Оптимальные параметры размола пневой древесины торфяной залежи Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

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

2004

УДК 662.331:674.817

Л.Н. Самсонов, А.И. Жигульская

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗМОЛА ПНЕВОЙ ДРЕВЕСИНЫ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ

Семинар № 16

¥ ¥ а основе проведенных исследований

-1-І при получении опытных партий древесно-волокнистых масс разработаны модели процессов размола и взаимодействия рабочих органов (гарнитуры). Для первой ступени размола рекомендован дефибратор (установка горячего размола - УГР-03), где совмещены камера пропаривания непрерывного действия и камера размола, оснащенная двумя дисками, один из которых вращающийся.

В дефибраторе подаваемый в машину пар прогревает щепу, размягчая лигнин и ослабляя связи между волокнами; кроме того, пар поглощает тепло, возникающее при трении щепы о размольные диски машины, не допуская повышения температуры выше установленного предела. Пар при высоком давлении вытесняет из установки кислород, при наличии которого щепа обуглилась бы. Часть тепла, образуемая за счет трения, тратится на испарение содержащейся в щепе влаге. При размоле сухой щепы температура резко поднимается и начинается пригорание и разложение древесины. Установки пропарки и размола щепы рассчитаны на давление насыщенного пара до 1,2 МПа. Пропарка щепы в подогревателе продолжается до 4 мин.

Высокое давление насыщенного пара рекомендуется для создания благоприятных условий размола и снижения расхода электроэнергии на приготовление волокна. Снижение температуры гидротермообработки связано с сокращением количества потребляемой воды и решением проблемы очистки сточных вод. Это объясняется тем, что древесина содержит водорастворимые вещества, а при повышенной температуре в результате гидролитического разложения растворимая часть их значительно увеличивается, снижая выход древесноволокнистой массы и ухудшая характеристику сточных вод. Размол подогретой щепы экономичен с точки зрения расхода электроэнергии (табл. 1).

Температуру в дефибраторе поддерживают подачей насыщенного пара. Повышение температуры при дефибрировании не только снижает расход энергии, но и улучшает качественные показатели получаемой древесно-волокнистой массы, как подтверждают результаты исследований по размолу щепы из древесных включений торфяной залежи. Зависимость расхода энергии при дефибрировании от температуры показана на рис.

1. Влияние давления насыщенного пара при размоле на расход электроэнергии и на потери древесной массы отображено графически на рис.

2.

График показывает возможность экономии расхода сырья при повышенной потребности в электроэнергии с оптимальным давлением пара порядка 0,6 МПа. Однако выбор этого давления должен определяться техникоэкономическим расчетом, учитывающем как полученную экономию по снижению затрат на сырье и организацию очистки сточных вод, так и дополнительные затраты на повышенный расход электроэнергии и другие технологические

Рис. 1. Диаграмма зависимости температуры щепы и расхода электроэнергии при размоле: 1 - древесина пневая и лиственных твердых пород; 2 - древесина мягких хвойных пород

Таблица 1

Расход электроэнергии при размоле в зависимости от температуры щепы:

Температура,°С 110 120 130 140 150 160 170 180

An, кВт-ч/т (1) 700 630 600 550 400 220 200 9 О 7 о

An, кВт-ч/т (2) 850 820 790 750 650 450 300 150...200

Таблица 2

Зависимость степени помола от расхода полезной энергии

Ап, МДж/т 100 200 280 300 400 700 800 1000 1100 1400

°ШР 16 20 22 24 28 37 40 53 55 68

нужды.

При изготовлении древесно-волокнистой массы с применением низкого давления пара масса получается более гидрофильной.

Особенно резкое снижение расхода энергии на дефибрирование наблюдается при температуре 170-180°. При этой температуре для мягких хвойных пород потребный удельный расход энергии снижается до 150-200 кВт-ч; для лиственных твердых пород и пневой древесины торфяной залежи при температуре 160-180° потребный удельный расход снижается в пределах 120— 170 кВт-ч.

Проведенные исследования на УГР-03 (первая ступень) показали, что для обеспечения минимальной энергоемкости работы при размоле пневой древесины торфяной залежи, следует использовать полученные значения оптимальных параметров: температура 170-180°, время пропарки 60-90 сек., давление пара 0,6-1 МПа. Выход древесно-волокнис-той массы от массы поступающей щепы из древесных включений торфа составил 85 %. Степень помола массы после первой ступени размола равна 10 - 12 °ШР.

Рис. 2. График зависимости расхода электроэнергии и потерь древесной массы от давления пара при размоле: 1 - расход электроэнергии, кВт-ч /т а. с. щепы; 2 -потери древесной массы, %

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, т. к. 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.

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.

BSLQ = —— = —— = A = const.

S Q a a n

Это выражение представляет собой удельный полезный расход энергии, имеющий более ясный физический смысл, чем величина Lq. Таким образом, при прочих равных условиях обеспечение одинаковых значений удельной нагрузке BS и удельного полезного расхода энергии An должно обеспечить одинаковое качество обрабатываемых волокон (рис. 3). В размалывающих машинах качество разработки волокна определяет количество работы, затраченной на обработку волокон. Отнеся эту работу к массе волокна, прошедшего зону размола, получим показатель полезного удельного расхода энергии, МДж/т:

—pt — 0 - —х.х (1)

д, =-

Q

m

»ШР

70

60

50

40

ЗО

20

10

О

Ґ /

/ '

і у

жт- 1 £ А *0І ]01х

• Т>2— Л тл

|

200 600 1000 Ап,

МДж/т

ная мощность, для расчета размалывающих машин введем показатель

полезной удельной энергоемкости размола Еп , МДж/ (т • °ТТТР), который можно определить по формуле Д4

Еп =-

(3)

А°ШР шА°ШР

где ЛЛп - удельный полезный расход энергии, необходимый для получения определенного прироста степени помола массы ( Д • ° ШР). Выразим Е с учетом производительности

Рис. 3. График зависимости степени помола древесноволокнистой массы из пневой древесины от расхода полезной энергии

где Кр = N0 — №с.Х - полезная мощность размола, кВт; N0) - общая мощность, потребляемая мельницей, кВт; Nx.x - мощность холостого хода, потребляемая мельницей при перекачке массы, кВт; Ґ - время размола, ч; ш -масса а.с.в., размалываемого мельницей за время Ґ, т; Q =24ш/ґ - производительность мельницы, т/сут а.с.в.

Наряду с показателем Ап для характеристики работы размалывающей машины часто применяется показатель общего удельного расхода энергии Ао , МДж/т:

Ао = 24N о/ Q. (2)

Экспресс - методом оценки работы размалывающей мельницы является прирост степени помола массы за проход в зависимости от удельного расхода полезной или общей электроэнергии. Поскольку на качество размола практически оказывает влияние только полез-

мельницы:

N..

Е, =-

(4)

<2А °ШР

Полезная удельная энергоемкость показывает, какая работа затрачивается в межно-жевом зазоре мельницы для размола 1т а.с.в. на 1°ШР. Этот показатель (при соблюдении постоянного удельного давления в зоне размола) не зависит от типа размалывающих машин, а определяется видом волокна и его сопротивляемостью размолу.

Следовательно, после проведения теоретических исследований в ходе апробации модели процессов размола и взаимодействия рабочих органов (гарнитуры) для получения качественной волокнистой массы, пригодной по всем свойствам и характеристикам для связующей добавки, определены оптимальные режимы работы технологического оборудования с позиции минимальной энергоемкости его работы.

Предлагаемая технологическая схема получения связующей добавки для торфяных горшочков, при подборе оборудования для размола пневой древесины на первой и второй ступенях, основана на результатах проведенных исследований, которые проверены и уточнены опытным путем для данного исходного сырья.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ребрин С.П. и др. Технологии древесноволокнистых плит//Лесная промышленность, - М., 1971.

2. Жигулъская А.И., Самсонов Л.Н Связующие добавки для торфяных полых горшочков на основе

пневой древесины торфяной залежи // Тезисы докл. Ме-ждунар. симпозиума «Физика и химия торфа в решении проблем экологии». - Минск, 3-7 ноября 2002. — С.141.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------

СамсоновЛ.Н., ЖигулъскаяА.И. — Тверской государственный технический университет.