Ультрафильтрация – основополагающий процесс при конвективной сушке лиственничных пиломатериалов

Практика конвективной сушки лиственничных пиломатериалов требует разработки механизма удаления влаги, учитывающего влияние наличия в значительных количествах водорастворимых веществ, основным компонентом которых является арабиногалактан. Анализ полученных результатов экспериментальных исследований показал необходимость учёта такого процесса как экстракция водорастворимых веществ. Эмиссия водного раствора экстрактивных веществ происходит под действием избыточного давления, формирующегося в центре доски при реализации реакции гидролиза. Тогда механизм удаления воды из древесины лиственницы опирается на положения баромембранных процессов, которые в большинстве случаев сопровождается разделением раствора на концентрат и пермеат.

Цель исследований: изучить особенности механизма конвективной сушки лиственничных пиломатериалов на основе ультрафильтрации водного раствора экстрактивных веществ.

Результаты. Исходя из анализа экспериментальных данных представлен механизм, основанный на баромембранном процессе – ультрафильтрации. Мембрана природного происхождения – это селективно проницаемый барьер. Перенос водного раствора экстрактивных веществ через мембрану реализуется под давлением, которое формируется в древесине лиственницы в результате гидролиза. Массоперенос, осуществляющийся через полупроницаемую мембрану, формирует на внутренней стороне концентрат, а на наружней – пермеат в виде гидрогеля. Арабиногалактан – полисахарид, который составляет основу гидрогеля, обладает таким уникальным свойством как поглощение значительного количества воды. Поглощение воды сопровождается разбуханием. Изменение внешних условий (температуры, давления и др.) приводит к коллапсу. Объём слоя гидрогеля уменьшается в десятки раз. В результате на поверхности лиственничной доски в процессе сушки формируется дополнительный источник сопротивления выводу влаги. Основной эффект коллапса – это лавинообразный выброс на поверхность доски накопленной массы воды, которая за относительно короткий период времени испаряется. Образование слоя гидрогеля, его набухание и коллапс носят циклический характер.

Выводы.

1. Конвективная сушка лиственничных пиломатериалов – один из видов баромембранного процесса.
2. Проницаемость древесины лиственницы при конвективной сушке ступенчато снижается за счет уплотнения пермеата.
3. На поверхности доски формируется гидрогель, который способен разбухать за счёт поглощения им воды в значительных количествах.
4. При определённых условиях происходит коллапс разбухшего гидрогеля, что приводит к лавинообразному выбросу воды.

1. Лыков А. В. Теория сушки : учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Энергия, 1968. 472 с.

2. Серговский П. С., Расев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины : учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Лесн. промсть, 1987. 360 с.

3. Гороховский А. Г. Технология сушки пиломатериалов на основе моделирования и оптимизации процессов тепломассопереноса в древесине : автореф. дис. ... д-ра техн. наук (05.21.05 – древесиноведение, технология и оборудование деревообработки). СПб., 2008. 39 с.

4. Шубин Г. С. Физические основы и расчёт процессов сушки древесины. М. : Лесн. пром-сть, 1973. 248 с.

5. Эффективный антиоксидант из древесины лиственницы / В. А. Бабкин, Ю. А. Малков, Л. А. Остроухова, Н. А. Онучина, Л. А. Еськова // Хвойные бореальной зоны. 2003. № 1. С. 108–113.

6. Якушкина Н. И., Бахтенко Е. Ю. Физиология растений. М. : Владос, 2004. 464 с.

7. Свитцов А. А. Введение в мембранные технологии. М. : ДеЛи принт, 2007. 208 с.

8. Шубин Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины : учеб. пособие. М. : Лесн. пром-сть, 1990. 336 с.

9. Зарипов Ш. Г. Режимы сушки лиственничных пиломатериалов в сушильных камерах периодического действия // Лесной журнал. 2018. № 5. С. 151–160.

10. Зарипов Ш. Г., Корниенко В. А. Массоперенос при конвективной сушке лиственничных пиломатериалов // Хвойные бореальной зоны. 2022.Том XL. № 3. С. 208–216.

11. Зарипов Ш. Г. Совершенствование технологии сушки лиственничных пиломатериалов : дис. … д-ра техн. наук. Архангельск, 2016. 243 с.

12. Зарипов Ш. Г., Ермолин В. Н. Перераспределение водорастворимых экстрактивных веществ в древесине лиственницы в процессе конвективной сушки // Хвойные бореальной зоны. 2010. № 3-4. С. 352–354.

13. Нобел П. Физиология растительной клетки (физико-химический подход); пер. с англ. М. : Мир, 1973. 288 с.

14. Соколик А. И. Введение в системную биологию [Электронный ресурс]. bsu.bio›fbr/files/10_SB.pdf.

15. Левин Э. Д., Денисов О. Б., Пен Р. Э. Комплексная переработка лиственницы. М. : Лесн. промсть, 1978. 224 с.

16. Антонова Г. Ф. Некоторые вопросы экстракции водорастворимых полисахаридов древесины лиственницы сибирской // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук, 1967. Вып. 2. № 4. С. 151–157.

17. Антонова Г. Ф. Сравнительное изучение методов экстракции водорастворимых веществ древесины лиственницы сибирской // Исследования в области химии и химической технологии древесины. М., 1963. С. 13–25.

18. Медведева С. А., Александрова Г. П., Танцырев А. П. Гель – проникающая хроматография арабиногалактана // Лесной журнал. 2002. № 6. С. 108–113.

19. Медведва Е. Н., Бабкин В. А., Остроухова Л. А. Арабиногалактан лиственницы – свойства и перспективы использования (обзор) // Химия растит. сырья. 2003. № 1. С. 27–37.

20. Хайдукова Е. В., Новокшанова А. Л. Исследование физико-химических характеристик водного раствора арабиногалактана. e.haidukowa@yandex.ru

21. Серговский П. С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины : учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Лесн. пром-сть, 1987. 360 с.

22. Чудинов Б. С., Тюриков Ф. Т., Зубань П. Е. Древесина лиственницы и ее обработка. М. : Лесн. пром-сть, 1965. 144 с.

23. Зарипов Ш. Г., Корниенко В. А. Гидролиз при конвективной сушке лиственничных пиломатериалов низкотемпературными режимами // Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 6. С. 542–548.

24. Папков С. П. Студнеобразное состояние полимеров. М. : Химия, 1974. 256 с.

25. Филиппова О. Е. «Умные» полимерные гидрогели // Природа. 2005. № 8. С. 11–17.

26. Langrish T. A. G., Booker A. S., Davis C. L., Muson H. E., Barton, G. W. An improved drying schedule for Australian ironbark timber: optimisation and experimental verification, Drying Technol., 1997. 15. P. 47–70.

27. Nijdam J. J., Langrish T. A. G., Keey R. B. A high-temperature drying model for softwood timber, Chem. Eng. Sci., 2000. 55. P. 3585–3598.

28. Pandey C. N. Systemization of kiln drying schedules for commercial Indian woods, Proceedings of the Seventh International IUFRO Wood Drying Conference, Tsukuba, Japan, 2001. P. 78–83.

29. Perre´ P. The drying of wood: the benefit of fundamental research to shift from improvement to innovation, Proceedings of the Seventh International IUFRO Wood Drying Conference, Tokyo, Japan, 2001. P. 2–13.

30. Aleon D., Chanrion P., Negrie G., Perre P. Forma Xylos 4 – Le sechage (Training in Wood Science: Drying, Vol. 4), CD-Rom franc¸ais/English, CTBA, Paris, 2003.