Основы комплексной переработки древесного сырья методические указания по самостоятельному изучению дисциплины для студентов направлений подготовки 15.04.04, 38.04.02, 35.04.02
.pdfФанеру разделяют не только по размерам, породе древесины, сортности, но и по содержанию свободного формальдегида (классы эмиссии Е1 и Е2), степени механической обработки поверхности: нешлифованная (НШ), шлифованная с одной стороны (Ш1), с двух сторон (Ш2). Требования к шероховатости поверхности (степени разрыхленности поверхности древесины) зависят не только от способа обработки поверхности, но и от породы древесины, из которой изготовлена фанера.
Особым видом продукции из шпона являются клееные балки (LVL), прочность которых значительно выше, чем у клееных балок из пиломатериалов.
Анализируя различные древесные плиты из измельченной древесины (древесностружечные плиты (particleboard), ДСтП; древесностружечные плиты с ориентированными крупномерными частицами (oriented strand board), ОСП или OSB; древесноволокнистые плиты (fiberboard), ДВП (мягкие, ДВПм; средней плотности (medium density), ДВПсп (MDF); твердые, ДВПт; сверхтвердые, ДВПст), студент приходит к пониманию того, что эти материалы появились как товары-заменители пиломатериалов и фанеры, позволяющие при этом утилизовать невостребованную древесину и отходы.
Выбор древесного материала (пиломатериала, фанеры, плиты) для изготовления конструкций, изделий и сооружений зависит от их функционального назначения и условий эксплуатации. Для обоснованного выбора необходимо знать основные показатели, характеризующие качество материала: прочность при изгибе, модуль упругости при изгибе, прочность на отрыв поперек пласти (растяжение перпендикулярно пласти), атмосферо- и водостойкость, разбухание по толщине за 24 часа, точность формы и размеров (табл. 3), а в ряде случаев и др.
Далее студент приступает к анализу направлений снижения отходов в производстве пиломатериалов и фанеры, основным из которых являются обоснованный выбор сырья, технологического и контрольноизмерительного оборудования, учитывающего строение и свойства обрабатываемой древесины, назначение продукции. Особое внимание следует уделить необходимости использования инновационных методов физического неразрушающего контроля формы, размеров, строения и свойств сырья (круглых лесоматериалов) и предметов труда в процессе обработки: лазерного сканирования, компьютерной томографии, фотометрии и др.
3.2. Виды, количество и характеристика древесных отходов
Прежде чем приступить к изучению отходов, студенту следует уяснить их классификацию (рис. 2). Далее, следует изучить основные термины и определения в области утилизации древесных отходов (табл. 4).
11
12
Рис. 2. Использование древесной массы пиловочного сырья
|
|
Таблица 4 |
|
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ |
|
|
|
|
Термины |
|
Определения |
1. Лесоматериалы |
|
Материалы из древесины, сохранившие ее природную |
|
|
физическую структуру и химический состав, получаемые |
|
|
путем поперечного или продольного деления |
2. Пилопродукция |
|
Продукция из древесины, полученная в результате про- |
|
|
дольного деления бревен и продольного и поперечного де- |
|
|
ления полученных частей |
3. Пиломатериалы |
|
Пилопродукция установленных размеров и качества, |
|
|
имеющая, как минимум, две плоскопараллельные пласти |
4. Пиломатериал ради- |
|
Пиломатериал, полученный ориентированной распиловкой |
альной распиловки |
|
круглых лесоматериалов или брусьев с преимущественным |
|
|
направлением пропилов, близким к радиусам годичных |
|
|
слоев древесины |
5. Пиломатериал |
|
Пиломатериал, полученный ориентированной распиловкой |
тангенциальной |
|
круглых лесоматериалов с преимущественным направлени- |
распиловки |
|
ем пропилов по касательной к годичным слоям древесины |
6. Конструкционные |
|
Пиломатериалы с гарантированными показателями прочно- |
пиломатериалы |
|
сти для изготовления деталей несущих конструкций |
7. Обрезной |
|
Пиломатериал (заготовка) с кромками, опиленными пер- |
пиломатериал |
|
пендикулярно пластям и с обзолом не более допустимого |
|
|
по соответствующей нормативно-технической документа- |
|
|
ции |
8. Необрезной пилома- |
|
Пиломатериал (заготовка) с не опиленными или частично |
териал |
|
опиленными кромками, с обзолом более допустимого |
|
|
в обрезном пиломатериале |
9. Строганый |
|
Пиломатериал (заготовка), у которого обработаны строга- |
пиломатериал |
|
нием хотя бы одна пласть или обе кромки |
10. Калиброванный |
|
Пиломатериал (заготовка), высушенный и обработанный |
пиломатериал |
|
до заданного размера |
11. Брус |
|
Пиломатериал толщиной и шириной 100 мм и более |
12. Брусок |
|
Пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной не более |
|
|
двойной толщины |
13. Доска |
|
Пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной более |
|
|
двойной толщины |
14. Заготовка |
|
Пилопродукция с размерами и качеством, соответствую- |
из древесины |
|
щими изготовляемым из нее деталям и изделиям с припус- |
|
|
ками на обработку и усушку |
15. Шпала |
|
Пилопродукция установленной формы и размеров, приме- |
|
|
няемая в качестве опор для рельсов железнодорожных |
|
|
путей |
16. Обапол |
|
Пилопродукция, имеющая внутреннюю пропиленную, |
|
|
а наружнуюнепропиленную или частично пропиленную |
|
|
пласть, применяемая для крепления горных выработок[1;2] |
17. Горбыльный обапол |
|
Обапол, у которого наружная пласть не пропилена или про- |
|
|
пилена не более чем на половину длины |
|
13 |
|
|
|
Продолжение табл. 4 |
|
|
|
|
|
|
Термины |
Определения |
|
18. |
Горбыль |
Боковая часть бревна, имеющая одну пропиленную, а другую |
|
|
|
непропиленную или частично пропиленную поверхность, с |
|
|
|
нормируемой толщиной и шириной тонкого конца |
|
19. |
Пласть |
Любая из двух противоположных более широких продольных |
|
пиломатериала |
поверхностей пиломатериала, а также любая продольная по- |
||
|
|
верхность пиломатериала с квадратным сечением |
|
20. |
Кромка |
Любая из двух противоположных более узких продольных |
|
пиломатериала |
опиленных поверхностей обрезного пиломатериала, а также |
||
|
|
любая из обзольных продольных поверхностей необрезного |
|
|
|
пиломатериала |
|
21. |
Торец |
|
|
пиломатериала |
Концевое поперечное сечение пиломатериала |
||
|
|
|
|
22. |
Ребро |
Линия пересечения двух смежных поверхностей |
|
пиломатериала |
пиломатериалов |
||
23. |
Толщина |
Размер пиломатериала, определяемый расстоянием между |
|
пиломатериала |
пластями в установленном для измерения месте в направле- |
||
(высота бруса) |
нии, перпендикулярном пластям |
||
24. |
Ширина |
Размер пиломатериала, определяемый расстоянием между его |
|
пиломатериала |
кромками в установленном для измерения месте в направле- |
||
|
|
нии, перпендикулярном его продольной оси |
|
25. |
Номинальный |
Размер пиломатериала, установленный нормативно- |
|
размер пиломатериала |
|||
технической документацией при заданной влажности |
|||
|
|
|
|
26. |
Фактический |
|
|
размер пиломатериала |
Размер пиломатериала при его измерении |
||
|
|
|
|
27. |
Выход |
Количество пиломатериалов, полученных из одного кубиче- |
|
пиломатериалов |
ского метра сырья |
||
28. |
Посортный выход |
Выход пиломатериалов по каждому сорту |
|
пиломатериалов |
|
||
29. |
Пропил |
Пространство, образующееся при распиловке за счет |
|
|
|
измельчения и удаления части древесины |
|
30. |
Оцилиндровка |
Обработка с целью придания бревну цилиндрической формы |
|
бревна |
|||
|
|||
31. |
Распиловка бревна |
Продольное деление бревна на пилопродукцию |
|
32. |
Раскрой |
Деление пиломатериала по ширине, толщине и длине |
|
пиломатериала |
|||
|
|||
33. |
Раскрой |
Раскрой пиломатериала параллельно его кромке или про- |
|
пиломатериала |
|||
дольной оси |
|||
по ширине |
|||
|
|||
34. |
Раскрой |
|
|
пиломатериала |
Раскрой пиломатериала параллельно его пластям |
||
по толщине |
|
||
35. |
Кора |
Наружная часть ствола, сучьев и ветвей, покрывающая |
|
|
|
древесину |
|
14 |
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 4 |
|
|
|
|
|
|
Термины |
Определения |
|
36.Щепа |
Щепа для изготовления древесностружечных и древесново- |
|
|
технологическая |
локнистых плит |
|
|
|
|
|
|
37. |
Топливная щепа |
Древесная щепа для производства тепловой энергии. Общих |
|
|
|
требований не существует, так как фракционный состав оп- |
|
|
|
ределяется технологией сжигания |
|
|
|
|
|
38. |
Дрова |
Круглые или колотые сортименты, которые по своим разме- |
|
|
|
рам или качеству могут использоваться только как топливо |
|
|
|
|
|
39. |
Древесные |
Частицы, полученные в результате измельчения древесного |
|
частицы |
сырья |
|
|
40. |
Дробленка |
Древесные частицы, полученные при измельчении древеси- |
|
|
|
ны на дробилках и молотковых мельницах |
|
41. |
Древесная |
Тонкие древесные частицы, образующиеся при резании дре- |
|
стружка |
весины |
|
|
42. |
Древесные опилки |
Мелкие частицы древесины, образующиеся в процессе пиле- |
|
|
|
ния древесины |
|
43. |
Технологические |
Опилки, пригодные для производства целлюлозы, древесных |
|
древесные опилки |
плит и продукции лесохимических и гидролизных произ- |
|
|
|
|
водств |
|
44. |
Древесная мука |
Древесные частицы заданного гранулометрического состава, |
|
|
|
полученные путем сухого механического размола древесины |
|
45. |
Древесная пыль |
Несортированные древесные частицы размером менее 1 мм |
|
46. |
Отсев |
Совокупность древесных частиц, которые проходят все сече- |
|
|
|
ния отверстий сит и собираются на поддоне сортирующих |
|
|
|
устройств |
|
47. |
Породный состав |
Количественное соотношение измельченной древесины раз- |
|
измельченной |
ных пород |
|
|
древесины |
|
||
|
|
||
48. |
Примесь гнили |
Наличие в общей массе измельченной древесины частиц, по- |
|
|
|
раженных гнилью |
|
49. |
Примесь коры |
Наличие вобщей массе измельченной древесины частиц коры |
|
50. |
Коэффициент |
Отношение объема древесины к объему полученной из нее |
|
полнодревесности |
измельченной древесины |
|
|
51. |
Уплотнение |
Уменьшение первоначального объема за счет механических |
|
измельченной |
воздействий в результате механической обработки |
|
|
древесины |
|
|
|
Примечание. К измельченной древесине относятся: щепа, |
|
||
|
|
древесные частицы, дробленка, стружка, опилки, древесная |
|
|
|
мука, древесная пыль |
|
52. |
Коэффициент |
|
|
уплотнения |
Отношение насыпного объема к уплотненному |
|
|
измельченной |
|
||
|
|
||
древесины |
|
|
|
|
|
15 |
|
Окончание табл. 4
|
Термины |
Определения |
|
53. |
Сыпучесть |
Свойство частиц измельченной древесины самопроизвольно |
|
измельченной |
|||
рассыпаться под воздействием сил тяжести |
|||
древесины |
|||
|
|||
54. |
Влажность |
|
|
измельченной |
Массовая доля воды в измельченной древесине |
||
древесины |
|
||
55. |
Самовозгораемость |
Свойство измельченной древесины при определенных усло- |
|
измельченной |
виях самовозгораться |
||
древесины |
|||
|
|||
56. |
Лущение |
Резание древесины в плоскости, параллельной направлению |
|
древесины |
волокон, при котором фанерный чурак совершает враща- |
||
|
|
тельное движение, а лущильный нож поступательное движе- |
|
|
|
ние на фанерный чурак с целью получения лущеного шпона |
|
|
|
[ГОСТ 15812–87] |
|
56. |
Вставка из шпона |
Кусок здорового шпона различной формы и размеров, встав- |
|
|
|
ленный на место удаленного дефектного участка |
|
57. |
Карандаш |
Оставшаяся после лущения часть фанерного чурака, имею- |
|
|
|
щая форму цилиндра при цилиндрическом лущении или не- |
|
|
|
правильного эллипса при эксцентрическом лущении |
|
58. |
Лента шпона |
Шпон заданной толщины, полученный из одного фанерного |
|
|
|
чурака |
|
59. |
Обрезки шпона |
Отходы шпона (слоистой клееной древесины), полученные |
|
(слоистой клееной |
|||
при обработке (обрезке) |
|||
древесины) |
|||
|
|||
60. |
Фанерный чурак |
Отрезок фанерного кряжа, длина которого соответствует ус- |
|
|
|
тановленному размеру форматного листа лущеного шпона по |
|
|
|
длине волокон с припуском на оторцовку |
|
61. |
Строганый шпон |
Шпон, полученный при строгании бруса или ванчеса |
|
62. |
Шпон-рванина |
Шпон незаданных размеров и формы, полученный в начале |
|
|
|
лущения при оцилиндровке фанерного чурака или в начале |
|
|
|
строгания бруса или ванчеса |
|
63. |
Композиционная |
Фанера (фанерная плита), имеющая один центральный или |
|
фанера (фанерная |
несколько внутренних слоев, образованных из листовых ма- |
||
плита) |
териалов. |
||
Затем студенты последовательно изучают баланс древесины, основные виды отходов, образующихся при производстве пиломатериалов, фанеры и плит, уделяя особое внимание установлению зависимости количества отходов, их размеров и свойств от технологии переработки древесного сырья.
Количество отходов зависит от размеров и сорта сырья, вида изготовляемой продукции и требований к ее качеству, используемых на производстве технологий и оборудования. Количество отходов в деревообработке в зависимости от влияющих факторов может достигать 65–70 % от объема сырья (табл.5, 6).
16
Таблица 5
Баланс древесины в лесопилении при раскрое пиловочных бревен (средние данные)
Наименование продукта, отходов, потерь |
Объем в сырье, % |
|
|
|
|
1. Пиломатериалы |
27 |
– 59 |
2. Технологическая щепа |
25,0 |
– 45,0 |
(кусковые отходы) |
|
|
3. Опилки, отсев |
10 |
– 20 |
4. Усушка |
5,0 |
– 6,0 |
5. Распыл |
0,1-1 |
|
|
|
Таблица 6 |
Баланс сырья в производстве березовой фанеры |
|
|
(средние данные) |
|
|
|
|
|
Наименование продукта, отходов, потерь |
Объем в сырье, % |
|
|
|
|
Фанера |
34 |
– 47 |
Отходы: |
|
|
– При раскряжевке |
2 |
– 3 |
– при лущении, включая карандаш |
26 |
– 29 |
– при сушке и обработке сухого шпона |
3 |
– 4 |
– при обрезке фанеры |
9 – 10 |
|
Потери: |
|
|
– на усушку шпона |
5 |
– 7 |
– на упрессовку фанеры |
7 – 11 |
|
– на шлифование фанеры |
1 |
– 2 |
Основными отходами являются:
●в лесопилении: рейка обзольная, короткомерные обрезки пиломатериалов, опилки, стружка (при изготовлении строганых пиломатериалов);
●в фанерном производстве: шпон-рванина, карандаш, обрезки шпона и фанеры, опилки, древесная пыль;
●в производстве плитных материалов: обрезки плит, опилки, древесная пыль.
Далее необходимо изучить основные характеристики древесных отходов: размеры, форму и свойства. Форма и размеры древесных частиц зависят от применяемых на производстве технологий и оборудования переработки древесного сырья и характеризуются фракционным составом.
Для измельченной древесины характерны понятия: насыпная масса, складочная масса, коэффициент полнодревесности (коэффициент заполнения).
К основным свойствам древесных отходов в виде измельченной древесины (опилки, стружка, древесная пыль) относят: гигроскопические, пирофорные, абразивные. Отходы деревообработки делят на две группы:
17
–твердые: горбыль, рейки, кусковые отходы (обрезки);
–мягкие: опилки, стружка, древесная пыль.
Отходы в лесопилении составляют в среднем 41–73 %, в фанерном производстве – 53–66 % от объема круглых лесоматериалов. Студент должен понимать, что приведеннные значения количества отходов весьма приближенные и зависят от большого числа факторов: вида производства, уровня его концентрации и специализации, комбинирования, технологии, объема и номенклатуры портфеля заказов и др. Уменьшение количества отходов – одна из основных задач технологических служб деревообрабатывающих производств. Эффективными направлениями повышения коэффициента использования древесины являются:
●в лесопилении: переработка кусковых отходов в технологическую щепу;
●в фанерном производстве: полный отбор деловых кусков шпона и уменьшение диаметра карандаша;
●в производстве столярностроительных конструкций: сращивание короткомерных пиломатериалов по длине на зубчатый шип, склеивание пиломатериалов по кромке и по пласти.
3.3.Продукция из древесных отходов
Косновным видам продукции из древесных отходов относят:
–технологическую щепу;
–топливную щепу;
–топливные пеллеты и брикеты;
–композиционные местные строительные материалы: арболит, фибролит, ксилолит, велокс, термиз и др.;
–товары потребительского спроса: игрушки, бытовой и спортивный инвентарь и др.
Основные направления использования отходов в лесопилении представлены на рис. 3. К каждому из вышеперечисленных видов продукции, которая может быть получена из древесных отходов, предъявляют определенные требования.
Ктехнологической щепе предъявляют следующие требования:
●размеры: длина – 10–60 мм, толщина – 20 мм, угол среза – 30–60°;
●содержание иных веществ: массовая доля коры – не более 15 %, массовая доля гнили – не более 5 %, массовая доля минеральных примесей – не более 0,5 %;
●массовая доля остатков на ситах: с отверстиями диаметром 30 мм – не более 5 %, с отверстиями диаметром 20 и 10 мм – не менее 85 %, на поддоне – не более 10 %.
18
Рис. 3. Направления использования отходов лесопиления
Студенту известно, что древесина является возобновляемым энергетическим ресурсом, ее применение в качестве топлива с целью получения тепловой и электрической энергии на деревоперерабатывающих предприятиях высокоэффективно, как при использовании специализированных топливных устройств, так и комбинированных, позволяющих сжигать и отходы древесины, другие энергоносители (газ, мазут и т. п.).
Сжигать древесные отходы можно без предварительной подготовки. Техническая характеристика древесных отходов как энергоносителя приведена в табл. 7.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
|
Техническая характеристика древесных отходов как энергоносителя |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Относи- |
Насып- |
Низшая рабочая теплотворная |
|
Золо- |
||||
Вид |
тельная |
ная |
|
||||||
влаж- |
плот- |
|
способность |
|
|
содержание |
|||
древесноготоплива |
ность |
ность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
кг/м3 |
ккал/кг |
|
кВт·ч/кг |
|
МДж/кг |
|
% |
Опилки (сырые) |
45-60 |
250-350 |
2186-1427 |
2,54-1,66 |
|
9,15-5,97 |
|
0,4-0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стружка столярного |
5-15 |
80-120 |
4213-3707 |
|
4,9-4,3 |
|
17,6-15,5 |
|
0,4-0,6 |
производства (сухая) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щепа из отходов |
10-15 |
150-300 |
3960-1933 |
|
4,6-2,25 |
|
16,6-8,1 |
|
0,4-1 |
деревообработки |
|
|
|
||||||
(сухая) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щепа из отходов |
45-60 |
250-350 |
2186-1427 |
|
2,54-1,66 |
|
9,15-5,97 |
|
0,5-2 |
лесопиления (сырая) |
|
|
|
||||||
Древесная пыль |
5-15 |
100-150 |
4213-3707 |
|
4,9-4,3 |
|
17,6-15,5 |
|
0,4-0,8 |
(сухая) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фанерные отходы |
5-15 |
200-300 |
4213-3707 |
|
4,9-4,3 |
|
17,6-15,5 |
|
0,4-0,8 |
(сухие) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
Высокую эффективность показывает энергохимическое использование древесных отходов, позволяющее получать из древесины различные химические продукты и горючий газ. Технологически не сложным процессом переработки древесных отходов является производство топливных гранул и брикетов (табл. 8), но требующее сушки древесины до влажности 5–12 %.
Таблица 8
Характеристики топливных брикетов из различных видов сырья
Показа- |
Ед. |
|
|
Материал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Опилки |
|
|
|
|
|
|
||
тели |
изм. |
Опилки |
Солома |
Солома |
Льнокостра |
Мякина |
Кукуруза |
|
|
|
твердо- |
прочие |
зерновая |
рапс |
початки |
||
|
|
лиственные |
|
|
|
|
|
|
Зольность |
% |
0,2-0,5 |
0,2-0,5 |
5,8 |
6,5 |
5,3 |
5,0 |
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплота |
ккал/ |
4600-5000 |
4400-4900 |
4480 |
4070 |
4400 |
3985 |
4300 |
сгорания |
кг |
|||||||
Широкое распространение находят следующие топливные гранулы (пеллеты).
Технические характеристики пеллет:
диаметр – 6–8 мм, длина – 10–79 мм, влажность – 8,1 %, зольность – 3,6 %, содержание серы – 0 %,
теплота сгорания – 4100–5200 ккал/кг.
Одним из направлений использования древесных отходов является организация производства композиционных строительных материалов. Древесные частицы являются армирующим наполнителем, а в качестве связующих используют различные минеральные вяжущие (цемент, гипс, магнезиальное вяжущее).
Несмотря на большое количество названий, большинство из подобного рода строительных материалов получают либо на основе опилок, либо на основе древесной стружки, которая может быть в виде традиционного отхода, получаемого в процессе цилиндрического фрезерования (строгания) древесины, либо специально изготовленной. Кроме минерального вяжущего (как правило цемента), в состав этих материалов могут входить другие минеральные вещества, например известь, глина, жидкое стекло.
20