Переработка древесных отходов в технологическом процессе производства древесноволокнистых плит

Восходящая ветвь кривой параболы отражает нарастание прочности плит вследствие развития межволоконного взаимодействия. Оно сопровождается превращениями компонентов, снижающими собственную прочность древесных волокон. Нисходящая ветвь отражает состояние, когда снижение прочности древесных волокон начинает ограничивать рост прочности плит.

Несмотря на дальнейшее развитие межволоконного взаимодействия с увеличением продолжительности воздействия на плиту, прочность материала закономерно снижается. Следовательно, чтобы повысить прочностные характеристики плит необходимо создать условия развития межволоконного взаимодействия при сохранении прочности самих древесных волокон. Например, обеспечить достаточную поверхность контакта регулированием вязкоупругих свойств при пропарке щепы или изменением режимов размола.

Водопоглощение образцов, по всей видимости, зависит от образования сшивок в структуре плиты и включения полярных групп во взаимодействие, что исключает сорбцию воды. Например, чтобы повысить временную водостойкость, можно воздействовать на процесс смачивания путем введения гидрофобизаторов в древесноволокнистую массу перед отливом, а проведением термической обработки плит (углубление реакций дегидратации, этерификации, уплотнение структуры плиты) повысить долгосрочную водостойкость и разбухание.

На рисунке 5 в качестве примера представлены графические зависимости, построенные по уравнениям для плотности и прочности древесноволокнистых плит от оборотов внутреннего шнека, рабочего зазора между сегментами и величины их износа, при фиксировании одного из факторов на среднем уровне.

а) плотность ДВП б) прочность ДВП

Рисунок 5 - Зависимость прочности и плотности плиты при производстве ДВП сухим способом от величины износа размалывающих сегментов, зазора между ними и частоты вращения выносного шнека рафинера

Функции отклика в виде графических зависимостей, показанные на рисунке 6 позволяют характеризовать изменения прочностных параметров MDF при варьировании оборотов внутреннего шнека, рабочего зазора между сегментами и величины износа сегментов.

а) плотность MDF б) прочность MDF

Рисунок 6 - Зависимость физико-механических показателей MDF от величины износа размалывающих сегментов, зазора между ними и частоты вращения выносного шнека

Так, при поддержании частоты вращения выносного шнека на среднем уровне (n=30 мин-1) плотность плиты снижается при увеличении зазора между размалывающими дисками. При минимальном значении степени износа сегментов зазор необходимо устанавливать в пределах z=0,25-0,48 мм, с увеличением степени износа верхний предел установленного зазора необходимо снижать.

Из представленных кривых следует, что прочность плиты обуславливается, прежде всего, развитием сил связи, изменением длины и ориентации волокна, которое обеспечивает прессование. В начальной стадии размола (первая ступень) силы связи растут быстрее, чем уменьшается длина волокна, и поэтому прочностные свойства плит улучшаются. В дальнейшем средняя длина волокна уменьшается, фракционный показатель увеличивается быстрее, чем растут силы связи, и показатели качества ухудшаются. При этом само волокно под действием различных нагрузок динамично разрушается и расщепляется, т. е. снижается его прочность. Необходимо отметить, что степень помола, при которой получены максимальные значения прочностных характеристик, зависят от вида волокна, технологических и конструктивных режимов его размола.

Результаты исследования прочностных и геометрического показателей плиты при изменении градуса помола представлены следующими выражениями:

при размоле щепы при размоле волокна

прочность

Pr = - 146,7 + 25,4(ДС) - 0,9(ДС)2; Pr = - 1375,4 + 150,6(ДС) - 4(ДС)2;

плотность

P = - 15558 + 2359(ДС) - 83,4(ДС)2; P = - 812,8 - 18,4(ДС) + 6(ДС)2;

водопоглощение

S = 578,3 - 85,96(ДС) + 3,4(ДС)2; S = - 169,5 + 25,8(ДС) - 0,8(ДС)2;

толщина

T = - 69,52 + 12,72(ДС) - 0,56(ДС)2; T = 472,1 - 51,3(ДС) + 1,4(ДС)2.

Для наглядного представления о влиянии степени помола массы на исследуемые факторы по уравнениям построены графики, рисунок 7.

а) для щепы б) для волокна

Рисунок 7 - Зависимость качественных характеристик плит от прироста градуса помола

Из графиков видно, что значения прочности и плотности плиты возрастают с увеличением степени помола, а значения водопоглощения и толщины имеют тенденцию к снижению.

На основании проведенных исследований можно полагать, что прочностные характеристики древесноволокнистых плит зависят не только от степени разработки массы и фракционного состава, но и ориентации древесных волокон в плите. Наибольшую прочность плиты обеспечивают волокна, расположенные вдоль пласти плиты, они должны составлять не менее 60 % от общего объема волокна. С увеличением процентного состава волокна, ориентированного под некоторым углом к пласти, ведет к снижению прочности плиты и других ее характеристик, причем, чем больше угол наклона волокон, тем слабее прочностные связи в плите. При формировании древесного ковра в водной среде наблюдается структурирование и ориентирование волокна в его скелете, что полностью отсутствует, при всех равных условиях, при формировании ковра в воздушной среде. Именно поэтому при производстве ДВП сухим способом с заданными характеристиками нельзя обойтись без связующего и проклеивающего составов.

Технологические древесные отходы производства ДВП

При изготовлении ДВП на различных этапах производства неизбежно образуются древесноволокнистые отходы. Источником вторичного волокна в производстве древесноволокнистых плит, прежде всего, являются: отжимки импресфайнера (пробковая вода, содержащая в себе древесные частицы); куски готовых древесноволокнистых плит - отходы продольного и поперечного форматного реза; волокно, попадающее в сточные воды от отливной машины.

Для переработки древесных отходов импресфайнера и форматно-обрезных станков исследовалась возможность использования одного из трех видов размольного оборудования, мельницы: дисковая - рафинер RR-50, коническая - МКЛ - 01 М, а также лабораторная установка - гидроразбиватель.

Для правильного выбора оборудования вторичное волокно обрабатывалось на каждой размольной установке до определенной степени помола - 18 ДС, при всех прочих равных условиях: средняя окружная скорость - 24-25 м/с, зазор между неподвижными ножами статора и подвижными ножами ротора - 0,06 мм, концентрация массы - 2,5 %, температура оборотной воды 40 0С. Содержание вторичной массы (К, %) в основной композиции изменялось от 4 до 20 %. Контролировался при этом основной показатель качества готовых древесноволокнистых плит - прочность (Pr, МПа) и показатель средней длины волокна в основной композиции (Lа, мм), результаты оценки прочности для трех способов обработки представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 - Зависимость прочности готовых ДВП от содержания вторичного волокна в основной композиции при различных способах обработки

Результаты исследований показали, что при обработке вторичного волокна в дисковой мельнице возможно использование его в общем расходе древесноволокнистой массы при получении ДВП, не ухудшая их качественных характеристик, не более 10 %; при обработке вторичного волокна в конической мельнице - не более 15 %; а при роспуске вторичного сырья в гидроразбивателе процент использования этого сырья возрастает до 20 %. Как видно из зависимостей, представленных на рисунке 8, применение гидроразбивателя позволяет получить вторичную массу такого состава, что она оказывает сравнительно небольшое влияние на качество готовой древесноволокнистой плиты. Это объясняется более мягким воздействием на волокно. Разработка вторичной массы в гидроразбивателе происходит за счет вихреобразования, возбуждаемого лопастями ротора. Полуфабрикат разделяется на отдельные волокна без значительного их повреждения. Часть массы попадает между лопастями ротора и стенкой гидроразбивателя, где пучки волокон полностью распускаются. При обработке вторичного волокна в конической и в дисковой мельницах показатель средней длины волокна снижается (из-за повторного воздействия на волокно ножевой гарнитуры) в сравнении с показателями вторичной массы, обработанной в гидроразбивателе. Таким образом, на основании проведенных исследований можно говорить о возможности использования вторичного волокна в основной композиции при производстве ДВП без снижения прочностных характеристик готовых плит, с использованием для обработки вторичной массы гидроразбивателя.

Исследования по определению влияния технологических параметров процесса роспуска вторичного волокна в гидроразбивателе на плитообразующие свойства получаемой вторичной массы, физико-механические характеристики плиты из данной массы проводились в диапазонах варьирования исследуемых факторов: 6•102 ? t ? 24•102; 10 ? T ? 50; 1 ? c ? 3.

Получены уравнения, позволяющие оценить эффективность роспуска вторичного волокна с применением гидроразбивателя. Расчетные зависимости адекватны при доверительной вероятности 98 % и представлены следующими выражениями:

- степень помола массы

ДС=12,1-0,002·ф+0,03·T-1,8·с - 0,45·10-4·T·ф+0,45·10-3·ф·c+0,03·Т·с;

- средняя длина волокна вторичной массы

Lа=9,4+0,01· -0,18·Т-2,98·с+0,1·с2+0,1·10-5·Т· -0,8·10-5·с-0,003·Т·с;

- прочность

Pr = 46,4-0,006· -0,11·Т-2,6·с+0,003·Т2+с2- 0,2·10-5·Т·-0,25·10-3··с-0,004·Т·с;

- плотность

P = 477,4+0,09·+1,24·Т+23,6·с-0,03·Т2+0,98·с2--0,28·10-4·T·ф+0,02·ф·с+0,03·Т·с;

- разбухание

R = 42,83-0,03·ф-0,36·Т-5,54·с+0,05·Т2+с2-0,08·T·-0,56·10-4··c-0,004·Т·с.

На рисунке 9 показана поверхность отклика Pr = f (, Т), построенная при фиксированных значениях фактора концентрации на уровне 2 %.

Анализируя графические зависимости, можно видеть, что в трехмерной системе координат поверхность отклика включает в себя все кривые семейства Y1 = f (ф, Т) в диапазоне 6•102 ? t ? 24•102, при различных значениях фактора T - температуры и фиксированных значениях фактора концентрации. Рассматривая рисунок 9, можно определенно сказать, что влияние фактора продолжительности обработки на отклик увеличивается с ростом второго фактора - температуры.



а) прочность б) разбухание

Рисунок 9 - Зависимость прочностных показателей плиты с использованием вторичного волокна при варьировании температуры массы и времени размола

На начальной стадии роспуска вторичного волокна в гидроразбивателе прочностные характеристики плит с использованием вторичной массы практически не изменяются, это можно объяснить неоднородностью обрабатываемого сырья. Однако при дальнейшем увеличении продолжительности роспуска значения прочности возрастают. При увеличении значений температуры волокнистой суспензии в процессе роспуска величина прочности плит увеличивается. Одновременное увеличение значений данных двух факторов приводит к значительному росту прочностных показателей плиты.

На основании полученных результатов, с целью решения задачи качественной переработки и полного использования древесных отходов импресфайнеров и форматно-обрезных станков, содержащих в себе как «живое» так и «инактивированное» волокно значительного диапазона размеров, предложено применение безножевого способа их обработки с применением гидроразбивателя.

Улавливание древесных волокон из сточных вод исследовали на пилотной полупромышленной установке, основанной на принципе дисперсионной флотации, производительностью от 5 до 15 м3 в час.

Исследования проводились на модельных растворах и непосредственно на промышленных стоках производства ДВП. Диапазоны варьирования исследуемых факторов: определение влияния технологических параметров флотационной установки на эффективность процесса улавливания вторичного волокна 6 ? Р ? 8; 1 ? v ? 5; 30 ? t ? 40; 20 ? D ? 40; установление свойств получаемой вторичной массы и физико-механические показатели готовых плит с использованием уловленного волокна 3,5 ? К ? 10,5; 0,6 ? р ? 0,8; 0,03 ? к ? 0,07; 30 ? Т ? 60.

Рисунок 10 - Влияние способа очистки сточных вод на ее эффективность

Результаты показали наибольшую эффективность улавливания древесного волокна из сточных вод производства ДВП с применением дисперсионного флотатора, по сравнению с первичными отстойниками локальных очистных сооружениях, что подтверждает возможность использования его в технологии очистки производственных сточных и оборотных вод в производстве мокрым способом (рисунок 10).

Зависимость эффективности отдувки растворенных в воде летучих фенолов и формальдегида в зависимости от количества эжектируемого воздуха описывается следующими уравнениями:

ЭV фенол = 68,2 + 13,94V - 1,86V2;

ЭV Форм = 58,72 + 14,79V - 1,98V2.

Рисунок 11 - Эффективность отдувки фенолов и формальдегида из сточных вод

Графическая интерпретация зависимости изменения эффективности отдувки растворенных в воде веществ от количества эжектируемого воздуха представлена на рисунке 11. Результаты опытов показали, что при изменении количества эжектируемого воздуха флотатор может работать в двух режимах: флотирование взвешенных веществ и отдувка растворенных в сточных водах веществ. При значении эжектируемого воздуха, равном (4 ± 0,5) %, наблюдается максимальный эффект отдувки летучих фенолов и формальдегида. При дальнейшем увеличении значений эжектируемого воздуха эффективность очистки воды по рассматриваемым показателям не увеличивается, а практически остается на постоянном уровне.

Эффективность улавливания древесных волокон от производительности флотатора и количества эжектируемого воздуха рассматривали с использованием коагулянта - сернокислого алюминия - и без него.

Зависимости исследуемого процесса описываются уравнениями:

ЭPVВВ = - 608,68 + 201,23P - 6,08V - 14,66P2 - 0,16V2 + 0,14PV;

ЭPV ВВ+коагулянт= -122,21 + 63,61P - 4,51V - 4,76P2 - 0,27V2 + 0,98PV.



На рисунке 12 показаны функции откликов данных зависимостей.

а - без коагулянта б - с применением коагулянта

Рисунок 12 - Эффективность улавливания древесных волокон из сточных вод от производительности флотатора и количества эжектируемого воздуха

Как видно из графиков, поверхности полностью повторяют свой рисунок, изменяется лишь качественный показатель выходной величины. Без использования коагулянта максимальный эффект улавливания составляет 78 %, а при введении сернокислого алюминия - 94 %. Это объясняется свойствами коагулянта, то есть его способностью адсорбироваться на поверхность древесных волокон, в результате чего образовывать крупные хлопья, что и обеспечивает эффективность улавливания древесного волокна.

Рисунок 13 - Эффективность улавливания волокна от температуры сточной воды и количества эжектируемого воздуха



Установлено, что основными технологическими параметрами флотационной машины, оказывающими наибольшее влияние на эффективность улавливания древесных волокон являются производительность флотатора, количество эжектируемого воздуха и температура воды. На рисунке 13 представлены результаты исследований. Так, при увеличении количества эжектируемого воздуха от 2 до 3 %, при температуре 20 0С, эффективность улавливания древесного волокна изменяется от 70 до 83 %, а своего максимального значения достигает при V=3,6 % от общего расхода воды. Как показали результаты исследований, температура оборотной воды играет существенную роль при улавливании древесного волокна и очистке воды. При росте температуры сточной воды эффективность улавливания древесного волокна увеличивается. На основании экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что для улавливания древесных волокон температура должна быть не менее 40-50 0С, что практически соответствует температурному режиму производства ДВП. Эффективность исследуемого процесса описывается уравнением:

.

Следует отметить, что при формирование ковра, в сточные воды (подсеточные) попадает значительное количество мельштофа (30 ±3,5) %, мелкого (60 ±4,8) % и среднего (10 ±2,3) % волокна, которое в общем объеме волокна составляет около (5±2) %. Данный вид древесных отходов, не подвергшийся тепловой обработке в прессе, является полноценным сырьем для изготовления ДВП. С этой целью выполнена оценка качественных характеристик уловленного древесного волокна от степени помола, и фракционного показателя размола волокносодержащего осадка флотационной очистки от концентрации мелкого волокна в основной композиции. Графическая интерпретация данной зависимости показана на рисунке 14.

Рисунок 14 - Зависимость качественных показателей уловленного волокна от концентрации мелкой фракции

Результаты однофакторного эксперимента по определению качественных характеристик уловленного древесного волокна говорят о том, что с увеличением концентрации мелкого волокна в основной композиции степень помола и фракционный показатель размола улучшаются. Оптимальным значением концентрации уловленного волокна для использования его в основной древесноволокнистой композиции является 50 %, при котором степень помола массы составляет 24 ДС, а фракционный показатель размола равен 36 г. Таким образом, в последующем эксперименте по определению физико-механических показателей древесноволокнистых плит использовалась уловленная масса с выбранными показателями качества.

Результаты исследований зависимости физико-механических показателей ДВП от технологических параметров производства концентрации уловленного волокна в составе основной древесноволокнистой композиции, температуры сточной воды, массовой доли парафиновой эмульсии и осадителя, представлены следующими выражениями:

- прочность

Pr=-690,73-0,11·c+72,06·p+323,88·k+0,74·t+4,41·c·p-1,76·c·k-0,03·c·t-

-57,66·p·k-0,24·p·t+0,06·k·t+0,23·c2+ 108,54·p2-32,28·k2-0,01·t2;

- плотность

P=-4618,64-60,88·c-769,55·p+2539,84·k+30,52·t+28,04·c·p+0,67·c·k+

+0,37·c·t-342,19·p·k+8,13·p·t-2,62·k·t+2,07·c2+1281,25·p2 -257,42·k2-0,32·t2;

- набухание

R =-379,46-10,6·c-356,89·p+235,9·k+1,12·t-3,32·c·p+1,81·c·k-

-0,03·c·t-107,91·p·k+0,58·p·t+0,22·k·t+0,56·c2+608,42·p2 -20,47·k2-0,02·t2;

- водопоглощение

S=150,3-0,97c-131,38p-28,46k-1,22t-0,72cp+0,34ck-

-0,002 ct+6,95 pk+0,36 pt+0,22kt+66,69 p2 +1,48 k2+0,001 t2.

В качестве примера, на рисунке 15, приведены графические зависимости показателя прочности ДВП от температуры уловленной массы и доли парафиновой эмульсии. С увеличением количества древесных волокон, извлеченных из оборотной воды, при минимальном количестве парафиновой эмульсии 0,6 %, показатель прочности практически не изменяется - 35 МПа, при дальнейшем увеличении массовой доли уловленного волокна до 7 % прочность составляет уже 33 МПа, что является нижним пределом прочности плит на изгиб в соответствии с ГОСТ 4598-86. Согласно полученным результатам, при содержании количества уловленного древесного волокна в основной композиции от 3,5 до 8 % при минимальной температуре, равной 30 °С, и при фиксировании остальных факторов



Рисунок 15 - Изменение прочности ДВП в зависимости от температуры уловленной массы и доли парафиновой эмульсии на среднем уровне, значения фактора водопоглощения соответствуют требованиям ГОСТ 4598-86, в соответствии с которым не должно превышать 35,1 %, и изменяются от 17 до 19 %

Проведенные исследования показали, что уловленное древесное волокно из оборотной воды с использованием флотатора можно и следует возвращать в основное производство в полном объеме непосредственно перед отливной машиной, не нарушая технологического процесса, не подвергая волокно дополнительному размолу и не ухудшая качественные и количественные характеристики готовых плит.

Практическая реализация результатов разработок

Повышение производительности и снижение удельного расхода электроэнергии при производстве ДВП

Удельный расход электроэнергии является важным критерием оптимизации процесса размола, наряду с производительностью размольного оборудования и качественными показателями готовой продукции, в значительной степени определяющий себестоимость готовой продукции. Результаты исследований зависимости удельного расхода электроэнергии и производительности от конструктивных и технологических параметров размольных установок, степени помола древесноволокнистой массы, для мокрого, сухого способов размола и безножевой обработки вторичного волокна, для дефибратора, рафинатора, рафинера, гидроразбивателя описаны следующими уравнениями:

- для дефибратора

Ед=179,52+2,59(L/h)-39,4z+2,46n+0,07(L/h)2-25z2+0,02n2-

-5,63((L/h)z)-0,09((L/h)n)+1,47(zn);

Ед=4281,86-672,8(ДС)+27,7 (ДС)2;

- для рафинатора

Ер = 621,16-13,27(L/h)-167,05z-312,46с+2,48(L/h)2+3876z2+

+79,76с2-15,63((L/h)z)-0,94((L/h)с)-347,8(zс);

Ер=155680+16745(ДС)+470(ДС)2;

- для рафинера

Е=1245,43+11,62·L/h-2504,27·z-6,67·n+1,94·(L/h)2-

+2074,17·z2+0,2·n2-27,65·L/h·z+0,42·L/h·n+8,88·z·n;

П=3,14-0,09·L/h+1,17·z-0,05·n+0,006·(L/h)2-

-1,69·z2+0,003·n2+0,10·L/h·z-0,0006·L/h·n+0,03·z·n;

- для гидроразбивателя

E = 18,84 + 0,17ф + 0,19T + 0,3c + 0,19ф2 + 0,14T2 + 0,22c2 -- 0,18Tф + 0,11фc 0,14Тc.

В качестве примера на рисунке 16 показаны графические зависимости удельного расхода электроэнергии и производительности размалывающих машин для сухого способа производства ДВП в зависимости от изменения величины износа ножевой гарнитуры, частоты вращения питающего шнека и рабочего зазора между сегментами.



Рисунок 16 - Удельный расход электроэнергии и производительность при различных режимах работы размалывающих машин

Исследования показали, что наибольшее влияние на расход электроэнергии оказываю зазор между дисками и частота вращения нижнего шнека дефибратора. При износе размольной гарнитуры несколько повышается расход электроэнергии, и снижается производительность машин. При увеличении степени помола массы на 1-2 ДС увеличение расхода энергии возрастает примерно на 10 %.

На снижение энергоемкости процесса роспуска вторичного волокна в гидроразбивателе наибольшее влияние оказывает повышение температуры массы.

Из графика на рисунке 17 видно, что при повышении степени помола при размоле щепы до значений 11 ДС удельный расход электроэнергии остается неизменным, с дальнейшим приростом градуса помола расход электроэнергии увеличивается. Таким образом, удельный расход электроэнергии имеет тенденцию к увеличению с повышением частоты вращения питающего шнека, степени износа рабочей поверхности гарнитуры, концентрации древесноволокнистой массы, уменьшением рабочего зазора между сегментами.



Рисунок 17 - Удельный расход электроэнергии при размоле щепы и древесного волокна

Исследуя и анализируя результаты исследований, представленные в виде графических и математических зависимостей, можно определить, при каких значениях технологических и конструктивных параметров размалывающих машины расходуется меньшее количество электроэнергии при заданных значениях качественных показателей готовых плит.

Комплексные исследования показали, что можно снизить затраты удельного расхода электроэнергии на обеих ступенях размола хвойного волокна в среднем на 25 - 40 кВт ч/т.

Таким образом, с улучшением отдельных параметров работы размалывающих установок и достижением оптимальных условий их работы удельный расход электроэнергии имеет тенденцию к существенному снижению, что наглядно демонстрируют график, представленный на рисунке 18.



Рисунок 18

На основании результатов проведенных исследований решена задача оптимизации процесса размола в производстве ДВП.

Для решения поставленной задачи была составлена математическая модель, в качестве целевой функции (f) которой выступает требование минимизации расхода электроэнергии. Система ограничений включает в себя ограничения на режимные параметры, которые могут изменяться в определенных пределах, и ограничения на качественные показатели готовой продукции.

Все приведенные ограничения и целевая функция носят нелинейный характер. Следовательно, данная оптимизационная задача относится к классу задач нелинейного программирования и решается с использованием метода Квази-Ньютона. Расчеты выполнялись в пакете программы STATISTICA-6.

Математическая модель задачи оптимизации процесса размола будет иметь вид:



f = Ед (L/h; z; n,с )> min

L/hmin L/h L/hmax;

zmin z zmax;

nmin n nmax;

сmin с сmax;

Pr > 35 МПа;

P > 850 кг/м3;

S < 32 %;

R 20 %;

2,3 > T < 2,7мм - для мокрого способа производства ДВП;

5,8 > T < 6,2мм - для сухого способа производства ДВП;

Ограничения по физико-механическим характеристикам MDF:

PrMDF > 20 МПа; PMDF > 740 кг/м3;

SMDF < 15 %; RMDF 9%;

15,8<TMDF < 16,2 мм;PrMDFраст >0,5 МПа.

где Pr, P, S, R, T, E определялись по приведенным выше расчетным моделям. Решение этой задачи позволило определить оптимальные значения режимных параметров размольных машин, которые для данных условий производства составят:

- для дефибратора

L/h=1,17; z=0,15 мм; n=12 мин-1;

физико-механические показатели составят:

Pr=39,2МПа; P=805 кг/см3; S=35,6 %; T=2,7 мм;

- для рафинатора

L/h=1,17; z=0,15 мм; с=2,5 %;

Pr=39,4 МПа; P=810 кг/см3; S=35,5 %; T=2,6 мм;

- для рафинера:

L/h=2,22; z=0,25 мм; n=30 мин-1;

Pr=42,4 МПа, P=863,24 кг/см3, S=21,42 %, R=23,19 % и T=6,09 мм;

- для гидроразбивателя:

ф=2400 с; Т=30 0С; С=2 %;

Pr=40,8 МПа; P=912 кг/см3; R=30,8 %; E=30 кВт·ч/т.

Оптимальные значения режимных параметров работы рафинера при производстве MDF составят: L/h=2,22; z=0,40 мм; n=36 мин-1. Физико-механические свойства MDF при этом будут иметь следующие значения: PMDF=803,12 кг/м3; PrMDF=32,6 МПа; SMDF=7,1 %; RMDF=2,93 %; ТMDF=16,05 мм; PrMDFраст =0,64 МПа.

Это обеспечит минимальный расход электроэнергии, который составит для дефибратора: Ед = 210 кВтч/т; рафинатора: Ер = 240 кВтч/т; рафинера Ераф = 670,1кВт/ч; П=5,06 т/ч; гидроразбивателя: Е = 258 кВтч/т.

Таблица 4 - Основные показатели, определяющие эксплуатацию и проектирование размольных машин при производстве ДВП мокрым способом

Номер опыта	Значение выходных параметров для дефибратора и рафинатора	Значение выходных параметров для дефибратора	Значение выходных параметров для рафинатора
	Отношение ширины ячейки к высоте ножа (износ сегментов), L/h	z, мм	n, мин-1	с, %	ДС	Е, кВт•ч/т	Pr, МПа	P, кг/м3	S, %	Т, мм	ДС	Е, кВт•ч/т	Pr, МПа	P, кг/м3	S, %	Т, мм
	процент износа	L/h
1	10 (2)	1,17	0,15	12	2,5	12	210	39,2	805	35,6	3	18,3	240	39,4	810	35,5	2,32
2	10 (2)	1,17	0,15	13,7	3	12,2	215	40,1	833	35,5	3,1	19,6	355	41,4	860	35,2	2,3
3	10 (2)	1,17	0,15	15,4	3,5	12,8	220	41,7	900	34	2,8	15,2	340	36,4	720	36,5	2,8
4	10 (2)	1,17	0,1	12	2,5	12,4	211	41,3	810	35,2	2,9	18,4	250	39,5	808	35,5	2,32
5	10 (2)	1,17	0,1	13,7	3	12,8	216	41,6	902	34	2,8	21,6	280	41,7	900	34	2,2
6	10 (2)	1,17	0,1	15,4	3,5	13,1	222	41,8	902	34,3	2,2	17	300	37,6	748	36,2	2
7	10 (2)	1,17	0,05	12	2,5	12,5	214	41,3	881	34,8	2,9	18,8	245	39,8	815	35,5	2,3
8	10 (2)	1,17	0,05	13,7	3	13,3	217	41,8	902	34,7	2,2	22	270	41,5	878	34,9	2,2
9	10 (2)	1,17	0,05	15,4	3,5	13,9	224	41,7	900	35	2,1	19	445	40,1	830	35,4	2,3
10	50 (6)	1,51	0,15	12	2,5	11,9	215	38	790	35,8	3	18,1	260	39	800	35,7	2,34
11	50 (6)	1,51	0,15	13,7	3	12,1	220	39,4	810	35,5	3	19,4	275	41,3	850	35,3	2,3
12	50 (6)	1,51	0,15	15,4	3,5	12,3	225	41,3	850	35,3	2,9	15	280	35,7	705	36,8	2,9
13	50 (6)	1,51	0,1	12	2,5	12	217	39,1	807	35,5	3	18,2	300	39,1	800	35,6	2,34
14	50 (6)	1,51	0,1	13,7	3	12,4	221	41,4	865	35,1	2,9	20,9	320	41,5	880	34,9	2,25
15	50 (6)	1,51	0,1	15,4	3,5	12,8	227	41,7	900	34	2,8	16,3	330	36,9	735	36,3	2,65
16	50 (6)	1,51	0,05	12	2,5	12,2	220	41,2	815	35,4	3,1	18	325	38,8	800	35,7	2,35
17	50 (6)	1,51	0,05	13,7	3	12,5	224	41,5	882	34,8	2,9	21,2	335	41,6	930	34,2	2,2
18	50 (6)	1,51	0,05	15,4	3,5	12,9	227	41,7	900	34	2,9	17	345	37,3	740	36,3	2,6
19	90 (10)	1,85	0,15	12	2,5	10,7	228	35,1	703	37	3,2	17	300	37,5	743	36,3	2,6
20	90 (10)	1,85	0,15	13,7	3	11	226	36,4	720	36,5	3,2	18,8	330	39,7	810	35,4	2,3
21	90 (10)	1,85	0,15	15,4	3,5	11,2	229	36,9	735	36,3	3,1	14,5	455	35,1	703	37	3,1
22	90 (10)	1,85	0,1	12	2,5	11,3	225	37,3	740	36,3	3,1	17,6	370	38,4	796	35,8	2,4
23	90 (10)	1,85	0,1	13,7	3	11,9	228	38	795	35,8	3	20	390	41,4	865	35,1	2,3
24	90 (10)	1,85	0,1	15,4	3,5	12,2	230	40,1	830	35,4	3,1	15,9	420	37	730	36,4	2,7
25	90 (10)	1,85	0,05	12	2,5	12	227	39,2	805	35,6	3	17,6	380	38	795	35,8	2,8
26	90 (10)	1,85	0,05	13,7	3	12,2	232	40,2	832	35,4	3,1	20,8	410	41,5	870	34,8	2,25
27	90 (10)	1,85	0,05	15,4	3,5	12,5	237	41,6	880	34,9	2,9	17,2	510	36,8	750	36,2	2,5



Таблица 5 - Основные показатели, определяющие эксплуатацию и проектирование размольных машин при производстве ДВП сухим способом

Номер опыта	Значения входных параметров	Значения выходных параметров
	Отношение ширины ячейки к высоте ножа (износ сегментов)	z, мм	n, мин -1	Качество древесного волокна	Физико-механические и геометрические свойства древесноволокнистой плиты	E, кВтч/т	П, т/ч
	процент износа	L/h			Fr, г	ПВ	Р, кг/м3	Pr, МПа	S, %	R , %	T , мм	Pr разр, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Определение оптимальных показателей твердых древесноволокнистых плит
1	10	1,15	0,25	20	31,01	222	858,67	40,2	27,59	15,34	6,0	-	782,2	3,8
2	90	3,29	0,25	20	32,49	240	833,46	46,9	29,52	15,89	6,5	-	800,0	3,71
3	10	1,15	0,55	20	30,45	200	845,08	42,6	28,19	18,19	5,85	-	533,3	3,95
4	90	3,29	0,55	20	32,41	235	837,93	41,7	30,98	22,10	5,70	-	586,7	3,89
5	10	1,15	0,25	40	30,92	216	843,22	40,5	27,06	21,67	5,90	-	906,7	6,95
6	90	3,29	0,25	40	32,05	240	780,36	38,3	25,22	16,39	5,78	-	995,6	6,80
7	10	1,15	0,55	40	29,32	120	817,21	45,6	27,48	15,49	6,25	-	764,4	7,25
8	90	3,29	0,55	40	29,88	170	805,90	41,6	29,12	18,62	5,99	-	782,2	7,20
9	10	1,15	0,40	30	30,99	220	877,33	43,2	22,49	10,23	6,05	-	675,6	5,20
10	90	3,29	0,40	30	31,81	230	820,49	41,5	26,30	16,78	6,10	-	728,9	5,11
11	50	2,22	0,25	30	33,00	260	850,10	43,9	22,05	10,33	6,05	-	675,6	5,20
12	50	2,22	0,55	30	31,00	216	856,11	46,2	23,80	12,66	6,35	-	697,8	5,32
13	50	2,22	0,40	20	32,70	255	876,67	47,6	24,60	13,50	6,00	-	604,4	3,85
14	50	2,22	0,40	40	32,32	230	850,53	45,0	23,90	12,33	5,96	-	835,6	7,10
Определение оптимальных показателей MDF
1	26	1,58	0,31	28	-	-	763,25	30,2	6,80	4,91	16,08	0,56	-	-
2	74	2,86	0,31	28	-	-	756,78	29,6	8,26	7,23	16,20	0,54	-	-
3	26	1,58	0,49	28	-	-	759,07	29,4	11,13	5,66	16,19	0,57	-	-
4	74	2,86	0,49	28	-	-	743,63	30,0	12,52	8,27	16,34	0,54	-	-
5	26	1,58	0,31	44	-	-	804,60	31,0	7,93	3,22	16,09	0,58	-	-
6	74	2,86	0,31	44	-	-	801,17	27,9	9,12	4,42	16,21	0,48	-	-
7	26	1,58	0,49	44	-	-	772,50	30,2	11,98	5,60	16,11	0,54	-	-
8	74	2,86	0,49	44	-	-	763,80	27,7	12,285	5,49	16,28	0,52	-	-
9	10	1,15	0,40	36	-	-	795,89	29,6	7,60	3,22	16,16	0,58	-	-
10	90	3,29	0,40	36	-	-	756,12	23,6	9,57	9,10	16,42	0,48	-	-
11	50	2,22	0,25	36	-	-	783,33	30,1	6,98	4,33	15,79	0,58	-	-
12	50	2,22	0,55	36	-	-	742,51	24,9	16,75	9,97	16,33	0,45	-	-
13	50	2,22	0,40	20	-	-	724,33	29,5	9,30	5,83	16,10	0,58	-	-
14	50	2,22	0,40	50	-	-	763,60	28,3	9,30	8,33	16,03	0,55	-	-
15	50	2,22	0,40	36	-	-	807,98	34,0	8,30	3,10	16,07	0,66	-	-
16	50	2,22	0,40	36	-	-	811,66	32,5	6,90	3,00	16,09	0,64	-	-
17	50	2,22	0,40	36	-	-	816,34	32,0	7,20	2,87	16,14	0,62	-	-
18	50	2,22	0,40	36	-	-	812,99	32,4	8,60	3,15	16,02	0,64	-	-
19	50	2,22	0,40	36	-	-	820,47	32,5	8,80	2,93	16,09	0,64	-	-
20	50	2,22	0,40	36	-	-	813,22	34,2	8,20	3,00	16,01	0,68	-	-

В целом оптимизация процесса размола позволила снизить величину удельной энергоемкости процесса на (21 ± 3,4) %, в сравнении с существующими режимами работы размольного оборудования.

После того, как были получены вышеуказанные зависимости, решена задача практического использования в производственных условиях ДВП результатов разработок, для чего по расчетам построены сводные таблицы, включающие все основные технологические, конструктивные и энергосиловые параметры размалывающих установок, прочностные, физико-механические и геометрические показатели древеного волокна и древесноволокнистых плит (таблицы 4, 5).

Построены номограммы, наглядно показывающие оптимальные параметры работы (рисунок 19). Из представленных таблиц и графиков, не производя сложных математических расчетов, можно определить, какие необходимо установить конструктивные и технологические параметры размалывающих машин, чтобы получить волокно определенного качества и плиту с необходимыми физико-механическими и геометрическими свойствами. И увидеть при этом, какой удельный расход электроэнергии будет при заданном режиме работы размольных машин.

а) для дефибратора б) для рафинатора

Рисунок 19 - Оптимальные параметры работы размалывающих машин

Таким образом, варьируя конструктивными и технологическими параметрами работы размольных установок, оказалось возможным прогнозировать необходимые показатели готовых древесноволокнистых плит с минимальными затратами электроэнергии и максимальной производительностью размалывающих машин.

Решая задачу использования и переработки уловленного древесного волокна из сточных вод производства ДВП, на основании полученных в диссертационной работе результатов исследований, в технологическую схему современного производства древесноволокнистых плит мокрым способом на базовом предприятии ОАО «Лесосибирский ЛДК №1» предложено включить в технологическую схему двухступенчатую безреагентную флотационную установку для улавливания древесных волокон из сточных вод производительностью 300 м3/ч.

С учетом предложенного способа улавливания волокна из сточных вод, усовершенствована технологическая схема водооборота производства ДВП, представленная на рисунке 20.

Рисунок 20 - Усовершенствованная схема водооборота цеха ДВП



Организация очистки избыточной оборотной воды непосредственно в цехе позволила сэкономить волокнистые полуфабрикаты, уменьшить расход свежей воды, объем сброса производственных стоков и концентрацию загрязняющих веществ, исключить существующие локальные сооружения за пределами цеха, а уловленное волокно в полном объеме вернуть в производство.

В работе выполнена эколого-экономическая оценка вторичного использования древесных волокон и оборотных сточных вод. На основе результатов исследований и технических внедрений совместно с предприятием разработан долгосрочный перспективный план экологического развития, проведен экологический аудит комбината в целом, разработан план мероприятий по достижению предельно-допустимых норм по сбросам и выбросам с учетом внедрения новых технологий по очистке сточных промышленных вод с гарантией конкретных улучшений показателей по взвешенным и загрязняющим веществам.

Таким образом, проведены исследования и предложены реальные решения по изменению технологических процессов размола щепы, волокнистой массы, древесных отходов производства; предложена новая технологическая схема водооборота, позволяющая эффективно улавливать вторичное волокно и использовать его в основном технологическом процессе получения ДВП. Кроме того, на основании усовершенствования технологических процессов подверглись изменению и отдельные конструктивные элементы размольных установок, позволяющие обеспечить решение таких задач, как повышение производительности размалывающих машин, улучшение качественных показателей древесных плит при значительном снижении затрат электроэнергии, - и решить насущные эколого-экономические вопросы на современном этапе развития данного производства.

Таким образом, в результате оптимизации технологического процесса размола в производстве древесноволокнистых плит прибыль составит:

- для мокрого способа производства 8874,197 тыс. руб.

- для сухого способа производства 13780,27 тыс. руб.

Общая прибыль предприятия с учетом использования гидроразбивателя, для переработки вторичных древесных отходов производства ДВП составит 3,3 млн.руб./год.

Возврат уловленного волокна в производство позволит уменьшить расход свежего волокна на 1,13 тыс. т/год, экономия от сокращения сбросов стоков в реку Енисей составит 5950,56 тыс. рублей в год. Ликвидация локальной очистки позволит сократить обслуживающий персонал, сократить расходы электроэнергии на перекачку стоков на отстойники и скопа на производство ДВП на 443 тыс. кВт/ч. Общая прибыль совершенствования локальных очистных сооружений завода ДВП составит 17997,25 тыс.руб.



Выводы

1. Определена роль процесса размола при получении древесного волокна и его предварительной подготовки в технологическом процессе производства ДВП.

2. Предложено математическое описание процесса размола волокнистых полуфабрикатов и установлены закономерности влияния технологических и конструктивных параметров размалывающих установок на эффективность процесса размола в производстве ДВП, качественные показатели древесного волокна и готовой плиты.

3. Предложена технология обработки твердых древесных отходов собственного производства ДВП с использованием безножевого размола, позволяющая в значительной мере сократить потребление исходного древесного сырья.

4. Решена задача улавливания древесных волокон способом напорной флотации из сточных промышленных вод. Установлено, что волокносодержащий осадок флотационной очистки промышленных стоков можно использовать в качестве равноценной замены кондиционного древесного волокна в составе исходной древесноволокнистой композиции.

5. Разработана технологическая схема улавливания древесного волокна из сточных вод и возврата его в производство ДВП с применением безреагентной очистки промышленных стоков и обеспечением частично-замкнутого цикла водооборота цеха ДВП.

6 Определены оптимальные по различным критериям технологические режимы работы размольного оборудования, применение которых позволяет: получать древесноволокнистые плиты с заданными физико-механическими характеристиками, увеличить срок службы размалываю...