CC BY
53
УДК 676.1.054.1
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ РАЗМОЛЬНОГО УЧАСТКА ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ МОКРЫМ СПОСОБОМ*
© М.А. Зырянов , Н.Г. Чистова, Л.И. Лазарева
Лесосибирский филиал Сибирского государственного технологического университета, ул. Победы, 29, Лесосибирск, 662543 (Россия), e-mail: zuryanov13@mail.ru
Представлены результаты исследований получения древесно-волокнистых полуфабрикатов при производстве ДВП мокрым способом в одну ступень размола технологической щепы и показано влияние данного процесса на качество древесной массы и готовой продукции.
Ключевые слова: размол, древесно-волокнистый полуфабрикат, технологическая щепа, фибриллплазма, мель-штофф, древесное волокно, степень помола, фракционный состав.
Введение
Производство древесно-волокнистых плит (ДВП) является одним из перспективных направлений по улучшению комплексного использования древесины на деревоперерабатывающих предприятиях.
На сегодняшний день наибольшее распространение получило производство ДВП по сухому и мокрому способам. При сухом способе производства формование ковра происходит в воздушной среде (влажность ковра составляет 5-8%), подготовка древесных полуфабрикатов осуществляется в одну ступень на быстроходных рафинерах, при этом степень помола древесно-волокнистой массы составляет 14-17 ДС [1]. В технологии производства ДВП сухим способом в качестве связующего широко используют фенолофор-мальдегидную и карбамидоформальдегидную смолы.
При мокром способе производства плит формование ковра происходит в водной среде (влажность ковра составляет 70%), при использовании сырья хвойных пород связующее, как правило, не применяется. Себестоимость готовой плиты при мокром способе выше, чем при сухом, это обусловливается тем, что, помимо загрязнения сточных вод размол технологической щепы осуществляется в две ступени. На первой ступени размола технологическая щепа подвергается термогидролитической обработке, при этом ослабляются связи между волокнами в результате пластификации срединной пластинки и в дальнейшем под действием ножей размалывающей гарнитуры происходит разделение щепы на волокна, при этом степень помола составляет 10-12 ДС. На второй ступени выравнивается фракционный состав и разделяются неразмо-лотые пучки при атмосферном давлении, степень помола при этом составляет 20-25 ДС [1-3].
Получение древесно-волокнистого полуфабриката в две ступени составляет большую проблему производства ДВП мокрым способом на современном этапе. Так как двухступенчатый размол предполагает значительные производственные площади, трудозатраты и повышенный расход электроэнергии, то решение задачи получения древесной массы, пригодной для производства ДВП, соответствующей ГОСТ 4598-86, является на сегодняшний день актуальным.
* Данная статья имеет электронный дополнительный материал (приложение), который доступен читателям журнала по адресу http://www.chem.asu.ru/chemwood/volume15/2011_03/1103-193app.pdf.
Автор, с которым следует вести переписку.
Экспериментальная часть
С целью решения задачи получения древесно-волокнистых полуфабрикатов в одну ступень размола технологической щепы при производстве ДВП мокрым способом проанализированы исследования гидродинамических и механических процессов, имеющих место при получении древесно-волокнистых полуфабрикатов на быстроходных дисковых мельницах в две ступени.
Для достижения поставленной цели на базе Лесосибирского филиала СибГТУ была усовершенствована и модернизирована лабораторная установка для размола технологической щепы - рафинер Ц-230. Роль ротора в данном агрегате выполняет неподвижно закрепленная на валу крестовина, а роль статора -цилиндрический корпус с пятью взаимозаменяемыми гребенчатыми планками. Загруженная через переднюю крышку технологическая щепа проходит термическую обработку в размольной камере агрегата. После запуска электродвигателя, придающего вращение ротору размалывающего агрегата, щепа под действием центробежной силы прижимается к внутренней поверхности корпуса с пятью гребенчатыми планками. Раздавливание и расщепление щепы осуществляется между кромками планок и краями насаженной на вал крестовины, а также на участке между лопастями (ротор), где имеют место гидродинамические явления, позволяющие осуществлять роспуск волокна при высокой концентрации. По истечении времени полученная масса выгружается под давлением через выпускной клапан.
В ходе работы исследованы древесно-волокнистые полуфабрикаты, изготовленные как в одну ступень размола на рафинере Ц-230, так и традиционно в две ступени на дефибраторе и рафинаторе.
При получении древесно-волокнистых полуфабрикатов использовалась технологическая щепа, имеющая следующий породный состав: сосна - 94%, лиственница - 4%, береза и осина - 2%. Термическая обработка щепы осуществлялась при температуре 180 °С и давлении 1,0 МПа в течение 4 мин.
На рафинере Ц-230 размол технологической щепы осуществлялся в течение 100 сек при температуре 180 °С и давлении пара 1,0 МПа. При получении древесно-волокнистых полуфабрикатов традиционным способом на первой ступени размола были зафиксированы оптимальные для получения древесной массы технологические и конструктивные параметры дефибратора: износ размалывающей гарнитуры - 45%, зазор между размалывающими дисками - 0,15 мм, обороты подающего шнека - 12 об./мин. Размол древесной массы на второй ступени осуществлялся при износе размалывающей гарнитуры - 45%, концентрации древесного волокна - 3,5% и зазоре между дисками размалывающей гарнитуры - 0,15 мм.
Исследования традиционного способа получения древесно-волокнистых полуфабрикатов показали, что в процессе размола щепы на первой ступени значительная часть древесного волокна (более 50%) не подвергается значительным повреждениям.
На фотографиях, приведенных в электронном приложении к статье (рис. 1а), в общей массе преобладает древесное волокно крупной и средней фракции в виде «палочек» и «спичек», и незначительную часть составляет мелкое волокно.
В процессе размола щепы доминируют силы резания, мятия, трения, в результате имеют место такие повреждения, как поперечный обрыв, расчесывание концов пучков волокон и отдельных волокон, местные удаления отдельных участков первичной и наружного слоя вторичной стенок. Расщепление пучков на отдельные волокна в основном идет в продольном направлении к оси волокна путем образования микротрещин, которые, разрастаясь, приводят к полному отделению волокон от пучка. Поперечные разрушения в большинстве своем представлены как разлохмаченные или закругленные концы пучков и отдельных волокон, реже - волокна с ровными срезами [2].
При размоле волокна (вторая ступень размола) его укорачивания практически не происходит, но волокна и пучки более тонкие, мягкие и жирные на ощупь (см. приложение, рис. 1б). Встречаются волокна, у которых видна слоистость внутренних слоев, внутреннее фибриллирование, сплющенность волокон в виде плоских лент, хорошо просматриваются смоляные ходы.
Исследования показали, что при размоле на рафинере Ц-230 имеют место явления и процессы, присущие как первой, так и второй ступене размола. Происходит разделение термически обработанной щепы на волокна под воздействием сил резания, мятия и трения, создаваемых на участках в зазоре между крестовиной и ножами статора, а также между лопастями. При этом концы волокон расщепляются, а их стенки начинают разрушаться. В результате небольшие отрезки волокон, срезанные и разделенные частицы клеточных стенок образуют мелкую фракцию с большим значением отношения длины к диаметру - мель-
штофф группы Б, фибриллплазма группы А и более короткую, имеющую меньшее значение отношения длины к диаметру - мельштофф группы А и фибриллплазму группы Б (см. приложение, рис. 2а).
Результаты исследования, приведенные в таблице, показали, что при одноступенчатом размоле щепы степень помола массы несколько меньше, чем при традиционном двухступенчатом размоле, и составляет 17-19 ДС (приложение, рис. 2б), однако плиты, полученные из этой массы, сохраняют в полной мере свои качественные характеристики и соответствуют ГОСТ 4598-86.
Показатели размола технологической щепы в одну и две ступени
Способ размола Фракционный показатель, г. Степень помола, ДС Прочность, МПа Плотность, кг/м3 Водопоглощение, % Набухание, %
I ступень II ступени 41,8 32,6 18,8 21 41,2 39,1 819 807 27 24 32 29
Обсуждение результатов
Как видно из графической зависимости содержания древесно-волокнистой массы от способа размола щепы, представленной на рисунке, при использовании рафинера Ц-230 количество крупной фракции уменьшается на 6%, а средней - на 4%. В свою очередь, содержание фибриллплазмы группы А увеличивается на 10%, а мельштоффа группы Б - на 6%. При этом содержание фибриллплазмы группы Б и мель-штоффа группы А снижается в среднем на 5,5%.
На наш взгляд, сохранение физико-механических показателей готовой плиты при исключении второй ступени размола можно объяснить тем, что значительное влияние на качество древесной массы оказывают морфологические характеристики мелочи, характеризуемые средней длиной, средним диаметром, отношением длины к диаметру и удельной поверхностью волокна. Исследования показали, что наилучшие физико-механические свойства древесно-волокнистой плиты обеспечивают наличие среднего волокна не менее 30% и мелкого - 25-30% [2]. При этом мелкая фракция волокна должна состоять преимущественно из фибриллплазмы группы А и мельштоффа группы Б, так как показатели отношения значений длины к диаметру волокна данных групп мелочи в несколько раз превышают характеристики крупной и средней фракций волокна, что, несомненно, способствует увеличению удельной поверхности древесной массы, когезионных связей и улучшению качественных характеристик древесно-волокнистых полуфабрикатов и структурообразованию плит [4, 5].
Распределение фракций волокна в плите при различных способах размола:
К.В. - крупное волокно; С.В. - среднее волокно; Ф(А) - фибриллплазма группы А; Ф(Б) - фибриллплазма группы Б; М(А) - мельштофф группы А; М(Б) -мельштофф группы Б
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1 -т-
Л
X
\
,\
* \
N •'< ► , _ _ і > і к
і к * • ь <
КВ
С.В
Ф(А)
Ф(Б)
М(А)
М(Б)
- размол щепы в одну ступень
размол щепы в две ступени
Выводы
Таким образом, на основании проведенных исследований традиционного двухступенчатого способа размола на современных размалывающих дисковых машинах и получения древесно-волокнистых полуфабрикатов на рафинере Ц-230, минуя вторую ступень размола, можно утверждать, что способ производства древесной массы в одну ступень можно и должно использовать в производстве ДВП мокрого способа. Как показали исследования, плита из древесной массы, полученной в одну ступень размола на рафинере Ц-230, соответствует ГОСТ 4598-86. В свою очередь, сокращение второй ступени размола технологической щепы из
технологической цепочки производства ДВП мокрым способом дает экономию производственных площадей, энергетических и трудовых затрат на получение древесноволокнистых полуфабрикатов.
Электронный дополнительный материал
В качестве приложения к статье в электронном дополнительном материале (http://www.chem.asu.ru/ chemwood/volume15/2011_03/1103-193app.pdf) приведены фотографии образцов, обсуждаемых в статье.
Список литературы
1. Ребрин С.П., Мерсов Е.Д., Евдокимов В.Г. Технология древесноволокнистых плит / 2-е изд., перераб. и доп. М., 1982. 272 с.
2. Чистова Н.Г. Переработка древесных отходов в технологическом процессе получения древесноволокнистых плит : дис. ... докт. техн. наук. Красноярск, 2010. 415 с.
3. Солечник Н.Я. Производство древесноволокнистых плит. М., 1963. 338 с.
4. Лаптев В.Н. Производство древесной массы : учеб. пособие. СПб., 2009. 48 с.
5. Ласкеев П.Х. Производство древесной массы М., 1967. 580 с.
Поступило в редакцию 20 апреля 2011 г.
