Жизненный цикл продукции и основные виды воздействия производства на окружающую среду

Древесноволокнистая масса грубого помола разработкой  характеризуется малой разработкой волокон и содержит много пучков волокон. Масса тонкого помола преимущественно состоит из фибриллированных волокон, которые приобрели большую гибкость и способность плотного формования на сетке. Наилучшей оценкой качества волокон является непосредственное изучение их структуры через микроскоп и измерение при помощи специальных приборов длины, диаметра и удельной поверхности волокна.

Для оценки качества волокнистой массы наибольшее распространение получил прибор дефибратор-секунда. Он построен с учетом того, что градус (степень) помола массы выражается в ее способности к обезвоживанию в единицу времени. Обозначается градус помола массы символом ДС. Средние показатели требуемой степени размола при производстве твердых плит составляют при первой ступени размола 15–18, второй – 20–26 ДС.

Кроме характеристики волокнистой массы по степени размола, часто пользуются данными фракционного состава волокна.  Фракционирование – это разделение волокон по их размерам. Большинство приборов для фракционирования основано на

 

 

 

 

 

 

пропуске определенного количества разбавленной массы через сита с отверстиями, соответствующими группам качественной оценки. Существует несколько методов фракционирования.

На рисунке 3.1 показана зависимость средней длины и толщины волокон в составе древесноволокнистой массы от ее фракционного состава и градуса (степени) помола, выраженной в ДС.

 

 

Рисунок 3.1 – График зависимости средней длины и толщины волокон от фракционного состава и градуса помола массы

 

Установки пропарки и размола щепы рассчитаны на давление насыщенного пара до 1,2 МПа. Пропарка щепы в подогревателе продолжается до 4 мин. Высокое давление насыщенного пара рекомендовалось фирмой «Дефибратор» для создания благоприятных условий размола и снижения расхода электроэнергии на приготовление волокна. Однако в связи с работой по сокращению количества потребляемой воды и решением проблемы очистки сточных вод этой же фирмой выдвинуто предложение о снижении температуры гидротермообработки.

Это объясняется тем, что древесина содержит водорастворимые вещества, а при повышенной температуре в результате гидролитического разложения растворимая часть их значительно увеличивается, снижая выход древесноволокнистой массы и ухудшая характеристику сточных вод. Влияние давления насыщенного пара при размоле на расход электроэнергии и на потери древесной массы отображено графически на рисунке 3.2

 

Рисунок 3.2 – График зависимости расхода электроэнергии и потерь древесной массы от давления пара при размоле

График показывает возможность экономии расхода сырья при повышенной потребности в электроэнергии с оптимальным давлением пара порядка 0,6 МПа. Однако выбор этого давления должен определяться технико-экономическим расчетом, учитывающим как полученную экономию по снижению затрат на сырье и организацию очистки сточных вод, так и дополнительные затраты на повышенный расход электроэнергии и другие технологические нужды. При изготовлении древесноволокнистой массы с применением низкого давления пара масса получается более  гидрофильной, что отрицательно сказывается на свойствах плит, особенно по показателям водопоглощения и набухания. Избежать этого можно повышением температуры прессования, удлинением времени закалки или добавкой гидрофильных веществ. 

Древесноволокнистая масса поступает на отлив с концентрацией в пределах 0,9-1,8% и должна быть более низкой при тонком помоле волокна. Вследствие развитой внешне поверхности волокон, полученной при размоле, создаются условия большей степени их сцепления и переплетения. Эта связь усиливается в процессе вакуумного отсоса и механического отжима воды из полотна. Относительную влажность полотна доводят до 68-72%. В таком состоянии полотно становится транспортабельным, а кроме того, максимальное удаление воды снижает расход пара и сокращает время на продолжительную сушку плит. Особенно это важно при производстве мягких плит, так как сушат их не в прессах, а сушильных камерах.

Скорость истечения древесноволокнистой массы должна быть несколько меньше  скорости сетки. Наиболее оптимальной считают скорость на 5-10% меньше, чем скорость сетки. При более низкой скорости большее число волокон занимает продольную ориентацию, при увеличении скорости возрастает поперечная ориентация волокон.

Выливание массы на сеточный стол – первая стадия обезвоживания под воздействием силы тяжести. В этот момент начинает формоваться ковер. Правильно подобранная концентрация массы в зависимости от длины волокон и характера размола создает условия структурного соединения их между собой. Если концентрация слишком низкая, волокна осаждаются  по отдельности, не создавая достаточной связи, больше подвергаясь направленной ориентации. Интенсивное обезвоживание происходит по всей ширине регистровой части, имеющей подъем 2,5-3,0 градуса.

Скорость обезвоживания древесноволокнистого ковра на регистровой части сеточного стола снижается по мере повышения сухости ковра. На последних валиках волокнистый слой уплотнен настолько, что возникшие капиллярные силы удерживаю воду и дальнейшее обезвоживание становится возможны только отсасыванием. Исследования показывают, что скорость обезвоживания волокнистого ковра прямо пропорциональна толщине слоя массы на сетке, вязкости воды и удельному сопротивлению фильтрации массы. Действующий напор массы в регистровой части имеет небольшую величину, состоящую из напора массы над сеткой и усиливает засасывания. Величина напора значительно возрастает при создании вакуума под сеткой. На скорость обезвоживания сильно влияет вязкость воды, которая зависти от температуры ( оптимальна температура отливаемой массы составляет 40-50 ◦С (таблица 3.1).

 

Таблица 3.1 – Зависимость воды от температуры

Показатель	Значения
Температура, ◦С	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Вязкость воды, сантипуазы	1,79	1,30	1,00	0,80	0,65	0,55	0,47	0,40	0,35	0,31	0,28

 

 

Удельное сопротивление фильтрации массы характеризуется удельной поверхностью волокон, которая, в свою очередь, определятся качеством размола массы. Сопротивление фильтрации возрастает с увеличением поверхности волокон. Зависимость между скоростью обезвоживания и степенью помола массы подтверждается многочисленными опытами. На рисунке 3.3 приведен график зависимости при отливе образцов плит с различной концентрацией отлива.

 

 

Рисунок – 3.3 Зависимость времени обезвоживания слоя массы от степени ее размола при концентрации отлива: 1 – 0,75; 2 – 1,5; 3 – 2,0; 4 – 2,5 

 

При интенсивном обезвоживании под действием большого фильтрационного напора  происходит относительный сдвиг волокон. Нарушение структуры наблюдается также при чрезмерном давлении валковыми прессами на влажный ковер. Исследованиями установлена необходимость равномерного прироста нагрузки на ковер от 0,012 до 0,5 МПа и более. Для современных отливных машин величину вакуума в отсасывающих устройствах рекомендуют от 0,012-0,015 до 0,030-0,035 МПа с постепенным его наращиванием, а линейное давление валов прессовой части машины должно составлять то 300 до 1200-1500 Н/см. Но даже в этом случае не обеспечивается плавность нагружения, оно носит ступенчатый характер, поэтому изменение нагрузки в процессе обезвоживания предрасполагает к разрушению структуры ковра.

Прессование – основная операция технологического процесса, опреде-ляющая качество выпускаемых плит и производительность оборудования. Во время прессования влажное древесноволокнистое полотно подвергается большому давлению при высокой температуре и превращается в  древесноволокнистую плиту. Это превращение происходит вследствие физических, химических и морфологических изменений насыщенного влагой древесного волокна.

Влажность древесноволокнистых полотен определяется степенью обезвоживания в отливной машине. Относительная влажность полотен перед запрессовкой составляет 68-72%. При низкой влажности (меньше 65%) наблюдается ухудшение качества плит и иногда даже расслоение. Это явление находит различные объяснения. Отсутствие достаточной влаги на первой фазе прессование отрицательно сказывается на гидропластических свойствах волокон. Вода и образуемый пар воздействуют на волокна. Между набухающими волокнами происходит более тесный контакт. По мере удаления воды усиливается связь между волокнами, и эта связь тем большая, чем продолжительней процесс отвода воды . Однако длительность данного процесса должна быть оптимальной, поскольку слишком глубокий гидролиз древесины может вызвать усиленное выделение углеводов и сахаристых веществ, образующих пятна на плитах. На рисунках 3.4 и 3.5 приведены диаграммы зависимости удельного давления прессования и влажности прессуем полотен при различных параметрах [1].

 

 

Рисунок 3.4 – Диаграмма обезвоживания плиты в зависимости от толщины отливки из дефибраторной массы (градус помола 9,2 градус ШР) при массе 1 м2, кг: 1 – 7,4; 2 – 5,6; 3 – 3,7

 

 

Рисунок 3.5 – Диаграмма обезвоживания плиты в зависимости от степени размола (масса отливки 5-6 кг), градус ШР: 1 – 6; 2 – 9,2; 3 – 16

Толщина древесноволокнистых полотен и степень размола массы обратно пропорциональны скорости обезвоживания. Чем толще полотно и чем выше степень размола массы, тем труднее осуществить обезвоживание.   

После первой фазы прессования (отжим) переходят ко второй – сушке плит, так как дальнейшее удаление воды возможно только ее испарением. Для ведения процесса сушки снижают удельное давление прессования, чтобы создать благоприятные условия удаления пара из полотен.

Время сброса давления составляет около 15 с. Его поддерживают на уровне 0,8 МПа, что несколько ниже давления выходящего пара. Для обеспечения равномерного выделения пара из влажного волокнистого полотна давления в период сушки сохраняют постоянным

Сушка можно проводить и при большом давлении. При этом улучшается физико-механические свойства плит, однако сушка проходит медленно и возникает опасность образования пятен и пригаров. При более низком давлении увеличивается его разность с давлением выходящего пара, и это приводит к повреждению внутренней структуры плит, а затем к их расслоению.

Снижение давления перед фазой сушки для получения плиты с нужной плотностью не оказывает влияния на последнюю. Плотность плиты определяется на первой фазе прессования. Кроме того, для получения твердой плиты с плотностью 0,9 г/см3 достаточно удельного давления 0,4МПа (рисунок 3.6) [1].

 

Рисунок 3.6 – Диаграмма зависимости плотности отдельного давления прессования

 

Большое влияние на ход ведения процесса прессования оказывает также температура плит пресса. При мокром способе  производства древесноволокнистых плит температура прессования составляет 200-215 ᵒС. Однако она может быть повышена при определенных условиях до 230 ᵒС, что предусмотрено в прессовых установках последних моделей. Повышение температуры прессования вызвано стремлением ускорить процесс выпаривания воды из древесноволокнистого полотна. Однако при температуре выше 230 ᵒ С усиливается процесс распада органических соединений, сопровождающийся ухудшением качества волокон, в результате чего плиты получаются хрупкими и слабыми.

Фирма «Дефибратор», исследуя диапазон температур 187-210 ᵒС, установила, что повышение температуры прессования проводит к улучшению качества физико-механических свойств плит. рост прочности на стратегический изгиб плит наблюдается при увеличении температуры с 200 до 210 ᵒ С. Прирост прочности при этом перепаде температур составил примерно 12-14%.

На продолжительность сушки влияет и степень размола массы, и толщина прессуемых полотен. Чем выше степень размола массы и больше толщина плиты. Тем период сушки продолжительней. Время ее в зависимости от конкретных условий составляет 3,5-7 мин.

Во время второй фазы прессования вода удаляется до тех пор, пока относительная влажность древесноволокнистой плиты не составит 7%. Эта влажность необходима для проведения реакций конденсации в заключительной фазе прессования.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Технологическая схема производства

4.1Технологическая схема процесса

 В настоящее время существует несколько способов технологических схем производства древесноволокнистых плит сухим способом с применением различного оборудования. Технологическая схема производства плит сухим способом представлена в приложении 1(А1). Независимо от принятого оборудования технологический процесс производства древесноволокнистых плит сухим способом составляют следующие операции: приемка, хранение сырья и химикатов; приготовление щепы; пропарка, размол щепы на волокна; подготовка связующего и гидрофобизирующих добавок, смешивание волокна со связующим и другими добавками; сушка волокна; формирование ковра; предварительное уплотнение (подпрессовка); прессование; кондиционирование плит; механическая обработка плит.

По принятой в проекте технологической схеме (рисунок 4.1.1) [2]  на одном из заводов долготье кранами выгружают из барж и подают в бассейн. В зимний период долготье из штабелей подают в бассейн автопогрузчиками. В зимний период воду в бассейне нагревают для оттаивания бревен. Из бассейна бревна конвейерами направляются к рубительной машине 1. Сырье, идущее для наружных слоев плит, окаривают. Бревна диаметром свыше 450 мм перед рубительной машиной проходят через колун. После рубительной машины щепа подается в циклон 2, а затем на щепосортировачную установку 3, где крупные отходы направляются на доизмельчение в дезинтегратор 4 и затем снова на сортировку, мелочь собирается в бункер и в дальнейшем сжигается в котельной.