Разработка технологии и оборудования по термомодифицированию древесины в среде водяного пара

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

А. Р. Шайхутдинова, Р. Р. Сафин

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ 

И ОБОРУДОВАНИЯ 

ПО ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЮ

ДРЕВЕСИНЫ В СРЕДЕ 

ВОДЯНОГО ПАРА

Монография

Казань

Издательство КНИТУ

2018

УДК 674.02
ББК 37.1

Ш17

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

директор ООО НПП «ТермоДревПром»

канд. техн. наук П. А. Кайнов

зам. гл. ред. журн. «Деревообрабатывающая

промышленность» Е. Ю. Разумов

Ш17

Шайхутдинова А.Р., 
Разработка технологии и оборудования по термомодифицированию 
древесины в среде водяного пара : монография / А. Р. Шайхутдинова, 
Р. Р. Сафин; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. –
Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 132 с.

ISBN 978-5-7882-2475-6

Исследованы 
современные
технологии 
термообработки 
древесины, 

разработана 
математическая 
модель 
процессов 
термомодифицирования 

древесины в среде водяного пара, позволяющая определить продолжительность 
стадий вакуумирования, прогрева, непосредственного термомодифицирования 
древесины, охлаждения готового продукта, подсушки. Усовершенствована 
технология вакуумно-конвективного термомодифицирования древесины в среде 
перегретого водяного пара, отличающаяся от аналоговых улучшенными 
конечными 
качествами 
материала 
ввиду 
отсутствия 
характерного 
для 

термодревесины запаха. 

Подготовлена на кафедре «Архитектура и дизайн изделий из древесины».
Предназначена для студентов, магистров и аспирантов, обучающихся по 

лесотехническим специальностям: 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и 
деревоперерабатывающих 
производств», 
35.04.02 
«Технология 
лесоза-

готовительных и деревоперерабатывающих производств», 35.06.04 «Технологии, 
средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и 
рыбном хозяйстве».

ISBN 978-5-7882-2475-6
© Шайхутдинова А. Р., Сафин Р. Р., 2018
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2018

УДК 674.02
ББК 37.1

ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире в последние годы происходит развитие новых 

технологий в области строительных материалов, в частности
древесины, которые направлены главным образом на улучшение
физико-механических и декоративных свойств исходного материала, 
придание ему прочности, упругости, долговечности. 

Древесина как строительный материал обладает множеством  

положительных 
свойств, 
однако 
относительно 
недолгий 
срок 

эксплуатации, сравнительно малая стабильность формы, а также 
наличие 
в 
ней 
грибковой 
инфекции 
снижают 
ее 

конкурентоспособность по сравнению с металлами и синтетическими 
материалами и ограничивают сферы ее возможного применения.
До недавнего времени для изменения физических свойств древесины и 
борьбы с грибком самым распространенным был метод химической 
обработки древесины путем пропитки или поверхностной обработки 
органическими или неорганическими солями, токсичное действие 
которых прекращает развитие грибка, но при этом оказывает 
негативное воздействие на окружающую среду. В связи с этим одним 
из передовых направлений в технологии переработки древесины в 
последнее 
время 
является 
термомодифицирование 
древесины, 

направленное на улучшение качества, продление срока эксплуатации, 
а также расширение областей применения изделий из древесины. 
В результате термообработки получается экологически чистое 
термодерево, 
обладающее 
 
биостойкостью, 
долговечностью, 

стабильностью 
геометрических 
размеров, 
а 
также 
имеющее 

привлекательный
эстетический
вид. 
Термомодифицирование 

древесины 
позволяет 
предлагать 
потребителям 
продукцию, 

отвечающую самым высоким запросам, а также дает возможность 
производить термодерево с заданными свойствами.    

Признанный лидер по производству термодревесины в мире –

финская 
компания 
VTT, 
разработавшая 
технологию 

термомодифицирования древесины  в перегретом водяном паре 
Thermowood®. 
Кроме 
этого, 
наиболее 
крупными 
мировыми 

производителями термодревесины являются компании Lunawood Oy, 
Valutec Oy и Tekmaheat Oy (Финляндия); Baschild (Италия); Superior 
Thermowood (Канада); Mühlböck-Holztrocknungsanlagen (Австрия), Tre 

Timber (Эстония). В числе основных российских компаний следует 
выделить «Проминвест ДИАРС» и ООО «Вест-Вуд Рус».

Несмотря на высокую стоимость водяного пара и, как следствие, 

энергоемкость 
процесса,
многие 
зарубежные 
производители 

термодревесины остановили свой выбор на водяном паре как наиболее 
оптимальном агенте обработки для получения термоматериала 
высокого качества, выделяя среди преимуществ высокий коэффициент 
теплоотдачи водяного пара, высокую пожаробезопасность процесса и 
качество готовой продукции, определяемое однородностью цвета по 
всему сечению термодерева. Кроме того, абсолютно герметичные 
условия проведения процесса термообработки снижают вред для 
рабочего 
персонала, 
исключая 
утечку 
продуктов 
разложения 

древесины из аппарата, обеспечивая тем самым позитивную 
экологическую обстановку в зоне работы термокамеры. Данная 
технология также может быть эффективной для производств, где 
имеется дешевый водяной пар. 

Однако, 
несмотря 
на 
ряд 
преимуществ, 
технология 

термомодифицирования в среде водяного пара в нашей стране не 
нашла широкого применения
и постепенно вытесняется
менее 

энергозатратными, не всегда обеспечивающими высокое качество 
продукции методами термообработки. В связи с чем являются 
актуальными исследования, направленные на снижение энергозатрат в 
процессе термомодифицирования древесины в среде водяного пара и 
нахождение ниш рационального использования водяного пара при 
термомодифицировании: разработка энергосберегающей технологии 
термомодифицирования 
высоковлажного 
крупногабаритного 

древесного сортамента в среде насыщенного водяного пара без 
предварительной сушки, а также усовершенствование технологии 
термомодифицирования древесины в среде перегретого водяного пара. 

Настоящая работа выполнялась при поддержке гранта по 

программе  Старт 1  «Разработка системы улова и утилизации летучих 
продуктов разложения древесины в процессе ее термической 
модификации с одновременным получением тепловой энергии для 
предварительной сушки пиломатериалов» (контракт № 9877р/10441) и 
государственного контракта № 16.525.11.5008 по теме «Создание 
технологии и опытной установки комплексной переработки отходов 
лесной 
промышленности 
с 
получением 
теплоизоляционного 

материала». 

I. СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
О ТЕРМООБРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ

1.1.
Анализ существующих технологий термомодифицирования 

древесины

Производство термодревесины представляет собой технологию 

высокотемпературной обработки различных пород натурального 
дерева без доступа кислорода воздуха, целью которой является 
придание древесине дополнительной устойчивости к воздействию 
факторов внешней среды, прочности и стабильности геометрических 
размеров, а также богатой цветовой гаммы. 

Эстетический потенциал термодревесины гораздо шире, чем у 

необработанного 
дерева. 
Для 
всех 
способов 
термической 

модификации общей чертой является потемнение естественных цветов 
пропорционально росту температуры, времени обработки и влажности 
самой древесины. Изменяя температуру термообработки,
можно 

добиваться желаемого оттенка древесины и степени устойчивости к 
условиям окружающей среды. Цвет получаемого изделия из 
термодревесины однороден, более интенсивен, меняется от светло-
коричневого до темно-коричневого. 

При термомодифицировании нагрев происходит в герметичной 

камере без доступа кислорода, благодаря чему дерево не загорается. 
При этом не применяются никакие химические вещества, в результате 
чего 
древесина 
остается 
абсолютно 
экологически 
чистой
и 

гигиенически нейтральной по отношению к организму человека. 
Данный факт играет важную роль для людей, подверженных разным 
аллергическим реакциям.

В настоящее время в деревообрабатывающей промышленности 

используются разные способы термомодифицирования древесины с 
соответствующим аппаратурным оформлением, имеющие как свои 
преимущества, так и недостатки. 

Оборудование и технологии термомодифицирования древесины 

могут быть различными. Общей характеристикой этих технологий 
является то, что процесс осуществляется в закрытых системах при 
ограниченном содержании кислорода с целью снижения риска 
воспламенения 
древесины 
при 
температурах 
более 
180
0С. 

К принципиальным отличиям можно отнести: время обработки (от 16 до
180 ч) и среду, например в защитной атмосфере водяного пара 
(Thermowood, PLATO-Wood, WEST-WOOD),  в защитной атмосфере 
инертного газа – азота (Retification), в среде органических масел 
(Thermoholz). Многие из представленных технологий отличаются 
высокой 
энергоемкостью 
процесса 
и 
предназначены 
для 

термообработки только низкосортной древесины, что, в свою очередь, 
ограничивает возможность их применения для твердых пород 
древесины [109, 110, 111, 112, 139].

Основные
этапы
процесса 
термообработки: 
нагрев 
и 

высокотемпературная 
сушка 
материала, 
непосредственное 

термомодифицирование с целью изменения на молекулярном уровне 
химических и физико-механических свойств древесины, охлаждение и 
регулировка влажностного режима готового термодерева.

В 
настоящее 
время 
наиболее 
изученными 
методами 

термомодифицирования древесины являются технологии, основанные 
на конвективном способе подвода тепла: в среде водяного пара, 
инертных газах и жидкостях.

Среди технологий термомодифицирования древесины в среде 

водяного пара выделяют следующие:

1. Финская технология термомодифицирования древесины в 

перегретом паре Thermowood® (рис. 1.1), являющаяся одной из самых 
передовых 
технологий 
термической 
обработки 
древесины 
и 

занимающая 
главные 
позиции 
на 
рынке 
термодревесины. 

Разработчиками и производителями оборудования являются финские 
компании VTT, Lunawood Oy, Stellac Oy, Tekmaheat Oy, Valutec Oy 
[109, 111].

Особенность технологии в том, что термомодифицирование 

древесины осуществляется в защитной атмосфере водяного пара при 
температуре 185–212 0С. При этом содержание кислорода в среде 
уменьшается до 3,5 %, что при температуре 150 – 200 0С замедляет 
оксидацию (горение) древесины. Процесс длится 42 – 98 ч и состоит 
из трех основных этапов. На первом этапе осуществляется повышение 
температуры до 180 0С путем подачи в камеру обработки водяного
пара и сушка древесины при высокой температуре. На втором этапе 
проводится 
термообработка 
с 
целью 
придания 
древесине 

необходимых 
свойств 
(потемнение 
цвета, 
уменьшение 

гигроскопичности и теплопроводности, повышение биостойкости). 

На последнем этапе происходит охлаждение и регулировка конечной 
влажности древесины [109, 111]. К недостаткам указанного способа 
термомодифицирования 
древесины 
относится 
то, 
что 
данная 

технология не предусматривает работу с твердыми породами дерева 
(бук, дуб, ясень), большой процент бракованного материала, а также 
несоответствие 
реального 
времени 
термомодифицирования 

заявленному [109, 111]. 

2. Технология термообработки древесины в среде водяного пара 

PLATO-Wood (Providing Lasting Advanced Timber), представленная 
фирмой Plato International BV
(Нидерланды). Ее особенностью 

является проведение термомодифицирования путем цикличного 
термогидролиза древесины при температуре 160 – 190 0С и давлении 
до 1,6 МПа, т.е. методом многоступенчатой обработки «влага – тепло –
давление» [110, 111]. В качестве недостатка данной технологии можно 
выделить значительную продолжительность процесса, состоящего из 
девяти основных этапов и занимающего 120 – 180 ч, что не позволяет 
выпускать продукцию в промышленно необходимом масштабе [110, 
111].

3. Американская компания «Вэствуд» разработала одноименную 

технологию 
термомодифицирования 
древесины 
в 
среде 

пересыщенного пара WEST-WOOD, по которой обработка древесины 
осуществляется при температуре 220 – 240 0С в течение 18 – 46 ч 
(включая 
этап 
предварительной 
сушки). 
Данная 
технология  

применяется в настоящее время и в России (в Московской  и 
Костромской областях, в Перми) [112].

4. 
Французская 
технология 
Bua 
Perdyur, 
при 
которой  

термообработка 
древесины 
осуществляется 
в 
водяном 
паре, 

образующемся из самой древесины в процессе ее нагревания. 
Длительность технологического процесса термомодифицирования 
составляет от 7 до 10 сут [111].

Помимо водяного пара в качестве агента обработки могут 

служить инертные газы. Французским горным институтом во Франции 
была разработана технология  термомодифицирования древесины 
ценных пород в защитной среде водяного пара и инертного газа –
азота – Retification®, проводящаяся в течение 16 – 20 ч при 
температуре 180 – 220 0С. В России по данной технологии работают 
компании «Вэст Вуд Рус» и «Термодекинг» [111, 139].

Рис. 1.1. Общий вид финской установки 
по термомодифицированию древесины

Преимуществами данной технологии является оптимальная 

продолжительность ведения процесса и средний уровень цен на 
готовое термодерево. К основным недостаткам технологии относится
образование при использовании азота солей азотной кислоты 
(нитратов), что снижает экологичность получаемого термодерева и 
сужает область его применения. Также отмечается большой процент 
бракованной продукции в связи со слабым контролем за процессами в 
камере термообработки [111, 139].

В работах П.А. Кайнова [40, 42] представлена разработанная 

автором технология термомодифицирования древесины в
среде 

топочных газов (рис. 1.2), заключается в следующем. Обработка 
материала начинается с постепенного прогрева древесины до 180 –
240 0С в течение 5 – 10 ч, после чего осуществляется выдержка 
древесины в среде топочных газов, образующихся в результате 

газификации отходов деревообработки и последующего сжигания 
синтез-газа и охлажденных в теплообменнике до температуры 200 –
240 0С. 

Преимущество данной технологии в энергоэффективности

процесса. В качестве недостатка можно отметить сильный запах 
жженой термодревесины, а также выброс углекислого газа в 
атмосферу, что ухудшает экологическую атмосферу в зоне работы 
термокамеры [40, 42].

Кроме газообразного носителя, при термомодифицировании 

древесины в качестве агента обработки могут выступать жидкие 
теплоносители. Наиболее известной на сегодняшний день технологией 
термомодифицирования древесины в горячих органических маслах 
является немецкая технология Thermoholz, разработанная фирмой 
Menz-Holz. Процесс ведется при температурах 180 – 220 0С в течение 
32
–
54 ч. В качестве защитной среды и агента обработки 

используются высокотемпературные органические теплоносители 
(ВОТ), различные виды растительных масел (льняное, подсолнечное, 
рапсовое, талловое и др.), а также отходы их производства [111].

Рис. 1.2. Внешний вид установки по термомодифицированию 

древесины в топочных газах

Высушенная древесина погружается в горячее растительное 

масло в ванне или в камере автоклавного типа и постепенно 
нагревается до температуры 180 – 220 0С в течение 4 ч. В процессе 
обработки 
дополнительно 
происходит 
поглощение 
масла 

поверхностным слоем древесины. 

Недостатком 
данной 
технологии 
является 
значительная 

продолжительность 
процесса 
за 
счет 
охлаждения 
материала 

непосредственно в жидкости естественным образом [111].

Вопросам обработки древесины в среде органических масел 

посвящены также работы зарубежных авторов  Anna Koski (Finland), 
Michael Sailer (Germany) [137, 141].

Термомодифицированию 
твердых 
пород 
древесины 
в 

гидрофобных жидкостях,
позволяющему получать материал с 

улучшенными 
физико-механическими 
характеристиками 
и 

разнообразным цветовым решением, посвящена работа Е.А. Беляковой 
[6]. 
В 
работе 
представлена 
разработанная 
энергосберегающая 

технология термомодифицирования древесины твердых пород в 
жидкостях (рис. 1.3), включающая предварительную осциллирующую 
сушку пиломатериала в жидкостях, нагрев до температуры 200–240 0С 
и выдержку древесины при данных температурах в герметичной 
камере, заполненной маслом с температурой вспышки выше 260 0С, 
охлаждение 
путем 
слива 
масла, 
вакуумирование 
древесины, 

пропаривание ее водяным паром и повторное вакуумирование в 
течение 2 – 3 ч [6].  

Общим недостатком технологий термообработки в жидкостях 

является проникновение масла в древесину, что затрудняет ее 
дальнейшую механическую обработку, приводит к увеличению 
расхода сырья, препятствует склеиванию и качественной отделке 
лаками. Однако следует отметить, что в некоторых случаях наличие 
пропитанного маслом слоя является полезным, поскольку увеличивает 
защиту древесины от увлажнения и повышает её биостойкость [6]. 
Помимо конвективных технологий термомодифицирования известна 
высокотемпературная обработка контактным методом теплоподвода в 
герметичных условиях. Данный способ обработки древесины был 
предложен в работах Д.А. Ахметовой [3, 4, 5]. Разработанная автором 
технология 
вакуумно-кондуктивного 
термомодифицирования 

древесины состоит из удаления воздуха из камеры путем создания 
вакуума, 
контактной 
досушки 
пиломатериала 
при 
высокой