Проект цеха по производству древесноволокнистых плит мощностью 140 тонн в сутки с расчетом отделения стадии проклейки

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования ”Белорусский государственный технологический университет”

Кафедра химической переработки древесины

Расчётно-пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине “Технология и оборудование комплексной химической переработки древесины”

на тему “Проект цеха по производству древесноволокнистых плит мощностью 140 тонн в сутки с расчетом отделения стадии проклейки”

Разработала:

студентка 3 курса 1 группы

инженерно-экономического

факультета

Рябцева Е.Н

Руководитель: Цедрик Т.П.

Минск 2006

РЕФЕРАТ

Расчётно-пояснительная записка содержит 53 с., 8 источников, 13 таблиц, 1 приложение.

ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫЕ ПЛИТЫ, кондиционная щепа, рубительная машина, дефибратор, дезинтегратор, аэрофонтанная сушилка, прессование, парафин, фенолоформальдегидные смолы.

Объектом курсового проекта является цех по производству древесноволокнистых плит мощностью 140 тонн в сутки.

Цель работы - выбор и обоснование технологической схемы производства древесноволокнистых плит, расчет материального баланса производства, подбор основного и вспомогательного оборудования и подробный расчет стадии проклейки.

В данной работе описана технологическая схема цеха по производству древесноволокнистых плит сухим способом, приводится обоснование выбора данной схемы и способа производства. Произведен расчет материального баланса производства, подбор основного технологического оборудования, а также расчет сушильной установки первой ступени сушки.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Выбор и обоснование технологической схемы производства древесноволокнистых плит

1.1 Описание способов производства древесноволокнистых плит и используемого оборудования

1.1.1 Сырье, его подготовка и хранение

1.1.2 Мокрый способ производства древесноволокнистых плит

1.1.2.1 Получение древесноволокнистой массы

1.1.2.2 Проклейка древесноволокнистой массы

1.1.2.3 Отлив ковра

1.1.2.4 Прессование плит

1.1.2.5 Пропитка маслом, термическая обработка и увлажнение древесноволокнистых плит

1.1.2.6 Форматная резка плит

1.1.3 Сухой способ производства твердых древесноволокнистых плит

1.1.3.1 Общие сведения

1.1.3.2 Требования к сырью и особенности его подготовки

1.1.3.3 Пропарка и размол щепы

1.1.3.4 Проклейка древесноволокнистой массы

1.1.3.5 Сушка древесноволокнистой массы

1.1.3.6 Формирование ковра

1.1.3.7 Подпрессовка и раскрой непрерывного ковра

1.1.3.8 Горячее прессование ковра

1.1.3.9 Послепрессовая обработка плит

1.1.4 Мокросухой и полусухой способы производства древесноволокнистых плит

1.2 Обоснование выбора основного оборудования и способа для производства древесноволокнистых плит

2 Описание технологической схемы производства древесноволокнистых плит

3 Расчет материального баланса

4 Расчет и подбор основного и вспомогательного оборудования

4.1 Подбор рубительной машины

4.2 Подбор сортировочной машины

4.3 Подбор дезинтегратора

4.4 Подбор расходных бункеров кондиционной щепы

4.5 Подбор пропарочной установки

4.6 Подбор размольного оборудования

4.7 Подбор смесителей для гидрофобизирующих добавок

4.8 Расчет и подбор сушильных установок

4.8.1 Расчет и подбор сушилки первой ступени

4.8.1.1 Материальный баланс сушилки

4.8.1.2 Тепловой баланс сушилки

4.8.2 Подбор сушильной установки второй ступени сушки

4.9 Подбор вспомогательного оборудования на стадии сушки

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А

ВВЕДЕНИЕ

Древесноволокнистыми плитами называются листовые материалы, сформированные из древесных волокон. Изготовляют их из древесных отходов или низкокачественной круглой древесины. В отдельных случаях в зависимости от условий снабжения предприятия сырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и низкосортную древесину в круглом виде.[1]

Комплексное использование древесины имеет своей целью повышение экономической эффективности лесной и деревообрабатывающей промышленности путем сокращения лесозаготовок и одновременно полного использования древесных отходов и низкосортной древесины в качестве технологического сырья. Эта проблема продолжает оставаться актуальной, несмотря на то, что бережное отношение к природным ресурсам и охрана окружающей среды стали естественным требованием, предъявляемым к деятельности людей.[2]

Древесноволокнистые плиты применяют в различных областях народного хозяйства: в строительстве (наружные и внутренние элементы, сельскохозяйственные постройки); для изготовления встроенной мебели (кухонные шкафы); в мебельном производстве; автомобиле - и судостроении; производстве контейнеров, ящиков и др. В нашей стране ежегодно увеличиваются объемы производства древесноволокнистых плит. Это высококачественный, дешевый отделочный и конструкционный материал, выгодно отличающийся от натуральной древесины и клееной фанеры. Древесноволокнистые плиты изотропны, не подвержены растрескиванию, обладают большой гибкостью при высоком модуле упругости.

Мягкие древесноволокнистые плиты находят наибольшее применение в стандартном деревянном домостроении для утепления щитов и панелей ограждающих конструкций (стен, потолков). Стандартное домостроение потребляет также значительное количество и твердых древесноволокнистых плит на внутреннюю облицовку стен, устройство полов, изготовление дверей щитовой конструкции. При использовании в стандартном домостроении древесноволокнистых плит обеспечивается большая экономия деловой древесины -- круглого строительного леса и пиломатериалов, а также и рабочей силы.

Плиты долговечны: прослужив более 20 лет, они находятся в хорошем состоянии. Обычная масляная краска, которой покрыты плиты, эксплуатируемые на открытом воздухе, сохраняется 15--18 лет, т. е. дольше, чем краска, которой покрывают натуральную древесину.

В промышленном и гражданском многоэтажном строительстве мягкие плиты применяют для утепления чердачных перекрытий, звукоизоляции внутрикомнатных перегородок и междуэтажных перекрытий, для теплоизоляции вентиляционных каналов и коробов, для звукоизоляции помещений специального назначения -- клубов, кинозалов, радио- и телевизионных студий, Машинописных бюро, ротаторных, телетайпных комнат, типографий и других производственных помещений с большими шумовыделениями. Твердые плиты находят самое разнообразное применение в строительстве. Это лучший материал для опалубки при сооружении немассовых железобетонных конструкций.

Наиболее широко твердые древесноволокнистые плиты применяют в производстве дверей щитовой конструкции и в деревянном домостроении для облицовки щитов или панелей. Кроме того, из твердых плит делают заполнение (соты) дверных полотен. Значительное количество твердых древесноволокнистых плит идет на изготовление встроенной мебели в жилых и общественных зданиях. В производстве корпусной мебели на изготовление задних поликов и выдвижных ящиков используют плиты с двусторонней гладкостью. В радиотехнической промышленности из твердых древесноволокнистых плит изготовляют задние стенки и крышки радиоприемников, радиол, репродукторов, телевизоров. В вагоностроении и автостроении твердые плиты применяют для внутренней облицовки вагонов, вагонов-ресторанов, трамваев, автобусов, а в последнее время и легковых автомобилей.

Сверхтвердые плиты применяют главным образом на устройство чистых полов в производственных зданиях и конторских помещениях. Поскольку сверхтвердые плиты обладают высокими диэлектрическими свойствами, их используют в электротехнической промышленности, а также при изготовлении электропанелей, щитков и других конструкций на специализированных строительных объектах. Использование плит в различных отраслях народного хозяйства неуклонно расширяется. Этому будет способствовать ввод в эксплуатацию строящихся и намеченных к строительству автоматизированных цехов отделки древесноволокнистых плит с высокой степенью имитации ценных пород древесины, мрамора, текстиля.

Необходимо более полно использовать лесосырьевые ресурсы, создавать комплексные предприятия по лесовыращиванию, заготовке и переработке древесины. Решению проблемы безотходного производства в лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности способствует производство плитных (листовых) материалов, так как их изготавливают из различных древесных отходов и неделовой древесины.[1]

Применение плитных материалов в строительстве повышает индустриализацию производства и обусловливает сокращение трудозатрат. В мебельном производстве их применение обеспечивает экономию трудозатрат и позволяет сокращать потребление более дорогих и дефицитных материалов.

Расчетами установлено, что 1 млн. м² древесноволокнистых плит заменяют в народном хозяйстве 16 тыс. м³ высококачественных пиломатериалов, для производства которых необходимо заготовить и вывезти 54 тыс. м³ древесины. Выпуск 1 млн. м² древесноволокнистых плит обеспечивает экономию более 2 млн. руб. за счет уменьшения объемов лесозаготовок и вывозки, расходов на лесовозобновление; железнодорожный транспорт, также сокращения численности рабочих на лесоразработках.

Древесноволокнистые плиты широко используются в различных сферах деятельности благодаря разнообразию их свойств.

ГОСТом регламентированы следующие физико-механические свойства древесноволокнистых плит: формат и толщина, прочность на изгиб, влажность, набухание, водопоглощение. Для мягких плит одним из основных показателей качества является теплопроводность. Кроме перечисленных, для потребителей важны дополнительные нерегламентированные сведения о плитах.

Это данные об акустических свойствах (звукопоглощающая и звукоизоляционная способность материала плит), твердости поверхностного лицевого слоя плиты и его истираемости, их биостойкости и огнестойкости. Определенный интерес имеют также сведения о гвоздимости, способности удерживать шурупы, склеивании и отделке.

Показатели теплопроводности имеют первостепенное значение для мягких плит, так как их основное назначение -- теплоизоляция. Древесноволокнистые плиты -- хороший теплоизоляционный материал.

Наиболее эффективной звукопоглощающей конструкцией является сочетание мягких плит с твердыми акустическими, при установке последних со стороны распространения звука. При использовании твердых древесноволокнистых плит в строительных конструкциях в качестве стенового материала и для покрытия чистых полов особое значение приобретают показатели твердости и истираемости плит. Древесноволокнистые плиты хорошо поддаются склеиванию. Мягкие плиты склеивают между собой, а также с твердыми плитами, древесиной, линолеумом, металлами (жестью, оцинкованным железом, алюминиевой фольгой), цементной штукатуркой. Склеивание обеспечивается использованием карбамидных смол или поливинилацетатных эмульсий. Учитывая высокую пористость мягких плит, в клеи и клеящие эмульсии необходимо вводить наполнитель -- древесную или ржаную муку. Твердые плиты склеивают между собой, с мягкой древесиной, линолеумом и листовыми металлами. Твердые и мягкие плиты отлично поддаются окраске масляными, водоэмульсионными и различными синтетическими эмалями, оклейке бумажными, синтетическими обоями и линкрустом, а также бумажными пластиками и другими листовыми синтетическими пленками.[7]

1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ технологической схемы ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ

1.1 Описание способов производства древесноволокнистых плит и используемого оборудования

1.1.1 Сырье, его подготовка и хранение

Наиболее распространенные способы изготовления плит - мокрый и сухой. Промежуточные между ними -- мокросухой и полусухой способы, которые получили меньшее распространение.

Мокрый способ основан на формировании ковра из древесноволокнистой массы в водной среде и горячем прессовании нарезанных из ковра отдельных полотен, находящихся во влажном состоянии (при относительной влажности около 70%).

При сухом способе ковер формируют из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде. Плиты получают горячим прессованием полотен, имеющих влажность 5-8 % .

Полусухой способ основан на формировании ковра из высушенной древесноволокнистой массы в воздушной среде и горячем прессовании полотен, имеющих влажность около 20% , а мокросухой - на формировании ковра из древесноволокнистой массы в водной среде, сушке полотен и горячем прессовании сухих полотен, имеющих влажность, близкую к нулю.

В процессе изготовления плит любым из названных способов древесину измельчают в щепу; затем ее превращают в волокна, из которых формируют ковер. Далее ковер разрезают на полотна. Сухие полотна прессуют в твердые плиты. Влажные полотна или прессуют, получая твердые и полутвердые плиты, или сушат, получая мягкие (изоляционные) плиты. Указанными выше способами можно изготовить волокнистые плиты из любых органических материалов, поддающихся расщеплению на волокна. [2]

Выбор сырья определяется экономической целесообразностью с учетом величины его запасов, условий заготовки, доставки и хранения. Для производства древесноволокнистых плит используют отходы лесопиления и деревообработки, дровяное долготье, мелкий круглый лес от рубок ухода и лесосечные отходы.

Сырье поступает на площадку предприятия в виде круглого леса, отходов лесопиления (рейки, горбыли) или щепы. Для облегчения штабелирования тонкого круглого леса и отходов лесопиления, а также для более лучшей подачи к рубительным машинам длину их принимают 2--3 м. Такое сырье целесообразно связывать в пучки бумажными веревками и укладывать в штабеля.

Дровяное долготье хранят в плотных бёспрокладочных штабелях. Технологическая щепа, поступающая на площадку предприятия со стороны, может храниться в куче, наиболее распространенная фора которой - усеченный конус.

Сырье подается в производство в виде кондиционной щепы, которая должна соответствовать следующим основным требованиям: длинна - 25 (10-35) мм., толщина - до 5 мм., чистые без мятых кромок срезы, засоренность корой - до 15 %, гнилью - до 5 %, минеральными примесями - до 1 %, относительная влажность щепы - не менее 29 %. [7]

Подготовка сырья к производству плит, состоящая в приготовлении кондиционной щепы, включает следующие операции: разделку древесины на размеры, соответствующие приемному патрону рубительной машины; рубку древесины на щепу; сортировку щепы для отбора требуемого размера с доизмельчением крупной фракции и удалением мелочи; извлечение из щепы металлических предметов; промывку щепы для очистки ее от грязи и посторонних включений.

Разделка бревен необходима для придания исходному сырью размеров, соответствующих параметрам рубительной машины, а также для вырезки участков, сильно пораженных гнилью.

Для приготовления щепы используют многоножевые дисковые рубительные машины, дающие хорошую форму щепы и чистый, несмятый срез, а также равномерную фракцию при высоком проценте выпуска кондиционной щепы или барабанные рубительные машины.

Полученную щепу после рубительных машин сортируют, в результате чего отбирают технологическую щепу, соответствующую предъявляемым к ней требованиям. Однородность щепы по фракционному составу имеет большое значение для создания нормальных условий работы размольного оборудования. Щепу с размерами, превышающими установленные, передают на дополнительное измельчение. Мелочь, отсеивающуюся в процессе сортирования, удаляют из цеха как отходы. В производстве древесноволокнистых плит применяют плоские сортировочные машины двух типов: вибрационные и гирационные.

Для измельчения крупной щепы используют молотковые дезинтеграторы. Кондиционную щепу направляют в бункеры запаса или расходные бункеры в размольном отделении.

Подготовка кондиционной щепы к производству заключается в ее промывке водой. Основное назначение этой операции - смыв грязи, песка и других включений, в том числе металлических. Промывка щепы водой создает более благоприятные условия работы размольного оборудования, удлиняя срок службы размольной гарнитуры.[1]

1.1.2 Мокрый способ производства древесноволокнистых плит

1.1.2.1 Получение древесноволокнистой массы

Размол древесины -- это одна из ответственных операций в технологии производства древесноволокнистых плит.

От качества и степени размола зависят процессы отлива и обезвоживания ковра, процессы прессования и термовлагообработки плит и соответственно качественные показатели готовых плит. Полученная во время размола волокнистая масса должна обеспечить прочные межволоконные связи у прессуемых плит.

При термовлагообработке происходит частичный гидролиз и ослабление структуры древесины, снижается упругость волокон, эфирные комплексы расщепляются и появляются новые спиртовые гидроксилы, которые, в свою очередь, повышают гидрофильность волокон и связанную с ней пластичность.

При размоле происходит развитие внутренней поверхности волокон, частичное освобождение заблокированных гидроксилов, повышение гидрофильности и пластичности волокон. Размягчение межклеточной серединной пластинки создает благоприятные условия для размола и дальнейшей углубленной разработки древесных частиц. В процессе размола пучки волокон расщепляются, раздавливаются и разрезаются. Сочетание термовлагообработки и ударного воздействия размольной гарнитуры создает условия для изменения качественной характеристики древесных частиц.

Для размола щепы в древесноволокнистую массу при мокром способе производства наибольшее распространение получил дефибратор, в котором термовлагообработка происходит непосредственно перед размольными дисками. Размол осуществляют в две ступени. Первая машина - дефибратор типа С соединила в себе камеру пропаривания непрерывного действия и камеру размола, оснащенную двумя стальными дисками, один из которых вращающийся. Размол подогретой щепы экономичен с точки зрения расхода электроэнергии. Температуру в дефибраторе поддерживают подачей насыщённого пара. Пар одновременно служит для удаления из реакционного пространства дефибратора кислорода воздуха, разрушающе действующего на древесину.

В процессе размола осуществляют термообработку и химическую обработку щепы. Для химической обработки щепы используют едкий натр (NaOH), моносульфит натрия (Na₂SO₃), кальцинированную соду (Na₂CO₃) в количестве от 0,5 до 8% к массе абсолютно сухого волокна. Химикаты распыляются специальной паромеханической форсункой, которую вставляют в корпус пропарочной камеры дефибратора.

Полученная в процессе размола древесноволокнистая масса, насы-щенная водой и дополнительно разбавленная ею в циклоне, представляет собой водную суспензию древесных волокон.

Приготовленная дефибраторная масса на действующих заводах поступает в промежуточный массный сборник. Этот сборник является расходным, направляющим массу к мельницам вторичного размола - рафинатором.

Хранят рафинаторную (машинную) массу в больших емкостях - бассейнах. Основное назначение этих бассейнов - создание буферного за-паса перед отливными машинами, который принимается в пределах 1 - 3 ч работы завода. Древесноволокнистая масса хранится при концентрации порядка 4,5%. При хранении массы в бассейнах происходит выравнивание концентрации массы и степени ее размола.

1.1.2.2 Проклейка древесноволокнистой массы

Проклейка древесноволокнистой массы способствует снижению водопоглощения и набухания, а также повышению механической прочности плит. Чтобы придать плитам водостойкость, в древесноволокнистую массу вводят гидрофобное вещество. Обволакивая древесные волокна и заполняя собой поры в готовой плите, гидрофобное вещество препятствует проникновению в нее влаги. Кроме того, парафин, используемый в качестве проклеивающего материала, предотвращает налипание пучков волокон к глянцевым листам плит пресса и подкладным (транспортным) сеткам, а также придает блеск лицевой поверхности плиты.[2]

Гидрофобные вещества для проклейки следующие: парафин, гач, церезиновая композиция и др. Содержание их в плитах не превышает 1,0 % по массе, так как эти вещества ослабляют связь между волокнами, тем самым, понижая прочность плит. Гидрофобизирующие добавки вводят в волокнистую массу в виде водных эмульсий. Для получения тонкодисперсной эмульсии в качестве эмульгаторов применяют высокомолекулярные кислоты (олеиновую, стеариновую, пальмитиновую и др.). Для снижения себестоимости готовых плит на предприятиях в качестве эмульгатора используют концентрат сульфитнобардяной бражки, кубовые остатки от перегонки синтетических жирных кислот, а также сульфатное мыло. Необходимое условие для осаждения на волокнах гидрофобных веществ -- создание в древесноволокнистой массе кислой среды -- рН 4,5-5,0. Такая среда образуется в результате введения в древесноволокнистую массу раствора сернокислого глинозема или алюмокалиевых квасцов, служащих коагуляторами или осадителями. В последнее время широко стали применять серную кислоту.

Для повышения механической прочности древесноволокнистых плит в массу вводят клеевые добавки. Введение альбумина значительно улучшает прочностные показатели изготовляемых плит. В качестве клеевой добавки применяют также малотоксичную водорастворимую фенолоформальдегидную смолу СФЖ-3024Б и смолу СФЖ-3014.

Склады химикатов проектируют и строят отдельно стоящими. Запас химикатов создают из расчета месячной работы цеха. В самом цехе древесноволокнистых плит размещают расходный склад суточного хранения, который располагают рядом с помещением приготовления рабочих составов. Химикаты из основного склада в расходный доставляют электропогрузчиком в специальных контейнерах или товарной таре.

На многие предприятия парафин поступает в железнодорожной цистерне, которую устанавливают около склада готовой продукции. Парафин разогревают острым паром, после чего он самотеком сливается через нижнее отверстие и по трубопроводу, уложенному с уклоном, стекает в бак для хранения емкостью 60 м³. Далее парафин поступает в расходный бак, который устанавливают в цехе на постаменте. Затем парафин самотеком через мерный бачок сливается в бак приготовления парафиновой эмульсии (эмульгатор). Готовую эмульсию перекачивают в специальную емкость (бак) для хранения.[1]

Приготовление рабочего состава фенолоформальдегидной смолы СФЖ-3024Б заключается в ее разведении до рабочей концентрации 5--10 %. Растворение осадителей производят в специальном баке, который по конструкции аналогичен баку для приготовления эмульсии.

Приготовление раствора серной кислоты, используемого для осаждения смоляных эмульсий, заключается в разбавлении серной кислоты водой до концентрации 1,5--3 %. Концентрация вводимой серной кислоты более 3 % нежелательна, так как это может вызвать при прессовании появление пятен на плитах и прилипание их к глянцевым листам и транспортным сеткам.

Расход химикатов по технологической инструкции ВНИИдрева определен в зависимости от породного состава сырья, используемых химических продуктов и мощности предприятия.

Проклеивающие составы вводят в волокнистую массу перед ее отливом в ящики непрерывной проклейки. Обязательное условие проклейки -- первоначальное введение в массу проклеивающей эмульсии и только после перемешивания эмульсии с массой -- добавление раствора осадителя.

1.1.2.3 Отлив ковра

Отлив и формирование ковра из древесноволокнистой массы происходит в результате последовательного проведения операций: истечения массы на формующую сетку, свободной фильтрации воды через сетку, отсоса воды вакуумной установкой и дополнительного механического отжима. При истечении массы на сетку свободная вода фильтруется, уходя в оборотную систему, а взвешенные волокна оседают на сетке. Вследствие развитой внешней 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 последующую сушку плит. Особенно это важно при производстве мягких плит, так как сушат их не в прессах, а сушильных камерах.

Отлив массы и формирование полотна выполняют на отливных машинах периодического или непрерывного действия.

Предварительно обезвоженный вакуумом древесноволокнистый ковер подвергают дальнейшему обезвоживанию механическим путем -- давлением нескольких пар валов, обтянутых сетками. Относительная влажность ковра составляет около 80 %. С такой влажностью ковер сходит с вакуумформующего барабана и роликовым конвейером направляется на обрезку и дополнительное обезвоживание в вальцовом прессе. Дополнительным обезвоживанием влажность сырого полотна может быть доведена до 60%.[7]

Сформированную бесконечную древесноволокнистую ленту-ковер разрезают по длине на отдельные полотна -- заготовки. Одновременно обрезают боковые кромки.

Основные условия образования древесноволокнистого полотна: равномерное распределение массы по всей ширине и толщине полотна, хорошее смешение различных фракций волокна, получение беспорядочной ориентации волокон, максимальное сокращение потерь мелких волокон и введенных в массу химических продуктов, достижение необходимой влажности ковра.

Для равномерного распределения массы и хорошего смешения необходимы тщательное хранение и организованная транспортировка массы к отливной машине. Каждая частица волокнистой массы, находясь во взвешенном состоянии в суспензии, совершает движение. Оно происходит, во-первых, под действием силы тяжести (частица опускается), а во-вторых, в зависимости от своей формы она поддается вращению. Образуя сложные движения, частицы волокон и волокна сталкиваются друг с другом, сцепляются и создают условия для хлопьеобразования. Вместе с тем в быстро движущейся суспензии образование хлопьев сопровождается разрывами и устанавливается динамическое равновесие. Учитывая этот факт, необходимо создавать такие условия, чтобы истечение суспензии в трубопроводах не нарушалось механическими препятствиями на пути потока. Следует избегать углов, искривлений, неровностей внутренних поверхностей массопроводов.

Все операции по формированию древесноволокнистого ковра следует производить с постепенно нарастающей нагрузкой. Установлено, что форсированный режим обезвоживания на любой стадии процесса вызывает разрушение волокнистой структуры ковра, снижение его механических свойств при отсутствии каких-либо внешних видимых признаков.[1]

В цехах древесноволокнистых плит, работающих по мокрому способу, важное технологическое и экономическое значение имеет процесс возврата волокна в производство. Вместе со сбрасываемой водой уходят и волокна, содержание которых в сточной воде составляет около 1600 мг/л. Извлечение из сбрасываемой воды древесных волокон позволяет максимально использовать сырье и оборотные воды, что снижает расход сырья и свежей воды на единицу выпускаемых плит. Кроме того, уменьшение содержания волокнистых веществ в сточной воде создает благоприятные условия для последующей обработки ее на очистных сооружениях. Для возврата волокна в производство используются технологические фильтры. В нашей стране на заводах, изготовляющих древесноволокнистые плиты, установлены фильтры польского производства.[7]

1.1.2.4 Прессование плит

Прессование - основная операция технологического процесса, определяющая 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.

В процессе прессования происходят изменения целлюлозной части древесного комплекса. Уменьшаются размеры элементарной кристаллической решетки, идет укрупнение кристаллических участков. Упорядочение структуры делает возможным сближение целлюлозных молекул и сегментов макромолекул на расстояния, необходимые для образования химических связей между древесными волокнами. При повышенном давлении и высокой температуре наблюдаются термогидролитические превращения гемицеллюлоз, что вызывает увеличение содержания водорастворимых продуктов в прессуемом материале, окисление первичных гидроксильных групп сахаров с образованием карбоксильных групп, установление простых и сложноэфирных связей в результате реакций дегидратации и этерификации. Этим объясняется, что прочность и водостойкость плит находятся в соответствии с количественными изменениями экстрактивных веществ, изменениями функциональных групп, водородных связей, свободных радикалов и подвижностью углеводного скелета древесного волокна.

Прочность плит определяется прочностью волокон и межволоконных связей. Прочность волокон на разрыв зависит от породы древесины. В образовании межволоконных связей участвуют все основные компоненты углеводлигнинного комплекса, значительная часть которых находится в размягченном, пластифицированном состоянии. Наличие низкомолекулярных веществ, некоторое снижение степени полимеризации целлюлозы, размягчение лигнина, повышение гибкости цепей макромолекул при пьезотермообработке способствует увеличению поверхности контакта между волокнами и адгезионному взаимодействию между ними.

В зависимости от сырья и способов ведения технологического процесса можно получить требуемые физико-механические свойства плит. Для выбора параметров и режима прессования необходимо учитывать следующие исходные факторы: породный состав и качество исходного сырья; способ и качество приготовления массы; характеристику проклеивающих материалов и способ их введения; технические возможности пресса.

При мокром процессе производства наибольшее распространение получили горячие, гидравлические многоэтажные прессы периодического действия.

Режим прессования зависит от многих факторов: качества сырья и массы, влажности и толщины древесноволокнистых полотен, технологических параметров процесса, состояния пресса и его одежды. Весь период (цикл) прессования разделяется на три технологические фазы: отжим, сушку, закалку.

Относительная влажность полотен перед запрессовкой составляет 68--72 %. При низкой влажности (меньше 65 %) наблюдается ухудшение качества плит и иногда даже расслоение. Продолжительность первой фаза прессования составляет 50 - 90 с. Влажность волокнистых полотен доводят до 45 - 50%. На первой стадии прессования определяется плотность плиты.

После первой фазы прессования (отжима) переходят ко второй фазе - (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. Его поддерживают на уровне 0,8 МПа. Для обеспечения равномерного выделения пара из влажного волокнистого полотна давления в период сушки сохраняют постоянным.

Большое влияние на ход ведения процесса прессования оказывает также температура плит пресса. При мокром способе производства древесноволокнистых плит температура прессования составляет 200 - 215 °С. Повышение температуры прессования вызвано стремлением ускорить процесс выпаривания воды из древесноволокнистого полотна.

На продолжительность сушки влияют 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 реакции конденсации в заключительной стадии прессования. Практический момент окончания фазы сушки определяют по прекращению выделения из плит пара.[1]

B третей фазе прессования (закалке) плиты подвергают тепловой обработке при повышенном давлении, доводя влажность до 0,5 - 1,5%. Продолжительность третьей фазы подбирается опытным путем и обычно не превышает 3 мин. В технологической инструкции, разработанной ВНИИдревом, рекомендованы следующие режимы прессования: влажность (относительная) древесноволокнистых полотен, поступающих в пресс 72 ± 3%; влажность плит после пресса 0,8 - 1,2%; удельное давление прессования на фазе отжим 4,2 - 5,5 МПа (при содержании лиственных пород более 70% - 5,5МПа), на фазе сушка 0,65 - 0,85 МПа, на фазе закалка 4,2 - 5,5 МПа (при содержании лиственных пород более 70% - 5,5МПа). Температура плит пресса (теплоносителя на входе) зависит от породного состава используемого древесного сырья.[7]

1.1.2.5 Пропитка маслом, термическая обработка и увлажнение древесноволокнистых плит

Для повышения прочности и влагостойкости плиты пропитывают маслом. На заводах древесноволокнистых плит в изолированном помещении размещают специальные линии, в которые входят: загрузочное устройство, входной роликовый конвейер, пропиточная машина, выходной роликовый конвейер и разгрузочное устройство. На пропитку подаются плиты, вышедшие из пресса, т.е. горячие. Для пропитки древесноволокнистых плит обычно используют смесь льняного и талового масел (40 и 60%) или таловое масло с добавкой свинцово-марганцевого сиккатива (93,5 и 6,5%). Расход масла составляет 10 ± 2% от массы плит.

Термическая обработка повышает физико-механические свойства твердых и сверхтвердых древесноволокнистых плит, улучшая показатели водопоглащения, набухания и предела прочности при изгибе. Улучшение этих показателей происходит в результате процессов термохимических превращений углеводлигнинного комплекса волокнистой массы плит.

При термообработке, под воздействием сухого горячего воздуха из плиты удаляются остатки влаги, а силы поверхностного натяжения сближают макромолекулы целлюлозы на расстояния, достаточные для образования между гидроксилами неориентированных участков водородных связей. Кроме того, термообработка лигнина и углеводов приводит к образованию легко полимеризующихся веществ с высокой реакционной способностью и созданию смолистых продуктов. Термообработку осуществляют в специальных камерах термообработки периодического или непрерывного действия. Термообработку проводят при температуре 160 - 170°С.

Древесноволокнистые плиты - пористые тела. Высушенные, находясь в горячем состоянии после пресса или камер термообработки, они начинают адсорбировать пары воды из окружающего воздуха. Если эти, плиты уложены в плотный пакет, их края поглощают воду в большей степени, что приводит к увеличению линейных размеров плит в периферийной зоне. В результате возникновения значительных внутренних напряжений образуется волнистость. Для придания плитам формоустойчивости необходимо осуществление акклиматизации, заключающейся в. увлажнении при одновременном остывании плит. Для увлажнения плит применяют увлажнительные машины и камеры.

1.1.2.6 Форматная резка плит

Древесноволокнистые плиты разрезают на окончательные размеры на форматно-обрезных станках, осуществляющих продольное и поперечное резание. Древесноволокнистые плиты разрезают на окончательные размеры на форматно-обрезных станках, осуществляющих продольное и поперечное резание. Режущий инструмент - круглые пилы. Для вырезки дефектных участков и более удобного ведения раскроя плит на заготовки столярно-строительных и других специальных изделий, перед форматно-обрезными станками устанавливают пилу предварительного поперечного раскроя.

При форматной резке готовых плит остаются обрезки кромок, мелкие куски плит, а также опилки, которые целесообразно возвращать в производство. Измельченные отходы вместе с опилками пневмотранспортом направляются в мешальный чан, наполненный водой. Тщательно размешанные отходы при концентрации пульпы 3--4 % насосами подаются в массную емкость перед мельницами вторичного размола. Для размельчения бракованных кусков плит используют маленькие дробилки. Раздробленные частицы системой пневмотранспорта подают в гидропульпер и через промежуточный бассейн на вторичный размол. Подачу отходов на вторичный размол осуществляют также пневмотранспортом без использования гидропульпера.

1.1.3 Сухой способ производства твердых древесноволокнистых плит

1.1.3.1 Общие сведения

Основным отличием сухого способа производства плит от мокрого является то, что при сухом способе формование волокнистого ковра происходит в воздушной среде, а не в водной суспензии. Из этого положения вытекает основное преимущество сухого способа перед мокрым: отсутствие стоков и большого расхода свежей воды на производство плит.

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.[2]

1.1.3.2 Требования к сырью и особенности его подготовки

При производстве древесноволокнистых плит сухим способом применяют древесину различных пород, причем в отличие от производства по мокрому способу здесь отдается предпочтение: древесине лиственных пород. Это обусловлено спецификой воздушного формирования ковра. Короткие и ровные волокна лиственных пород, при прочих равных условиях, обеспечивают более равномерную плотность ковра, чем длинные волокна хвойных пород. Однако возможно и смешивание различных пород древесины, но при этом следует учитывать особенности ее строения. Плиты с хорошими показателями получают при смешивании пород с одинаковыми или близкими плотностями.

Большинство схем технологического процесса производства древесноволокнистых плит по сухому способу позволяет обеспечить раздельное хранение щепы для приготовления волокна, идущего на внутренний и наружные слои плит, или создания заданной смеси щепы различных пород древесины. Преобладание одной из пород в смеси должно быть не менее 70 %.

Наличие коры в волокнистой массе снижает физико-механические показатели плит (при заданном расходе смолы), так как кора по составу значительно отличается от древесины более высоким (20--40 % от массы коры) содержанием экстрактивных веществ. По мере увеличения, процента коры в древесноволокнистой массе прочность плит уменьшается, водопоглoщeниe и набухание увеличиваются, окраска поверхностей становится неоднородной, что влияет на качество отдельных способов отделки. В связи с этим на заводах древесноволокнистых плит проектом предусматривается 100 %-ная окорка древесины для наружных слоев и допускается 30 % неокоренной древесины в среднем слое плит.[1]

1.1.3.3 Пропарка и размол щепы

В процессе пропарки и размола происходит частичный гидролиз древесины. При мокром формировании ковра водорастворимые продукты деструкции вымываются в сток. При сухом и полусухом - водорастворимые продукты сохраняются в волокнах и при дальнейшей технологической обработке, участвуя в образовании межволоконных связей. Известно, что в процессе пропарки влажность может увеличиваться на 5 - 20 %, поэтому влажность щепы на входе в пропарочный котел должна строго контролироваться.

При сухом и полусухом способах производства придается большое значение фракционному составу волокна. Разные по своим размерам и массе волокна имеют различную скорость прохождения при сушке и попадают в ковер при его формировании с различной влажностью. При применяемом в сухом способе производства пневматическом транспорте волокно движется в соответствии с его длиной и массой. При больших колебаниях длины волокон получение ковра однородной плотности на формирующих машинах затруднительно. Качество осмоления волокнистых частиц также зависит от их размера. Чем равномернее волокно, тем больший эффект оказывает введение связующих.

На заводах древесноволокнистых плит для пропарки используют аппараты непрерывного действия различных систем. Для размола щепы применяют дефибраторы и рафинеры. При сухом способе производства используют дефибраторы всех современных марок, применяемых при мокром способе. При этом масса из разгрузочных клапанов дефибратора подается в циклон, откуда волокна, потерявшие в результате самоиспарения некоторое количество влаги, направляются в сушилку. Волокно из дефибратора выходит влажностью 45 - 60 %.[1]

По данным специалистов грубая фракция при размоле на дефибраторах составляет 12 - 15 %. Это затрудняет получение плит высокого качества. Поэтому для получения высококачественных плит при размоле щепы на дефибраторах применяют размольное оборудование для вторичного размола - рафинаторы.[7]

1.1.3.4 Проклейка древесноволокнистой массы

При сухом способе производства древесноволокнистых плит большинство схем технологического процесса предусматривает введение в древесноволокнистую массу термореактивных смол. Это обстоятельство вызывается тем, что при сухом формировании ковра пластичность волокон недостаточна, силы поверхностного натяжения развиваются слабо, а короткий цикл прессования при незначительной влажности ковра не обеспечивает развития необходимых связей между компонентами древесного волокна, достаточных для получения плит требуемого качества.

Для повышения водостойкости плит в щепу или древесноволокнистую массу вводится расплавленный парафин или другие гидрофобизирующие добавки. Кроме того, при сухом способе возможно введение в древесноволокнистую массу химикатов, обеспечивающих получение плит специального назначения. При сухом формировании ковра вводимые химикаты не вымываются в сток, как при мокром, а остаются на волокнах.

Для склеивания волокон обычно применяют фенолоформальдегидные смолы различных марок. Однако предпочтительны смолы с минимальным содержанием свободного фенола. В нашей стране применяется водорастворимая фенолоформальдегидная смола СФЖ-3014.[1]

Для придания плитам водостойкости вводят гидрофобные добавки. По данным ВНИИдрева, расход гидрофобных добавок свыше 1 % массы абсолютно сухих волокон не приводит к улучшению физико-механических свойств плит. Схемы введения и смешивания смолы с древесноволокнистой массой различны. На одних заводах смолу вводят через полый вал рафинера в междисковое пространство, на других применяют специальные рафинеры-смесители. Гидрофобизирующие добавки на большинстве действующих предприятий вводят через специальные, форсунки в пропарочные установки перед размолом щепы на волокна. Однако гидрофобизирующие добавки, так же как смолу, можно вводить и между размалывающими дисками или на выходе волокна из рафинера.

1.1.3.5 Сушка древесноволокнистой массы

При сухом способе производства плит размолотое волокно после дефибраторов не разбавляется водой в мокрых циклонах, а только отделяется от пара в “сухих” циклонах, из которых пневмотранспортом подается либо в сушку, либо на вторую ступень размола - в размалывающие аппараты “закрытого” типа. На выходе из дефибратора волокно имеет влажность 50 - 60 %, но, проходя через сухие циклоны, оно подсушивается до 45 - 50 % влажности.[1] Сушка волокна может проводиться в сушилках любого типа (трубчатые, барабанные, аэрофонтанные т.д.) в одну или две ступени. В сушилках волокно подсушивается до воздушно-сухого состояния (влажность 8 - 10 %). Если сушка волокна проводится в две ступени, то на первой ступени волокно должно подсушиваться до влажности I5 - 20 %. На первой ступени сушки происходит более интенсивное испарение влаги из волокон, так как происходит испарение свободной влаги, в то время как на второй, ступени испаряется связанная влага. Учитывая эти особенности в производстве древесноволокнистых плит сухим способом, отдается предпочтение двухступенчатой сушке волокнистой массы.[5]

1.1.3.6 Формирование ковра

Формирование ковра при изготовлении древесноволокнистых плит сухим способом производства отличается тем, что транспортирование и формирование волокна осуществляется с помощью воздуха. Ковер формируется непрерывно на сетчатой ленте конвейера, под которым создается вакуум для увеличения плотности укладки волокон.

Настил ковра из волокнистой массы при сухом формировании осуществляется в настоящее время двумя способами: методом вакуумного формования и методом свободного падения волокна на машинах типа “падающий снег”.

1.1.3.7 Подпрессовка и раскрой непрерывного ковра

Сформированный на вакуумформирующей машине непрерывный ковер легко рассыпается при транспортировке, так как высота его колеблется от 100 до 560 мм. Толщина ковра зависит от плотности, а главное - от заданной окончательной толщины готовой плиты. Для рационального использования горячего пресса, сокращения величины просвета между его плитами и увеличения скорости их смыкания, а также для обеспечения транспортабельности ковра последний подпрессовывают в ленточных прессах непрерывного действия. Ленточный пресс является продолжением вакуумформирующей машины. Далее осуществляют обрезку кромок дисковыми пилами по ходу движения ковра от ленточного пресса. Обрезки кромок с каждой стороны ковра имеют ширину до 25 мм.

1.1.3.8 Горячее прессование ковра

Воздушное формирование ковра и введение термореактивных смол предопределяют особенности процесса прессования при сухом способе производства древесноволокнистых плит. При прессовании сухих полотен физикомеханические свойства получаемых плит не могут быть обеспечены связями между волокнами только за счет термохимической обработки древесины. Даже при удельном давлении прессования до 7 МПа требуется введение связующего. Качественные показатели прессованных плит предопределяются условиями подготовки волокна и свойствами термореактивной смолы. Особенно важно, что отдельные продукты, образовавшиеся в процессе термохимической обработки древесины, при сухом формировании остаются в волокнистой массе, существенно влияя на процессы склеивания волокон. При прессовании происходит склеивание смешанных со смолой волокон в результате перехода в твердое состояние термореактивной смолы под воздействием высокой температуры. Лучшие результаты получают, если отверждение смолы произойдет при максимальном сближении волокон. Применение высоких температур требует загрузки полотен в пресс, смыкания греющих плит и достижения высокого давления в течение короткого промежутка времени. Кроме того, для предотвращения преждевременного отверждения смолы необходима устойчивая теплоизолирующая завеса между прессом и его загрузочным устройством, на котором расположены полотна.

В зависимости от породного состава сырья и применяемого типа связующего температура прессования на разных заводах колеблется в пределах 180--260 °С. Для древесины мягких лиственных пород температура прессования равна 180--220 °С, для твердых пород -- 230--260 °С.

С увеличением давления прессования возрастают плотность и прочность плит, но снижаются водопоглощение и набухание. Для получения волокнистых плит плотностью 1 г/см³ необходимо иметь на начальном этапе прессования удельное давление 6,5 - 7 МПа. Выдержка при максимальном давлении во избежание появления пузырей и пятен вследствие скапливающегося в полотне пара не должна превышать 40 с. Для удаления пара целесообразно постепенное снижение давления.

При сухом способе производства, определяющем короткие циклы прессования, повышенную температуру нагревательных плит и высокое удельное давление прессования, особое значение придают конструкций и материалу нагревательных плит. Это объясняется также и тем, что сухие древесноволокнистые полотна более чувствительны к колебаниям температуры на плоскости нагревательной плиты. Поэтому систему каналов пресса выполняют таким образом, чтобы разница температуры на поверхности плиты не превышала 4 °С. Конструкция и материал нагревательных плит должны обеспечивать хорошую теплопередачу и выравнивать возникающие в процессе прессования напряжения изгиба.

1.1.3.9 Послепрессовая обработка плит

Послепрессовая обработка плит включает в себя следующие технологические операции: предварительную обрезку кромок плит, выходящих из горячего пресса, увлажнение плит, форматную резку плит по размерам, складирование плит. Плиты, которые предполагается направить на отделку, предварительно шлифуются.

1.1.4 Мокросухой и полусухой способы производства древесноволокнистых плит

При мокросухом способе транспортирование древесноволокнистой массы и формирование ковра осуществляют в водной среде, как и при мокром способе. Однако перед подачей в пресс полотна проходят через сушильные устройства, в которых высушиваются почти до абсолютно сухого состояния. Затем плиты прессуют при повышенных температуре и давлении. Особенности технологических процессов по мокросухому способу обеспечивают получение качественных древесноволокнистых плит без добавления искусственных связующих компонентов. Наиболее важным фактором является приготовление хорошо разработанной древесноволокнистой массы, например, за счет термохимической обработки щепы перед ее размолом на волокна.

Полусухой способ производства твердых древесноволокнистых плит отличается формированием ковра, его прессованием при влажности волокна до 20 %* Настил ковра выполняют механическим способом, но применяют и вакуумформирующие машины.

Наличие влаги увеличивает цикл прессования, но обеспечивает протекание термохимических реакций, в результате чего происходит активизация связей. Поэтому расход связующих при полусухом способе значительно ниже, чем при сухом, или вообще исключает добавки различных клеящих материалов.

1.2 Обоснование выбора основного оборудования и способа для производства древесноволокнистых плит

Мокрый способ производства древесноволокнистых плит наиболее распространен. Он получил свое начало из бумажного производства. Процесс, главным образом, отличается тем, что изготовленные плиты хорошего качества даже без связующего. Процесс стабильный и хорошо отработанный.

Однако данный способ производства имеет некоторые недостатки. Первый недостаток - это большой расход воды, а второй заключается в том, что изготовленные плиты с одной стороны имеют гладкую структуру, а с другой - сетчатую.

Сухой способ, в свою очередь, разработан недавно, но в последнее время интенсивно внедряется в производство. Основными достоинствами этого способа получения древесноволокнистых плит являются высокая производительность технологической линии за счет сокращения цикла прессования и малый расход воды. Плиты, изготовленные по сухому способу, с обеих сторон гладкие. На основании вышесказанного, выбираем сухой способ производства древесноволокнистых плит.[2]