Технологические процессы и оборудование деревоперерабатывающих производств

 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
Р. Г. Сафин 
 
 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ 
ПРОИЗВОДСТВ 
 
Учебник 
 
Издание третье, исправленное и переработанное  
 
Учебник 
содержит 
сведения, 
необходимые 
для 
формирования 
профессиональных компетенций при 
подготовке бакалавров и магистров по 
направлениям 
35.03.02 
и 
35.04.02 
«Технология лесозаготовительных и 
деревоперерабатывающих 
производств» 

и 
рекомендуется 
Научно-
методическим советом по лесному 
хозяйству 
для 
использования 
в 
учебном процессе.  
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2018 

 

УДК 674(075)
ББК 37.13я7

С21

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. А. Н. Грачев 
д-р техн. наук, проф. Н. Ф. Тимербаев 
 
 
 
 
 
 

С21

Сафин Р. Г.
Технологические процессы и оборудование деревоперерабатывающих 
производств : учебник / Р. Г. Сафин;
Минобрнауки России, Казан. 

нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2018. – 744 с.

ISBN 978-5-7882-2471-8
 
На основе анализа технологических процессов лесозаготовительных и 
деревоперерабатывающих производств рассмотрены актуальные проблемы, 
возникающие 
при 
разработке 
новых 
процессов 
и 
альтернативного 
оборудования.  
Предназначен для бакалавров, магистров направлений подготовки 
35.03.02 
и 
35.04.02 
«Технология 
лесозаготовительных 
и 
деревообрабатывающих производств» и аспирантов направления 35.06.04 
«Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в 
сельском, лесном и рыбном хозяйстве», обучающихся по лесотехническим 
профилям подготовки. 
 

 
 

ISBN 978-5-7882-2471-8
© Сафин Р. Г., 2018
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2018

УДК 674(075)
ББК 37.13я7

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. 

ВВЕДЕНИЕ 
 
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 исходные 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, 
измельчение и классификация последних, 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. При этом способ проведения указанных процессов часто 
определяет 
возможность 
осуществления, 
эффективность 
и 
рентабельность производственного процесса в целом. 
Таким образом, технология производства самых разнообразных 
продуктов из древесных материалов включает ряд однотипных 
физических 
и 
физико-химических 
процессов, 
характеризуемых 
общими закономерностями. Эти процессы в различных производствах 
проводятся в аналогичных по принципу действия машинах и 
аппаратах. К числу аппаратов относятся насосы и компрессоры, 
фильтры и центрифуги, теплообменники, испарители и сушилки, 
которые в разных сочетаниях составляют типовое оборудование 
большинства технологических процессов переработки древесных 
материалов. 
В 
курсе 
«Технологические 
процессы 
и 
оборудование 
деревоперерабатывающих производств» изучаются теория основных 
процессов, принципы устройства и методы расчета аппаратов и 
машин, используемых для проведения этих процессов. Анализ 
закономерностей основных процессов и разработка обобщенных 
методов расчета аппаратов производятся исходя из фундаментальных 
законов физики, химии, термодинамики, экономики и других наук. 
Изучается макрокинетика основных процессов, связанная с массовым 

движением макрочастиц – пузырей, капель, струй и т.п. При этом 
используются 
данные 
по 
микрокинетике, 
характеризуемой 
элементарными, независимо протекающими на молекулярном уровне 
процессами, такими как  теплопроводность, молекулярная диффузия и 
т.д., которые рассматриваются в физике, физической химии, 
термодинамике и других науках. 
Таким 
образом, 
курс 
«Технологические 
процессы 
и 
оборудование 
деревоперерабатывающих 
производств» 
является 
инженерной дисциплиной, представляющей собой важный раздел 
теоретических основ технологии переработки древесных материалов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел I 
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ 
ПРОИЗВОДСТВ 
Глава 1 
СТРУКТУРА ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ 
ПРЕДПРИЯТИЙ 
1.1. Классификация технологических процессов 
 
Крупные 
деревообрабатывающие 
предприятия 
имеют 
множество цехов и участков, из которых можно выделить основные и 
вспомогательные производства. 
Основные производства связаны с выпуском изделий из 
древесных материалов и включают следующие стадии: 
– подготовка сырья (окаривание, лесопильное производство, 
гидротермическая обработка, производство шпона, технологической 
щепы, сортировка и т.д.); 
– подача и дозирование компонентов (в варочный котел, 
экструдер, газификатор, экстрактор, пиролизную камеру, ленточный 
конвейер и т.д.); 
– организация физико-химических процессов (экстракции, 
формования полотна, экструзии, газификации, пирогенетической 
переработки, выщелачивания, варки целлюлозы, гидролиза и т.д.); 
– 
сепарация 
полученных 
продуктов 
(фильтрацией, 
отстаиванием, 
выпариванием, 
перегонкой, 
экстракцией, 
кристаллизацией и т.д.); 
– очистка выделенных продуктов от примесей физическими, 
физико-химическими или химическими способами; 
– сушка готового продукта; 
– укупорка; 
– складирование и транспортирование на другие производства. 
Вспомогательные производства не выпускают продукции, они 
необходимы для работы основных производств. Их функциями 
являются: 
– прием сырья от поставщиков; 
– регенерация отработанного сырья; 
– очистка отходящих газов и паров; 

– очистка сточных вод; 
– тепло- и электроснабжение; 
– организация ремонта оборудования. 
Все технологические процессы, протекающие в основных и 
вспомогательных 
производствах, 
можно 
классифицировать 
в 
зависимости от движущей силы на шесть видов: 
– механические; 
– гидромеханические; 
– тепловые; 
– массообменные; 
– холодильные; 
– химические. 
Механические 
процессы 
протекают 
под 
воздействием 
механических усилий. К этим процессам можно отнести измельчение, 
сортировку, смешение твердых материалов, прессование, формование 
изделий, вальцевание и т.д. 
Гидромеханические процессы протекают в подвижных средах, 
основу которых образуют жидкости или газ. Скорость этих процессов 
определяется только законами гидромеханики. К этим процессам 
относятся перемещение жидкостей и газов, перемешивание, сепарация 
отстаиванием или фильтрованием, пневмотранспорт и др. 
Тепловые процессы связаны с теплообменом, т.е. переносом 
тепла от одного тела к другому; скорость такого переноса 
определяется законами теплопередачи. Это процессы нагревания, 
охлаждения, испарения, конденсации, плавления, затвердевания. 
Массообменные процессы связаны с переносом вещества 
(массы) из одной фазы в другую путем диффузии; скорость такого 
переноса определяется законами массопередачи. Это процессы сушки, 
пропитки, экстракции, перегонки, кристаллизации и др. 
Холодильные процессы основаны на термодинамических 
процессах сжатия газов. В них тепловой поток движется от более 
холодной среды в более теплую за счет работы компрессорного 
устройства, позволяющего производить испарение теплоносителя при 
низких температурах, а конденсацию его паров – при более высоких. 
Холодильные процессы целесообразно применять для создания 
энергосберегающих технологий переработки древесных материалов. 

Химические процессы связаны с химическими превращениями 
взаимодействующих веществ. Скорость этих процессов определяется 
законами химической микро- и макрокинетики. К химическим 
процессам переработки древесных материалов можно отнести 
процессы газификации, пирогенетической переработки, гидролиза, 
производства целлюлозы и т.д. 
Указанная классификация основных процессов условна. При 
переработке древесных материалов многие технологические процессы 
характеризуются 
одновременным 
переносом 
тепла, 
массы 
и 
химическим взаимодействием веществ. Например, это имеет место в 
процессах  газификации или пиролиза древесины, варки целлюлозы 
или горячего прессования древесно-стружечных плит и древесно-
волокнистых пластиков. Скорость таких процессов зависит от 
большого числа гидродинамических, диффузионных и химико-
кинетических факторов. 
Несмотря на разнообразие физических и химических явлений, 
наблюдающихся при проведении любого технологического процесса, 
они 
подчиняются 
сравнительно 
небольшому 
числу 
законов 
естествознания. Это законы сохранения массы и энергии, законы 
равновесия и кинетические законы переноса массы, энергии и 
импульса.  
Для всех протекающих процессов движущая сила определяется 
степенью отклонения системы от динамического или теплового 
равновесия. Например, чтобы создать направленный тепловой поток 
от одного тела к другому или внутри одного тела, необходимо, чтобы 
поверхности тел или тела имели разные температуры. 
Представим две изотермические поверхности с температурами 

1T  и 
2
T  (рис. 1.1).  
Предположим, что 
2
1 T
T 
. В этом случае тепловой поток будет 
распространяться в сторону более низкой температуры 
1T , а мера его 
интенсивности будет определяться градиентом температуры: 

dn
dT
n
T
gradT

n






lim
0

,
(1.1)

где 
1
2
T
T
T



– разность значений температуры изотермических 
поверхностей; n
 – расстояние между изотермическими поверхностями 
по нормали.  

Рис. 1.1. К определению градиента температуры

 
Таким образом, движущей силой в переносе теплоты является 
градиент температуры. Движущей силой процесса переноса массы 
можно считать градиент концентрации:  

dn
dc
n
c
gradc
i
i

n
i






lim
0

,
(1.2)

где 
2
1
i
i
i
c
c
c




– разность концентраций на расстоянии 
n
  по 
нормали 
между 
поверхностями 
постоянных 
концентраций.   
Применительно к процессу сушки при решении внешней задачи в 
качестве разности концентраций можно рассматривать концентрацию 
влаги на поверхности высушиваемого изделия и в окружающей среде. 
Движущей силой процесса перемещения жидкости или газа 
можно считать градиент давления:  

dn
dp
n
p
gradp

n






lim
0

,
(1.3)

где 
2
1
p
p
p



 –  разность давлений двух изобар на расстоянии n
  по 

нормали. 

Таким образом, для того чтобы протекал какой-то процесс, 

необходимо наличие градиента по параметру, определяющему 
данный процесс. 

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

 
Законы сохранения лежат в основе теоретических методов 
расчета различных физических процессов. Они отражают изменения в 

окружающем нас материальном мире при переходе материи из одного 
состояния в другое. Переход материи из одного состояния в другое 
сопровождается изменением энергии самой системы, поэтому законы 
сохранения массы и энергии рассматривают совместно.  
Суть закона сохранения массы заключается в том, что материя 
не исчезает и не возникает вновь, а переходит из одного состояния в 
другое в равных количествах. И его математическое выражение может 
быть записано в виде  

М 1 = М 2 ,
(1.4)

где М1, М2 – масса вещества соответственно в начале и в конце 
процесса. 
Закон сохранения энергии записывается первым законом тер-
модинамики, устанавливающим количественное соотношение между 
удельной теплотой, внутренней энергией и внешней работой, 
совершаемой рабочим телом: 

dq=du + da,
(1.5)

где dq – удельное количество теплоты, подведенной к рабочему телу 
или отведенной от него, Дж/кг; du – изменение удельной внутренней 
энергии рабочего тела, Дж/кг; da – удельная внешняя работа, 
совершаемая рабочим телом, Дж/кг. 
Внешняя работа описывается соотношением 

da = pdv,
(1.6)

где р – давление рабочего тела, Па; dv – изменение удельного объема 
рабочего тела, м3/кг. 
Удельная теплота записывается в виде 

dq = cvdT.
(1.7)

При изохорическом процессе  уравнение (1.5)  запишется в 
виде dq = du; da = pdv = 0, следовательно, 

du = cvdT.
(1.8)

Отсюда следует, что внутренняя энергия рабочего тела зависит от его 
температуры и теплоемкости при постоянном объеме. 
Если процесс протекает при постоянном давлении (р = const), то 
уравнение (1.5) примет вид 

dq = du + pdv.
(1.9)