Определение баланса объемов биомассы древесного сырья при его подготовке перед обработкой Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БАЛАНСА ОБЪЕМОВ БИОМАССЫ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ ПРИ ЕГО ПОДГОТОВКЕ ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ

Исаев С.П. (ХГТУ, г. Хабаровск, РФ)

This paper describes the definition of balance of volumes bioweights of wood raw material by its preparation before processing.

Рациональное и комплексное использование древесного сырья ставит перед его переработчиками большую основную задачу - всю биомассу древесины, поступающую на предприятие переработать на полезную и полноценную продукцию.

Экологически чистая безотходная технология комплексной переработки биомассы древесного сырья позволит: сократить объемы отходов коры, скапливающихся на деревоперерабатывающих предприятиях в отвалах, гниющих длительное время, наносящих экологический вред окружающей среде; использовать низкосортную древесину, непригодную для дальнейшей технологической переработки.

Рассмотрим вариант, когда на стадии подготовки древесного сырья к обработке получают оцилиндрованные бревна, щепу технологическую, а образующиеся отходы используют в качестве топлива.

Структурная схема технологического процесса подготовки древесного сырья перед обработкой изображена на рис.1. В технологический процесс подготовки сырья перед обработкой входят: поштучная подача хлыстов (бревен) на продольный транспортер; сканирование и определение геометрических характеристик хлыста (бревна); поперечный раскрой хлыста и сортирование; окорка бревен; оцилиндровывание бревен.

Организация производства на участке подготовки древесного сырья к обработке следующая.

Хлысты подают на накопитель долготья, на котором посредством поперечного транспортера для поштучной подачи хлыстов (1), их разделяют по одному и подают на продольный транспортер. При перемещении хлыста по ко н-вейеру к пиле (4), хлыст сканируют (3) с целью определения объема входящего сырья Qex и оптимальной схемы раскроя. После чего выполняют раскрой хлыста на сортименты, при этом образуется объем опилок Q1.

Полученные сортименты в зависимости от размерно -качественных характеристик сортируют на: сортименты, используемые без переработки (Q2); дрова для отопления (Q3); сортименты, предназначенные для дальнейшей переработки.

Объем сортиментов, предназначенных для дальнейшей переработки, ока-ривают и затем сортируют на две группы: 1) балансовое сырье для производства щепы (Q4); 2) круглые лесоматериалы, поступающие на оцилиндровку (Q5). После оцилиндровывания получают щепу в объеме Q6 и оцилиндрованные бревна (Q7).

Хлысты

Сортименты, используемые без

переработки

Дрова для отопления

4

2 / -"1 !

Опилки

Кора

Щепа

Битопливо

Щепа технологическая

7

(и §

«

И

<Ц

а

8 Ч 8 Я О

1

3

Рис. 1. Структурная схема технологического процесса подготовки древесного сырья к обработке:

1 - поперечный транспортер для поштучной подачи хлыстов;

2 - поперечный транспортер для поштучной подачи бревен;

3 - сканирующие устройство; 4 - устройство для поперечного

раскроя хлыстов; 5 - окорочный станок; 6 - оцилиндровочный станок;

7 - машина рубильная

Уравнение баланса древесного сырья на участке подготовки запишем следующим образом:

Кроме этого, в процессе подготовки древесного сырья образуется объем коры Q8, которая является внебалансовой составляющей сырья, но может быть использована в виде продукта (готового или полуфабриката).

Допустим, что хлыст я-ой ступени толщины р-ой породы необходимо и возможно раскроить на сортименты, выпуск которых запланирован на период времени ? (рис.2). Вариантов схем раскроя хлыста может оказаться достаточно много, т. к. каждый из сортиментов может быть выпилен в любом месте хлыста.

В большинстве исследований при оптимизации раскроя хлыстов на сортименты объем образующихся опилок не учитывали. Однако процесс раскроя сопровождается образованием объема опилок, который может быть использован.

Получим уравнения, позволяющие сформулировать систему балансных уравнений для модели оптимального раскроя группы хлыстов различных тип о-размерных характеристик.

б2; б,; б,; &

_^ б ^_$_Ф

Рис. 2. Схема раскроя хлыста Объем опилок, образующийся при раскрое хлыста, определим следующим образом:

е1*Р 4.10 ^ 1 ' ( 7

где ш - ширина пропила, мм;

di - диаметр хлыста в зоне I - го пропила, см; п - количество пропилов при раскрое хлыста. Чтобы определить диаметр хлыста в зоне i - го пропила воспользуемся формулой, предложенной в работе /1/ и используя (2), получим следующее выражение:

О =

ж ■ ¥ +

4-Ю4

■Ь

| / * -

71 ■ Ш

8-10

(3)

где х{ - относительное расстояние от комля ствола до i - го пропила;

Ьзр - длина ствола дерева я - ой ступени толщины, р - ой породы, м. Объем оцилиндрованного бревна, получаемого из у - го сортимента, выпиливаемого из хлыста я - ой ступени толщины, р - ой породы, может быть определен по формуле

71 •

а°> =

7 • Ь

4-10

4

71 -Ш

X

(4)

4-Ю7

При оцилиндровыванииу - го сортимента, выпиливаемого из хлыста я - ой ступени толщины, р - ой породы, получают щепу, объем которой находим следующим образом:

е

(ощ) _ Я + С-Лц

2

РР

4-104

■Ь

sp

| / а^йбс -

71 • Ш

8-10

7

т2

(5)

2 ,2 71 '¿цк т

I + а1+1 ■ Ь

4-10

4

sp

•4,

X;

Структура объемов производства щепы из балансового сырья должна быть согласована с у/ - ым направлением ее дальнейшего использования: 1 - целлюлозно-бумажное производство; 2 - гидролизное производство; 3 - производство

2

х

X

X

(л

древесных плит; 4 - для выработки тепловой энергии и пара. Объем щепы, получаемый при измельчении балансового сырья и предназначенной для соответствующего направления использования, равен:

Ощ =аи

и.

ж ■ + 0-(11 4-Ю4

■Ь

Ли1

| / * ~^с1х -

л-ш

8-10 % 1+1

(6)

где а^ - коэффициент выхода щепы, предназначенной для ///- го направления использования (у/= 1, 2, 3, 4);

Коэффициент выхода щепы в зависимости от направления ее использования может принимать следующие значения: а'Щ = 0,741; а'Щ = 0,935; аЩ = 0,862; а Щ = 0,985 /2/.

Исследованиями /3/ установлено, что толщина коры изменяется пропорционально изменению диаметра по длине ствола. Объем коры в г - ом сечении хлыста примем равным площади кольца:

лд

(к) _

71

= ^•1 Б2-с!

12

(7)

где Д- диаметр хлыста в коре в г - ом сечении; d¡ - диаметр хлыста без коры в г - ом сечении.

Так как /) = ^+2-^, где /, - толщина коры в / - ом сечении хлыста, полу

чим:

(8)

Принимая во внимание, что диаметр хлыста в зоне г - го пропила зависит от ступени толщины ствола и расстояния от комля до пропила, предположим, что толщина коры в сечении рассматриваемого пропила также зависит от ступени толщины ствола и расстояния от комля до рассматриваемого сечения:

(9)

Л =!/ + ,/• б/ • (р(х.)

1,3

где Щх ) - функция, описывающая относительное изменение толщины коры по

относительной длине ствола.

При окорке у - го сортимента, выпиливаемого из хлыста я - ой ступени толщины, р - ой породы, получают объем коры, который определим следующим образом:

£

( к ) рр

7Г-Ь„п ■ Н + J • (I

1,3

105

1

Ф + 0^2 3 / * ^ср * (¡х + — ' ^ + ^' з ^ к *

~~2

dx

(10)

Вид функции / * и значения коэффициентов при переменной известны для исследуемых древесных пород, необходимо определить вид функции (р * .

2

х

Литература

1. Исаев С.П. Коэффициент формы сортиментов - один из критериев рационального раскроя хлыстов. /Лесной комплекс: состояние и перспективы развития/ Сборник науч. тр. -Вып. 4. - Брянск.: Брянская гос. инженерно-технолог. академия, 2002. с. 44 - 47.

2. Веселов А.А. Методы оценки эффективности процессов переработки отходов в щепу. - В экспресс-информ.- (Плиты и фанера; Вып. 11). - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1990. - с. 2 - 27.

3. Симонов М.Н. Механизация окорки лесоматериалов. -М.: Лесн. пром-сть, 1984. 216

с.