Пооперационный расчет перерабатываемого материала при изготовлении трехслойных плит

Федеральное агентство по образованию

Уральский Государственный Лесотехнический Университет

 

 

 

 

 

кафедра Д и СОД

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Технология и оборудование древесных плит и пластиков»

 

 

 

 

 

 

 

 

выполнил:

студент Анисимова Н.А

проверил:

Дружинин А.В.

 

 

Екатеринбург 2013

 

Введение

Производство  древесностружечных плит имеет большее  значение и перспективы развития, т.к. сырьем для их производства служат отходы деревообрабатывающего и лесопильного производства, низкокачественная древесина.

Древесностружечные  плиты, как конструкционный материал, отделочный и поделочный материалы получают все большее применение в различных областях народного хозяйства.

В настоящее  время основным потребителем древесностружечных плит является мебельная промышленность, она потребляет свыше 70 % всего производства ДСтП.

По сравнению  с массивной древесиной, столярными плитами и другими материалами древесностружечные плиты имеют ряд преимуществ: одинаковые физико-механические свойства по всем направлениям, сравнительно небольшие линейные изменения в условиях переменной влажности, возможность почти полной автоматизации процесса производства и его высокая экономичность.

Совершенствование технологии изготовления ДСтП на отдельных участках производства, сопровождаемая созданием нового высокопроизводительного оборудования приводит к необходимости сооружать более эффективные, крупные предприятия. В связи с этим по мере развития производства ДСтП возрастает средняя мощность отдельных предприятий.

Для правильного построения технологического процесса производства древесностружечных плит и рентабельной работы предприятия необходимо чтобы все звенья производственного процесса были обоснованы и подтверждены соответствующими расчетами. В курсовом проекте рассчитаны потребность в сырье и материалах; выбрано и рассчитано необходимое  количество технологического оборудования для выпуска заданной программы.

 

1 Пооперационный расчет перерабатываемого материала при изготовлении трехслойных плит

1.1Исходные данные для технологических расчетов

1. Характеристика сырья:

Состав сырья,%

Технологическая щепа

100

2. Характеристика выпускаемой продукции

Объем, тыс. м.3	150
Марка	П-1
По конструкции	трехслойнаяя
По виду обработки	шлифованная
Толщина , мм (готовых  плит)	19
Плотность плит, кг/мЗ	730
Влажность плит, %	8
Размер плит, мм	5500 * 1830
Влажность стружек, %	2; 3
Связующие	смола марки КФМТ

 

Для изготовления древесностружечных плит используют:

Технологическая щепа, которая по качеству соответствуют утвержденным стандартам и техническим условиям (содержание коры не более 10-12%) и карбамидоформальдегидные смолы.

Карбамидоформальдегидные смолы  имеют следующие преимущества по сравнению с другими смолами; быстро утверждаются при нагревании; продолжительность их желатинизации можно регулировать в значительных пределах (от 15 до 120с), высокая прочность склеивания и светлая окраска. Запасы сырья для производства карбамидных смол практически неограниченны.

Физико-химические свойства смолы КФМТ

Массовая доля сухого остатка, %                                                                  66 ± 1

Коэффициент рефракции                                                                     1,462 - 1,465

Массовая доля свободного формальдегида, % не более                                  0,3

Вязкость условная по ВЗ-4 при 20 ± 0,5 °С, с:

сразу после изготовления                                                                    30 - 50

после хранения в течение 60 сут., не более                                            150

Концентрация водородных ионов, рН                                                       6,5 - 8,5

Продолжительность желатинизации  при добавлении 1% NH₄Cl:

при 100⁰С,с                                                                                              35-55

при 20±1⁰С, ч, не менее                                                                               8

Технологический расчет производим по методике, изложенной в [1]. Данный расчет позволяет определить количество перерабатываемого сырья на каждой технологической операции, расход связующего для выполнения заданной программы.

    Расчет  годового  фонда  рабочего  времени

Число  дней  в  году                                            365

Число  дней  на  капитальный  ремонт               20

Число  дней  на  профилактические  работы      30

Праздничные  дни                                                 11

Продолжительность  рабочей  смены, ч               8

Число  смен                                                             3

Число  рабочих  часов  в году

304*8*3=7296

Часовая  выработка  плит  определяется  по  формуле:

где  Q_г – годовая  выработка  плит, м³;

        Т – годовой   фонд  рабочего  времени, ч;

        К_ик – коэффициент использования  главного  конвейера, К_ик = 0,85

³/ч

При  плотности  плит – 730 кг/ м³

П_ч =24,187*730=17650 кг/ч

    Расход  сырья,  стружки  определяется  в   перерасчете  на  сухое  их  состояние.

    В связи   с тем, что состав наружных  и внутреннего слоев плит разный, плотность  их  неодинаковая, пооперационный  расчет  ведется  раздельно  для  каждого  слоя.

    Плотность  наружных слоев принимается 770 кг/м³, плотность внутреннего слоя составит 710 кг/ м³.

    Количество  абсолютно сухого материала в  готовых плитах определяется  по формуле:

 

где  П_ч – часовая  выработка  плит, м³;

       d _сл  - толщина данного слоя, мм;

       r _сл – плотность данного слоя, кг/ м³;  

      1,08 –  коэффициент, учитывающий  влажность   плиты; 

       d _пл -   толщина  готовой  шлифованной  плиты, мм.

    Для шлифованных  плит толщиной 19 мм толщина наружных слоев = 6 мм., внутреннего слоя = 13 мм.

    Масса абсолютно  сухого материала в наружных  слоях до шлифования плит (с учетом припуска на обе стороны 1,5 мм) составит:

    Потери абсолютно  сухого материала при шлифовании плит

5681-4545=1136 кг/ч

    Потери в  виде шлифовальной пыли на 50% уходят  в бункер сухой стружки для наружных слоев, то есть

1136*0,5=568 кг/ч

    Потери материала  при обрезке плит по формату  определяются по формуле:

где  Fн – площадь необрезанной плиты, м²;

        Fо – площадь обрезанной плиты, м².

    Тогда масса  абсолютно сухого материала в плитах до обрезки составит:

для  наружных  слоев

для  внутреннего  слоя

    Отходы при обрезке после измельчения на 90% возвращаются в бункер сухой стружки для внутреннего слоя.

    Количество возвращаемого материала составит:

    Потери при формировании ковра составляют:

где  6150  мм – длина стружечного пакета с учетом стружечной массы в

разделительной коробке  формирующего конвейера;

   Тогда масса абсолютно сухого материала, проходящего через формирующую машину, составит:

для  наружных  слоев

для  внутреннего  слоя

    Потери сухого  материала для наружных слоев  при формировании стружечного  ковра равны

 6682-5887=795 кг/ч     

    Стружечная  масса из разделительных коробок  главного конвейера с помощью  пневмотранспортной установки возвращается  в формирующие машины внутреннего  слоя, поэтому количество абсолютно  сухого материала, выходящего из смесителя для внутреннего слоя равно:

9409-795=8614 кг/ч

    Норма расхода  связующего по отношению к  массе абсолютно сухой стружки зависит от породы древесины для наружных слоев 14,7%, для внутреннего 9,8%.

    Часовой расход сухого связующего составит:

    для наружных слоев

    для внутреннего слоя

    Количество  абсолютно сухих древесных частиц, поступающих в смеситель, равно:

    для наружных слоев   6682-856,7=5826  кг/ч

    для внутреннего слоя     8614-768,8=7845кг/ч

    Масса абсолютно сухой  стружки, поступающей в бункер, с учетом возврата шлифовальной  пыли в бункер наружного слоя, равна:

    5826-856=4970кг/ч

    Масса абсолютно сухой  стружки, поступающей в бункер, с учетом возврата дробленки от  форматной обрезки в бункер для внутреннего слоя составит: 7845-769=7076 кг/ч

    Количество крупных древесных  частиц, определяемых при сепарации стружки наружного слоя и направляемых в стружку внутреннего слоя, равно примерно 10%. Тогда масса абсолютно сухой стружки, выходящее из сушильного барабана, составит:

    для наружных слоев:

    для внутреннего слоя  количество древесных частиц, перешедших из наружных слоев    5522-4970=552 кг/ч

    масса абсолютно сухой стружки, выходящей из сушильного барабана, составит для  внутреннего слоя 7076-552=6524 кг/ч

    При сушке стружки  потери составляют для наружных  слоев 3%, для внутреннего слоя 2,5%.

    Тогда потребность в  абсолютно сухой стружке перед  сушкой составит:

    для наружных слоев

    для внутреннего слоя

    Потери при раскрое, измельчении, изготовлении и транспортировке стружки, а также непредвиденные потери в сумме достигают 7%.

    Тогда потребность  абсолютно сухой древесины составит:

    для  наружных  слоев

    для  внутреннего   слоя

    Часовой расход  материала данной влажности на  каждой технологической операции  определяется по формуле:

где      Q_абс.с - расход абсолютно сухого материала, кг/ч;

            W  - влажность материала на  данной технологической операции, %.  

Таблица 1 - Часовой расход абсолютно сухого материала и при данной влажности на каждой технологической операции

Технологические операции	Часовой расход а.с.м. по слоям, кг		Влажность, %		Часовой расход материала данной влажности  по  слоям, кг
	Наруж.	Внутр.	Wн	Wвн	Наруж.	Внутр.
Готовые шлифованные плиты До  шлифования До  обрезки В формирующих машинах До формирующих машин До  смесителей До бункеров сухой стружки До  сепарации До  сушилок До измельчения	4545     5681 5887   6682   6682 5826   4970 5522 5693 6122	9080     9080 9409   10680   8614 7845   7076 6524 6691 7195	8     8 8   14   14 2   2 2 80 80	8     8 8   10   10 3   3 3 80 80	4909     6135 6358   7617   7617 5949   5069 5632 10247 11020	9806     9806 10162   11748   9475 8080   7288 6720 12044 12951

Принимаем условие, что  в технологической щепе содержится 15% коры и 5% гнили. Поскольку для внутреннего  и Нарежного слоев используют щепу, при определении плотностью пользуются формулой:

где ρ_др., ρ_к, ρ_гн. – соответственно плотность здоровой древесины, коры и гнили;

р_др., р_к, р_гн. – соответственно доля здоровой древесины, коры и гнили.

 кг/м³

 кг/м³

 кг/м³

 

    Состав сырья  для наружных слоев:

    сосна –  50%; береза – 20%; осина – 30%.

    Средневзвешенная  плотность  сырья  для   наружных  слоев  определяется  по  формуле:

где     r_ср.с.,r_ср.б.,r_ср.о. - средневзвешенная  плотность  древесного  сырья  для  сосны, березы, осины, кг/м³;

            i_с,i_б,i_о - доля  древесного  сырья данной  породы  в общей массе сырья.

    для  наружных  слоев

    Состав сырья  для внутреннего слоя:

    сосна – 30%, береза – 20%, осина – 50%.

    Средневзвешенная  плотность сырья для внутреннего слоя:

    Часовой расход древесного сырья определяется по формуле:

    Удельный расход  древесного сырья на 1 м³ плит:

    где 24,187 м³ – часовая выработка плит, м³.

    Годовая потребность  в древесном сырье составит:

1,66*150000=249000 м³.

1.2 Расчет  расхода  смолы

    Удельный  расход  смолы  по  сухому  остатку   на  изготовление  1 м³  плит  равен

    для  наружных  слоев

где  856,4 – часовой расход смолы по сухому остатку для наружных слоев, кг

        24,187 – часовая выработка плит, м³

    для  внутреннего   слоя

где 768,8 – часовой расход смолы по сухому остатку для внутреннего слоя, кг

    Расход  сухой  смолы   на  1  м³  плит  = 35,4+31,8=67,2 кг.

    Расход  связующего (жидкой  смолы)  определяется  по  формуле:

где  g _{сух. см.}  - расход  смолы по  сухому  остатку на  1  м³  плит, кг.

        К – концентрация  жидкой  смолы, %

    Для  наружных  слоев

    Для  внутреннего   слоя

    Расход  жидкой  смолы  на  1  м³  плит равен

84,6+52,7=137,3 кг.

    Расход отвердителя определяется  по  формуле:

    Р_отв – доля  отвердителя составляет  1%,

    Расход отвердителя для наружных  слоев:

    Для  внутреннего   слоя:

    Расход сухого отвердителя на  1  м³  плит  составляет:

    0,35+0,32=0,67 кг

    При  годовой   выработке  плит 150000  м³  расход  сухой смолы составит:

    67,2*150000=10080 т.

    Расход  жидкой  смолы

137,2*150000=20580 т.

    Расход сухого отвердителя

0,67*150000=100,5 т.

1.3. Расчет количества стружки на 1 м³ плит

Количество абсолютно  сухой стружки на 1 м³ определяют по формуле:

,

,

 

где  р_н и р_вн. – соответственно плотность наружного и внутреннего слоев изготовляемых плит, кг/м³;

i_н. и i_вн. – доля внутреннего и наружных слоев в общей массе;

W_пл. - влажность готовых плит, обычно 8±2%;

Р_вн.и Р_н. - средняя норма расхода связующего соответственно для наружного и внутреннего слоев, %.

 кг

 кг

Количество стружки  с некоторой влажностью на 1 м³ плит без учета потерь определяют по формуле:

где  W_стр. - влажность стружки, %.

 кг

 кг

1.4. Расчет расхода древесины  на 1 м³ плит

При влажности исходного  сырья, равной и выше точки насыщения  волокна, расход древесины, пл. м³/м³ плит, определяют по формуле:

 +

где  р_пл. - плотность изготовляемых плит, кг/м³;

р - процент добавления связующего в пересчете на сухой остаток;

W_пл. - влажность готовых древесностружечных плит, % (в расчетах принимают 8%);

ρ_усл. - средняя условная плотность древесины, являющаяся для данной породы величиной постоянной;

К_n - коэффициент, учитывающий потери при изготовлении однослойных плит, который определяют по формуле:

 ,

где  К_разд. - коэффициент потерь при разделке сырья. При разделке сырья на метровые отрезки К_разд.=1,01;

К_сорт..щ - коэффициент потерь сырья при сортировке щепы, в расчетах принимают К_сорт..щ=l,06. Если отсев крупной щепы, сколов дополнительно измельчают, возвращают в поток или не отсеивают мелочи (частицы, прошедшие через нижнее сито), этот коэффициент соответственно уменьшают. При отсутствии сортировки щепы К_сорт.щ=1;

К_с - коэффициент, учитывающий вид сырья (потери в процессе изготовления и сортировки стружки). При использовании технологической щепы К_с =1;

К_суш. - коэффициент потерь стружки в период ее сушки (выброс стружки в атмосферу через циклоны, потери при пожарах и др.) В расчетах этот коэффициент принимают равным  К_сушн.=1,03; К_суш.вн.=1,025;

К_тр. - коэффициент потерь сырья при транспортировке стружки; в расчетах принимается равным 1,01;

К_обр. - коэффициент потерь сырья и смолы при обрезке плит по периметру, зависит от размеров выпускаемых плит и типа установки. При измельчении обрезков и использовании их для внутреннего слоя коэффициент потерь при обрезке соответственно уменьшается;

К_шл. - коэффициент потерь сырья и смолы при шлифовании плит; зависит от толщины плит, припуска на шлифование, типа установки.

К_п.н.=1,01*1,12*1,03*1,01*1,01*1,18=1,48

К_п.вн.=1,06*1*1,025*1,01*1,01=1,15

+ =0,682+0,984=1,666 м³.

1.5. Расчет расхода смолы и  отвердителя на 1 м³ плит

+

где  К_n - коэффициент потерь смолы на отдельных участках технологического процесса, который определяют по формуле:

,

где  К_см - коэффициент потерь смолы на участках ее приготовления и смешивания связующего со стружкой; принимается равным 1,007.

К_п.н.=1,007*1,01*1,05*1,35=1,44

К_п.вн.=1,007*1,01*1,05=1,07

+ =40,79+43,32=84,11

 

Удельный расход смолы на 100 м² плит, кг:

где  δ_пл. - толщина изготовляемых плит, мм.

 кг

Расход жидкой смолы (с  концентрацией К = 64%):

,

где  К- концентрация жидкого раствора смолы, %.

 =63,7+67,7=131,4кг

Расход жидкого раствора отвердителя:

,

где р_от. - процент добавления отвердителя, который выбирается в зависимости от марки смолы и слоя плиты и обычно составляет 5-6.

 кг

 кг

Расчет расхода химикатов  представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Расход химикатов  в зависимости от состава отвердителя

Компоненты	Состав отвердителя, %, для слоев		Расход химикатов на 1 м3 плит для слоев (кг)
	наружных	внутреннего	наружных	внутреннего
Раствор отвердителя в том числе: хлористого аммония аммиачной воды воды	100       20 30   50	100       20 -   80	3,2       0,64 0,96   1,6	3,4       0,68 -   2,72

2 Определение  состава  и расчет  основного технологического

 

      Для  получения стружки используются центробежные стружечные станки ДС-7.

Техническая характеристика центробежного стружечного станка ДС-7

Производительность, кг/ч  абсолютно сухой стружки, при  ее толщине, мм:

0,3……...……………………………………………………….….…..……….3200

0,4……...……………………………………………………….….…..……….4300

0,5……………...……………………………………………………………….5900

Средняя толщина получаемой стружки, мм………………………...…….0,3-0,6

Число ножей……………………..……………………………………………….42

Длина ножа, мм……………….…………………………………………….….525

Число лопастей крыльчатки……………………………………..…….………..18

Установленная мощность, кВт

привода барабана………………………………………………………..………13

то же крыльчатки……………………………………………………….……...200

Габарит, мм:

длина………………………………………………………………………..….3735

ширина…………………………………………………………………..……..2120

высота………………………………………………………………………….1870

Масса, кг ……………………………………………………………………....8340

 

    Производительность центробежных стружечных станков ориентировочно определяется  по  формуле, кг/ч:

 

где  l_н – длина  ножей, м;

       d_стр – средняя толщина получаемой  стружки, мм;

       u_рез – скорость  резания, м/с;

       Z – число ножей в ножевом барабане;

       r _др.с. – средняя плотность древесного  сырья, кг/м³;

       К – суммарный   коэффициент, учитывающий  характер  резания, заполнение  объема  барабана, использование длины ножа, использование  машинного  рабочего  времени, К=0,005

    При  изготовлении  стружки  для  наружных  слоев

  

    В  перерасчете   на  абсолютно  сухую  стружку  (при  W сырой = 80%)

Пн.сух. = 8100 : 1,8 =  4500 кг/ч

    Потребное  количество  станков  ДС-7  для  наружных  слоев

 

К_з=1,27*100/2=63,5 %

    Принимается  два центробежный  стружечный  станок  ДС-7.

    При  изготовлении  стружки  для  внутреннего   слоя

    В  перерасчете   на   абсолютно  сухую   стружку  (при  W сырой = 80%)

Пв.сух. = 7450 : 1,8 = 4138 кг/ч

    Потребное   количество  станков  ДС-7  для   внутреннего  слоя

 

К_з=1,62*100/2=81 %

    Принимается  два центробежный  стружечный  станок  ДС-7.

    Для стружки,  предназначенной для наружных  слоев, предусмотрено повторное  измельчение на стружечном станке с зубчато-ситовым барабаном ДС-7М.

    Техническая  характеристика  станка  ДС-7М

Производительность  при  переработке  стружки  влажностью  до  80%,  кг/ч

при  сметах  с  размерами  ячеек  14 х 14 мм                                                  3000

Размеры  зубчато-ситового  барабана, мм:

                                      диаметр                                                                         1200 

                                      ширина                                                                            525

Установленная  мощность  электродвигателей  приводов, кВт 

                                      крыльчатки                                                                     200

                                      барабана                                                                            13

Габариты, мм                         

                                      длина                                                                             3750

                                      ширина                                                                          2350

                                      высота                                                                           2450