CC BY
65
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ЗАГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ1
© Андреев А.А.* *
Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск
В статье приведен краткий обзор работ в области ресурсосбережения и использования отходов заготовки и переработки древесного сырья.
Как известно, на стадии лесозаготовок до 37 % древесной биомассы приходится на отходы. В лесопильном производстве количество опилок примерно равно 10 % от объема распиливаемых круглых лесоматериалов. В строгальных цехах отходы в виде стружки составляют примерно 10 % и могут достигать 20 % от объема поступающих пиломатериалов. Основное внимание в статье уделено использованию опилок и стружки в производстве конструкционных и теплоизоляционных материалов на основе древесно-цементных композиций для малоэтажного строительства. Исследования в данной области ведутся не один десяток лет, однако проблема рационального использования отходов сохраняет свою актуальность. В настоящее время, наряду с арболитом и цементно-стружечными плитами, известны другие древесно-цементные композиции. Однако недостаточно исследованы вопросы применения новых минеральных и полимерных добавок к данным композициям в целях повышения их прочности и уменьшения теплопроводности. Эти вопросы также затронуты в данной статье.
Ключевые слова ресурсосбережение; отходы лесозаготовок; опилки; стружка; древесно-цементные композиции; упрочняющие добавки.
Предприятия лесопромышленного комплекса закономерно сталкиваются с проблемой утилизации большого количества отходов, к которым относятся: порубочные остатки при заготовке круглых лесоматериалов; кора и некондиционная измельченная древесина в производстве щепы; опилки и стружка в лесопилении и деревообработке. Более подробную классификацию древесных отходов см. Общероссийский классификатор продукции (ОКП), код 539000.
Под отходами понимается та часть сырья, которая не попадает в основную продукцию. Количество отходов зависит от технологий заготовки и переработки древесины, от характеристик оборудования и свойств сырья.
На стадии лесозаготовок от 20 до 37 % древесной биомассы приходится на отходы (пни, корни, ветви, древесная зелень, низкокачественная, гнилая и
1 Работа выполнена в рамках реализации комплекса мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 гг.
* Аспирант.
Технические науки
149
горелая древесина) [1, 20, 45]. Отходы древесной биомассы образуются также при очистке от древесной и кустарниковой растительности площадок, отведенных под строительство, трассы линий электропередач, магистральные трубопроводы, железные и автомобильные дороги [48].
В лесопильном производстве количество опилок составляет примерно 10 % от объема распиливаемых круглых лесоматериалов [45].
В строгальных цехах отходы в виде стружки составляют примерно 10 и могут достигать 20 % от объема поступающих пиломатериалов [45].
Поскольку полностью исключить потери сырья невозможно, то, очевидно, необходимы ресурсосберегающие технологии использования отходов для выпуска других видов продукции [22,45].
Известны исследования технологий использования перечисленных выше древесных отходов в качестве основного сырья для выпуска различных видов биотоплива [13, 15, 17]; древесностружечных и цементно-стружечных плит, арболита [33]; биологически активных веществ [37] и др. [12, 22-26].
Обоснование новых технических решений, ориентированных на уменьшение отходов при переработке древесного сырья, рассмотрено в работах [3, 5, 6, 10, 28, 29, 44]. Работа [4] содержит новые результаты по обоснованию влияния длины балансов, измельчаемых в дисковой рубительной машине, на геометрические параметры щепы. Отличительная особенность работы [4] заключается в том, что при оценке качества вырабатываемой щепы учтено уменьшение длины баланса в процессе его измельчения в рубитель-ной машине.
При очистке круглых лесоматериалов от коры образуются отходы как в виде коры, так и в виде некоторого количества (до 4 %) древесины, что рассматривается в ряде работ [9, 21, 30]. Отличительная особенность работы [30] заключается в теоретически установленной закономерности очистки смеси балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане: уменьшение степени очистки от коры пропорционально квадрату увеличения диаметра. Адекватность данной закономерности подтверждена экспериментальными данными, известными по литературе, указанной в статье [30].
Применение компьютерного моделирования и информационное обеспечение в целях анализа особенностей технологических процессов и обоснования новых технических решений рассмотрено в статьях [8, 11, 14, 17, 18, 35, 38, 39]. В частности, в статье [7] приведены результаты численного моделирования процесса соударений балансов диаметром 0,12 м (масса 9 кг) и 0,20 м (масса 31 кг), имеющих одну и ту же длину (1,2 м). Новизна данной работы [7] заключается в установленной закономерности: с уменьшением диаметра балансов возрастает частота соударений, но уменьшаются максимальные значения сил при соударениях. В данном случае использованы результаты работы [30], а для численного моделирования применена методика, рассмотренная в статье [27].
150
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экологические и экономические аспекты проблемы развития ресурсосберегающих технологий и использования отходов как ресурса повышения эффективности производства [12] на предприятиях лесопромышленного комплекса рассмотрены в многочисленных работах [1, 5-19, 21, 28]. Один из ключевых аспектов в данном случае связан с логистикой и транспортными расходами [42, 43, 46]. Анализ этих работ выходит за рамки данного обзора.
Различные аспекты использование опилок и стружки в качестве сырья для изготовления теплоизоляционных и конструкционных материалов для малоэтажного строительства рассмотрены в статьях [2, 22, 33, 36 и др.].
В работах [31, 32] исследованы вопросы совершенствования древесноцементных композиций за счет использования добавок, содержащих микро-и наноразмерные частицы кремнезема и шунгита.
Авторы статьи [42] исследовали влияние водорастворимых химических добавок на прочностные характеристики древесно-цементных композиций. Установлено, что наиболее эффективными являются растворы хлоридов кальция и железа.
Расширение номенклатуры добавок и нанодисперсных модификаторов создает новые возможности совершенствования древесно-цементных композиций. Однако возрастает и сложность проблемы оптимизации данных композиций с учетом технологических и технических возможностей, экологической безопасности и экономической целесообразности, что предопределяет как интенсификацию исследований в данной области, так и расширение их спектра, включая междисциплинарные исследования.
Список литературы:
1. Gerasimov Y, Seliverstov A., Syunev V Industrial round-wood damage and operational efficiency losses associated with the maintenance of a single-grip harvester head model: a case study in Russia // Forests. - 2012. - Т. 3, № 4. -С. 864-880.
2. Баранов Е.В., Незнамова О.М., Чернышов Е.М., Пустовгар А.П. Исследование рациональных составов композита из древесной щепы на основе силикатного и цементного связующего для стеновых панелей быстровозводимых малоэтажных зданий // Вестник МГСУ - 2012. - № 11. - С. 131-139.
3. Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Доспехова Н.А., Колесников Г.Н. Интенсификация сортировки транспортируемых рольгангом круглых лесоматериалов по критерию длины при их подготовке к измельчению на щепу // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10-2. - С. 257-260.
4. Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Колесников Г.Н. Влияние изменения длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета = Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. -2012. - № 81. - С. 270-279.
Технические науки
151
5. Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Колесников Г.Н. Влияние технологии раскроя балансовой древесины на фракционный состав щепы // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - 2011. - № 195. -С. 125-133.
6. Васильев С.Б., Доспехова Н.А., Колесников Г.Н. Модуль рольганга с технологической функцией интенсификации выделения короткомеров из потока балансов // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. - 2013. - № 9. - С. 145-149.
7. Васильев С.Б., Доспехова Н.А., Колесников Г.Н. Численное моделирование взаимодействия еловых балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане // Resources and Technology. - 2013. -Т 10, № 1. -С. 24-38.
8. Васильев С.Б., Колесников Г.Н. Логистический подход к моделированию фракционирования сыпучих материалов // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2010. - № 4. - С. 61-65.
9. Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Никонова Ю.В., Раковская М.И. Влияние локальной жесткости корпуса корообдирочного барабана на изменение силы соударений и величину потерь древесины // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2008. - № 96. - С. 84-91.
10. Васильев С.Б., Колесников Г.Н., Шегельман И.Р., Андреев А.А., Куль-бицкий А.В. Установка для сортировки древесной щепы // Патент на полезную модель RU 109025. Опубликовано 13.05.2011.
11. Васильев С.Б., Сюнёв В.С. Электронные научные журналы как элемент информационного пространства междисциплинарных исследований в ПетрГУ // В сборнике: ИНФОРМАЦИОННАЯ СРЕДА ВУЗА XXI ВЕКА Материалы VII Международной научно-практической конференции. - Петрозаводск, 2013. - С. 31-35.
12. Вьюн В.Г., Матвиенко П.В. Ресурсосбережение как источник повышения эффективности производства // Сборник научных трудов SWORLD. -2010. - Т 17, № 4. - С. 45-47.
13. Герасимов Ю.Ю., Давыдков Г.А., Катаров В.К., Кильпеляйнен С.А., Перский С.Н., Рожин Д.В., Селиверстов А.А., Соколов А.П., Суханов Ю.В., Сюнёв В.С. Апробация системы поддержки принятия решений в лесной биоэнергетике: технико-технологическое обоснование // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета = Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. - 2012. - № 82. - С. 533-558.
14. Герасимов Ю.Ю., Давыдков Г.А., Кильпеляйнен С.А., Соколов А.П., Сюнев В.С. Перспективы применения новых информационных технологий в лесном комплексе // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2003. - № 5. - С. 122-129.
152
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
15. Герасимов Ю.Ю., Давыдков Г.А., Селиверстов А.А., Соколов А.П., Сюнёв В.С., Холодков В.С. Анализ одного варианта обеспечения древесным топливом строящейся котельной // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета = Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. -2013. - Т 93, № 93 (03). - С. 551-563.
16. Герасимов Ю.Ю., Карвинен С., Сюнёв В.С., Соколов А.П., Катаров
B. К. Развитие транспортной инфраструктуры лесной отрасли - опыт Финляндии // Транспортное дело России. - 2009. - № 7. - С. 99-102.
17. Герасимов Ю.Ю., Селиверстов А.А., Суханов Ю.В., Сюнёв В.С. Основные факторы планирования производства древесного топлива из древесной биомассы // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2011. - № 8. - С. 77-80.
18. Герасимов Ю.Ю., Соколов А.П., Сюнёв В.С., Суханов Ю.В. Апробация системы поддержки принятия решений по использованию древесины в биоэнергетике: технико-экономическое обоснование // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2012. - Т. 1, № 8 (129). - С. 90-94.
19. Герасимов Ю.Ю., Соколов А.П., Сюнёв В.С., Суханов Ю.В. Апробация системы поддержки принятия решений по использованию древесины в биоэнергетике: технико-экономическое обоснование // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2012. - Т. 1, № 8 (129). - С. 90-94.
20. Герасимов Ю.Ю., Сюнёв В.С., Соколов А.П., Селиверстов А.А., Катаров В.К., Суханов Ю.В., Рожин Д.В., Тюрлик И.И., Фирсов М.В. Рациональное использование древесины и лесосечных отходов в биоэнергетике: оценка потенциалов и технологических подходов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета = Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. - 2011. - № 73. - С. 187-198.
21. Девятникова Л.А., Васильев С.Б., Колесников Г.Н. Влияние технологии раскроя балансов на фракционный состав щепы // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2012. - № 3. -
C. 120-124.
22. Дитрих В.И., Андрияс А.А., Пережилин А.И., Корпачев В.П. Оценка объемов и возможные пути использования отходов лесозаготовок на примере Красноярского края // Хвойные бореальной зоны. - 2010. - Т. XXVII, № 3-4. - С. 346-351.
23. Зайцева М.И., Никонова Ю.В. Возможности использования отходов как компонента строительных материалов в республике Карелия // В сборнике: Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и ресурсосберегающие технологии / Сборник статей по материалам междуна-
Технические науки
153
родной научно-практической конференции. Петрозаводский государственный университет. - Петрозаводск, 2013. - С. 30-36.
24. Зайцева М.И., Робонен Е.В., Чернобровкина Н.П. Использование порубочных остатков для приготовления торфяных субстратов при выращивании сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. -2010. - № 1. - С. 4-8.
25. Зайцева М.И., Робонен Е.В., Чернобровкина Н.П., Колесников Г.Н. Утилизация отходов переработки хвои сосны обыкновенной // В сборнике: Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и ресурсосберегающие технологии. Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции. Петрозаводский государственный университет. - Петрозаводск, 2013. - С. 25-30.
26. Зайцева М.И., Робонен Е.В., Чернобровкина Н.П., Колесников Г.Н. Утилизация отходов переработки хвои сосны обыкновенной // В сборнике: Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и ресурсосберегающие технологии / Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции. Петрозаводский государственный университет. - Петрозаводск, 2013. - С. 25-30.
27. Колесников Г.Н. Алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности и его применение для моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане // Resources and Technology. - 2013. - Т 10, № 2. -С. 111-138.
28. Колесников Г.Н., Васильев С.Б., Андреев А.А. Установка для фракционирования сыпучих полидисперсных материалов // Патент на полезную модель RU 117326. Опубликовано 27.02.2012.
29. Колесников Г.Н., Васильев С.Б., Девятникова Л.А., Доспехова Н.А. Секция рольганга для сортировки транспортируемых лесоматериалов по длине // Патент на полезную модель RU 117411. Опубликовано 05.12.2011.
30. Колесников Г.Н., Доспехова Н.А. Закономерности соударений и качество очистки балансов неодинакового диаметра в корообдирочном барабане // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 10 (15). - С. 3328-3331.
31. Лукутцова Н.П., Горностаева Е.Ю., Поляков С.В., Петров О.Р. Модифицирование древесно-цементных композиций комплексными добавками // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2013. - № 2. - С. 13-16. 31.
32. Лукутцова, Н.П., Горностаева, Е.Ю., Карпиков, Е.Г. Древесно-цементные композиции с минеральными микронаполнителями // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - Белгород, 2011. - № 3. - С. 21-23.
33. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. - Л.: Стройиздат, 1990. - 415 с.
154
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
34. Никонова Ю. В., Раковская М. И. Методика определения жесткости балансов, результаты численных экспериментов и испытаний образцов // Resources and Technology. - 2010. - № 8. - С. 100-106.
35. Питухин А.В., Сюнев В.С. Минимизация техногенного воздействия на лесную среду в процессе лесозаготовок // Фундаментальные исследования. - 2005. - № 9. - С. 116-120.
36. Пошарников Ф.В., Филичкина М.В. Применение в строительных конструкциях материалов на основе отходов древесины // В сборнике: Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение / Воронежская государственная лесотехническая академия. - Воронеж, 2007. - С. 155-160.
37. Робонен Е.В., Чернобровкина Н.П., Чернышенко О.В., Зайцева М.И. Источники получения древесной зелени для производства аргининового иммуностимулятора // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2012. - № 3. - С. 11-15.
38. Селиверстов А.А., Герасимов Ю.Ю., Суханов Ю.В., Сюнёв В.С., Катаров В.К. Оценка эффективности производства топливной щепы на лесном терминале // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 8. - С. 25-27.
39. Селиверстов А.А., Герасимов Ю.Ю., Суханов Ю.В., Сюнёв В.С., Катаров В.К. Оценка эффективности производства топливной щепы на лесном терминале // Тракторы и сельхозмашины. - 2012. - № 8. - С. 25-27.
40. Селиверстов А.А., Соколов А.П., Сюнёв В.С., Герасимов Ю.Ю. Влияние лесозаготовительных систем на качество круглых лесоматериалов // Resources and Technology. - 2012. - Т 9, № 2. - С. 094-105.
41. Соколов А.П., Сюнёв В.С., Герасимов Ю.Ю., Каръялайнен Т Оптимизация логистики лесозаготовок // Resources and Technology. - 2012. - Т 9, № 2. - С. 117-128.
42. Субботина Н.В., Саркисов Ю.С., Горленко Н.П., Чернов Е.Б. Влияние состава и структуры жидкости затворения на свойства древесно-цементных композиций // Вестник науки Сибири. - 2012. - № 5 (6). - С. 261-268.
43. Суханов В.С. Роль биоэнергетики в повышении эффективности работы лесопромышленного комплекса России // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2010. № 4. С. 5-11.
44. Титова С.А., Андреев А.А., Копарев В.С. Некоторые закономерности влияния крупности древесных частиц на теплопроводность, плотность и прочность щепоцементных блоков для малоэтажного строительства // В сборнике: Деревянное малоэтажное домостроение: экономика, архитектура и ресурсосберегающие технологии: Сборник статей по материалам международной научно-практической конференции. Петрозаводский государственный университет. - Петрозаводск, 2013. - С. 65-70.
45. Тюкина Ю.П., Макарова Н.С. Технология лесопильно-деревообрабатывающего производства: учеб. для СПТУ - М.: Высш, шк., 1988. - 271 с.
Технические науки
155
46. Шатравко В. Г. Экологические и экономические аспекты использования порубочных остатков // Труды БГТУ - Минск, 2012. - № 1. Лесное хозяйство. - С. 130-132. - ISSN 1683-0377.
47. Шегельман И.Р., Воронин А.В., Смирнов Ю.В. Мониторинг основных тенденций в деревообрабатывающем секторе лесопромышленного комплекса северо-западного федерального округа // Наука и бизнес: пути развития. - 2013. - № 8 (26). - С. 90-93.
48. Шегельман И.Р., Колесников Г.Н., Ивашнев М.В. Механические аспекты повышения надежности режущих элементов роторного кустореза // Глобальный научный потенциал. - 2013. - № 7 (28). - С. 41-43.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
© Бородина Е.С.* *, Кочетов О.С.*
Московский государственный университет дизайна и технологии,
г. Москва
Московский государственный университет приборостроения и информатики, г. Москва
В статье представлен расчет скруббера с акустическими форсунками, эффект работы которых основан на том, что при резонансном совпадении собственной и возбуждающей частот, амплитуда скорости колебания воздуха в горловине резонатора, резко возрастает, вызывая значительное возрастание мощности падающей звуковой волны.
Ключевые слова распылительная сушка, акустическая форсунка, скруббер, экологическая безопасность.
Рассмотрим расчет скруббера с акустическими форсунками во второй ступени улавливания пыли продукта на примере режима распылительной сушилки, работающей по принципу параллельного тока движения раствора и теплоносителя, схема которой представлена в [1]. В качестве теплоносителя используется воздух, нагреваемый в газовом калорифере. В качестве распыливающего устройства используется механическая центробежная вихревая форсунка.
* Старший преподаватель кафедры Процессов, аппаратов химической технологии и безопасности жизнедеятельности Московского государственного университета дизайна и технологии.
* Профессор кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности» Московского государственного университета приборостроения и информатики, доктор технических наук, профессор.
