Исследование процесса переработки биомассы дерева с учетом природно-климатических условий

АННОТАЦИЯ

В научной работе представлен анализ наиболее распространенных на сегодняшний день технологий переработки части биомассы дерева в виде веток, ветвей и сучьев. Предложена конструкция оборудования позволяющая увеличить показатель комплексного использования древесины за счет переработки щепы из порубочных остатков в древесноволокнистый полуфабрикат в условиях лесозаготовительных работ. Выполнено моделирование процесса работы роторно-ножевой установки в условиях различной температуры окружающей среды. На основании анализа процессов и явлений, происходящих в размольной камере, обоснован диапазон рабочих температур, при котором достигаются значения качественных показателей древесноволокнистого полуфабриката, удовлетворяющие требованиям условий связеобразования в изделиях из древесной массы.

ABSTRACT

The scientific work presents an analysis of the most common technologies for processing a part of the biomass of a tree in the form of branches, branches and twigs. The design of the equipment allowing to increase the indicator of the integrated use of wood by processing wood chips from felling residues into semi-finished wood fiber in the conditions of logging is proposed. The simulation of the process of operation of the rotary knife installation in conditions of various ambient temperatures has been carried out. On the basis of the analysis of the processes and phenomena occurring in the grinding chamber, the operating temperature range is substantiated, at which the values of the qualitative indicators of wood-fiber semi-finished product are achieved, which meet the requirements of bonding conditions in wood pulp products.

Ключевые слова: биомасса дерева, порубочные остатки, лесосечные отходы, древесноволокнистая масса, размол.

Keywords: wood biomass, felling residues, logging residues, wood fiber pulp, grinding.

В настоящее время, когда потребность в древесине постоянно возрастает, особую важность приобретает ее комплексное использование. Удовлетворение потребности народного хозяйства в древесине в ближайшие годы будет осуществляться за счет экономного и наиболее полного использования, за счет увеличения объемов заготовки леса [1, с. 994].

В связи с этим главным направлением развития лесного комплекса является улучшение использования всей заготовляемой древесной массы. Для этого необходимо дальнейшее совершенствование структуры производства лесной и деревообрабатывающей промышленности, развитие производства технологической щепы, древесных плит, фанеры, тарного картона и других заменителей деловой древесины [2, с. 8].

Улучшение использования древесной биомассы, вовлечение в переработку низкокачественной, малоценной древесины, порубочных остатков, отходов лесозаготовок и переработки древесины является весьма актуальной задачей [3, с. 10].

Однако до сих пор не в полной мере решена проблема переработки лесосечных отходов. На практике их запахивают, сжигают или просто оставляют на перегнивание. А ведь утилизируемая древесина – ценное природное сырье, которое может компенсировать потребности в производстве ряда товарной продукции [4, с. 385].

Одним из приоритетных направлений использования лесосечных отходов в виде сучьев, ветвей и вершинок на наш взгляд является переработка в древесноволокнистый полуфабрикат [5, с. 124]. С этой целью, была разработана конструкция роторно-ножевой установки для размола щепы из отходов лесозаготовок в аэродинамической среде (патент на изобретение № 2673858). Как показал анализ практического опыта, одним из важных факторов оказывающих влияние на эксплуатационные характеристики оборудования является температура окружающей среды, зависящая от природно-климатических условий.

С целью исследования процессов и явлений, происходящих в размольной камере роторно-ножевой установки в различных температурных диапозонах была выполнена ее модель в программе SolidWorks представленная на рисунке 1.

С целью обоснования выбранных в процессе исследований технологических параметров и их корректировки с учетом природно-климатических условий дана оценка влияния температурного режима на сохранение величины рабочего зазора.

Рисунок 1. Общий вид модели роторно-ножевой установки

Анализируя модель, представленную на рисунке 2 видно, что при воздействии отрицательной температуры ниже -15°С, величина рабочего зазора между ножами статора и ротора, показанных на рисунке 1 уменьшается на 25%. Вместо оптимального зазора 0,35 мм, фактическая величина зазора увеличится на 0,09 мм и составит 0,44 мм. Это обуславливается влиянием коэффициента термического расширения материала рабочих органов установки. При понижении температуры, происходит уменьшение линейных размеров ножей ротора и статора, что в сумме увеличивает величину рабочего зазора.

Рисунок 2. Схема влияния температуры на геометрические размеры рабочих органов роторно-ножевой мельницы

В таблице 1 представлены расчетные параметры величины рабочего зазора и качественных показателей древесноволокнистого полуфабриката при различных температурах окружающей среды. Из таблицы видно, что степень помола массы и фракционный показатель качества помола достигают своих нормативных значений 20 ДС и 32,7г. при температуре окружающей среды не ниже 15 °С.

Таблица 1.

Расчетные параметры

Таким образом, как показал анализ расчетных данных представленных в таблице 1, сохранение качественных характеристик древесноволокнистого полуфабриката при размоле щепы из порубочных остатков в виде ветвей, веток и сучьев происходит в процессе эксплуатации роторно-ножевой установки при температуре окружающей среды не ниже 15°С.

Проект «Разработка и внедрение эффективной технологии комплексной переработки лесосечных отходов» проведен при поддержке Красноярского краевого фонда науки». Исследование выполнено при поддержке гранта Президента РФ - для молодых ученых - кандидатов наук МК-1902.2019.6.

Список литературы:

1. Безруких, Ю.А. Медведев, С.О., Алашкевич, Ю.Д., Мохирев, А.П., 2014: Рациональное природопользование в условиях устойчивого развития экономики промышленных предприятий лесного комплекса. Экономика и предпринимательство 12(2): 994-996.
2.  Васильев, С. Б., Патякин, В. И., Шегельман, И. Р., 2001: Техника и технология производства щепы в леспромхозе. ПетрГУ. Петрозаводск, 100 стр.
3. Чистова, Н. Г., 2010: Переработка древесных отходов в технологическом процессе получения древесноволокнистых плит. Доктор технических наук. Диссертация, СибГТУ, Красноярск, 415 стр.
4.  Щукин, П. О., Демчук, А. В., Будник, П. В., 2012: Повышение эффективности переработки вторичных ресурсов лесозаготовок на топливную щепу. Инженерный вестник Дона 3: URL: http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/1025.
5. Ласкеев, П. Х., 1967: Производство древесной массы. Ленинград, 581 стр.