Обоснование совмещения операций сортирования щепы по длине и толщине

ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ

Исследованиями установлено, что значимыми для процессов варки целлюлозы являются как длина, так и толщина щепы, причем при варке определенных сортов целлюлозы доминирующее влияние на процесс оказывает толщина щепы [4-7, 12-15].

Однако до последнего времени этому не придавалось особого значения по следующим основным причинам:

• 1.    Технологическая щепа в основном производилась на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности дисковыми рубительными машинами из качественной балансовой древесины. Частицы такой щепы имеют незначительные колебания толщины, что не влияет существенно на эффективность процессов ее дальнейшей переработки.

• 2.    Отсутствуют аппаратурный метод контроля фракционного состава щепы одновременно по длине и толщине и эффективный прибор для его осуществления.

В последнее время в переработку все больше вовлекаются низкокачественная древесина, а также различные виды отходов лесозаготовки и лесопереработки. Щепа, вырабатываемая из низкокачественного сырья, имеет очень широкий диапазон линейных размеров. Это привело к снижению экономических показателей процесса получения целлюлозы, прежде всего к увеличению расхода химикатов, снижению выхода и прочностных свойств целлюлозы [1-5].

Необходимость улучшения экономических показателей процесса варки и экономии древесного сырья на всех стадиях его переработки потребовала совершенствования технологий, в том числе и подготовки щепы. Исходя из современных требований, предъявляемых к технологической щепе для варки целлюлоз различного вида, совершенствование процесса сортирования щепы должно в основном идти путем создания эффективного оборудования для сортирования щепы по толщине.

Из многочисленных исследований и испытаний известно, что существует вполне определенная зависимость толщины щепы как от породы и качества изрубаемой древесины [1], так и от факторов, обусловленных параметрами рубительных машин. Исследованиями [7-11] также установлено, что качество изрубаемой древесины в основном определяет количество в щепе сверхкрупной фракции (щепы толщиной более 7 мм при длине более 40 мм). Она удаляется при обычном сортировании по наибольшему размеру [8].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Выполненные нами исследования показывают, что в щепе, вырабатываемой на дисковых рубительных машинах, содержится до 17 % частиц толщиной более 7 мм, при этом 6…9 % – частицы, имеющие длину более 30 мм, а остальные имеют длину менее 30 мм и распределяются в фракциях (-30 +20) и (-20 +10). В соответствии с существующей нормативной документацией оптимальной для технологической щепы является длина 15...25 мм и толщина не более 5 мм. Таким образом, необходимо сортировать исходную щепу как по длине, так и по толщине.

Анализ работы оборудования, используемого в настоящее время для сортирования щепы, показывает, что оно предназначено для разделения древесных частиц только по одному признаку – по наибольшему размеру. Существующие для сортирования щепы по толщине линии громоздки и экономически малоэффективны (особенно в условиях предприятий лесного комплекса). Кроме того, следует отметить, что в настоящее время отсутствуют устройства для одновременного сортирования щепы по длине и толщине.

Результаты промышленных испытаний сортировок щепы показывают, что сортирование щепы на гира-ционных сортировках позволяет уменьшить долю частиц толщиной более 7 мм. Следовательно, возможно использование гирационных сортировок для отсева как крупной, так и толстой щепы. Эффективность отделения щепы толщиной более 7 мм на гира-ционных сортировках зависит от размера отверстий. Так, эффективность отсева толстой щепы на сите с отверстиями размером 39 х 39 мм составила 60 %, в то время как на сите с отверстиями размером 50 х 50 мм - всего 1,5 % (оба эти сита входят в комплект поставки сортировок).

Таким образом, при содержании в исходной щепе частиц толщиной более 7 мм до 11 % возможно применение для отсева как крупной, так и толстой щепы существующих гирационных сортировок, оснащенных верхним ситом с отверстиями размером не более 39 х 39 мм. Если содержание сверхтолстой щепы в исходном продукте более 11 %, необходимо специально подбирать конструкцию и параметры сит, а также процесса сортирования в целом для обеспечения требуемой эффективности сортирования.

Результаты исследований, проведенных на экспериментальной установке, подтвердили, что на гираци-онной сортировке возможно обеспечение требуемой эффективности отсева щепы толщиной более 7 мм на ситах с круглыми отверстиями за счет увеличения отсева толстых частиц длиной 25...30 мм путем оптимизации конструкции и размера отверстий сит, а также режимов работы сортировки. Кроме того, в ходе тех же исследований было выявлено, что проволочное сито с волнообразной поверхностью позволяет достичь высокой эффективности отсева частиц толщиной более 7 мм при незначительных потерях кондиционной фракции щепы.

Зависимость эффективности отсева древесных частиц толщиной более 7 мм от диаметра отверстий и удельной нагрузки на 1 м ширины сортирующей поверхности для процесса сортирования на сите с перфорацией в виде круглых отверстий может быть представлена следующим уравнением регрессии:

Е„ = 185,951 - 4,196d + 0,26L + 0,004d² +

RS

+0,026dlS - 0,008lS где ER – эффективность отсева древесных частиц толщиной более 7 мм на сите с перфорацией в виде круглых отверстий, %; d – диаметр отверстий сортирующей поверхности, мм; lS – удельная нагрузка на 1 м ширины сортирующей поверхности, м3/чхм.

Зависимость доли кондиционной фракции щепы в отходах сортирования (в надрешетном продукте) от диаметра отверстий и удельной нагрузки на 1 м ширины сортирующей поверхности для процесса сортирования на сите с перфорацией в виде круглых отверстий может быть представлена следующим уравнением регрессии:

W R = 14,862 + 5,478d - 1,0251 S - 0,172d² + + 0,072dl_S - 0,009l S

где WR – доля кондиционной щепы в отходах сортирования (в надрешетном продукте), %.

Зависимость эффективности отсева древесных частиц толщиной более 7 мм от угла наклона сита и удельной нагрузки на 1 м ширины сортирующей поверхности для процесса сортирования на проволочном волнообразном сите длиной 1,48 м может быть представлена следующим уравнением регрессии:

E_S = 22,292 - 1,088 a + 2,226l_S + 0,784 a ² -

- 0,088 a 1_S - 0,0141 2

где E_S – эффективность отсева древесных частиц толщиной более 7 мм на проволочном волнообразном сите длиной 1,48 м, %; a - угла наклона сита (сортирующей поверхности).

Зависимость доли кондиционной щепы в отходах сортирования (в надрешетном продукте) от угла наклона сита и удельной нагрузки на 1 м ширины сортирующей поверхности для процесса сортирования на проволочном волнообразном сите длиной 1,48 м может быть представлена следующим уравнением регрессии:

W S = 127,019 + 7,547 a + 4,5041 S + 0,611 a ² -

- 0,147 a l S - 0,0311 2

где WS – доля кондиционной щепы в отходах сортирования (в надрешетном продукте) проволочного волнообразного сита длиной 1,48 м, %.

В результате выполненных исследований было установлено, что увеличение длины сит с круглыми отверстиями позволяет снизить отход нормальной щепы в надрешетный продукт примерно в два раза. Причем эффективность отсева частиц толщиной более 7 мм при этом остается на уровне 80%. Кроме того, увеличение длины сита позволяет снизить отход кондиционной щепы в надрешетный продукт.

Проверка технического решения, в соответствии с которым гирационная сортировка имела двухъярусное расположение сит (верхний ярус – сито с круглыми отверстиями диаметром 40 мм, нижний – проволочное волнообразное) показала, что имеется возможность добиться снижения отсева нормальной щепы в крупную при высокой эффективности отсева частиц толщиной более 7 мм.

Исследования подтвердили также гипотезу о том, что для уменьшения отхода нормальной щепы в крупную при пиковых нагрузках сортировки длина сита должна быть увеличена до 4...4,5 м. Следует отметить, что при такой длине одноярусное сортирование на сите с отверстиями диаметром 40 мм не позволит добиться требуемой (не менее 65 %) эффективности отсева частиц толщиной более 7 мм.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Результаты выполненных работ позволяют сделать следующие выводы и рекомендации.

• •    Содержание в щепе, выработанной рубительными машинами, частиц толщиной более 7 мм, зависит от качества изрубаемой древесины, настройки машины и других факторов и может достигать 17 %, причем до 50 % от этой доли приходится на фракции (-30 +20) и (-20 +10).

• •    Сортировки щепы, укомплектованные верхним ситом с отверстиями размером 39 х 39 мм, могут обеспечить требуемые показатели технологической щепы (содержание частиц толщиной более 7 мм – не более 6 %) при условии содержания толстых частиц в исходной щепе не более 10 %.

• •    Требуемая эффективность отсева частиц щепы толщиной более 7 мм на гирационной сортировке может быть достигнута подбором диаметра круглых отверстий сит.

• •    Использование двухъярусной системы сит для отделения сначала крупной, а затем толстой фракции древесных частиц позволит значительно снизить в них долю кондиционной фракции.

• •    С целью повышения эффективности выделения при сортировании крупных и толстых древесных частиц гирационные сортировки щепы рекомендуется доукомплектовать ситами в соответствии с таблицей 1. Вариант комплекта сит для промышленной эксплуатации определяется в зависимости от конкретных условий, т. е. фракционного состава щепы, полученной на рубительной машине и требуемого после сортирования.