Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ОБЩАЯ СХЕМА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА ПОЛУФАБРИКАТОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДВП

Трофимук В.Н. Чистов Р.С.
В работе определено значение процесса размола древесной массы в общей технологии получения древесноволокнистых плит. Показана взаимосвязь основных технологических, конструктивных и энергосиловых параметров размольных установок и влияние их на качественные, количественные характеристики получения древесноволокнистых плит.
Производство древесноволокнистых плит - одно из наиболее эффективных направлений в области использования отходов лесопиления и низкокачественной древесины. Древесные плит имеют ряд преимуществ по сравнению с пиломатериалами, столярными плитами, фанерой и другими: одинаковые физико-механические свойства в различных направлениях по пласти, сравнительно небольшие изменения в условиях переменной влажности, обладание специальными свойствами, возможность обеспечения высокой степени механизации и автоматизации производства.

В Лесосибирском промышленном узле основным и практически единственным крупным производством по переработке низкокачественной древесины и отходов лесопиления являются заводы по производству древесноволокнистых плит и, частности, перспективное деревообрабатывающее предприятие ЗАО «Лесосибирский ЛДК-1».

Сырьем для завода ДВП являются отходы от основных производств: обрезки, торцы, горбыли, доски длиной менее 1,5 м, перерабатываемые в технологическую щепу в лесоцехе, обрезки и стружка, получаемые при переработке черновых заготовок в мебельном цехе.

Разнообразие видов низкокачественного древесного сырья в производстве ДВП мокрым способом требует умелой и тщательной предварительной обработки полуфабриката на размольных установках первой и второй ступени размола.

Процесс размола полуфабрикатов в конечном счете определяет геометрические и прочностные показатели готовой плиты, производительность технологического потока и энергозатраты при производстве ДВП.

В отличие от общепринятого понятия измельчения различных материалов, процесс размола растительного сырья в виде древесного полуфабриката носит более сложный физико-химический характер.

Главной целью этого процесса является подготовка поверхности волокон к образованию межволоконных сил связи, приданию волокнам способности связываться между собой в полотно, обладающие необходимыми геометрическими и прочностными свойствами.

Учитывая важность процесса размола полуфабрикатов в общей технологической схеме производства ДВП и одновременно преимущественность энергозатрат на этот процесс (65-95 %), ставится задача найти оптимальные параметры процесса размола с целью получения древесноволокнистой плиты необходимого качества без снижения заданной производительности технологического потока с учетом значительного сокращения энергозатрат.

Для решения поставленной задачи необходимо было изучить влияние основных конструктивных, технологических и энергосиловых параметров действующих на производстве размалывающих машин на:

  • качество помола древесной щепы и древесноволокнистой массы;
  • физико-механические характеристики готовой плиты и ее геометрические параметры;
  • удельный расход электроэнергии, затраченной на размол, как составную часть общих энергозатрат при производстве ДВП.

Все это позволит наряду с решением задач, поставленных ранее, осмысленно и целенаправленно регулировать процесс размола древесной массы при производстве ДВП, а также обеспечить прогнозирование основных показателей размольного оборудования с учетом заданных характеристик древесноволокнистой плиты.

Для решения поставленной задачи разработана общая схема оптимизации процесса размола полуфабрикатов при производстве ДВП. В соответствии с теорией математической статистики проведена статистическая обработка наблюдений - рассчитаны статистические показатели входных и выходных параметров, определены наиболее значимые параметры, влияющие на исследуемый процесс. В качестве основного метода получения математического описания процесса размола древесноволокнистой массы при производстве ДВП и решения задач оптимизации условий функционирования этого процесса был принят активный многофакторный эксперимент.

Программа экспериментальных исследований включала в себя нахождение функциональных зависимостей градуса помола (ДС) и энергозатрат (Е) от конструктивных параметров как дефибратора, так и рафинатора

ДС = f (L/h, σ, n, c), E = f (L/h, σ, n, c), а также прочностных характеристик готовой плиты от градуса помола (ДС) и конструктивных параметров размольных установок (дефибратора и рафинатора):

Pr, Pl, S, Tl = f (ДС), Pr, Pl, S, Tl = f (L/h, σ, n, c),

где Pr - прочность плиты, Н/м2;

Pl - плотность плиты, Н/м3;

S - водопоглощение плиты, %;

Tl - толщина плиты, м;

ДС - градус помола, (дефебратор-секунда);

Е - удельный расход электроэнергии, кВт*ч;

L/h - отношение высоты ячейки к толщине ножа, м/м;

σ - зазор между разламывающими поверхностями, м;

n - частота вращения нижнего шнека (разгрузочного), 1/сек;

с - концентрация размалываемой массы, %.

Математические модели для всех зависимостей однофакторых экспериментов представлены в виде:

,

где h - шаг варьирования фактора X;

В11, В1, В0 - коэффициенты.

Для эксперимента с тремя варьируемыми факторами, модель второго порядка примет вид

,

где Во - свободный член;

В1, В2, В3 - линейные коэффициенты;

В11, В22, В33 - квадратичные коэффициенты;

В12, В13, В23 - коэффициенты при парных взаимодействиях.

Решая математические модели первого и второго порядка с учетом набора фактических экспериментальных данных получены уравнения регрессии. Используя эти уравнения, получены необходимые графические зависимости, объясняющие влияние тех или иных физических зависимостей между собой.

Определено, что:

  1. Степень помола массы на дефибраторе зависит от величины износа рабочей поверхности гарнитуры (L/h) и частоты вращения нижнего шнека (n). С ростом величины износа рабочих поверхностей гарнитуры степень помола снижается по зависимости близкой к линейной. С увеличением частоты вращения нижнего шнека до n = 14,5 об/мин наблюдается прирост градуса помола, с дальнейшим увеличением частоты вращения шнека величина градуса помола начинает снижаться.
  2. С ростом величины градуса помола древесной массы на дефибраторе, показатели прочности готовой плиты возрастают. В то же время величина износа рабочих сегментов дефибратора (L/h) отрицательно сказывается на прочностных показателях плиты.
  3. Влияние величины износа рабочих поверхностей гарнитуры рафинатора на прирост степени помола имеет закономерность общую к дефибратору.
  4. С увеличением степени помола древесной массы после рафинатора величины прочности и плотности плиты возрастают, водопоглощение ее уменьшается, т.е. качественные показатели плиты в целом улучшаются.
  5. Увеличение значений концентрации массы перед рафинатором влечет за собой рост показателя прочности плиты до определенных значений, а затем наблюдается их снижение.

Использование полученных уравнений регрессии позволяет решать следующие задачи:

  1. Возможность прогнозирования физико-механических свойств древесноволокнистых плит по известным значениям степени помола волокнистой массы, а также с учетом основных величин конструктивных и технологических параметров размалывающих машин.
  2. При определенных значениях конструктивных, технологических и энергосиловых параметров размалывающих машин возможность обеспечить оптимальную степень помола массы и соответственно улучшить прочностные показатели плиты с одновременным снижением энергозатрат.
  3. В определенных технологических ситуациях осознано не повышать градус помола, получать определенные качественные показатели готовой плиты при сравнительно невысокой величине помола, варьируя при этом технологическими и конструктивными параметрами установок. В результате этого уменьшается износ гарнитуры размольного оборудования, снижается расход электроэнергии, и как следствие снижается себестоимость продукции.

Библиографическая ссылка

Трофимук В.Н., Чистов Р.С. ОБЩАЯ СХЕМА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА ПОЛУФАБРИКАТОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДВП // Успехи современного естествознания. – 2005. – № 9. – С. 10-12;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=9150 (дата обращения: 23.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074