CC BY
37
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 3
Физико-механические показатели древесностружечных плит, полученных на основе карбамидоформальдегидных смол и неорганических электролитов
Условное обозначение неорганического электролита с , МПа W, % р, кг/м3 AW, % в7 AS, % Выделение формальдегида по методу WKI, мг/100 г плиты
NH4Cl (контроль) 15,9 5,0 644 84,8 21,3 36,7
АХФМ-I 16,6 4,1 645 78,8 24,1 16,7
АХФМ-II 15,8 4,0 698 90,5 36,5 48,6
АХФМ-III 15,5 5,3 716 80,2 34,7 44,2
АХФМ-IV 16,0 5,7 654 65,5 15,8 29,5
МАФМ-I 16,2 3,8 682 89,4 32,2 27,2
МАФМ-II 12,5 5,4 679 83,6 29,5 46,9
МАФМ-III 14,2 5,4 663 77,9 24,3 48,2
МАВФМ-I 11,5 5,7 648 94,1 30,8 33,5
МАВФМ-II 14,9 4,7 6,82 82,3 30,2 46,4
АВФМ 16,6 3,9 697 77,1 28,9 24,7
Также установлено, что на процесс выделения формальдегида из плит влияет мольный состав неорганического электролита, причем увеличение содержания хрома и магния в них увеличивает эмиссию формальдегида. Низкие показатели по эмиссии формальдегида получены для смол с использованием в качестве модификатора АХФМ-I с мольным соотношением Al : Cr = 3 : 1. Это связано с тем, что меньшая гидратная оболочка у иона Al3+, т.е. большая открытость ионов Al3+ способствует связыванию формальдегида.
Библиографический список
1. Эльберт, А.А. Химическая технология древесностружечных плит / А.А. Эльберт - М.: Лесная пром-сть, 1984. - 223 с.
2. Сычев, М.М. Нерганические клеи / М.М. Сычев.
- Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л.: Химия, 1986. -153 с.
3. Тагер, А.А. Коллоидные жидкости / А.А. Тагер, Ж.С. Домбек. - М.: Химия, 1953. - с.69-80.
4. Тагер, А.А. Физикохимия полимеров / А.А. Тагер
- М.: Химия, 1978.
5. Технология борных соединений / Е.Л. Рабова, Н.П. Суворова, Н.А Берг. // Труды УрНИИхимии.
- Свердловск, 1991. - Вып. 68. - С. 72-77.
6. Подковыркина, О.М. Синтез и изучение физикохимических свойств малотоксичных древесных прессовочных масс на основе карбамидоформаль-дегидных смол и кислых ортофосфатов алюминия, магния и хрома / О.М. Подковыркина, Б.П. Середа, В.Г. Бурындин // Экология и научно-технический прогресс: Материалы IV Межд. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых.
- Пермь, 2005. - С. 72-74.
зависимость плотности суспензии от факторов коммутации в питателях высокого давления
В.П. СИВАКОВ, проф. каф. машин и оборудования ц/б пром-сти УГЛТУ, д-р техн. наук,
И.А. ПАРТИН, ст. преподаватель каф. машин и оборудования целл.-бум. пром-сти УГЛТУ, А.И. ПАРТИН, доц. каф. машин и оборудования целл.-бум. пром-сти УГЛТУ, канд. техн. наук
оторные питатели высокого давления А (ПВД) установок непрерывной варки целлюлозы являются объемными гидравлическими машинами. Суспензия из щепы и щелока совершает в питателе высокого давления два движения: поступательное относительно и вращательное вместе с ротором. Процесс перехода суспензии от одного вида движения к другому называют коммутацией. Коммутация происходит при быстром сообщении ка-
нала ротора с суспензией низкого давления с трубопроводом, заполненным суспензией высокого давления, а также при прохождении процесса в противоположном направлении. В момент сообщения канала ротора с суспензией низкого давления и трубопровода с суспензией высокого давления возникает большой (1,0-1,2 МПа) перепад давления. Перепад давления выравнивается за счет движения суспензии из трубопровода в канал
156
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ротора. Суспензию из щепы и щелока нельзя рассматривать как идеальную жидкость. Колебания давления, действующего на герметизированный объем суспензии, приводят к ее объемному расширению - сжатию. Выравнивание давления из-за сжимаемости суспензии и большой скорости распространения волны сопровождается интенсивными пульсациями давления. Для обоснования конструктивных решений по снижению пульсации давления при коммутации произведено исследование изменения плотности суспензии при объемном сжатии. При моделировании условий работы питателя высокого давления установлено, что на изменение суспензии влияют следующие факторы: температура, предварительная пропарка щепы, продолжительность объемного сжатия, плотность технологической щепы, давление объемного сжатия, гидромодуль суспензии, породный состав древесного сырья, размеры пластин технологической щепы, наличие газов в суспензии и др. Для сокращения числа факторов произведена рандомизация и ограничения условий эксперимента.
Исследование изменения плотности при объемном сжатии суспензии производилось при варьировании трех основных факторов в следующих пределах: время, Zx = 10 г 20 с; давление Z2 =1 г 1,2 МПа; гидромодуль суспензии m = 4,5 -г- 7,7, м3/кг.
Для измерения влияния факторов на изменение плотности суспензии при объемном сжатии разработан и изготовлен стенд.
Стенд состоит из цилиндрической емкости для суспензии, в котором сверху установлен поршень. Корпус цилиндра закреплен на фундаменте. Шток поршня через динамометр сжатия соединен с прессом. Пресс имеет гидравлическое и механическое нагружающие устройства. Для контроля изменения объема щепы в цилиндре в зависимости от давления и времени сжатия между корпусом цилиндра и нижней грузовой площадкой динамометра установлен индикаторный микрометр. Перед началом эксперимента выполнено две серии параллельных опытов в принятом диапазоне изменения параметров, на основании которых по критерию Кохрена установлена воспроизводимость эксперимента и однородность дисперсий.
Математическая модель трехфакторного эксперимента разрабатывалась в соответствие [1].
При расчетах центра плана эксперимента основной уровень Z0 по оси J0 фактора определялся по формуле
z;=(z;max+zmin)/2, т=\.л, (1)
где Z max, Z min - максимальный и минимальный уровни -го фактора; к = 3 - число факторов.
Интервалы варьирования факторов в эксперименте определялись по формуле
AZ; = (Zmax - Zmin)/2, j = 1,...к . (2)
Переход к безразмерной системе координат производится по формуле
(Zmaxmin -z0)/AZj, j = 1,...к . (3)
Предельные значения варьируемых факторов в натуральных величинах (Zmax, Zmm), а также в величинах безразмерной системы координат (Xmax, Xmm) приведены в матрице планирования факторного эксперимента, табл. 1.
Расчетные значения функции отклика Y (изменения плотности суспензии при объемном сжатии, измеренном в процентах) также приведены в матрице планирования табл. 1
Используя свойства ортогональности матрицы планирования, математическое описание процесса определено в виде уравнения линейной регрессии
Y = 7,875 + 0,375Xj + 0,625X2 - 0,875X3. (4)
Рисунок. Стенд для измерения влияния факторов на изменение плотности суспензии при объемном сжатии: 1 - гидроцилиндр; 2 - динамометр; 3 - цилиндр; 4 - микрометрический индикатор; 5 - опора; 6 - станина.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
157
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1
Матрица планирования результатов эксперимента
№ эксперимента Х0 X Х2 X Z1, c Z2, МПа Z3, м3/кг Y, %
1 1 - 1 -1 -1 10 1,0 4,510-3 8
2 1 +1 -1 -1 20 1,0 4,510-3 8
3 1 -1 +1 -1 10 1,2 4,510-3 9
4 1 +1 +1 -1 20 1,2 4,510-3 10
5 1 -1 -1 +1 10 1,0 7,740-3 6
6 1 +1 -1 +1 20 1,0 7,740-3 7
7 1 -1 +1 +1 10 1,2 7,740-3 7
8 1 +1 +1 +1 20 1,2 7,740-3 8
Примечание: Х0 - фиктивная переменная
Таблица 2
Расчетные и экспериментальные значения плотности суспензии, опреленные по уравнению регрессии (4), методом крутого восхождения
Характеристика и номер опыта Значения исходных и переменных величин
Z1 Z2 Z3 X! X х Yp, % Y^ %
Координата центра плана 15 1,1 6,1 0 0 0
Интервал варьирования факторов 5 0,1 1,6 1 1 1
Шаг движения 0,6 0,02 -0,448 0,06 0,1 -0,14
Опыт 1 15,6 1,12 5,56 0,06 0,1 -0,14 8,08 7,9
Опыт 2 16,2 1,14 5,11 0,12 0,2 -0,28 8,29 8,1
Опыт 3 16,8 1,16 4,67 0,18 0,3 -0,42 8,5 8,3
Опыт 4 17,4 1,18 4,22 0,24 0,4 -0,56 8,7 8,4
Опыт 5 18,0 1,2 3,77 0,3 0,5 -0,7 8,91 8,6
Опыт 6 18,6 1,22 3,32 0,36 0,6 -0,84 9,11 8,9
Примечание: Yp - расчетная плотность, УЭ - экспериментальная плотность суспензии
Исследованием уравнения (4) по критерию Фишера показано, что оно адекватно характеризует процесс объемного сжатия технологической щепы.
При непродолжительном (10-20 с) времени объемного сжатия уплотнение технологической щепы возрастает с увеличением внешнего давления и снижением гидромодуля суспензии.
Поиск оптимума процесса уплотнения суспензии при коммутации производим по уравнению (4) методом крутого восхождения. В качестве базового фактора принимаем давление Z5 = Z2. Задаемся шагом движения базового фактора 5Z2 = 0,1 Z2. Соотношение шага движения и базового фактора определяем по формуле
Y = 8Z2 / b2 ■ AZ2 (5)
Шаг движения к оптимуму для остальных факторов уравнения линейной регрессии (4) определяем по формуле (6)
Sz; = Y ■ Ъ] ■ AZP j = Iv3 (6)
Шаг движения в безразмерной системе координат определялся в виде
5х = Sz; / AZ. (7)
Результаты расчета и экспериментального измерения плотности суспензии, определенные по уравнению регрессии (4), приведены в табл. 2.
Экспериментальные уровни плотности суспензии ниже расчетных во всем диапазоне изменения факторов (табл. 2), что можно объяснить протечками щелока в уплотнениях стенда, а также демпфирующими свойствами суспензии. Отклонения экспериментального графика от расчетного не имеют экстремумов. Следовательно, изменение плотности суспензии в зависимости от факторов процесса коммутации питателя высокого давления можно охарактеризовать как монотонное. Плотность суспензии возрастает при коммутации с увеличением времени, давления и снижениям гидромодуля.
158
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
