Фізичні властивості деревини
Розглянемо деякі фізичні властивості деревини, які цікавлять технологів лісохімічних виробництв.
Щільність деревини.Щільність власне деревини, або деревної речовини, майже однакова для різних порід і в середньому дорівнює 1,55 г/см [1]. Щільність деревини як фізичного тіла, тобто включаючи порожнечі (раніше цей показник називався об'ємна вага), залежить від породи дерева, умов проростання, індивідуальних особливостей кожного дерева та великою мірою від вологості деревини (табл. 1.1).
З-поміж найбільш поширених в СРСР деревних порід середню щільність (у повітроносухому стані) вище 0,55 г/см3 мають багато листяних пород (дуб, ясен, клен, граб, бук, береза) і тільки одна хвойна порода (модерниця), а щільність нижче 0,55 г/см3 - всі інші хвойні породи (сосна, ялиця, ялина, кедр та ін) і лише деякі листяні (вільха, осика, тополя, липа). Щільність має істотне значення, наприклад, у процесах піролізу деревини при розрахунку маси сировини, що завантажується в апарати та ін.
Для деяких технологічних розрахунків важливо знати насипну масу подрібненої деревини, тобто масу тріски або тирси, що входить в одиницю об'єму апарату при вільному завантаженні. Маса 1 насипного м3 хвойної тріски в перерахунку на абсолютно суху деревину становить зазвичай 130-160 кг/м3, березової тріски - в середньому 190 кг/м3, тирси 100-135 кг/м3, тріски змішаних порід з лісосічних відходів 120-160 м3. При штучному ущільненні насипна маса тирси та тріски може бути підвищена на 30-50%.
Вологість деревини.Розрізняють абсолютну та відносну вологість деревини. Абсолютна вологість виражається у відсотках від абсолютно сухої речовини дерева.
1.1. Щільність абсолютно сухої деревини
Середній обсяг клітинних стінок, %
Сини, а відносна - у відсотках від вологої деревини.
Відносну вологість W0 можна перерахувати в абсолютну W за формулою
А абсолютну у відносну
У розрахунках за технологією лісохімічних виробництв використовують, як правило, показники відносної вологості (табл. 1.2) і надалі, якщо не зазначено інше, маються на увазі саме ці показники. Об'єм деревної сировини в підручнику наводиться в кубічних метрах щільної деревини.
Вологість центральної та периферичної частин зростаючого або свіжозрубаного дерева неоднакова. Середня відносна вологість ядрової деревини хвойних порід становить 25-30%. стиглої деревини 35-40, заболоні 45 - 65%) - У заболонних деревних порід вологість деревини від периферії до центру зменшується поступово. Загальна вологість свіжозрубаної деревини хвойних порід зазвичай дорівнює 45-50%, м'яких листяних 40-50, твердолистяних 30-45%.
Здатність висушеної деревини поглинати водяні пари з повітря до стану рівноваги називається її гігроскопічність. Гігроскопічність деревини різних порід майже однакова. При відносній вологості
1.2. Середня маса 1 м3 щільної деревини різної вологості, кг
Повітря 100% і температурі 20 ° С вологоємність деревини сосни та дуба становить 29-30%, при 90% -21-22%, при 50% -9-10% іт. буд.
Здатність деревини при зануренні у воду поглинати її називається водопоглинанням. Гранична кількість води, яку може поглинути деревина, залежить від об'єму порожнин. Так, деревина берези, має щільність в абсолютно сухому стані 0,6 г/см3, теоретично може поглинути близько 130 % води від маси сухої речовини, при цьому щільність її становитиме 1,2 г/см3.Майже таке повне насичення деревини водою ніколи не досягається, але при сплаві деревини берези (і деяких інших листяних порід) іноді спостерігається збільшення щільності вище одиниці, внаслідок чого деревина тоне.
Усихання і набухання деревини.При висушуванні сирої деревини спочатку з неї видаляється вільна волога, що міститься в клітинних і міжклітинних порожнинах, при цьому розміри шматка дерева, що висушується, не змінюються. Потім виділяється зв'язана, або колоїдна, волога, що знаходиться у зв'язаному стані у стінках клітин. У цей момент починається усадка деревини, тобто зменшення її розмірів. Точка переходу, що настає при абсолютній вологості (для різних порід) 25-30%, називається точкою насичення волокна. При зволоженні суха деревина збільшується в розмірах до точки насичення волокна. Таке збільшення вздовж волокон зазвичай дорівнює менше 0,5%, у радіальному напрямку 2-6%, а в тангенціальному 5-12% - За обсягом набухання становить 10-20% від об'єму абсолютно сухої деревини. При подальшому зволоженні деревини її розміри не змінюються. Нерівномірність набухання (отже, і усушки) деревини у різних напрямках призводить часто до її деформації (короблення). Однак набухання може мати і позитивне значення, наприклад, при замочуванні дерев'яних баків і бочок для попередження течі.
При висушуванні деревини волога у вигляді пар видаляється в основному через торці (в середньому в 4 рази більше, ніж у радіальному напрямку); кількість випаровуваної вологи в тангенціальному напрямку має проміжне значення. Заболонь висихає швидше за ядро, деревина хвойних порід швидше, ніж листяних. Надмірно швидке висушування деревини призводить до утворення тріщин. Така деревина малопридатна длявиробів, а при піролізі з неї виходить вугілля зі зниженою механічною міцністю.
Теплоємність деревини.Теплоємність деревини складається з теплоємності власне деревини і теплоємності вологи, що міститься в ній, а також смолистих речовин. При цьому теплоємність смолистих речовин в 1,5 рази, а води в 3 рази більше, ніж теплоємність абсолютно сухої деревини, що дорівнює при °С 1,4 кДж/(кг-К). Тому зі збільшенням смолистості та особливо вологості деревини її теплоємність збільшується. Теплоємність деревини, як і всіх матеріалів, збільшується також із підвищенням температури.
Теплопровідність деревини.Деревина - поганий провідник тепла. Коефіцієнт теплопровідності сухої деревини коливається в межах 01-04 Вт/(м-К), тоді як вуглецевої сталі близько 50 і міді близько 400 Вт/(м-К). Чим менша щільність деревини, тобто чим більше в ній порожнин, тим гірше вона проводить тепло. При зволоженні деревини її теплопровідність збільшується, оскільки повітря заміщується водою, що має у 26 разів більш високу теплопровідність.
Теплота згоряння деревини.Кількість теплоти, що виділяється при повному згорянні речовини, називається теплотою згоряння (раніше ця величина називалася теплотворною здатністю). Теплота згоряння деревини сильно залежить від її вологості та мало від породи дерева. Теплота згоряння 1 кг речовини називається питомою теплотою згоряння. При спалюванні абсолютно сухої деревини різних порід вона коливається не більше 20ч-21-103 кДж/кг. Середня теплота згоряння свіжозрубаної деревини становить близько 8,5 X X Ю3 кДж/кг, а повітряносухою - досягає 15-Ю3 кДж/кг. Теплота згоряння 1 м3 повітряносухої деревини змішаних порід відповідає приблизно 0,25-0,28 т умовного палива, теплота згоряння якогоприймається 29,3 • 103 кДж/кг.