

Глава 18. Процессы нагрева, охлаждения и конденсации .......... 343

18.1 Общие сведения и определения .......... 343

18.2 Нагревающие агенты и способы нагревания .......... 344

18.3. Охлаждающие агенты, способы охлажденияи конденсации .......... 357

18.4. Конструкции теплообменных аппаратов .......... 361

18.5. Расчет теплообменных аппаратов .......... 367

Глава 19. Выпаривание .......... 372

19.1. Общие сведения .......... 372

19.2. Однокорпусные выпарные аппараты .......... 375

19.3. Многокорпусные выпарные аппараты .......... 380

19.4. Роторные прямоточные аппараты .......... 385

19.5. Выпарные аппараты с тепловым насосом .......... 386

19.6. Барботажные выпарные аппараты .......... 388

Раздел V
Массообменные процессы

Глава 20. Основы массопередачи .......... 391

20.1 Общие сведения о массообменных процессах .......... 391

20.1.1. Виды массообменных процессов .......... 391

20.1.2. Скорость массопередачи .......... 400

20.2. Движущая сила процессов массопередачи .......... 410

20.3. Расчет основных размеров массообменных аппаратов .......... 412

20.4. Массопередача с твердой фазой .......... 416

Глава 21. Сушка .......... 422

21.1. Теоретические сведения о сушильных процессах .......... 422

21.2. Конвективная сушка .......... 426

21.3. Кинетика конвективного процесса сушки .......... 437

21.4. Аппаратурное оформление конвективных процессов .......... 443

21.5. Вакуум-осциллирующая сушка пиломатериалов .......... 456

Глава 22. Адсорбция .......... 466

21.1. Теоретические сведения об адсорбционных процессах .......... 466

22.2. Регенерация адсорбентов .......... 473

22.3. Устройство адсорберов и схемы адсорбционных установок .......... 475

22.3.1. Адсорберы с неподвижным слоем поглотителя .......... 475

22.3.2. Адсорберы с движущимся слоем поглотителя .......... 479

22.4. Ионообменные процессы .......... 489

Глава 23. Абсорбция .......... 496

23.1. Равновесие при абсорбции .......... 496

23.2. Материальный и тепловой балансы .......... 499

23.3. Кинетика абсорбции .......... 503

23.4. Устройство абсорбционных аппаратов .......... 509

23.5. Расчет абсорберов .......... 526

23.6. Десорбция .......... 526

Глава 24. Перегонка жидкостей .......... 529

24.1. Общие сведения .......... 529

24.2. Фазовое равновесие в системе «жидкость — пар» .......... 530

24.3. Простая перегонка .......... 535

24.4. Ректификация .......... 541

24.5. Устройство и расчет ректификационных колонн .......... 547

Глава 25. Экстракция .......... 556

25.1. Основные сведения об экстракции .......... 556

25.2. Устройство и принцип действия экстракторов .......... 558

25.3. Расчет процесса экстракции .......... 567

25.4. Выбор и регенерация экстрагента .......... 574

25.5. Экстракция веществ из древесных материалов .......... 577

25.5.1. Экстрагирование смолистых веществ из древесины .......... 581

25.5.2. Совершенствование технологии комплексной переработки древесной зелени .......... 583

Глава 26. Пропитка древесных материалов .......... 595

26.1. Виды пропитки .......... 595

26.2. Установки для пропитки древесины .......... 600

Глава 27. Кристаллизация .......... 603

27.1. Теоретические сведения о кристаллизации .......... 603

27.2. Аппаратурное оформление процесса .......... 610

Раздел VI
ХОЛОДИЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Глава 28. Теоретические основыхолодильных процессов .......... 616

28.1. Общие сведения .......... 616

28.2. Методы искусственного охлаждения .......... 620

Глава 29. Аппаратурное оформление холодильных процессов .......... 624

29.1. Компрессионные паровые холодильные машины .......... 624

29.2. Абсорбционные холодильные машины .......... 630

29.3. Пароэжекторные холодильные машины .......... 632

Раздел VII
ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Глава 30. Общие сведения о химических процессах .......... 637

30.1. Основные технологические понятия химической кинетики .......... 639

30.2. Основы микро- и макрокинетики .......... 642

Глава 31. Термохимические процессы переработки древесных материалов .......... 654

31.1. Механизм термического разложения древесины .......... 654

31.2. Термомодификация .......... 660

31.3. Газогенерация .......... 664

31.4. Пиролиз .......... 673

31.4.1. Пути развития пирогенетической переработки древесины .......... 676

31.4.2. Продукты пирогенетического разложениядревесины .......... 680

31.4.3. Аппараты для пирогенетической переработки древесины .......... 691

31.5. Обзор разработок КНИТУ по пирогенетической переработке древесных материалов .......... 699

Глава 32. Гидролиз .......... 708

32.1. Характеристика продукции гидролизного производства .......... 708

32.2. Основы теории гидролиза растительного сырья .......... 708

Глава 33. Варка целлюлозы .......... 717

33.1. Теоретические аспекты процесса варки целлюлозы .......... 717

33.2. Технология варки целлюлозы .......... 719

33.3. Регенерация черного щелока .......... 721

Условные обозначения .......... 725 Приложение .......... 727 Библиографический список .......... 731 Предметный указатель .......... 738