В производстве древесноволокнистых плит предварительная подготовка полуфабриката потребляет до 65 % всех затрат электроэнергии производства. На исследуемом предприятии в настоящее время для обработки вторичного волокна используется коническая мельница. Задачей нашего исследования процесса обработки вторичного волокна является определение влияния технологических параметров процесса обработки вторичного волокна в гидроразбивателе на удельный расход электроэнергии.
В результате статистической обработки полученных экспериментальных данных было получено следующее уравнение
E = 18,84 + 0,0007τ + 0,19T + 0,3c + 0,0000009τ2 + 0,0004T2 + 0,22c2 -0,00008Tτ + 0,0001τc +0,0045Тc.
Графические зависимости, представленные на рисунках 1, 2 и 3 представляют собой поверхности отклика, построенные в трехмерной системе координат для натуральных обозначений факторов. Для построения таких графиков один из факторов фиксируют, и изменяют значения двух других факторов, поэтому представленные поверхности отклика позволяют увидеть не только влияние отдельного фактора на отклик, но и взаимодействие двух факторов. На рисунках приведены графики при фиксировании одного из факторов на среднем уровне, так как графики при фиксировании факторов на максимальном и минимальном уровнях будут повторять свой рисунок.
Анализ парного взаимодействия τc показывает следующее. С увеличением значений фактора концентрации вторичной массы уровень расположения параболы, описывающей зависимость удельного расхода электроэнергии от продолжительности обработки, становится выше, то есть значения удельного расхода электроэнергии увеличиваются, так же парабола становится более крутой, что говорит о усилении влияния фактора продолжительности обработки вторичного волокна на отклик с ростом значений фактора концентрации.
E, квт.ч/кг
T0C τ, c
Рисунок 1 - Поверхность отклика E = f (τ, Т)
Влияние фактора концентрации, наглядно можно увидеть также на рисунке 2. Очевидно, что с ростом значений концентрации увеличивается удельный расход электроэнергии. При этом на начальной стадии обработки вторичного волокна (при продолжительности обработки от 600 до 1200 с) влияние фактора концентрации на отклик незначительно, затем влияние этого фактора усиливается по мере возрастания фактора продолжительности обработки. Таким образом проявляется парное взаимодействие факторов τс и их влияние на величину удельного расхода электроэнергии.
E, квт.ч/кг
τ, c
Рисунок 2 - Поверхность отклика E = f (τ, с)
E, квт.ч/кг
T0C
Рисунок 3 Поверхность отклика E = f (Т, с)
Поверхность отклика Е = f (Т, с), характеризующая парное взаимодействие факторов температуры и концентрации, представлена на рисунке 3. Как можно увидеть из данного рисунка, под влиянием фактора концентрации изменилась зависимость удельного расхода электроэнергии от температуры обработки. Экстремум параболы сместился и стал более выраженным. С другой стороны, влияние фактора концентрации на отклик усиливается с увеличением значений фактора температуры. Однако, под влиянием фактора температуры зависимость удельного расхода электроэнергии от концентрации приобрела линейный характер.
Полученные математические модели [4, 5, 6] могут быть использованы не только с целью исследования интересующего нас процесса обработки вторичного волокна для использованию его в основном производстве древесноволокнистых плит. Эти модели являются так же основой для отыскания оптимальных условий функционирования объекта.
Задачей оптимизации процесса обработки вторичного волокна в производстве древесноволокнистых плит является отыскание таких значений основных технологических параметров данного процесса, при которых значение удельного расхода электроэнергии будет минимальным, а качественные характеристики полученной массы и физикомеханические параметры отливок из нее будут находиться на необходимом уровне. Оптимизация осуществлялась последовательным симплексметодом.
В качестве целевой функции нами был выбран удельный расход электроэнергии, при соблюдении следующих ограничений:
ДС > 18 ДС;
Lа > 8 мм;
Pr = > 33 МПа;
Pl > 800 кг/м3;
Rz < 33 %;
600 с ≤ τ ≤ 2400 с;
10 0С ≤ Т ≤ 50 0С;
1 % ≤ с ≤ 3 %.
В результате решения поставленной задачи получим следующие значения технологических параметров, обеспечивающих оптимальные условия проведения обработки вторичного волокна в гидроразбивателе при производстве древесноволокнистых плит: τ = 2400 с; Т = 30 0С; Х с = 2 %.
Проведение обработки вторничного волокна в гидроразбивателе при оптимальных условиях позволило снизить величину удельной энергоемкости процесса на 27%, в сравнении с существующим процессом ножевой обработки вторичного волокна в конической мельнице, удельная энергоемкость которого составляет 41 кВт ч/кг.
На основании полученных результатов, в технологическую схему современного производства древесноволокнистых плит мокрым способом, действующим на базовом предприятии необходимо включить гидроразбиватель как узел переработки вторичного волокна, заменив существующую коническую мельницу.
Экономический эффект от замены ножевого оборудования для обработки вторичной массы на гидроразбиватель равен экономии условнопостоянной части расходов в себестоимости за счет снижения удельного расхода электроэнергии и затрат на сырье и увеличения прибыли предприятия за счет улучшения качества готовых древесноволокнистых плит. Также, экономия средств предприятия происходит за счет снижения расходов на выплаты экологических штрафов, арендной платы за полигоны хранения отходов и транспортные расход на вывоз этих отходов. В настоящий момент на это расходуется около 390 рублей на 1м3 отходов, количество отходов около 425 тыс. м3 - это еще около 170 тыс. рублей ежегодно.
Таким образом, общая прибыль предприятия с учетом НДС (30%) составит около 3,3 млн. руб./год.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Бекетов В.Д. Повышение эффективности производства древесноволокнистых плит. - М.: Лесн. промсть, 1998. - 160 с.
- Экономика использования вторичных древесных ресурсов / Спринцын С.М., Сапожникова Т.А., Литвиненко С.А., Малышкина В.К. - М.: Лесн. промсть, 1990. - 240 с.
- Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. М.: Лесн. промсть. - 1973. - 119 с.
- Петрушева Н.А., Чистова Н.Г. К вопросу безотходного производства древесноволокнистых плит // «Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации, контроля» Международная научнопрактическая конференция. - Пенза. - 2004. - С. 7273.
- Петрушева Н.А., Чистова Н.Г. Выбор оборудования для обработки вторичной массы при производстве древесноволокнистых плит мокрым способом // Депонированная рукопись в ВИНТИ, № 1996 - В2003, г. Москва, 20.11.2003 г. 19с.
- Петрушева Н.А., Чистова Н.Г., Мищенков Д.А. Пути улучшения использования древесного сырья при производстве древесноволокнистых плит мокрым способом // Депонированная рукопись в ВИНТИ, № 1150 - В 2004, г. Москва, 2004г. 22с.