Полная версия

Главная arrow Агропромышленность arrow Деревообработка: технологии и оборудование

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ДЕРЕВООБРАБОТКИ

Производство технологической щепы возможно при одновременном получении пилопродукции на фрезерно-пильных и фре-зерно-брусующих агрегатах и при переработке кусковых отходов (горбылей, реек, концов досок) путем их измельчения.

В настоящее время наиболее распространена технология изготовления пиломатериалов на базе лесопильных рам. Объем кусковых отходов в этом случае составляет 20—25% от объема распиливаемого сырья.

Процесс переработки кусковых отходов на щепу состоит из следующих операций:

  • • транспортирование отходов к измельчающему оборудованию;
  • • попутное удаление металлических включений и крупных минеральных примесей;
  • • измельчение отходов;
  • • транспортирование щепы на сортировку;
  • • сортирование щепы по фракциям, возвращение крупных фракций для повторного измельчения и сортирования;
  • • отбор проб технологической щепы для лабораторного анализа и оценка ее качества;
  • • транспортирование кондиционной щепы и отсева от сортировки к раздельным местам складирования в бункерах, бункерных галереях или на открытых складах.

Для перемещения кусковых отходов и щепы в пределах лесопильного цеха применяются ленточные конвейеры. Из лесопильного цеха в бункерные галереи и на склад щепа транспортируется ленточными или скребковыми конвейерами, пневмо- или автотранспортом.

Металлические включения в кусковых отходах перед их измельчением находят с помощью электронного металлоискателя ЭМИ-65П. Принцип обнаружения металла основан на изменении амплитуды генерируемых колебаний при попадании металла в поле датчика.

Датчик устанавливают над или под рабочей ветвью неметаллического ленточного конвейера для кусковых отходов. В радиусе не менее 1,5 м от датчика не должно быть подвижных металлических конструкций.

Для измельчения кусковых отходов применяют многоножевые рубительные машины, которые по форме ротора делятся на барабанные и дисковые.

Режущие кромки ножей в барабанных рубительных машинах (дробилках) описывают поверхность вращения. Угол перерезания волокон древесины (угол среза на щепе) непрерывно изменяется, что приводит к образованию неоднородной по фракционному составу щепы и к повреждению волокон на ее торцовых срезах.

Барабанные рубительные машины при переработке отходов дают щепу низкого качества, пригодную для гидролизного производства или на топливо.

В дисковых рубительных машинах режущие кромки ножей движутся в плоскости, расположенной под постоянным углом к направлению подачи перерабатываемой древесины. Угол среза щепы при этом постоянный. Поверхность диска между ножами плоская или геликоидальная (винтовая). В соответствии с этим различают рубительные машины с плоским и геликоидальным диском. Постоянную по длине щепу получают в машинах с геликоидальным диском.

Эти машины получили наибольшее распространение на лесопильных предприятиях, вырабатывающих щепу для целлюлозно-бумажного производства. Рубительные машины различаются также расположением загрузочного патрона. Оно бывает наклонное и горизонтальное.

Машины с наклонным расположением загрузочного патрона обеспечивают более высокий выход кондиционной щепы нормальной фракции (до 95%), менее чувствительны к затуплению режущего инструмента, пригодны для переработки всех видов отходов.

Но наклонное расположение загрузочного патрона усложняет установку машины, так как требуются более высокое помещение и особая форма приемной воронки перед патроном. Машины с наклонным загрузочным патроном типа МРНП-30-1, МРНП-10, МРН-25 имеют производительность соответственно 30, 10 и 25 пл. м3/ч щепы.

Губительные машины с горизонтальным расположением загрузочного патрона (МРГ-20Н, МРГ-18, МРГ-40) обеспечивают выход кондиционной щепы до 90%, имеют более простую загрузку отходов, могут устанавливаться на различных этажах цеха. Но на этих машинах затруднена переработка короткомерных отходов (длиной менее 1,5 м).

Рубительная машина МРНП-30-1 (рис. 4.3) состоит из рамы 6, ножевого диска 7с валом, загрузочного патрона /, кожуха ножевого диска 2 и электродвигателя привода машины.

Вал ножевого диска / установлен в двух радиальных сферических роликовых подшипниках 3, 8. Электродвигатель передает вращательное движение валу ножевого диска 7 через втулочнопальцевую муфту 4, одна из полумуфт которой служит тормозным шкивом. На машине применен ленточный тормоз 5 с управлением от рычага.

Технология переработки отходов древесины в рубительной машине следующая. Горбыли и рейки конвейером подаются в загру-

Рубительная машина МРНП-30-1

Рис. 4.3. Рубительная машина МРНП-30-1:

7 — загрузочный патрон; 2 — кожух ножевого диска; 3,8 — радиальные подшипники; 4 — муфта; 5 — тормоз; 6 — рама; 7 — ножевой диск

зочный патрон 1. При соприкосновении с вращающимся диском, в котором установлено 16 режущих ножей, происходит последовательное срезание каждым ножом слоя древесины определенной толщины. Образующиеся частицы щепы выбрасываются из кожуха машины через проем в раме на расположенный внизу ленточный или скребковый конвейер.

В процессе измельчения кусковых отходов наряду с частицами щепы нормального размера образуются крупные куски древесины и мелочь, а также опилки.

Из рубительных машин щепу направляют в сортировочные устройства, которые служат для разделения ее на фракции. Щепа, получаемая при переработке бревен на фрезерно-пильных и фре-зерно-брусующих станках, также должна пройти операцию сортировки.

Для сортировки щепы применяют плоские горизонтально-ги-рационные (с круговым колебанием) сортировочные машины типа ОЦ-1М, СЩ-60М, СЩ-120, производительностью соответственно 40, 60 и 120 нас. м3/ч щепы.

Сортировочная машина СЩ-1М (рис. 4.4) монтируется на специальном фундаменте 6. Она состоит из подвижного сортировочного короба 9, эксцентрикового привода 7 и лотков /, 3 для схода фракций щепы.

Подвижный короб опирается на четыре шаровые опоры 5, 8, конструкция которых обеспечивает круговое движение короба в горизонтальной плоскости.

Схема щепосортировочной машины СЩ-1М

Рис. 4.4. Схема щепосортировочной машины СЩ-1М:

1,3 — лотки; 2,4 — среднее и нижнее сита; 5,8 — шаровые опоры; 6 — фундамент; 7— привод; 9 — сортировочный короб; 10— верхнее сито

В коробе размещены последовательно по вертикали три плоских сита 2, 4, 10 с ячейками определенных размеров. Размер ячеек верхнего сита — 30x30, среднего — 1 Ох 10 и нижнего — 6x6 мм.

На верхнем сите остаются крупные куски древесины, на среднем и нижнем — кондиционная щепа двух размерных фракций. Опилки и мелочь проскакивают через все сита и собираются в поддоне под нижним ситом.

Крупная щепа направляется на повторное измельчение, кондиционная щепа — в бункерную галерею, мелочь и опилки — в бункер для опилок. Повторное измельчение крупной щепы можно проводить в рубительных машинах типа МРН и в специальных машинах — дезинтеграторах.

Одним из способов переработки отходов деревообработки является производство топливных брикетов и гранул, а также производство композиционных древесных материалов. Сырьем для производства прессованных и композиционных материалов являются любые древесные отходы.

На выбор технологического процесса прессования древесных отходов влияет влажность и крупность материала. Прессованию поддается сырье влажностью 6—12%. При изготовлении брикетов и гранул необходимо соблюдать не только определенную влажность прессуемых частиц, но и их крупность.

Например, при прессовании опилок получаем высокое качество брикетов или гранул. При измельчении кусковых отходов в брикетирующую массу крупность ее частиц должна быть не более 1,0 мм (объем частиц крупностью 1—5 мм — не более 25%).

Брикеты по своей форме бывают шашечные и брусковые. Шашечные брикеты имеют сплошное сечение определенной формы (по форме матрицы) размером от 20x20 до ЮОх 100 мм. Толщина их бывает от 20—30 мм до 100 мм. Плотность этих брикетов находится в пределах 650—1000 кг/м3. Изготавливают шашечные брикеты на штемпельных (матричных) прессах периодического действия.

Брусковые брикеты имеют продольное сквозное отверстие диаметром 13—22 мм. Форма сечения может быть круглая, квадратная, шестигранная. Размеры сечения — от 30x30 до 90x90 мм, длина бруска — от 30 до 1000 мм. Изготавливают эти брикеты на шнековых прессах (экструдерах). Плотность брикетов находится в пределах 1000—1400 кг/м3. В шнековых прессах наименьшее давление равно 100 МПа, оптимальное — 150—200 МПа при влажности прессуемого материала — 6—12%.

Калорийность брикетов определяется их плотностью и влажностью. С повышением влажности калорийность снижается. Например, при влажности до 30—40% калорийность составляет 2500— 2700 ккал/кг, а при влажности 6—12% она равна 4500—4700 ккал/кг.

Технологии подготовки древесного сырья для изготовления топливных брикетов. Подготовка древесного сырья для производства топливных брикетов включает в себя следующие технологические операции: измельчение древесного сырья; сортировка измельченной древесной массы; сушка измельченной древесной массы.

Измельчение древесного сырья. Для использования в производстве брикетов разноразмерных кусковых древесных отходов их необходимо измельчить.

В зависимости от объемов кусковых отходов, их соотношения к опилкам, образующимся на предприятии, и планируемого задания по выпуску брикетов технология измельчения бывает:

  • 1) одностадийная — измельчение кусковых отходов в мелкую древесную массу (опилки), пригодную для прессования;
  • 2) двухстадийная — на начальном этапе кусковые отходы измельчают в щепу или дробленку, а затем их доизмельчают в опилки.

Одностадийная технология может быть применена на предприятиях с годовым выпуском до 3 тыс. т брикетов, где имеются опилки и небольшие объемы кусковых отходов, так как известные измельчители кусковых отходов в мелкую древесную массу имеют небольшую производительность.

Двухстадийная технология позволяет организовывать производство брикетов в более крупных масштабах. В данном случае кусковые отходы измельчают на щепу (дробленку), а затем доизмельчают в опилки. Для этих целей используются высокопроизводительные рубильные машины и измельчители.

Для измельчения кусковых древесных отходов на щепу используются рубильные машины барабанного и дискового типа. Для измельчения короткомерных древесных отходов используются рубильные машины с наклонной загрузкой. Длинномерные отходы измельчают в машинах с горизонтальной загрузкой (подачей).

Сортировка измельченной древесной массы. Измельченная древесная масса и опилки от различного деревообрабатывающего оборудования имеют неоднородный состав по крупности (в опилках находятся разные кусковые отходы и пр.). В связи с этим требуется произвести их разделение — сортировку по фракциям (очистить от крупных включений).

Сортирующие машины можно разделить на четыре группы: механические, пневматические (воздушные), гидравлические и магнитные.

Машины для механической сортировки снабжены ситами, решетками, колосниками. Их используют для разделения сыпучего материала на две или несколько фракций, различающихся по крупности. Число фракций зависит от количества сит, через которые был пропущен материал.

Машины для пневматической сортировки основаны на принципе отделения в воздушном потоке: частицы выпадают под влиянием сил тяжести, центробежных сил или совместного действия тех и других.

Машины гидравлической сортировки материалов по крупности основаны на различных скоростях падения частиц неодинаковой величины и удельного веса, находящихся во взвешенном состоянии в водной среде. Магнитные сортировки служат для отделения от материала металлических примесей.

Для сортирования измельченной древесины применяются механические сортировки, которые разделяются на следующие типы: плоские, вибрационные, гирационные и барабанные.

Наиболее широко распространены гирационные сортировки. Принцип работы сортировочных установок основан на механическом колебании каскада сит, причем колебания происходят с определенной частотой и амплитудой в горизонтальной плоскости. К таким сортировкам относятся напольные или подвесные гирационные установки, так как доступ к узлу привода и опорам ограничен.

Сушка измельченной древесной массы. Установки для сушки измельченной древесины — непрерывного действия и работают при атмосферном давлении (конвективные). В зависимости от способа перемещения материала, сушилки бывают: механические, пневмомеханические и пневматические.

Сушилки с механическим перемещением (тарельчатые, ленточные) уже не используются. В сушилках с пневмомеханическим перемещением опилки находятся в полувзвешенном состоянии, скорость агента сушки меньше скорости витания частиц.

В сушилках с пневматическим перемещением материал находится во взвешенном состоянии, скорость агента сушки выше скорости витания частиц. По виду агента сушки сушилки бывают газовые и воздушные (с паровым обогревом). Воздушные сушилки мало применяются в промышленности из-за низкой производительности.

Наиболее широко распространены конвективные сушилки с пневмомеханическим перемещением опилок. Это сушилки в виде барабанов (вращающихся или неподвижных) горизонтального или вертикального исполнения. Более подробно работа сушильных камер рассмотрена в главе 6.

Средства для получения топливных брикетов. Основными средствами для получения топливных брикетов являются брикетиро-вочные пресса.

По способу формирования брикета брикетировочные пресса можно разделить на следующие группы: матричные, поршневые или штемпельные (циклического действия), винтовые (шнековые), вальцовые (непрерывного действия).

К первой группе (матричные пресса) относится пресс марки Б-8320. Он широко распространен в торфодобывающей промышленности. Ранее такие пресса использовались и в лесной промышленности для брикетирования древесной коры.

В прессах первой группы брикет формируется в сплошной матрице возвратно-поступательным движением поршня, приобретая форму матрицы. Производительность в данном случае зависит от продолжительности цикла прессования.

Ко второй группе относятся пресса с матрицей и пуансоном (поршнем), пресса штемпельного типа. Пресса этой группы изготавливают брикеты в виде цельного цилиндра диаметром 30—80 мм и длиной 20—200 мм. Внутреннего отверстия в этих брикетах нет, поэтому брикеты плохо горят (нет доступа кислорода во внутренние его части). Сами брикеты непрочные, плотность их находится в пределах 650—900 кг/м.

В прессах второй группы брикет формируется в разъемной матрице в результате создаваемого давления и возникающего трения. Процесс прессования происходит скачкообразно в камере, имеющей цилиндрическую форму, переходящую в конусную. Производительность пресса зависит от диаметра поршня и числа ходов.

Такой способ брикетирования позволяет прессовать измельченные деревянные ящики, поддоны, опалубку. Металлические и минеральные примеси отделяются в специальных устройствах.

К третьей группе относятся пресса непрерывного действия с винтовым (шнековым) рабочим органом и многопрофильным подогреваемым каналом матрицы. Такие пресса выпускаются как за рубежом, так и в нашей стране.

В прессах третьей группы брикет формируется способом непрерывного прессования винтовым рабочим органом (коническим шнеком) в обогреваемой матрице (температура нагрева 200—350°С). Производительность определяется диаметром матрицы, числом оборотов и шагом витков шнека.

К четвертой группе относятся пресса, где древесное сырье уплотняется между вращающимися вальцами со специальным углублением, придающим форму брикету.

Наиболее широко применяются поршневые (штемпельные) и винтовые (шнековые) пресса. На рис. 4.5 и рис. 4.6 показаны схемы таких прессов.

Загрузка

I

Брикет

Рис. 4.5. Пресс штемпельный:

7 — камера загрузочная; 2 — пуансон; 3 — корпус; 4 — матрица

Пресс шнековый

Рис. 4.6. Пресс шнековый:

  • 7 — загрузочное окно; 2 — ворошитель; 3 — камера; 4 — шнек цилиндрический; 5 — шнек конический; б — канал матрицы; 7 — коническая втулка; 8 — втулка;
  • 9 — нагревательные элементы; 10 — термопара

В штемпельных прессах (см. рис. 4.5) материал поступает в камеру 1 и при движении поршня 2 проталкивается в матрицу 4, затем поршень возвращается назад и проталкивает следующую порцию материала и так далее, пока пространство в матрице полностью не заполнится.

После этого начинается процесс прессования. Давление от поршня передается на исходную массу и происходит выталкивание брикета. Толщина брикета в данном случае зависит от объема камеры. По длине матричный канал сужается, и за счет этого происходит поперечное уплотнение брикетов. Давление прессования зависит от сил сопротивления трения в матричном канале, поэтому оно не является постоянным.

Удельное усилие прессования достигает 1000—1300 кг/см, число ходов поршня — 60—90 в минуту. Поверхность брикетов под влиянием температуры покрывается блестящей глянцевой коркой.

Вследствие разности температуры по сечению брикета, в брикете на выходе из пресса появляются внутренние напряжения, а так как ограничений пространства, в котором находился брикет, больше нет, то происходит быстрое упругое расширение горячего брикета, что приводит к появлению глубоких трещин.

Для получения прочного брикета штемпельные пресса, кроме водяного охлаждения, оснащаются специальными охладительными желобами. Охлаждение брикетов при продвижении по желобу приводит к снятию внутренних напряжений, а механическая прочность брикета при этом увеличивается.

В шнековых прессах (см. рис. 4.6) исходная смесь проходит в загрузочном окне 1 через ворошитель 2 и ссыпается в камеру 3, где расположен вращающийся подающий шнек 4 цилиндрической формы.

К этому шнеку примыкает конический прессующий шнек 5, свободный конец которого входит в канал матрицы. Рабочий канал матрицы 6 состоит из конической части (втулки) 7 (на входе), переходящей в цилиндрическую или квадратную (две втулки) часть 8 (на выходе).

По мере заполнения камеры 3 шнек 4 подает исходную сухую смесь в коническую часть канала матрицы, где происходит ее прессование и выдавливание в цилиндрическую часть канала. Усилия от прессующего шнека 5 действуют в осевом направлении (горизонтальной плоскости) и в вертикальной плоскости.

Эти усилия уплотняют смесь по всему сечению. Коническое исполнение хвостовика прессующего шнека также способствует повышению плотности брикета. В некоторых моделях прессов хвостовик — цилиндрического исполнения, что приводит к снижению качества брикетов.

Величину конусности шнека и втулки выбирают с учетом коэффициента трения древесины по металлу. Оптимальный угол конуса находится в пределах 6—12°.

В конической части канала матрицы происходит формирование плотности брикета. Давление достигает 1500—2100 кг/см2. На коническую поверхность втулки 7 канала матрицы действуют большие усилия, вследствие чего возникают силы сопротивления в виде сил трения.

Для уменьшения сил трения канал матрицы находится в постоянно нагретом состоянии. Образование брикета и перемещение его по матричному каналу связаны со значительными тепловыделениями. Брикеты на выходе из матрицы имеют температуру 80—90°С.

Температура нагрева матрицы устанавливается для каждого режима прессования, который зависит от породы древесины, крупности и влажности частиц, наличия коры и пр. Величина этой температуры находится в пределах 200—350°С. Поэтому наружная поверхность брикета приобретает блестящий коричневый цвет.

На поверхности образуется защитный гидрофобный слой (поверхность обуглена). Науглероженный (обугленный) слой является своего рода смазкой и способствует более легкому проталкиванию брикета внутри матрицы.

Под действием высокого давления и температуры в камере прессования выделяются газы (испаряется часть влаги, происходит выделение лигнина и пр.). Выделяемые газы удаляют с помощью вытяжки.

Из матрицы брикет выходит непрерывной лентой и поступает на делительное устройство, где формируется длина брикета. Если в технологии предусмотрена распиловка и обрезка торцов брикетов, то лента может иметь длину до 1200 мм.

Полученные брикеты или ленты складируют для остывания в ряд через ряд на 2 ч. Затем брикеты расфасовывают в отдельные пакеты весом 6—8 кг и отправляют на склад (ленты предварительно подаются к торцовочному станку, где их распиливают на мерные отрезки).

Композиционные древесные материалы. Современные технологии позволили создать из древесных отходов такой композиционный материал, как экологически чистая древеснонаполненная пластмасса (ЭДНП) или древопласт.

Исходным материалом для получения ЭДНП служат древесные опилки и другие отходы древесно-растительного происхождения. В качестве полимерного связующего применяются термопласты (полиэтилен, полипропилен) и их отходы. Производство изделий из ЭДНП осуществляется методом прессования или экструзии.

Механические свойства материала с высоким содержанием древесины аналогичны плитам МДФ или ДВП, а с малым ее содержанием — свойствам пластмассы.

Древопласты обладают стойкостью к неблагоприятным воздействиям внешней среды (ультрафиолетовому излучению, влаге, воде, минеральным растворам, устойчивы к воздействию микроорганизмов и насекомых).

Материал обрабатывается так же, как и древесина. Некоторые древесно-полимерные композиты можно сваривать подобно пластмассе. Профили из этих материалов могут комбинироваться с металлическими или стеклопластиковыми профилями (полосами, трубами, уголками, таврами и т.п.) для создания прочных конструкций.

Технологический процесс производства древесно-полимерных композитов состоит из следующих операций:

  • 1) измельчение древесины;
  • 2) сушка измельченной древесины при необходимости;
  • 3) дозирование компонентов;
  • 4) смешивание компонентов, грануляция;
  • 5) экструзия;
  • 6) торцовка по длине и деление по ширине;
  • 7) укладка.

Производство древопластов отличает низкая себестоимость. Используемое оборудование компактно, и для его размещения не нужны большие площади. Линия по производству древопластов является автоматической, и ее обслуживает один человек.

Комплектация производства осуществляется на базе оборудования по переработке пластмасс экструзией или прессованием при незначительном объеме нестандартного оборудования.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>