CC BY
37
Химия растительного сырья. 2012. №4. С. 221-224.
УДК 676.1.054.1
РАЗМОЛ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТРУДНОВОСПЛАМЕНЯЕМЫХ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
© А.В. Антонов1, Н.А. Петрушева2, А.П. Чижов2, Ю.Д. Алашкевич1’3
1 Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: [email protected] 2'Лесосибирский филиал Сибирского государственного технологического университета, ул. Победы, 29, Лесосибирск, 662543 (Россия), e-mail: [email protected]
3Институт химии и химической технологии СО РАН, ул. К. Маркса, 42, Красноярск, 660049 (Россия)
В работе представлены результаты поиска оптимальных условий производства трудновоспламеняемых древесноволокнистых плит с целью установления таких технологических и конструктивных параметров размола древесноволокнистого полуфабриката, которые бы обеспечили максимальное удержание частиц вспученного вермикулита в древесноволокнистой композиции. Решение поставленной задачи позволит получать трудновоспламеняемые древесноволокнистые плиты мокрого способа производства с высокими физико-механическими показателями готовой продукции.
Ключевые слова: размол, дефибратор, рафинатор, оптимальные условия, древесноволокнистая плита, пожарная опасность.
Процесс размола представляет собой крупную технико-экономическую проблему производства древесноволокнистых плит (ДВП). В связи с этим очевидна актуальность работ, посвященных созданию новых видов размольного оборудования, модернизации существующих машин, выбору и разработке рациональных технологических схем размола.
О зависимости ме^ду свойствами исходных волокнистых материалов и готовой продукции в специальной литературе высказывалось немало различных взглядов, однако четко выраженной зависимости еще не установлено. Исходя из анализа литературных данных [1-5] можно сказать, что прочность плиты в основном зависит от сил сцепления волокон между собой, площади поверхности волокон, на которой она действует; прочности волокон, их гибкости, пластичности и размеров; расположения волокон в плите. Все это в немалой
Введение
АнтоновАлександрВикторович - аспирант, тел.: (391) 249-47-28, e-mail: [email protected] Петрушева Надежда Александровна - доцент, кандидат технических наук, тел.: (39145) 6-28-03, e-mail: [email protected] Чижов Александр Петрович - доцент, кандидат техническихнаук, тел.: (39145) 6-28-03, e-mail: [email protected]
Алашкевич Юрий Давыдович - заведующий кафедрой МАПТ, профессор, доктор технических наук, тел.: (3912) 27-34-53, e-mail: [email protected]
степени определяется процессом размола древесных волокон в дефибраторе и рафинаторе.
На отечественном и зарубежном рынке востребованы ДВП со специальными свойствами: повышенной водостойкостью, био- и огнестойкостью, с высокими прочностными характеристиками, экологически безопасные и отвечающие современным требованиям эстетики и дизайна [6]. В настоящее время проводится большой объем исследований в области процесса прессования в производстве древесноволокнистых плит и интенсификации технологического
* Автор, с которым следует вести переписку.
процесса их производства. В то же время размолу древесины для данного производства, одному из основных процессов, учеными на сегодняшний день не уделяется должного внимания, научные работы по данному вопросу практически отсутствуют, а все знания опираются на научные разработки по ножевому размолу в целлюлозно-бумажной промышленности и практические навыки производственников [7].
Настоящая работа посвящена исследованию оптимальных условий размола древесноволокнистой массы на промышленных установках при производстве трудновоспламеняемых ДВП мокрым способом.
Экспериментальная часть
Для определения значений режимных параметров размольного оборудования, позволяющих изготавливать древесноволокнистый полуфабрикат для производства трудновоспламеняемых ДВП с добавлением вспученного вермикулита, необходимо оптимизировать процесс получения древесной массы в условиях эксплуатации размалывающих машин.
Задачей оптимизации процесса размола древесноволокнистых полуфабрикатов в производстве трудновоспламеняемых древесноволокнистых плит является отыскание таких значений основных технологических параметров данного процесса, при которых значение массовой доли вспученного вермикулита будет минимальным, а физико-механические свойства и параметры пожарной опасности готовой продукции будут находиться на необходимом уровне.
Для решения этой задачи составлена математическая модель, в которой в качестве целевой функции (Г) выступает требование минимизации себестоимости готовой плиты. Главным показателем, влияющим на критерий оптимизации, в наших условиях является содержание вспученного вермикулита в готовой продукции.
Полученные в результате реализации многофакторного активного эксперимента уравнения регрессии были использованы для отыскания оптимальных условий функционирования объекта.
Математическая модель задачи оптимизации Математическая модель задачи оптимизации
процесса размола щепы в дефибраторе при произ- процесса размола древесноволокнистой массы в водстве трудновоспламеняемых ДВП мокрым спо- рафинаторе при производстве трудновоспламеняе-собом будет иметь вид: мых ДВП мокрым способом будет иметь вид:
( = С (ю„)^ шт Аш > 60 %; т > 4 мин; аизг > 33 МПа;
{ £ < 13 %;
2,5 мм < Ь < 3,2 мм;
2 < Ь/Н < 10;
0,05 мм < 2< 0,15 мм;
12 об/мин < п < 15,4 об/мин.
^ Т= С (т„)^ шт Лш > 60 %; т > 4 мин; аизг > 33 МПа;
{ £ < 13 %;
2.5 мм < Ь < 3,2 мм;
2 < Ь/Н < 10;
0,05 мм < 2< 0,15 мм;
2.5 % < с < 3,5 %.
Обсуждениерезультатов
При решении поставленной задачи были получены следующие значения технологических и конструктивных параметров дефибратора и рафинатора, обеспечивающие оптимальные условия размола при производстве трудновоспламеняемых древесноволокнистых плит мокрым способом.
Для размола технологической щепы в дефибраторе: Ь/Н = 6 (50%), 2=0,15 мм, п = 12 об/мин. Для размола древесноволокнистой массы в рафинаторе: Ь/Н = 6 (50%), 2 = 0,15 мм, с = 3,5%. Найденные режимные параметры обеспечивают получение трудновоспламеняемых древесноволокнистых плит с массовой долей вспученного вермикулита ю8=30%.
При этих значениях режимных параметров физико-механические показатели и параметры пожарной опасности древесноволокнистых плит принимают следующие теоретические значения: Аш = 54,8%; т = 4,88 мин; аизг = 40,2 МПа; £ = 11,7 %; Ь = 2,69 мм.
Полученные в результате проведения процесса размола при оптимальных значениях режимных параметров древесноволокнистые плиты имеют следующие значения физико-механических показателей и параметров пожарной опасности: Аш = 51,2 %; т = 5,16 мин; а1вг = 42,3 МПа; £ = 6,8 %; Ь = 2,61 мм.
Таким образом, теоретические значения данных показателей, рассчитанные по уравнениям регрессии, хорошо согласуются с экспериментальными, что еще раз подтверждает адекватность полученных регрессионных уравнений, описывающих процесс размола при производстве трудновоспламеняемых древесноволокнистых плит мокрым способом.
На основании представленных результатов можно предложить состав композиции для получения трудновоспламеняемых древесноволокнистых плит, произведенных мокрым способом. Использование вспученного вермикулита с размерами зерен менее 0,1 мм в композиции для производства древесноволокнистых плит позволит снизить их пожарную опасность и улучшить эксплуатационные характеристики древесноволокнистых плит.
Композиция для получения трудновоспламеняемых древесно-волокнистых плит мокрым способом включает 58% древесноволокнистой массы, 30% вспученного времикулита, 11% парафина, 1% осадителя (серной кислоты). Физико-механические свойства готовых плит имеют следующие значения: предел прочности при статическом изгибе - 43,2 МПа; плотность - 923 кг/м3; разбухание по толщине за 24 ч - 18%; водопоглощение лицевой стороной за 24 ч - 7%; толщина - 2,5 мм.
Себестоимость готовой продукции с учетом введения в состав плит вспученного вермикулита и в связи с этим увеличения расхода гидрофобной эмульсии составит 41,2 руб./м2 при цене реализации 45,б руб./м2. Очевидно, что прибыль с учетом налогов составит 3,34 руб./м2. Для промышленного предприятия, на действующем оборудовании которого проводился эксперимент, при условии перевода одной линии на выпуск трудновоспламеняемых ДВП, годовая прибыль составит около 40 млн. руб.
Выводы
Решение задачи оптимизации процесса размола древесноволокнистых полуфабрикатов в производстве трудновоспламеняемых древесно-волокнистых плит позволило определить значения основных техно -логических и конструктивных параметров размалывающих машин, при которых значение массовой доли вспученного вермикулита минимально возможно, а физико-механические свойства и параметры пожарной опасности готовой продукции находятся на уровне требований ГОСТа 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопас-ность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» и ГОСТа 4598-8б «Плиты древесноволокнистые. Технические условия».
Также на основании представленных результатов разработан состав композиции для получения трудновоспламеняемых древесноволокнистых плит, произведенных мокрым способом.
Список литературы
1. Uuntela Е. Strong growth predicted to year 2001 // Pulp and paper international. Vol. 31. N1. Pp. 43-47.
2. Tiwary K.N. Ivendra. Batboo from the forest to the paper mill // Pulp. Conf. (TAPPI). Houston, 1983. Book 1. Pp. 113-123.
3. Иванов C.H. Технология бумаги. Л., 1970. б95 с.
4. Гаузе A.A., Ушаков A.A., Федоров Ю.М. Современное состояние и перспективы развития оборудования для роспуска макулатуры // Машины и аппараты целлюлозно-бумажного производства : межвуз.сб. СПб., 1997. С. 18-22.
5. Бывшев A.B., Мельничук Н.М., Левшина В.В., Савицкий Е.Е. Влияние объемной массы отливок на прочность
связи единичного волокна в листе // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1992. №3. C. 14-15
6. Шалашов А.П., Стрелков В.П. Основные положения концепции развития производства древесных плит в России // Деревообработканарубеже 21 века: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. М., 1999. С. 17-19.
7. Зуев Д.Б., Радионов А.В., Цыпук А.М., Шишкин А.И. Идеология управления лесным комплексом // Целлюлоза, бумагаи картон. 2004. №8. С. 4б-51 (in Russ.).
Поступило в редакцию 7 июня 2012 г.
Antonov A.V.1*, Petrusheva N.A.2, Chizhov A.P.2, Alashkevich Y.D.13 GRINDING IN THE PRODUCTION OF SEMI HARDBOARD INFLAMMABLE FIBREBOARD
1Siberian State University of Technology, 82, Mira Street, Krasnoyarsk, 660049, (Russia), e-mail: [email protected] 2Lesosibirsk brunch of Siberian State University of Technology, 29, Pobeda Street, Lesosibirsk, 662543 (Russia) e-mail: [email protected]
3Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, K. Marx str., 42, Krasnoyarsk, 660049 (Russia)
Search results of optimal conditions for the production of flame-retardant fiberboard with a view to establishing such a technological and design parameters of grinding wood-fiber semi-finished product that would ensure maximum retention of particles exfoliated vermiculite in the wood-fiber composition are presented in the article. The solution of the problem will get retardant fibreboard wet process production with high physical-mechanical properties of finished products.
Keywords: grinding, defibrator, rafinator, the optimum conditions, fiberboard, fire danger.
References
1. Uuntela E. Pulp and paper international, vol. 31, no. 1, pp. 43-47.
2. Tiwary K.N. Pulp. Conf. (TAPPI), Houston, 1983, book 1, pp. 113-123.
3. Ivanov S.N. Tekhnologiia bumagi. [Paper technology]. Leningrad, 1970, 695 p. (in Russ.).
4. Gauze A.A., Ushakov A.A., Fedorov Iu.M. Mashiny i apparaty tselliulozno-bumazhnogoproizvodstva: Mezhvuz. sb. [Machines and devices of pulp and paper production: Interuniversity collection]. St. Petersburg, 1997, pp. 18-22 (in Russ.).
5. Byvshev A.B., Mel'nichuk N.M., Levshina V.V., Savitskii E.E. Tselliuloza. Bumaga. Karton, 1992, no. 3, pp. 14-15.
(in Russ.)
6. Shalashov A.P., Strelkov V.P. Derevoobrabotka na rubezhe 21 veka: tez. dokl. mezhdunar. nauch.-tekhn. konf [Woodworking at the turn of the 21st century: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference]. Moscow, 1999, pp. 17-19 (in Russ.).
7. Zuev D.B., Radionov A.V., Tsypuk A.M., Shishkin A.I. Tselliuloza, bumaga i karton, 2004, no. 8, pp. 46-51 (in Russ.).
Received June 7, 2012
* Corresponding author.
