Варианты технологической схемы производства связующих добавок для торфяных горшочков Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

© Л.Н. Самсонов, А.И. Жигульская, 2002

УДК 622.64

Л.Н. Самсонов, А.И. Жигульская

ВАРИАНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА СВЯЗУЮЩИХ ДОБАВОК ДЛЯ ТОРФЯНЫХ ГОРШОЧКОВ

В

настоящее время большое внимание уделяется комплексному использованию сырьевых ресурсов. При добыче фрезерного торфа на предприятиях остается большое количество пневой древесины, которая в настоящее время практически не используется, лишь небольшая ее часть (около 18 %) разделывается торфопредприятиями с последующим использованием в качестве коммунального топлива.

Наиболее перспективным направлением использования древесины торфяных залежей следует считать получение материалов, не связанных с нарушением ее микроструктуры и химического состава: арболит, топливные брикеты из мелкофракционных отходов древесины при производстве арболита, плитные материалы, волокнистая масса для торфяных полых горшочков [1].

Данные направления использования древесных включений торфа позволяют организовать безотходную технологию получения торфяной продукции, улучшить экологическое состояние окружающей среды, продлить сезон на торфопредприятиях за счет производства новых видов продукции.

Размол технологической щепы и размол щепы из пневой древесины торфяной залежи - два процесса, очень похожие в свете существующих теорий размола. Для рассмотрения процесса размола щепы на волокно необходимо обратиться к производству древесноволокнистых плит, так как волокнистый полуфабрикат для изготовления плит наиболее соответствует требованиям к новой связующей добавке для торфяных полых горшочков. Следовательно, процесс размола в производстве плит можно рассматривать как аналог для изучения процесса размола пневой древесины торфяной залежи.

Процесс размола древесины является физикомеханическим процессом. Это вытекает из того, что рентгенограммы волокон до и после размола не различаются, как было установлено проф. Н.Я. Солечни-ком Из физических теорий размола следует отметить представление Я.Г. Хинчина, который считал, что в процессе мокрого размола при развертывании внутренней поверхности волокон происходит образование межволоконных связей. При этом Я.Г. Хинчин считал

Рис 1. Влияние температуры пропаривания Т(°С) на расход энергии А (кВт-ч/т) и прочность (МПа) при производстве волокнистых материалов

эти связи межмолекулярными. В настоящее время появились данные, подтверждающие это [2]. Сам механизм размола объясняет теория релаксации, разработанная учеными ЛТА им. Кирова под руководством проф. Н.Я. Солеч-ника Эта теория, учитывающая закономерности, имеющие место при механической деформации высокополимеров, которыми являются целлюлоза и древесина, базируется на их упругопластических свойствах.

Процесс размола древесины между дисками гарнитуры заключается в следующем. В момент приложения внешнего напряжения при прохождении влажной древесины через гарнитуру часть напряжения успевает рассасываться за счет высокоэластичной и пластической частей деформации, что предупреждает возможность разрушения волокна как хрупкого тела (беспорядочную фрагментацию и укорачивание волокон). Происходит лишь незначительное разрушение волокон по наиболее слабым местам - фиб-риллирование (разволокнение).

Из всего объема научных работ, связанных с процессом размола щепы на волокно, наибольший интерес представляют диссертации Н.П. Гаврилова и Н.В. Липцева, выполненные ими под руководством проф. Н.Я. Солечника в Лесотехнической академии Ленинграда.

Н.П. Гаврилов занимался процессом получения древесной массы из отходов лесозаготовок для производства ДВП мокрым способом. Представляют интерес его экспериментальные исследования по выявлению влияния температуры пропаривания на расход энергии при размоле (рис. 1). Как видно из графиков оптимальной температурой пропаривания является 180-190 °С, так как при минимальном расходе энергии получается волокнистая масса хорошего качества, но повышение температуры пропаривания до 190 °С ведет к уменьшению средней ширины волокна и к увеличению средней длины волокна [2].

Н.В. Липцев исследовал в своей работе процесс размола при производстве плит сухим способом и разработал метод оценки качества массы, предложив

разделять ее на пять фракций: 1 - 0...1; 2 - 1..Д75; 3

- 0,75.0,5; 4 - 0,5.0,25; 5 - 0,25.0. Он исследовал влияние фракционного состава дефибраторной массы на качество получаемой продукции и установил общую тенденцию возрастания прочности с уменьшением размеров волокон и получения наилучшего качества из фракций 1, 2, 3 при использовании грубых из композиции включений.

На заводах древесно-волокнистых плит для пропарки используют аппараты непрерывного действия различных систем. Пропарочный аппарат представляет собой цилиндрический резервуар, работающий при давлении до 1,2 МПа. Внутри резервуара установлен винтовой вал с частотой вращения 3-10 мин-1. Среднее время обработки щепы в аппарате около 6 мин при температуре 190 °С. Максимальная производительность до 70 т в сутки. Выходящая из аппарата горячая щепа поступает в бункер, в котором частично охлаждается и подается в рафинер или в дефибратор. Размол подогретой щепы экономичен с точки зрения расхода электроэнергии. Наиболее оптимальные пределы температуры при размоле 160-190 °С [2].

Большое распространение в производстве волокнистых материалов получили дефибраторы, совмещающие в себе камеру пропаривания непрерывного действия и камеру размола. Камера пропаривания у разных типов дефибраторов бывает вертикальной и горизонтальной, длина ее выбирается в зависимости от времени пропарки.

В процессе пропарки и размола происходит частичный гидролиз древесины. В процессе гидролиза образуются функциональные группы на развернутой поверхности волокон. Для различных пород древесины требуются различные условия обработки. Максимальная термообработка необходима для ели, пихты, и сосны, у которых в экстрактивных веществах содержатся способные к полимеризации непредельные кислоты. По мнению отдельных специалистов, режим пропарки следует контролировать процентным содержанием растворимых в воде продуктов. Установлены следующие режимы пропарки для различных пород древесины и их смеси (таблица).

Вопрос о режимах пропарки подлежит дальнейше-

му изучению. При установлении режима пропарки следует учитывать исходную влажность щепы, так как в процессе пропарки она может увеличиваться на 520 % и поэтому должна строго контролироваться на входе в пропарочный котел [2].

Дефибратор служит исключительно для первой ступени размола щепы и дает массу со степенью помола 9-12 °ШР. Принцип действия дефибратора со-

стоит в том, что при нагревании влажной древесины (щепы) при температуре 100 °С связь между волокнами за счет серединной пластинки, ослабевает прямо пропорционально температуре пропаривания, что дает возможность путем размола отделять клетки древесины друг от друга при минимальных затратах электроэнергии и получать одновременно длинноволокнистую массу. Практически температура нагревания щепы доходит до 175 °С, что достигается в течение 2 мин при давлении пара 10 атм [2]. Дефибратор - это аппарат непрерывного действия, осуществляющий одновременно два процесса: подогрев щепы и ее размол. Существует несколько типов дефибраторов. Размол щепы осуществляется между двумя металлическими дисками, имеющими нарезку (рифление). Один из дисков неподвижен, другой вращается, расстояние между ними (зазор) регулируется. Потребность энергии в де-фибраторе около 200-250 кВтч на т массы, потери древесины около 10 %, волокно выходит влажностью 45-60 %. По данным специалистов, грубая фракция при размоле (0-3) на дефибраторе даже при правильно выбранных режимах пропарки и размола составляет у хвойных пород 12-15 %, у лиственных 8-12 %, поэтому для получения высококачественных волокнистых масс и плит из них применяют оборудование для вторичного размола - рафинеры.

Известны рафинеры с одним вращающимся и вторым неподвижным диском или с двумя дисками, вращающимися в противоположные стороны. В машинах первого типа щепа подается в середину между вращающимся и неподвижным дисками и измельчается вследствие давления между трущимися поверхностями размалывающих дисков. В машинах второго типа вращение дисков в противоположные стороны улучшает эффект размола, повышая производительность установки кроме того благодаря вращению дисков в разные стороны происходит преимущественно продольное расщепление пучков волокон.

Время прохождения щепы между дисками определяется требуемой степенью размола [2].

Пневая древесина торфяной залежи - это исходный материал, который прежде никогда не использовался для получения волокнистых материалов и добавок. Поэтому в исследованиях прежде всего обращалось внимание на то, как получить волокнистую добавку, близкую по структуре и качеству бурой древесной массе (картону марки В), из обессмо-ленных древесных включений торфяной залежи.

Решение данного вопроса позволит отказаться от дорогостоящих материалов целлюзно-бумажной промышленности и даст возможность использовать собственное сырье торфопредприятия, имеющее в настоящее время весьма ограниченное применение. Экспериментальные работы по обессмолению пневой дробленки, получению различных партий волокнистых масс, изготовлению опытных партий торфяных горшочков и проведению агротехнического эксперимента по выращиванию рассады овощных культур доказали возможность использования для указанной цели древесных включений торфяной залежи.

Производительность линии для производства волокнистой массы из обессмоленной пневой дробленки

РЕЖИМЫ ПРОПАРКИ

Породы древесины Время пропарки, мин Температура пропарки, °С Давление, МПа

Ель 1-1,5 190 1,32

Сосна 1-1,5 180 1

Береза 4 180 1

Смесь листвен- 1-1,5 190 1,32

ных и хвойных

- 1250 т/год по в.с.в., или 5/ т/сут по в.с.в. Сырье -пневая дробленка после экстракции.

Для получения волокнистой массы устанавливается следущее оборудование (рис. 2): двухшнековый аппарат ША-293 на предварительном размоле, дисковая мельница МД-1 Ш 7 на второй ступени размола, дисковая мельница МД-ОО на массном размоле, система транспортеров, массный бассейн, массный насос и двухбарабанный сгуститель.

Удельный расход электроэнергии, реализуемый на размольных агрегатах линии:

(N1 + ^ + N3)• 24 (30 + 100 + 40)24 ^

а = ^^----2----—----= ---------------= 1216 кВт • ч/т.в.с.в.

G 5

где N1 - мощность, реализуемая на двухшнековом аппарате ША-293, кВт; N - мощность, реализуемая на дисковой мельнице МД-1 Ш 7, кВт; N3 - мощность, реализуемая на дисковой мельнице МД-ОО, кВт; G -производительность линии, в.с.в/сут.

При реализации данного удельного расхода электроэнергии степень помола массы составит 40 ШР.

Пневая дробленка после экстракции подается в бункер сварной конструкции, откуда дозатором отби-

Рис 2. Технологическая схема производства волокнистых добавок из пневой дроб-ленки после экстракции без пропарки

рается в двухшнековый аппарат ША-293, где после переработки волокна лишаются наружных стенок без существенного укорочения и степень помола равна 10-12 ШР. Из фрота-пульпера масса поступает в дисковую мельницу МД-1 Ш 7. На размольные диски мельницы масса подается равномерно шнеком, встроенным в приемной камере мельницы. Степень помола массы доводится до 30-35 ШР. Размолотая масса подается в массный бассейн, оборудованный шнековой мешалкой.

Из бассейна волокнистая масса массным насосом может подаваться в дисковую мельницу МД-ОО для окончательного домола, при этом степень помола массы увеличивается на 2-3 ШР. Размолотая масса по трубопроводу подается в цех горшочков. Для получения волокнистой массы в товарном виде, из бассейна масса поступает в двухбарабанный сгуститель. После сгустителя получается волокнистая масса влажностью w = 60-80 %, которая прессом упаковщиком кипуется в полиэтиленовые мешки по 50 кг. Волокнистая масса полученная на данной технологической линии, пригодна для применения в качестве связующей добавки в производстве торфяных полых горшочков и удобна для транспортировки на значительные расстояния при поставке сторонним потребителям [3].

Предложенная технологическая схема получения волокнистых добавок была разработана для внедрения на Зеленоборском заводе по переработке торфа (Белоруссия).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Состояние и перспективы использования древесных включений торфа в народном хозяйстве. Обзорная информация. - М. 1988, 82 с.

2. Ребрин С.П., Мерсов Е.Д., Евдокимов В.Г. Технология древесно-

волокнистых плит. - М.: Лесная промышленность, 1982, 220 с.

3. Жигульская А.И. Технологическая схема получения связующих добавок для производства торфяных полугор-шочков/Материалы научно-практической

конференции «Развитие механики торфа и научных основ создания машин и оборудования торфяного производства». -Тверь: ТГТУ, 2001. - С. 118-120.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Самсонов Лев Николаевич - профессор, доктор технических наук, Тверской государственный технический университет. Жигульская А.И. - ст. преподаватель, Тверской государственный технический университет.