Завод по производству древесно-волокнистых плит

Казахская автомобильно – дорожная академия им.Л.Б. Гончарова

К у р с о в а я р а б о т а

На тему : « ЗАВОД ПО ПРОИЗВОДСТВУ ДРЕВЕСНО – ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ»

ВЫПОЛНИЛА : СТ-КА 3 КУРСА

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ – ПСМК-10

ПОЛУНОВА МАРИЯ

ПРОВЕРИЛА : КИЯЛБАЙ С.Н.

СОДЕРЖАНИЕ

Цель работы – выбор и обоснование технологической  схемы производства древесноволокнистых  плит, расчет материального баланса  производства, подбор основного и  вспомогательного оборудования и подробный  расчет стадии проклейки.

В данной работе описана технологическая схема  цеха по производству древесноволокнистых  плит сухим способом, приводится обоснование  выбора данной схемы и способа  производства. Произведен расчет материального  баланса производства, подбор основного  технологического оборудования, а также  расчет сушильной установки первой ступени сушки.

ВВЕДЕНИЕ

Древесноволокнистыми  плитами называются листовые материалы, сформированные из древесных волокон. Изготовляют их из древесных отходов  или низкокачественной круглой  древесины. В отдельных случаях  в зависимости от условий снабжения  предприятия сырьем применяют одновременно как древесные отходы, так и  низкосортную древесину в круглом  виде.[1]

Комплексное использование древесины имеет  своей целью повышение экономической  эффективности лесной и деревообрабатывающей промышленности путем сокращения лесозаготовок  и одновременно полного использования  древесных отходов и низкосортной древесины в качестве технологического сырья. Эта проблема продолжает оставаться актуальной, несмотря на то, что бережное отношение к природным ресурсам и охрана окружающей среды стали  естественным требованием, предъявляемым  к деятельности людей.[2]

Древесноволокнистые плиты применяют в различных  областях народного хозяйства: в  строительстве (наружные и внутренние элементы, сельскохозяйственные постройки); для изготовления встроенной мебели (кухонные шкафы); в мебельном производстве; автомобиле - и судостроении; производстве контейнеров, ящиков и др. В нашей  стране ежегодно увеличиваются объемы производства древесноволокнистых  плит. Это высококачественный, дешевый  отделочный и конструкционный материал, выгодно отличающийся от натуральной  древесины и клееной фанеры. Древесноволокнистые  плиты изотропны, не подвержены растрескиванию, обладают большой гибкостью при  высоком модуле упругости.

Мягкие  древесноволокнистые плиты находят  наибольшее применение в стандартном  деревянном домостроении для утепления  щитов и панелей ограждающих  конструкций (стен, потолков). Стандартное  домостроение потребляет также значительное количество и твердых древесноволокнистых  плит на внутреннюю облицовку стен, устройство полов, изготовление дверей щитовой конструкции. При использовании  в стандартном домостроении древесноволокнистых  плит обеспечивается большая экономия деловой древесины — круглого строительного леса и пиломатериалов, а также и рабочей силы.

Плиты долговечны: прослужив более 20 лет, они находятся  в хорошем состоянии. Обычная  масляная краска, которой покрыты  плиты, эксплуатируемые на открытом воздухе, сохраняется 15—18 лет, т. е. дольше, чем краска, которой покрывают натуральную древесину.

В промышленном и гражданском многоэтажном строительстве  мягкие плиты применяют для утепления  чердачных перекрытий, звукоизоляции  внутрикомнатных перегородок и  междуэтажных перекрытий, для теплоизоляции  вентиляционных каналов и коробов, для звукоизоляции помещений  специального назначения — клубов, кинозалов, радио- и телевизионных студий, Машинописных бюро, ротаторных, телетайпных комнат, типографий и других производственных помещений с большими шумовыделениями. Твердые плиты находят самое разнообразное применение в строительстве. Это лучший материал для опалубки при сооружении немассовых железобетонных конструкций.

Наиболее  широко твердые древесноволокнистые  плиты применяют в производстве дверей щитовой конструкции и  в деревянном домостроении для облицовки  щитов или панелей. Кроме того, из твердых плит делают заполнение (соты) дверных полотен. Значительное количество твердых древесноволокнистых  плит идет на изготовление встроенной мебели в жилых и общественных зданиях. В производстве корпусной  мебели на изготовление задних поликов и выдвижных ящиков используют плиты с двусторонней гладкостью. В радиотехнической промышленности из твердых древесноволокнистых плит изготовляют задние стенки и крышки радиоприемников, радиол, репродукторов, телевизоров. В вагоностроении и автостроении твердые плиты применяют для внутренней облицовки вагонов, вагонов-ресторанов, трамваев, автобусов, а в последнее время и легковых автомобилей.

Сверхтвердые  плиты применяют главным образом  на устройство чистых полов в производственных зданиях и конторских помещениях. Поскольку сверхтвердые плиты обладают высокими диэлектрическими свойствами, их используют в электротехнической промышленности, а также при изготовлении электропанелей, щитков и других конструкций на специализированных строительных объектах. Использование плит в различных отраслях народного хозяйства неуклонно расширяется. Этому будет способствовать ввод в эксплуатацию строящихся и намеченных к строительству автоматизированных цехов отделки древесноволокнистых плит с высокой степенью имитации ценных пород древесины, мрамора, текстиля.

Необходимо  более полно использовать лесосырьевые ресурсы, создавать комплексные  предприятия по лесовыращиванию, заготовке и переработке древесины. Решению проблемы безотходного производства в лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности способствует производство плитных (листовых) материалов, так как их изготавливают из различных древесных отходов и неделовой древесины.[1]

Применение плитных  материалов в строительстве повышает индустриализацию производства и обусловливает  сокращение трудозатрат. В мебельном  производстве их применение обеспечивает экономию трудозатрат и позволяет  сокращать потребление более  дорогих и дефицитных материалов.

Расчетами установлено, что 1 млн. м² древесноволокнистых плит заменяют в народном хозяйстве 16 тыс. м³ высококачественных пиломатериалов, для производства которых необходимо заготовить и вывезти 54 тыс. м³ древесины. Выпуск 1 млн. м² древесноволокнистых плит обеспечивает экономию более 2 млн. руб. за счет уменьшения объемов лесозаготовок и вывозки, расходов на лесовозобновление; железнодорожный транспорт, также сокращения численности рабочих на лесоразработках.

Древесноволокнистые плиты широко используются в различных  сферах деятельности благодаря разнообразию их свойств.

ГОСТом регламентированы следующие физико-механические свойства древесноволокнистых плит: формат и  толщина, прочность на изгиб, влажность, набухание, водопоглощение. Для мягких плит одним из основных показателей качества является теплопроводность. Кроме перечисленных, для потребителей важны дополнительные нерегламентированные сведения о плитах.

Это данные об акустических свойствах (звукопоглощающая и звукоизоляционная способность  материала плит), твердости поверхностного лицевого слоя плиты и его истираемости, их биостойкости и огнестойкости. Определенный интерес имеют также сведения о гвоздимости, способности удерживать шурупы, склеивании и отделке.

Показатели  теплопроводности имеют первостепенное значение для мягких плит, так как  их основное назначение — теплоизоляция. Древесноволокнистые плиты —  хороший теплоизоляционный материал.

         Наиболее эффективной звукопоглощающей конструкцией является сочетание мягких плит с твердыми акустическими, при установке последних со стороны распространения звука. При использовании твердых древесноволокнистых плит в строительных конструкциях в качестве стенового материала и для покрытия чистых полов особое значение приобретают показатели твердости и истираемости плит. Древесноволокнистые плиты хорошо поддаются склеиванию. Мягкие плиты склеивают между собой, а также с твердыми плитами, древесиной, линолеумом, металлами (жестью, оцинкованным железом, алюминиевой фольгой), цементной штукатуркой. Склеивание обеспечивается использованием карбамидных смол или поливинилацетатных эмульсий.     Учитывая высокую пористость мягких плит, в клеи и клеящие эмульсии необходимо вводить наполнитель — древесную или ржаную муку. Твердые плиты склеивают между собой, с мягкой древесиной, линолеумом и листовыми металлами. Твердые и мягкие плиты отлично поддаются окраске масляными, водоэмульсионными и различными синтетическими эмалями, оклейке бумажными, синтетическими обоями и линкрустом, а также бумажными пластиками и другими листовыми синтетическими пленками.[7]

1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ технологической схемы ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ

1.1 Описание способов производства  древесноволокнистых плит и используемого  оборудования

1.1.1 Сырье, его подготовка и  хранение 

Наиболее  распространенные способы изготовления 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 формируют 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 процессе изготовления плит любым из названных  способов древесину измельчают в  щепу; затем ее превращают в волокна, из которых формируют ковер. Далее  ковер разрезают 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. [2]

Выбор сырья  определяется экономической целесообразностью  с учетом величины его запасов, условий  заготовки, доставки и хранения. Для  производства древесноволокнистых плит используют отходы лесопиления и деревообработки, дровяное долготье, мелкий круглый лес от рубок ухода и лесосечные отходы.

  Сырье поступает на площадку предприятия в виде круглого леса, отходов лесопиления (рейки, горбыли) или щепы. Для облегчения штабелирования тонкого круглого леса и отходов лесопиления, а также для более лучшей подачи к рубительным машинам длину их принимают 2—3 м. Такое сырье целесообразно связывать в пучки бумажными веревками и укладывать в штабеля.

Дровяное долготье хранят в плотных бёспрокладочных штабелях. Технологическая щепа, поступающая на площадку предприятия со стороны, может храниться в куче, наиболее распространенная фора которой – усеченный конус.

Сырье подается в производство в виде кондиционной щепы, которая должна соответствовать  следующим основным требованиям: длинна – 25 (10-35) мм., толщина – до 5 мм., чистые без мятых кромок срезы, засоренность корой - до 15 %, гнилью – до 5 %, минеральными примесями – до 1 %, относительная влажность щепы – не менее 29 %. [7]

Подготовка  сырья к производству плит, состоящая  в приготовлении кондиционной щепы, включает следующие операции: разделку древесины на размеры, соответствующие  приемному патрону рубительной машины; рубку древесины на щепу; сортировку щепы для отбора требуемого размера с доизмельчением крупной фракции и удалением мелочи; извлечение из щепы металлических предметов; промывку щепы для очистки ее от грязи и посторонних включений.

Разделка  бревен необходима для придания исходному  сырью размеров, соответствующих  параметрам рубительной машины, а также для вырезки участков, сильно пораженных гнилью.

Для приготовления  щепы используют многоножевые дисковые рубительные машины, дающие хорошую форму щепы и чистый, несмятый срез, а также равномерную фракцию при высоком проценте выпуска кондиционной щепы или барабанные рубительные машины.

Полученную  щепу после рубительных машин сортируют, в результате чего отбирают технологическую щепу, соответствующую предъявляемым к ней требованиям. Однородность щепы по фракционному составу имеет большое значение для создания нормальных условий работы размольного оборудования. Щепу с размерами, превышающими установленные, передают на дополнительное измельчение. Мелочь, отсеивающуюся в процессе сортирования, удаляют из цеха как отходы. В производстве древесноволокнистых плит применяют плоские сортировочные машины двух типов: вибрационные и гирационные.

Для измельчения  крупной щепы используют молотковые дезинтеграторы. Кондиционную щепу направляют в бункеры запаса или расходные  бункеры в размольном отделении.

Подготовка  кондиционной щепы к производству заключается  в ее промывке водой. Основное назначение этой операции - смыв грязи, песка и  других включений, в том числе  металлических. Промывка щепы водой  создает более благоприятные  условия работы размольного оборудования, удлиняя срок службы размольной гарнитуры.[1]

1.1.2 Мокрый способ производства  древесноволокнистых плит

1.1.2.1 Получение древесноволокнистой  массы

Размол  древесины — это одна из ответственных  операций в технологии производства древесноволокнистых плит.

От качества и степени размола зависят  процессы отлива и обезвоживания  ковра, процессы прессования и термовлагообработки плит и соответственно качественные показатели готовых плит. Полученная во время размола волокнистая масса должна обеспечить прочные межволоконные связи у прессуемых плит.

При термовлагообработке происходит частичный гидролиз и ослабление структуры древесины, снижается упругость волокон, эфирные комплексы расщепляются и появляются новые спиртовые гидроксилы, которые, в свою очередь, повышают гидрофильность волокон и связанную с ней пластичность.

При размоле  происходит развитие внутренней поверхности  волокон, частичное освобождение заблокированных  гидроксилов, повышение гидрофильности и пластичности волокон. Размягчение  межклеточной серединной пластинки  создает благоприятные условия  для размола и дальнейшей углубленной  разработки древесных частиц. В процессе размола пучки волокон расщепляются, раздавливаются и разрезаются. Сочетание  термовлагообработки и ударного воздействия размольной гарнитуры создает условия для изменения качественной характеристики древесных частиц.

Для размола  щепы в древесноволокнистую массу  при мокром способе производства наибольшее распространение получил  дефибратор, в котором термовлагообработка происходит непосредственно перед размольными дисками. Размол осуществляют в две ступени. Первая машина - дефибратор типа С соединила в себе камеру пропаривания непрерывного действия и камеру размола, оснащенную двумя стальными дисками, один из которых вращающийся. Размол подогретой щепы экономичен с точки зрения расхода электроэнергии. Температуру в дефибраторе поддерживают подачей насыщённого пара. Пар одновременно служит для удаления из реакционного пространства дефибратора кислорода воздуха, разрушающе действующего на древесину.

В процессе размола осуществляют термообработку и химическую обработку щепы. Для  химической обработки щепы используют едкий натр (NaOH), моносульфит натрия (Na₂SO₃), кальцинированную соду (Na₂CO₃) в количестве от 0,5 до 8% к массе абсолютно сухого волокна. Химикаты распыляются специальной паромеханической форсункой, которую вставляют в корпус пропарочной камеры дефибратора.

Полученная  в процессе размола древесноволокнистая  масса, насы-щенная водой и дополнительно разбавленная ею в циклоне, представляет собой водную суспензию древесных волокон.

Приготовленная  дефибраторная масса на действующих заводах поступает в промежуточный массный сборник. Этот сборник является расходным, направляющим массу к мельницам вторичного размола – рафинатором.

Хранят  рафинаторную (машинную) массу в больших емкостях – бассейнах. Основное назначение этих бассейнов – создание буферного за-паса перед отливными машинами, который принимается в пределах 1 – 3 ч работы завода. Древесноволокнистая масса хранится при концентрации порядка 4,5%. При хранении массы в бассейнах происходит выравнивание концентрации массы и степени ее размола.

1.1.2.2 Проклейка древесноволокнистой  массы

Проклейка древесноволокнистой массы способствует снижению водопоглощения и набухания, а также повышению механической прочности плит. Чтобы придать плитам водостойкость, в древесноволокнистую массу вводят гидрофобное вещество. Обволакивая древесные волокна и заполняя собой поры в готовой плите, гидрофобное вещество препятствует проникновению в нее влаги. Кроме того, парафин, используемый в качестве проклеивающего материала, предотвращает налипание пучков волокон к глянцевым листам плит пресса и подкладным (транспортным) сеткам, а также придает блеск лицевой поверхности плиты.[2]

Гидрофобные вещества для проклейки следующие: парафин, гач, церезиновая композиция и др. Содержание их в плитах не превышает 1,0 % по массе, так как эти вещества ослабляют связь между волокнами, тем самым, понижая прочность плит. Гидрофобизирующие добавки вводят в волокнистую массу в виде водных эмульсий. Для получения тонкодисперсной эмульсии в качестве эмульгаторов применяют высокомолекулярные кислоты (олеиновую, стеариновую, пальмитиновую и др.). Для снижения себестоимости готовых плит на предприятиях в качестве эмульгатора используют концентрат сульфитнобардяной бражки, кубовые остатки от перегонки синтетических жирных кислот, а также сульфатное мыло. Необходимое условие для осаждения на волокнах гидрофобных веществ — создание в древесноволокнистой массе кислой среды — рН 4,5-5,0. Такая среда образуется в результате введения в древесноволокнистую массу раствора сернокислого глинозема или алюмокалиевых квасцов, служащих коагуляторами или осадителями. В последнее время широко стали применять серную кислоту.

Для повышения  механической прочности древесноволокнистых  плит в массу вводят клеевые добавки. Введение альбумина значительно  улучшает прочностные показатели изготовляемых  плит. В качестве клеевой добавки  применяют также малотоксичную  водорастворимую фенолоформальдегидную  смолу СФЖ-3024Б и смолу СФЖ-3014.

Склады  химикатов проектируют и строят отдельно стоящими. Запас химикатов создают из расчета месячной работы цеха. В самом цехе древесноволокнистых плит размещают расходный склад суточного хранения, который располагают рядом с помещением приготовления рабочих составов. Химикаты из основного склада в расходный доставляют электропогрузчиком в специальных контейнерах или товарной таре.

На многие предприятия  парафин поступает в железнодорожной  цистерне, которую устанавливают  около склада готовой продукции. Парафин разогревают острым паром, после чего он самотеком сливается  через нижнее отверстие и по трубопроводу, уложенному с уклоном, стекает в  бак для хранения емкостью 60 м³. Далее парафин поступает в расходный бак, который устанавливают в цехе на постаменте. Затем парафин самотеком через мерный бачок сливается в бак приготовления парафиновой эмульсии (эмульгатор). Готовую эмульсию перекачивают в специальную емкость (бак) для хранения.[1]

Приготовление рабочего состава фенолоформальдегидной  смолы СФЖ-3024Б заключается в  ее разведении до рабочей концентрации 5—10 %. Растворение осадителей производят в специальном баке, который по конструкции аналогичен баку для приготовления эмульсии.

Приготовление раствора серной кислоты, используемого  для осаждения смоляных эмульсий, заключается в разбавлении серной кислоты водой до концентрации 1,5—3 %. Концентрация вводимой серной кислоты  более 3 % нежелательна, так как это  может вызвать при прессовании  появление пятен на плитах и прилипание их к глянцевым листам и транспортным сеткам.

Расход  химикатов по технологической инструкции ВНИИдрева определен в зависимости от породного состава сырья, используемых химических продуктов и мощности предприятия.

Проклеивающие составы вводят в волокнистую  массу перед ее отливом в ящики непрерывной проклейки. Обязательное условие проклейки — первоначальное введение в массу проклеивающей эмульсии и только после перемешивания эмульсии с массой — добавление раствора осадителя.

1.1.2.3 Отлив ковра

Отлив и  формирование ковра из древесноволокнистой  массы происходит в результате последовательного  проведения операций: истечения массы  на формующую сетку, свободной фильтрации воды через сетку, отсоса воды вакуумной  установкой и дополнительного механического  отжима. При истечении массы на сетку свободная вода фильтруется, уходя в оборотную систему, а  взвешенные волокна оседают на сетке. Вследствие развитой внешней поверхности  волокон, полученной при размоле, создаются  условия большей степени их сцепления  и переплетения. Эта связь усиливается  в процессе вакуумного отсоса и механического  отжима воды из полотна.     Относительную влажность полотна доводят до 68—72 %. В таком состоянии полотно становится транспортабельным, а кроме того, максимальное удаление воды снижает расход пара и сокращает время на последующую сушку плит. Особенно это важно при производстве мягких плит, так как сушат их не в прессах, а сушильных камерах.

Отлив массы  и формирование полотна выполняют  на отливных машинах периодического или непрерывного действия.

Предварительно обезвоженный вакуумом древесноволокнистый ковер  подвергают дальнейшему обезвоживанию  механическим путем — давлением  нескольких пар валов, обтянутых  сетками. Относительная влажность  ковра составляет около 80 %. С такой  влажностью ковер сходит с вакуумформующего барабана и роликовым конвейером направляется на обрезку и дополнительное обезвоживание в вальцовом прессе. Дополнительным обезвоживанием влажность сырого полотна может быть доведена до 60%.[7]

Сформированную  бесконечную древесноволокнистую  ленту-ковер разрезают по длине  на отдельные полотна — заготовки. Одновременно обрезают боковые кромки.

Основные  условия образования древесноволокнистого полотна: равномерное распределение  массы по всей ширине и толщине  полотна, хорошее смешение различных  фракций волокна, получение беспорядочной  ориентации волокон, максимальное сокращение потерь мелких волокон и введенных  в массу химических продуктов, достижение необходимой влажности ковра.

Для равномерного распределения массы и хорошего смешения необходимы тщательное хранение и организованная транспортировка  массы к отливной машине. Каждая частица волокнистой массы, находясь во взвешенном состоянии в суспензии, совершает движение. Оно происходит, во-первых, под действием силы тяжести (частица опускается), а во-вторых, в зависимости от своей формы  она поддается вращению. Образуя  сложные движения, частицы волокон  и волокна сталкиваются друг с  другом, сцепляются и создают условия  для хлопьеобразования. Вместе с  тем в быстро движущейся суспензии  образование хлопьев сопровождается разрывами и устанавливается  динамическое равновесие. Учитывая этот факт, необходимо создавать такие  условия, чтобы истечение суспензии  в трубопроводах не нарушалось механическими  препятствиями на пути потока. Следует  избегать углов, искривлений, неровностей  внутренних поверхностей массопроводов.

Все операции по формированию древесноволокнистого ковра следует производить с  постепенно нарастающей нагрузкой. Установлено, что форсированный  режим обезвоживания на любой  стадии процесса вызывает разрушение волокнистой структуры ковра, снижение его механических свойств при отсутствии каких-либо внешних видимых признаков.[1]

В цехах древесноволокнистых плит, работающих по мокрому способу, важное технологическое и экономическое значение имеет процесс возврата волокна в производство. Вместе со сбрасываемой водой уходят и волокна, содержание которых в сточной воде составляет около 1600 мг/л. Извлечение из сбрасываемой воды древесных волокон позволяет максимально использовать сырье и оборотные воды, что снижает расход сырья и свежей воды на единицу выпускаемых плит. Кроме того, уменьшение содержания волокнистых веществ в сточной воде создает благоприятные условия для последующей обработки ее на очистных сооружениях. Для возврата волокна в производство используются технологические фильтры. В нашей стране на заводах, изготовляющих древесноволокнистые плиты, установлены фильтры польского производства.[7]

1.1.2.4 Прессование плит

Прессование - основная операция технологического процесса, определяющая качество выпускаемых  плит и производительность оборудования. Во время прессования влажное  древесноволокнистое полотно подвергается большому давлению при высокой температуре  и превращается в древесноволокнистую  плиту. Это превращение происходит вследствие физических, химических и  морфологических изменений насыщенного  влагой древесного волокна.

В процессе прессования происходят изменения  целлюлозной части древесного комплекса. Уменьшаются размеры элементарной кристаллической решетки, идет укрупнение кристаллических участков. Упорядочение структуры делает возможным сближение  целлюлозных молекул и сегментов  макромолекул на расстояния, необходимые  для образования химических связей между древесными волокнами. При  повышенном давлении и высокой температуре  наблюдаются термогидролитические превращения гемицеллюлоз, что вызывает увеличение содержания водорастворимых продуктов в прессуемом материале, окисление первичных гидроксильных групп сахаров с образованием карбоксильных групп, установление простых и сложноэфирных связей в результате реакций дегидратации и этерификации. Этим объясняется, что прочность и водостойкость плит находятся в соответствии с количественными изменениями экстрактивных веществ, изменениями функциональных групп, водородных связей, свободных радикалов и подвижностью углеводного скелета древесного волокна.