Технология и оборудование древесных плит

 

N =1/(l× b× S),                                                  (3.1.3)

 

где      l – длина обрезанной плиты, м;

           b – ширина обрезанной плиты, м;

           S – толщина шлифованной плиты, м.

Расход стружки на 1 м³ стружечных плит, кг/м³:

 

абсолютно сухой          G₀  = g₀ ×N, кг/м³,                                                (3.1.4)

влажной                  G_W = g_W ×N, кг/м³,                                                 (3.1.5)

 

где        g₀ – масса абсолютно сухих древесных частиц на плиту, кг:

                                     (3.1.6)

g_W – масса стружки влажностью W на одну плиту, кг:

 

                                    (3.1.7)

 

Часовая потребность в стружке  определяется в соответствии с максимальной производительностью пресса П_ч, кг/ч:

 

абсолютно сухой стружки         G_а.ч.= G₀× П_ч,                                                    (3.1.8)

 

влажной стружки                      G_w.ч.= G_W × П_ч .                                                  (3.1.9)

 

Полезный расход сырья, без учёта потерь, для изготовления 1 м³ стружечных плит, м³ сырья /м³ плит:

 

                          (3.1.10)

 

где  К_о.y. – коэффициент объемной усушки (0,64, [2], стр. 14);

          ρ_пл – плотность плит, в кг/м³;

          W_д  – начальная влажность исходного сырья, в %, не более 30 %; 

                     при влажности более 30 % принимать W_д = 30 %;

           ρ_д – плотность абсолютно сухой древесины, кг/м³;

          W_n – влажность готовых плит (W_n = 8 %);

          Р –  норма расхода сухого связующего, %.

 

Расход древесины на изготовление 1 м³ плит с учетом потери стружки в технологическом потоке и древесины. При приготовлении стружки и разделке исходного сырья (для большей точности расчет можно вести по отдельным слоям плиты).

G_д = G_n × K_разд × K_сорт.щ. × K_сыр × K_суш × K_тр × K_рас × K_ш × K_исп,            (3.1.11)       

                  

где     K_разд – коэффициент, учитывающий потери древесины при разделке сырья (1,01);

K_сорт.щ – коэффициент потерь при сортировке щепы (1,06);

K_сыр  – коэффициент, учитывающий вид сырья (1,1-1,25), [3];

K_cyui – коэффициент потерь при сушке стружки (1,03);

K_тр – коэффициент, учитывающий потери при транспортировке на технологической линии, а также при формировании ковра, подпрессовке и прессовании брикета (1,01);

K_рас – коэффициент, учитывающий потери стружки при раскрое плит (1,04);

K_ш – коэффициент, учитывающий потери стружки при шлифовании плит (1,06-1,15);

K_исп – коэффициент, учитывающий потери стружки с образцами для физико-механических испытаний плит (1,01).

При установлении значений вышеперечисленных  коэффициентов следует пользоваться пояснениями в работах [3-5] и учитывать конкретные условия данного производства.

Объём сырья (м³), расходуемый на количество плит, изготовляемых в единицу времени (сутки, месяц, год), будет составлять:

 

Q = G_д×П,                                                      (3.1.12)

 

где     П – объём готовых плит, изготовляемых в единицу времени (сутки, месяц, год), м³.

В состав полученной плиты входит сухая стружка, влага и связующее. Следовательно, масса плиты, кг, будет равна:

 

g_пл=g₀ + g_в + g_св.                                              (3.1.13)

 

Учитывая это, определяем массу  сухой стружки

                             (3.1.14)

где     W_пл - влажность плиты, %;

          100/(100 + W_пл) – коэффициент, корректирующий массу плиты, исключая влагу;

100/(100 + P) – коэффициент, корректирующий массу плиты, исключая связующее;

Р – содержание сухого вещества связующего по отношению к сухой стружке, %;

В представленных расчётах мы пользуемся значением ρ_пл, однако древесностружечная плита по толщине имеет разную плотность. Наружные слои имеют плотность большую, чем средний слой.

Для 3-хслойной плиты

ρ_пл = ρ_н.с.× i_н.с. + ρ_в.с. × i_в.с,                                  (3.1.15)

где      ρ_н.с. – плотность наружного слоя, кг/м³;

           ρ_в.с. – плотность внутреннего слоя, кг/м³;

          i_н.с., i_в.с. – долевая часть наружного и внутреннего слоев, при этом

i_н.с.+ i_в.с.= 1.

          Считаем, что разность в плотности наружного и внутреннего слоёв составляет 100-200 кг/м³.

Расход стружки, кг,  для каждого  слоя определяется по формуле:

                              (3.1.16)

Принимается, что влажность равномерно распределена по толщине плиты. Расход же связующего по слоям различен [3-5].

Если для технологических расчетов требуется узнать расход стружки  при соответствующей влажности, в формулу (3.1.16) вводится коэффициент (100 + W_стр)/100, тогда формула будет иметь вид:

.                            (3.1.17)

В общем виде расход сухой стружки  для какого-либо слоя будет составлять:

,                              (3.1.18)

,                             (3.1.19)

.                             (3.1.20)

Отсюда полный расход сухой стружки (без учёта потерь) равен:

,                        (3.1.21)

где      т – число слоев;

            i_сл,j – доля слоя;

            ρ_сл,j – плотность слоя плиты;

            V_пл – объем плиты, м³.

 

 Определим количество сырья,  необходимого для изготовления 1 м³ плит, на годовую программу и часовую потребность сухой стружки. Поскольку в задании годовая программа (производственная мощность цеха) указана, годовой выпуск плит равен 150 тыс. м³/год. Плиты марки П-1 (П-А) по заданию, имеют размер 3750×1750×32 мм, шлифованные 100 %, плотностью ρ_пл = 720 кг/м³.

В качестве сырья принимаем: круглая  древесина для технологических нужд – 50 %, технологическая щепа – 50 %.

Породный состав сырья: сосна – 20 %, берёза – 40 %, осина – 40 %.

 

1. Полезный расход сырья.

При использовании смеси пород  норму расхода связующего, %, определяют как средневзвешенную величину, [4]:

                                            (3.1.22)

где    Р_к – норма расхода связующего для данной древесной породы, %;

          i_к – доля сырья данной породы в общем объёме сырья, заданная спецификацией;

          к – количество используемых пород древесины.

Согласно [5], табл. 3.1, норма расхода  сухого связующего для каждого из слоёв определяется по базисной плотности  древесины. Базисная плотность древесины сосны составляет 415 кг/м³, берёзы – 520 кг/м³, осины – 400 кг/м³, [6], табл. 19. Тогда норма расхода сухого связующего для внутреннего слоя трехслойных плит по древесине сосны P_с = 10,4 %, по древесине берёзы P_б = 9,2 %, по древесине осины P_о = 10,6 %, [5], табл. 3.1, а средневзвешенное значение нормы расхода связующего для внутреннего слоя:

Для наружных слоёв трехслойных  плит эта норма составляет по древесине сосны P_с = 13,8 %, по древесине берёзы P_б = 12,5 %, осины – P_о = 14,0 %, [5], табл. 3.1. Отсюда

Принимаем, что толщина наружных слоёв трёхслойной плиты П-1 (П-А) толщиной  S = 32 мм  составляет 2×3,0 = 6 мм, а внутреннего слоя – 26 мм. Тогда для толщины наружных слоёв 6 мм и припуска на шлифовку 1,5 мм доля наружных слоев в общей массе плиты (i_н.с.) составит

для шлифованных плит:

 для нешлифованных плит:

Для внутреннего слоя эта доля составит соответственно:   

i_в.с.= 100 – 22 = 78 %,

i_в.с.= 100 – 19 = 81 %,

откуда средневзвешенное содержание связующего в шлифованной плите

Средневзвешенная плотность абсолютно сухой древесины, [4]:

                                            (3.1.23)

где    ρ_к – средняя плотность абсолютно сухой древесины данной породы, кг/м³;

          i_к – доля сырья данной породы в общем объёме сырья, заданная спецификацией, %;

          к – количество используемых пород древесины.

Средняя плотность абсолютно сухой  древесины сосны ρ_с = 470 кг/м³, древесины берёзы – ρ_б = 600 кг/м³, осины – ρ_о = 470 кг/м³, [4], табл. 2.2. Тогда средневзвешенная плотность абсолютно сухой древесины сырья

Полезный расход сырья (без учёта  потерь):

 

2. Полный расход сырья (с учётом  потерь).

 

 Коэффициент потерь при разделке сырья.

Согласно [3], при разделке сырья  на метровые отрезки К_разд = 1,01, при отсутствии разделки К_разд = 1,0. Тогда, с учётом заданного состава сырья по виду, средневзвешенное значение коэффициента:

 

К_разд = 1,01·0,5 + 1,0·0,5 = 1,005.

 

Коэффициент потерь при сортировке щепы.

С учётом состава сырья по виду, средневзвешенное значение коэффициента:

 

К_сорт.щ = 1,0·0,5 + 1,06·0,5 = 1,03.

 

Коэффициент, учитывающий вид сырья.

Согласно [3] при использовании круглых  лесоматериалов К_сыр = 1,12, технологической щепы  К_сыр = 1,0. Средневзвешенное значение коэффициента:

 

К_сыр = 1,12·0,5 + 1,0·0,5 = 1,06.

 

Коэффициент, учитывающий потери стружки при раскрое плит.

Согласно [3, 4]:

где    F_н, F_о – соответственно формат необрезной (3550×1800) и обрезной (3500×1750) плит, м².

 

Коэффициент, учитывающий потери стружки при шлифовании плит.

Для шлифованных плит, согласно [3, 4]: 

где    S_н.ш, S_ш – соответственно, толщина плиты до и после шлифования, м.

 

Полный расход сырья составит

 

G_д = 1,38×1,005×1,03×1,06×1,03×1,01×1,043×1,047×1,01 = 1,74 м³ сырья/м³ плит.

 

3. Для выполнения годовой программы  потребуется сырья 

 

G_г..д. = 150000×1,74 =261000 м³,  из них:

 

круглая древесина для технологических  нужд:

технологическая щепа:

.

Вес абсолютно сухой стружки, необходимой для изготовления одной шлифованной плиты определяют по формуле (3.1.6) с учётом формул (3.1.1) и (3.1.2):

Потребность в сухих стружках по слоям определяется по формулам:

(3.1.24)

где     i_e.с. и  i_н.с. – доля внутреннего и наружных слоев в общей массе плиты (условно примем 0,795 и 0,205).

g_в.с.= 128,9×0,795 = 102,5  кг/на плиту,

g_н.с. = 128,9×0,205 = 26,4  кг/на плиту,

или

                                    g_н.с. = g_пл – g_в.с. = 128,9 – 102,5 = 26,4 кг/плиту.

Потребность в стружке принятой влажности определяется по формулам:

 

Потребность в сухих стружках после  сушки (влажностью W_в.с. = 4 %, 
W_н.с. = 7 %) для 1 готовой плиты с размерами 3,75×1,75×0,032 м будет следующая: 

g_w.в.с. = 102,5·1,04 = 106,6  кг;

   g_w.н.с. = 26,4·1,07 = 28,2   кг;

g_пл.w =106,6 + 28,2 =134,8  кг.

 

Один м³ готовых плит содержит:

 

N =1/(3,75·1,75·0,032) = 4,8 шт./м³.

 

Следовательно, на 1 м³ готовых плит потребуется стружек после сушки:

 

                                      G _д.w.в.с. = 106,6·4,8 = 512 кг/м³ плит,

G _д.w.н.с. = 28,2·4,8 = 135 кг/м³ плит,

G _д.w = 512 + 135 = 647  кг/м³ плит,

 

плюс потери на предыдущих операциях.

Потери стружки на всех технологических операциях составляют 4–5 %.

Часовая потребность сухих стружек (при часовой производительности пресса 12,9 м³/ч) составит

 

G_с.в. = 512·12,9·1,04 = 6869 кг/ч,

G_с.н. = 133·12,9·1,04 = 1811 кг/ч,

G_{с.общ .}= 6869 + 1811 = 8680 кг/ч.

 

 

3.2. Расчет расхода  смолы и химических добавок  в производстве плит

 

Выбираем в качестве связующего карбамидоформальдегидную смолу КФ-МТ-15 с отвердителем в виде 20-%-ого водного  раствора хлористого аммония.

Содержание сухой смолы в  плите, кг:

 

g_смол = g_стр × P/100,                                              (3.2.1) 

где      g_стр – определяется по формулам (3.1.14) и (3.1.21);

           P – расход связующего, % .

Для трехслойных плит содержание смолы:

 

g_смол  =  g_{смол.н.с.} + g_{смол.в.с.},                                       (3.2.2)

 

     (3.2.3)

 

где    К_п.н и К_п.в – коэффициенты потерь смолы на отдельных участках технологического процесса для наружного и внутреннего слоёв.

Значения коэффициентов потерь для наружных и внутренних слоев:

 

К_п.н = К_см× К_тр× К_обр × К_шл = 1,007×1,01×1,05×1,35 = 1,442,