CC BY
69
УДК 676.1.054.1 М.А. Зырянов, Н.Г. Чистова, В.А. Швецов, З.З. Зарипов
ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
В статье с помощью методов статистически-математического моделирования определены закономерности использования вторичного древесного сырья в производстве древесно-волокнистых плит и установлено влияние основных технологических и конструктивных параметров размалывающей машины на качественные показатели древесно-волокнистых полуфабрикатов и готовой товарной продукции с учетом использования древесных отходов импресфайнера и форматно обрезных станков.
Ключевые слова: степень помола, прочность, вторичное волокно, коническая мельница, древесные отходы.
M.A. Zyryanov, N.G. Chistova, V.A. Shvetsov, Z.Z. Zaripov WOOD WASTE PROCESSING FOR THE WOOD-FIBER PANELS PRODUCTION
Regularities of the secondary wood raw material use for the wood-fiber panels production are determined in the article by means of the statistical and mathematical modeling and the influence of main technological and constructive parameters of grinding machine on qualitative indicators of the wood-fiber half-finished items and ready marketable products taking into account use of impresfiner wood waste and dimensioning machines is determined.
Key words: grind degree, durability, secondary grain, cone-shaped mill, wood waste.
При получении древесно-волокнистых плит неизбежно образуются древесные отходы собственного производства, которые составляют от 16 до 19 % [2].
Источником вторичного волокна в производстве древесно-волокнистых плит являются:
- отжимки импресфайнера - пробковая вода, содержащая в себе древесные частицы (до 11%);
- отходы продольного и поперечного форматного реза - измельченные куски готовых древесноволокнистых плит (3,5-5%);
- волокно, попадающее в сточные воды от отливной машины (1,5-3%).
В отличие от иноктевированных волокон, получаемых из отходов форматно обрезных станков, волокно из отжимков импресфайнера способно участвовать в образовании межволоконных и структурных связей.
На сегодняшний день древесные отходы импресфайнера собираются в промежуточные емкости и выводятся на локальные сооружения (механические). Древесные отходы от форматно-обрезных станков используются частично либо не используются вовсе. Часть идет на сжигание, что в совокупности крайне ухудшает экологическую обстановку.
Цель исследований - выявить возможности использования древесных отходов основного производства ДВП как дополнительного источника волокносодержащего сырья.
Опытные работы осуществлялись с использованием конической мельницы МКЛ-01М, на которой разрабатывались древесные отходы производства. Древесные отходы импресфайнера и форматно-обрезных станков собирались в отдельную промежуточную емкость с вертикальной мешалкой, куда подавалась техническая вода. Затем масса с концентрацией 3% подавалась на размол в коническую мельницу.
Активный многофакторный эксперимент был принят нами в качестве основного метода получения статистически-математического описания исследуемого процесса с использованием В-плана второго порядка, который, по нашему мнению, наиболее подходит для описания исследуемого процесса ввиду его сложности и малоизученности [1].
В качестве входных (управляемых) факторов эксперимента были выбраны следующие технологические и конструктивные параметры процесса: 1_/Ь - износ поверхности размольной гарнитуры; г - зазор между ротором и статором размалывающей машины, мм; к - содержание вторичного волокна в общей массе, %. Уровни и интервалы варьирования этих факторов представлены в таблице.
Контролируемыми факторами эксперимента были выбраны основной показатель качества волокнистой массы - степень помола массы (ДС) и показатель качества готовой товарной продукции - прочность плиты (Рг).
Основные факторы и уровни их варьирования
Наименование фактора Обозначение Интервал варьирования фактора Уровень варьирования фактора
е ы н ь ра у т а Н Нормализованные й и Н Основной (0) Верхний (+1)
Износ поверхности размольной гарнитуры Ь/Ь Хі 0,7 1,1 1,8 2,5
Зазор между ротором и статором размалывающей машины, мм і Х2 0,45 0,15 0,6 1,05
Содержание вторичного волокна в общей массе, % к Хз 4 4 8 12
Формулы, связывающие нормализованные и натуральные обозначения, будут в данном случае иметь следующий вид:
Х,-У±^, (1,
1,8
Х2=^£, (2)
0,6
Х3=—(3) 8
В результате обработки экспериментальных данных с применением современной экспериментальной и лабораторно-измерительной базы на соответствующем уровне метрологического обеспечения исследований получены уравнения, описывающие изменение прироста градуса помола и предела прочности на изгиб древесноволокнистых плит от технологических и конструктивных параметров конической мельницы.
ДС=19,58+0,18'(Л'|)-0,26^-0,02'к-0,275'0_/1'|)2-0,28^2-0,075'к2-
-1 ■10-5'(Л"|)^-0,03' (иь)-к-0,03-к^, (4)
Pr = 44,2-0,8■(L/h)-0,39■z-1,4■k-0,74■(L/h)2-2,5■z2-1,9■k2-
—0J55■(L/h)■z—0,38■(L/h)■k—1,51 ■z■k. (5)
Наглядное представление о влиянии факторов и их взаимодействии на отклик дает изучение графиков, построенных по полученным моделям (рис. 1-2).
Проанализируем влияние на отклик факторов k и L/h и взаимодействие к0_/1"|). При фиксировании величины зазора на среднем уровне построим поверхность отклика (рис. 1,а). С ростом значений износа поверхности размольной гарнитуры величина степени помола массы увеличивается и достигает наибольшего значения при 50% износа, что соответствует соотношению геометрических характеристик ножа L/h=1J8. При этом с увеличением значения содержания вторичного волокна в общей массе до 9% величина степени помола массы увеличивается, а затем постепенно уменьшается. Отсюда следует, что при больших значениях
износа поверхности размольной гарнитуры величина зазора между ротором и статором размалывающей машины будет оказывать более сильное влияние на степень помола массы.
Рис. 1. Степень помола массы: а - от износа поверхности размольной гарнитуры и содержания вторичного волокна в общей массе; б - от зазора между ротором и статором размалывающей машины и износа поверхности размольной гарнитуры
На рисунке 1,б представлена поверхность отклика при фиксировании содержания вторичного волокна в общей массе на среднем уровне, построенная по уравнению (4). Из графика видно, что при увеличении зазора между сегментами размалывающей машины возрастает влияние износа поверхности размольной гарнитуры на значения степени помола. Также очевидно, что и при больших значениях износа поверхности размольной гарнитуры влияние как зазора между ротором и статором размалывающей машины, так и содержания вторичного волокна на степень помола, возрастает.
Из графиков, изображенных на рис. 2, построенных по уравнению (5), видно, что при износе сегментов более 50%, что соответствует соотношению геометрических характеристик ножа L/h=1J8J значение прочности увеличивается. При увеличении значения зазора ^) до 0,6 мм и с увеличением содержания вторичного волокна в общей массе (к) до 9% значение показателя прочности принимает наибольшее значение. С дальнейшим увеличением всех факторов показатель прочности плиты снижается.
Рис. 2. Прочность ДВП: а - от содержания вторичного волокна в общей массе и зазора между ротором и статором размалывающей машины; б - от износа поверхности размольной гарнитуры и содержания вторичного волокна в общей массе
Следует отметить, что при варьировании исследуемых факторов в заданных диапазонах, найденных в результате исследований, можно получить древесное волокно, способное в дальнейшем обеспечить процесс плитообразования.
В результате анализа проведенных исследований можно предположить, что в конической мельнице наряду с механическим воздействием на волокно присутствуют силы, создающие гидродинамическое воздействие, что обеспечивает фибриллирование вторичного древесного волокна, способного участвовать в плитообразующих процессах наравне с основной массой [3].
Таким образом, полученные уравнения, описывающие процесс обработки древесных отходов в конической мельнице, позволяют прогнозировать получение качественной древесно-волокнистой массы и определять физико-механические показатели ДВП в зависимости от установленных режимов процесса размола. Результаты исследований показывают, что древесные отходы импресфайнера и форматно обрезных станков можно и нужно использовать в полном объеме в основном производстве при определенных режимах их обработки, при этом не ухудшая качественных показателей древесноволокнистых плит.
Литература
1. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. - М.: Лесн. пром-сть, 1984.
- 232 с.
2. Чистова Н.Г., Петрушева Н.А., Трофимук В.Н. Безотходные технологии в производстве древесноволокнистых плит // Фундаментальные исследования. - М., 2004. - № 3. - С. 112-113.
3. Алашкевич Ю.Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых материалов в размольных машинах: дис. ... д-ра техн. наук. - Красноярск, 1986. - 361 с.
---------♦-----------
