Минимальная энергоемкость работы размольного оборудования в производстве связующей добавки торфяных горшочков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Л.Н. Самсонов, А.И. Жигульская, 2003

УАК 662.73:621.722.4

Л.Н. Самсонов, А.И. Жигульская

МИНИМАЛЬНАЯ ЭНЕРГОЕМКОСТЬ РАБОТЫ РАЗМОЛЬНОГО ОБОРУАОВАНИЯ В ПРОИЗВОАСТВЕ СВЯЗУЮЩЕЙ АОБАВКИ ТОРФЯНЫХ ГОРШОЧКОВ

Представленная работа направлена на повышение степени переработки местных ресурсов регионов России, что соответствует решению задач новой экономической политики страны, представленной на Всемирном саммите по устойчивому развитию (Йоханнесбург, 2002 г.) в докладе «Национальная оценка прогресса Российской Федерации при переходе к устойчивому развитию». Новые методы получения древесно-волокнистого сырья из древесины позволят развить ресурсный потенциал региона с получением энергоэффективной продукции из ранее неиспользованного древесного сырья -пневой болотной древесины.

Зависимость рабочего зазора в дисковой мельнице от изменения степени помола массы в процессе размола и удельного давления от зазора между ножами, была определена экспериментально при получении промышленных опытных партий волокнистых масс из пневой древесины торфяных месторождений (торфопредприятия Тверской области: «Емельяновское», «Васильевский Мох»; т/п «Смоле-вичское» Белоруссии).

Давление в машинах с ножевым воздействием на волокно - один из основных управляемых технологических факторов размола. Давление размола связано с межножевым зазором и концентрацией массы обратно пропорциональной зависимостью. Если размалывающие элементы закреплены не жестко, то зазор и, следовательно, давление при размоле зависят от концентрации и рода волокна. При жестком

лении размалывающих элементов давление определяется главным образом концентрацией массы.

Эксперименты по измерению давлений между ножами ротора и статора выявили одну особенность: давление на периферийной части ножей в 1,5 - 2 раза ниже, чем на внутренней части ножей гарнитуры. Это обстоятельство объясняется тем, что вследствие большей линейной скорости ножей на периферийной части гарнитуры формируются более тонкие наслойки волокон, чем на внутренних ножах, а также из-за большего износа ножей на периферии.

Для дисковых мельниц среднее давление при размоле, Па, можно определить по уравнению

Руд =

Ып

(1)

где Ып - полезная мощность размола (разница между всей затраченной мощностью и мощностью холостого хода), кВт; /I - коэффициент размола; V -

окружная скорость ротора, м/с; Р - площадь контакта ротора и статора, м1.

Такая зависимость объясняется характером сопротивляемости волокон воздействию сжимающего давления.

Если рассмотреть некоторый У участок гарнитуры, то работа размола, производимая на этом участке за 1 с (т.е. мощность размола), будет пропорцио-

нальна длине ножей статоре 7

I

их числу на роторе

и частоте вращения п:

Ыр1 = Б3 (1,2р,2с1п).

Выражение, стоящее в скобках, представляет собой секундную режущую длину I . на У-м участке.

Для всей гарнитуры мельницы

т

Ыр = Б, £ ь„ = Б,1,

(2)

2=1

В= N. / Ь

Практически

Ыр = N - Ыхя

полезная

Из выражения (3.22) значение Б8 будет

(3)

мощность размола определяется как разница между

общей мощностью N потребляемой мельницей при данном режиме размола, и мощностью холостого хода Nх х при работе мельницы на волокнистой массе с разведенными дисками (этот зазор составляет 1-3 мм), т.е. Nр = N — Ыхх .

Рис. 1. Зависимость удельного давления от зазора между ножами при различной концентрации массы, кг/мк 1 - 20; 2 - 30; 3 - 40

и

е80

со 70 60 І 50 % 40 g-зо 5 20 ° 10 О

_ ф

-

1 1 і

1 I

y=f -3,9 1Х + 76 I I

ъ- п о .9207 I |

1 I

30

40 50 60

Степень помола

70°ШР

Показатель Bs - это удельная нагрузка на кромки ножей, данная величина также используется для оценки качества размола. При размоле одного вида волокнистого материала в различных размалывающих машинах при равном значении удельной нагрузки на кромки ножей имеет место одинаковая степень разработки волокна. Для каждого вида волокнистого материала существует своя оптимальная удельная нагрузка на кромки ножей, при которой достигаются высокие технологические характеристики готовой продукции при минимальной энергоемкости процесса размола. При значении Bs больше оптимального вследствие усиления силового давления на волокне (рубка волокон) ухудшаются прочностные показатели; при снижении Bs меньше оптимума прочностные свойства готовой продукции не изменяются, но начинает расти удельный расход электроэнергии на размол (снижается КПД мельницы).

Удельная нагрузка на кромки ножей имеет определенный физический смысл, так как полезная мощность отнесена к длине ножевых кромок, а не к площади размалывающей поверхности, что указывает на превалирующее значение ножевых кромок (участков рабочих поверхностей ножей, покрытых волокнистыми наслойками) в процессе размола.

Два условия работы различных размалывающих аппаратов, при которых обеспечивается одинаковый характер размола целлюлозных волокон:

N N Т Т

—— = —— = B = const;—— = —— = LQ = const,

Lsl Ls2 s Q Q2 q

где Np1 и Np2 - полезные мощности размола; —л и - режущие длины ножей; q и Q2 - производительности различных размалывающих машин.

Рис. 2. Зависимость содержания длинноволокнистой фракции от различной степени помола при постоянной удельной нагрузке на кромки ножей (Бэ = 1,5 Дж/м)

При равных удельных нагрузках на кромках ножей (Bs = const), отношениях секундной режущей длины к производительности (Lo = Ls/Q = const), углах наклона ножей к образующей, а также материале гарнитуры качество массы, размолотой на различных по типу мельницах, должно быть одинаковым. Комплекс Lq фактически характеризует величину обратную количеству волокон, откладываемых на 1 м длины ножевых кромок. Перемножив между собой оба комплекса, получим

D т N Pl NР2 л

BsLq =------=--= An = const.

S Q Qi Q2

Это выражение представляет собой удельный полезный расход энергии, имеющий более ясный физический смысл, чем величина . Таким образом,

при прочих равных условиях обеспечение одинаковых значений удельной нагрузке Bs и удельного полезного расхода энергии а должно обеспечить одинаковое качество обрабатываемых волокон.

Разработаны модели процессов размола и взаимодействия рабочих органов (гарнитуры), выбраны две ступени размола пневой древесины торфяной залежи. Для первой ступени, исходя из обеспечения минимальной энергоемкости процесса, определены оптимальные параметры работы установки - температура, время пропарки, давление пара для пневой древесины, древесины лиственных пород и хвойных мягких пород. Выбор оборудования и режимов работы второй ступени размола сделан на основе моделирования и широких экспериментальных исследований. Установлены основные факторы, определяющие качество и энергоемкость процесса.

Следовательно, чтобы получить качественную волокнистую массу, пригодную по всем свойствам и характеристикам для связующей добавки, нужно тщательно подбирать режимы размола и технологическое оборудование. Предлагаемая технологическая схема получения связующей добавки для торфяных горшочков учитывает при подборе оборудования для размола пневой древесины основные положения теорий размола, которые проверены и уточнены опытным путем для данного исходного сырья.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ребрин СП, Мерсов Е.Д., Евдокимов В.Г. Технология древесноволокнистых плит.//Лесная промышленность,- М., 1982, - 220 с.

2. Жигульская А.И. ,Самсонов

Л.Н. Основные положения теории размола при получении волокнистой

связующей добавки из пневой древесины торфяной залежи // Материалы научно-практической конференции «Развитие механики торфа и научных основ создания машин и оборудования торфяного производства». -Тверь: ТГТУ, 2001. - С.122.

3. Жигульская А.И. Физикомеханические свойства связующих добавок при процессе размола // Тезисы докл. Междунар. симпозиума «Физика и химия торфа в решении проблем экологии». - Минск, 3-7 ноября 2002. - С.10.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Самсонов Л.Н, Жигульская А.И. - Тверской государственный технический университет.