Жизненный цикл продукции и основные виды воздействия производства на окружающую среду

 Обугленные поверхности  древесины для производства щепы  не допускаются. Наличие обугленных частиц и металлических включений в щепе отрицательно влияет на качественные показатели плит и состояние оборудования, особенно на размольной  гарнитуре дефибраторов и рафинаторов.  Содержание минеральных  включений разрешается не более 1%. При пропуске через гидромоечную установку содержание их снижается на 90-95%.

1.4 Форма, влажность и плотность древесного сырья

 Размеры древесного  сырья зависят от приемных  устройств рубильных машин, наличия специального оборудования для разделки сырья. Размеры древесного сырья для технологической переработки установлены по длине 1-6 м с градацией 1 м независимо от сортности сырья, по толщине для Ι сорта – 4 см и выше, для ΙΙ и ΙΙΙ сортов – 2см и выше.  При поставке сырья в расколотом виде наибольшая толщина не должна превышать 40 см.  Высота оставляемых сучьев не более 5 см.

 Отходы лесопиления  и деревообработки используют длиной до 4,5-6,5 м. Тонкомерное сырье, получаемое при рубке ухода за лесом и на лесосеках главного пользования при осветлении, прочистке, прореживании, применяется неокоренным, с обрубленными сучьями, с толщиной в верхнем отрубе 2-6 см при длине 1-3 м.

Оптимальная относительна влажность щепы 30-50%. Влажность древесины, поступающей на предприятия, из-за периодичности поставки, различия сроков хранения и ряда других факторов значительно колеблется. Для выравнивания влажности рекомендуется перемешивать щепу в процессе приготовления, загрузки, выгрузки, выдерживать в складах (бункерах), пропускать через гидромойку.

Плотность древесного вещества почти не зависит от породы древесины и составляет в среднем 1540 кг/мᶾ. Плотность древесины как физического тела зависит от объема пор и влажности древесины. В производстве ДВП  важнейшую роль играет  условная плотность древесины – отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к объему при влажности, равной пределу гигроскопичности или больше его.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристика способов производства древесноволокнистых плит

 

Наиболее  распространенные способы изготовления древесноволокнистых  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 формируется 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 нашей стране плиты выпускают по мокрому и сухому способам производства.  В процессе изготовления плит любым из названных  способов древесину измельчают в щепу; затем ее превращают в волокна, из которых формируют ковер, разрезанный далее 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.

 

1. Мокрый способ производства древесноволокнистых плит

Данный способ включает следующие основные стадии [1]:

• получение древесноволокнистой массы;
• проклейка древесноволокнистой массы;
• отлив древесноволокнистого ковра;
• горячее прессование плит;
• пропитка маслом, термическая обработка и увлажнение древесноволокнистых плит;
• форматная резка плит;
• контроль качества.

2.1.1 Производство мягких древесноволокнистых плит

Технологическая схема производства мягких (изоляционных) древесново-

 

 

 

 

локнистых плит на участках приема и подготовки древесного сырья и химических добавок не отличается от схемы производства твердых плит.  Но волокнистая масса используется с более высокой на 15-18 ДС степенью помола, т.е. составляет 36-40 ДС. Это достигается применением третьей ступени размола на дисковой мельнице, которую устанавливают на потоке массы, поступающей из рафинаторного бассейна.

В качестве упрочняющей добавки используют  малотоксичную фенолоформальдегидную смолу при повышенном на 1-2% расходе по сравнению с расходом для твердых плит. В качестве гидрофобизатора применяют эмульсии с парафин содержащими веществами, а для проклейки плит применяют канифольно-парафиновую эмульсию или эмульсию с сульфатным мылом.

Формирование древесноволокнистого ковра производят на плоскосеточной отливной машине с увеличенной до 2440 мм и более шириной сетки при пониженной до 4 м/мин скорости.

Плиты впускают толщиной от 8 до 25 мм. После отливной машины полотна влажностью порядка 65% автоматически питателем подаются в роликовую сушилку. Промышленное применение нашли 8-,12-и 20-ярусные сушилки с многократной циркуляцией сушильного агента воздуха, подогреваемого в калориферах с применением в качестве теплоносителя насыщенного водяного пара давлением 1,0-1,2 МПа.

Мягкие плиты дополнительной термообработке и кондиционированию не подвергаются.  

 

2.2 Сухой способ производства твердых древесноволокнистых плит

 

В настоящее время известно несколько технологических схем производства ДВП сухим способом с применением различного оборудования.

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; смешение волокна со связующими и другими добавками; сушка волокна; формирование ковра; предварительное уплотнение (подпрессовка); прессование; кондиционирование плит; механическая обработка плит.

При производстве древесноволокнистых плит сухим способом применяют древесину различных пород, причем в отличие от производства мокрым способом здесь отдается предпочтение древесине лиственных пород, что обусловлено спецификой воздушного ковра.  Короткие и ровные волокна лиственных пород, при прочих равных условиях, обеспечивают более равномерную плотность ковра, чем длинные волокна хвойных пород.

Древесина различных пород вследствие особенностей ее структуры требует специфической обработки, поэтому плиты с наименьшим содержанием связующего получают при использовании одной породы. 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. При смешивании пород с различной плотностью плиты различаются массой и скоростью волокон в воздушном потоке, поэтому равномерная сушка не может быть обеспечена. Следует также учитывать, что породы древесины разной плотности требуют разных сроков сушки.

 

2.2.1 Производство ДВП периодическим способом с применением многоэтажного гидравлического пресса

Принципиальная особенность сухого способа производства состоит в формировании древесноволокнистого ковра из сухих волокон и прессование в горячем гидравлическом прессе полотна без транспортной сетки, что значительно сокращает цикл последнего указанного процесса.

Периодический способ производства ДВП включает следующие стадии [1]:

• приготовление древесноволокнистой массы. На заводах по производству ДВП сухого способа принята одноступенчатая схема размола щепы с использованием пропарочно - размольной установки, работающей по методу «Бауэра». Установка «Бауэр» состоит из пропарочной камеры рафинера с двумя размольными дисками, вращающимися в разные стороны. Диаметр размольных дисков – 915 мм, частота вращения – 1500 мин-1. При оценке качества древесноволокнистой массы большое значение придается фракционному составу волокон и их степени помола. Удовлетворительной считают такую  древесноволокнистую массу, в которой  крупная фракция, оставшаяся на сите № 10 (10 отверстий или ячеек  на 1 дюйм сетки), составляет 10%, средняя фракция на сите № 80 – 70% и мелкая на сите № 200 – 20%. Для определения степени помола волокон применяют прибор ВНИИдрев, принцип действия которого основан на определений сопротивления волокон потоку проходящего через него воздуха. Навеску высыпают в рабочую трубку, внутри которой расположена сетка.  В трубе вакуум- насосом создается разряжение.  Волокна в потоке воздуха скоростью до 1 м/с осаждаются на сетке, покрывая ее тонким слоем.  Разряжение под  слоем волокон характеризует степень помола выраженную в единицах ВНИИдрев. Древесноволокнистая масса для наружных слоев плит  должна иметь степень помола 350 единиц, для внутренних – не менее 250 единиц, что ориентировочно составляет 13,7 и 12 ДС.
• введение связующей и гидрофобизирующей добавки. В качестве связующего, вводимого в древесноволокнистую массу, применяют фенолоформальдегидную смолу (например, марки СФЖ-3014), расход которой зависит от толщины плиты: при толщине плиты 6-8 мм – 4-5% от массы сухого волокна, при 10-12 мм – 6-8%.  Рабочий раствор фенолоформальдегидной смолы готовят 25%-ной концентрации; его вязкость по вискозиметру ВЗ-4 должна быть 11-25 с. Раствор смолы вводят в массу сразу после мельницы размола. Для придания плите гидрофобных свойств в ее композицию добавляют восковые продукты (парафин). Парафин вводят в расплавленном виде при температуре

80 - 90 ◦С путем впрыскивания  его в щепу перед шаровым  затвором пропарочного котла.  Расход парафина составляет  1% от массы сухого древесного  волокна.

• сушка древесных волокон. После размола абсолютная влажность волокнистой массы достигает 120%. Снижают влажность волокна до 6-8% в две ступени в сушилках. В качестве сушильного агента используются горячий воздух и смесь топочных газов с воздухом. Волокна сушатся во взвешенном состоянии. На первой ступени сушки волокна после размола транспортируются по трубопроводу воздухом, подогретым в воздухонагревателе до температуры 160-170 ◦С. Увлажненный воздух и пар отделяются от волокон в циклоне и через выпускную трубу удаляются в атмосферу.  Продолжительность сушки на первой ступени 4-5 с. Через ротационный разгрузочный клапан и рыхлитель волокна температурой около 70 ◦С и абсолютной влажностью 65-67 %  поступают на вторую ступень сушки в барабанную сушилку системы «Бютнер», в которой сушильным агентом служит смесь топочных газов с воздухом. Температура сушильного агента перед сушилкой – 190 ◦С, а при поступлении в барабан – 150 ◦С. В барабане сушилки сушильный агент движется винтообразно по внутренней цилиндрической его поверхности; при этом волокна интенсивно перемешиваются. Время сушки зависит от шага винтообразного потока, который регулируется направляющими лопатками, расположенными в нижнем канале, и может составлять 8-15 с. После сушки волокна направляются по воздуховоду в циклон, где отделяются от сушильного агента. Температура удаляемого сушильного агента, которая не должна превышать 70 ◦С, контролируется системой автоматического регулирования. Сухие волокна проходят пневмосистему охлаждения, после чего направляются на формирование ковра. Процесс сушки волокон требует строгого контроля из-за высокой пожаро- и взрывоопасности.
• формирование древесноволокнистого ковра.  Формирование  древесноволокнистого ковра осуществляется на движущейся сетке в воздушной среде. Участок формирования, предназначенный для изготовления пятислойного ковра, состоит из вакуум-формирующей машины с пятью головками, системы пневмотранспорта, ленточно-валкового предварительного пресса, узла раскроя ковра и плитного форпресса. Сетка  вакуум-формирующей машины движется со скоростью 9-50 м/мин, которая зависит от высоты формируемого ковра. Максимальная общая высота  формируемого ковра 560 мм. Ковер формируется последовательно в результате перемещения сетки от одной формующей головки к другой. Плотность получаемого древесноволокнистого ковра, зависящая от плотности древесины, степени помола волокна, вакуума под сеткой и других факторов, составляет 15-25 кг/м3.
• подпрессовка древесноволокнистого ковра. После вакуум-формирующей машины древесноволокнистый ковер поступает в ленточно-валковый пресс, где предварительно подпрессовывается. Пресс состоит из двух пар валков и регистровых валиков, на которые натянуты ленты, шириной 2250 мм. Скорость движения лент регулируется в пределах 9-50 м/мин. Нижняя лента проходит под сеткой вакуум-формирующей машины и движется со скоростью, равной скорости сетки.  Верхняя часть пресса состоит из двух секций, соединенных между собой шарнирно. В первой секции регистровые валики расположены наклонно под углом приблизительно 6 градусов по отношению к нижним, что позволяет постепенно уплотнять уходящий в пресс ковер. Просвет между регистровыми валиками во входной части пресса, таким образом, может достигнуть 600 мм.  Регистровые валики второй секции расположены горизонтально, параллельно нижним валикам. Расстояние между валиками регулируют в пределах 200 мм.  Древесноволокнистый ковер во время подпрессовки значительно уплотняется, становясь транспортабельным. При этом высота ковра уменьшается примерно в 2,5 раза. Оценкой качества ковра служит равномерность распределения плотности ковра и состояние его кромок на следующей стадии технологического процесса – форматной обрезке. Толщина древесноволокнистых полотен  после первичной подпрессовки устанавливается в зависимости от толщины изготовляемых плит, мм: для плит толщиной 6 мм – 100, толщиной 8 мм – 140. Древесноволокнистые полотна толщиной свыше 120 мм  не могут быть направлены в горячий гидралический пресс из-за недостаточного просвета между плитами пресса, поэтому они подвергаются дополнительной предварительной подпрессовке в одноэтажном плитном форпрессе периодического действия. Форпресс состоит из нижней (неподвижной) и верхней (подвижной) плит, максимальное расстояние между которыми 460 мм. Выгруженное древесноволокнистое полотно из форпресса поступает на участок, где проверяют его качество. 
• горячее прессование плит. Горячее прессование ведут в 22-этажном гидравлическом прессе, оснащенном механизмом одновременного смыкания плит. ДВП прессуются непосредственно между поверхностями горячих плит пресса без глянцевых, транспортных листов и сеток, которые используются при мокром способе производства. Спрессованные ДВП вдвигаются в приводные ролики, которые направляют их в разгрузочную этажерку, откуда они по одной поступают на конвейер, подающий их на участок обрезки кромок. Разгруженный пресс продувается сжатым воздухом от осевшего волокна.
• кондиционирование плит. После продольной обрезки кромок плиты подаются с помощью 88-полочной вагонетки в камеру кондиционирования. Камера разделена на четыре зоны: в зоне 1 происходит выравнивание температуры плит, в ней поддерживаются температура воздуха 60-65◦С и относительная влажность воздуха 50%; в зонах 2 и 3 плиты увлажняются при температуре 65-75◦С и относительной влажности воздуха 75-80%; в зоне 4 плиты охлаждаются при температуре 20-30◦С и относительной влажности воздуха 65-70%. Время тепловлажной обработки составляет 11,3 часа выгруженные из камеры кондиционирования вагонетки с плитами направляются к разгрузочному типпелю. Уложенные пачки плит подвергаются выдержке в течение не менее суток, во время которой снимаются внутренние напряжения в плитах. Завершающий этап технологического процесса – форматная резка плит и, если необходимо, их механическая обработка.

 

2.2.2 Производство непрерывным способом с применением каландрового пресса

В производстве ДВП сухим способом перспективным является применение метода непрерывного прессования, т. е. превращение древесноволокнистого ковра в плиту во время его движения с последующей резкой плитной ленты на требуемые форматы. В качестве прессового агрегата могут быть использованы каландр (обогреваемый барабан) или гусеничный плитный пресс. Сухой способ производства плит методом непрерывного каландрового прессования реализуется с применением оборудования фирмы «Бизон» (ФРГ).  Этим способом выпускают плиты  двусторонней гладкости толщиной 2,5; 3,2; 4,0; 6,5 мм, максимальной шириной 2400мм, длиной 2000; 2440; 2500; 2800; 3600 мм. Технологический процесс изготовления ДВП методом непрерывного каландрового прессования включает в себя следующие операции: приемку сырья и материалов; нормилизацию технологической щепы; приготовление и введение гидрофобизирующего вещества (парафина), связующего вещества (карбидо- и фенолоформальдегидной смолы), пластифицирующей добавки (карбамида или гексаметилентетрамина), отвердителя (хлористого или сульфата аммония); размолщепы на волокна; сушка древесноволокнистой массы; формирование древесноволокнистого ковра; прессование древесноволокнистой плитной ленты; раскрой плитной ленты на форматы; упаковку и укладку плит.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Физико-химические основы производства древесноволокнистых плит

Размол щепы – это одна из ответственных операций технологии производства древесноволокнистых плит. От качества и степени размола зависят процессы отлива и обезвоживания ковра, прессования и термовлагообработки плит, и соответственно, качественные показатели готовых плит. Полученная в процессе размола древесноволокнистая масса, насыщенная водой и дополнительно разбавленная ею в циклоне, представляет собой водную суспензию древесных волокон. Суспензия при значительном разбавлении ее водой приобретает вязкость, соответствующую воде, а при повышении содержания волокон вязкость смеси увеличивается, причем при определенной степени концентрации смесь теряет свойства текучести и перестает быть жидкостью. Концентрацию массы (в процентах) определяют по формуле

 

К =

где m1 - масса абсолютно сухого волокна в пробе, г; m2 - масса всей пробы, г.

Концентрация массы в трубопроводе после первичного размола составляет      ̴ 33%, в циклоне при отделении пара концентрация повышается, однако подаваемой водой массу разбавляют и обычно направляют в промежуточный бассейн. Перед вторичным размолом концентрация должна быть не ниже 4%, на отливе – 0,9-1,8%.