Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Файлы

Петрушева Н.А. Чистова Н.Г. Алашкевич Ю.Д.

Статья в формате PDF

200 KB

Основным сырьем при производстве волокнистых материалов продолжает оставаться древесина хвойных пород. Однако при растущем дефиците данного сырья актуальным становится и использование вторичного волокна. В целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве древесноволокнистых плит источником вторичного волокна являются сухие и мокрые отходы производства. Dопрос использования вторичного волокна в производстве древесноволокнистых плит (ДВП) изучен недостаточно. Работ, посвященных данному вопросу крайне мало, а существующие уделяют основное внимание удалению клейких загрязнений из основного потока. Вопросу обработки вторичного волокна в производстве древесноволокнистых плит не уделено должного внимания. Процесс предварительной обработки волокнистого материала при использовании его в производстве очень важен и оказывает большое влияние на физико-механические характеристики готовой продукции. Основная цель предварительной обработки вторичного волокна заключается в создании условий для полноценного его использования. При соответствующей механической обработке волокон можно частично улучшить механические свойства массы путем создания новых участков межволоконных связей вместо разрушенных, за счет дополнительной фибрилляция волокон [6]. Между тем, для производства древесноволокнистых плит мокрым способом проблема утилизации отходов стоит очень остро: объем отходов производства древесноволокнистых плит составляет около 20 % от объема основного сырья, при этом захоронение на полигонах или сжигание их на местных ТЭЦ очень пагубно сказывается как на экологии прилегающих территорий, так и на экономике предприятий по производству ДВП. Отсутствие технологий по обработке вторичного волокна для использования его в основном производстве - вот, по-нашему мнению, главная причина действительного положения дел.

В исследуемом нами Лесосибирском лесопромышленном узле основным сырьем для производства древесноволокнистых плит является древесина хвойных пород. Древесноволокнистую массу для производства ДВП получают с применением ножевых размалывающих машин в две ступени: первая ступень - дефибратор и вторая ступень - рафинатор. И обработку вторичной массы традиционно пытаются осуществить с помощью ножевых размалывающих машин - конической или дисковой мельниц. По наблюдениям специалистов предприятий по выпуску ДВП присутствие вторичной массы в основной композиции способствует снижению физико-механических свойств готовых древесноволокнистых плит, что подтвердилось проведенными нами исследованиями по определению способа обработки вторичного волокна, с использованием опыта целлюлозно-бумажной промышленности. Для приготовление вторичного волокна в ЦБП используют гидроразбиватели различных типов.

Было выяснено, что использование гидроразбивателя является наиболее эффективным с точки зрения физико-механических характеристик готовых древесноволокнистых плит. Для построения математической модели процесса, проверки ее адекватности и для оценки влияния на процесс каждого учитываемого технологического фактора используем регрессионный анализ - метод, который позволяет устанавливать значения факторов и диапазоны их варьирования по своему усмотрению, согласно технологическому процессу.

Для получения регрессионных зависимостей был реализован В-план второго порядка. В общем случае, когда число варьируемых факторов равно k, модель имеет вид

У = В₀ +  +  +    (2)

где У - исследуемый выходной параметр;

X_i и Xj - независимые переменные факторы в условном (нормализованном) масштабе (i и j принимают от 1 до 3, но i ≠ j ).

k - число независимых переменных (k = 1; k = 3)

В₀ - свободный член уравнения регрессии, характеризующий средний уровень выходного параметра;

В_i - коэффициенты регрессии, характеризующие влияние входных факторов X_i на выходной параметр У;

В _{i j} - коэффициенты регрессии, характеризующие эффективность парных взаимодействий входных параметров.

На основании литературных данных и по результатам предварительного эксперимента в качестве входных (управляемых) факторов эксперимента были выбраны следующие технологические параметры процесса: t - продолжительность обработки вторичного волокна, с; Т - температура воды в процессе роспуска вторичного волокна, ⁰С; с - концентрация волокнистой массы, %. Контролируемым фактором эксперимента был выбран основной показатель качества волокнистой массы - степень помола (ДС).

В результате реализации схемы регрессионного анализа и оценка степени влияния каждого входного технологического фактора на выходную величину была получена следующая математическая модель

Y₁ = 14,43 + 4,226Х₁ + 1,9Х₂ + 3,18Х₃ + 0,36Х₁² +

+0,36Х₂² +0,56Х₃² - 0,85Х₁Х₂ -0,35Х₁Х₃ +0,75Х₂Х₃.   (1)

Проанализируем уравнение (1). Очевидно, что зависимость Y₁ от каждого из факторов Х₁, Х₂, Х₃ является квадратичной, так как присутствуют соответствующие квадратичные члены. При этом можно утверждать, что при росте величины Х₁ (τ - продолжительность обработки вторичного волокна в гидроразбивателе), отклик возрастает всегда, при любых значениях остальных факторов. Для этого достаточно убедится, что b₁ > 0 и b₁ > . Действительно, имеем b₁ = 4,22 > 0 и 4,22 > (-1,21). Аналогично, с ростом Х₂ и Х₃ (Т - температура обработки и с - концентрация массы соответственно) отклик Y₁ (ДС - степень помола) тоже всегда возрастает. Зависимости отклика от каждого из факторов описываются уравнениями парабол, так как b₁₁, b₂₂ и b₃₃ отличны от нуля.

Далее отмечаем, что наибольшее влияние фактора Х₁ имеет место при Х₂ = + 1 и Х₃ = + 1, при этом  = 6,15. Аналогично, наибольшее влияние факторов Х₂ и Х₃ имеет место при Х₁ = + 1, Х₃ = + 1 для Х₂ и Х₁ = +1, Х₂ = +1 для Х₃. Наибольшее влияние по показателю  имеет фактор Х₁.

Рассмотрим семейство графических зависимостей Y₁ от Х₁ при различных значениях фактора Х₂ и фиксированных уровнях фактора Х₃. При этом проявится эффект парного взаимодействия b₁₂. Итак, фиксируем значения фактора Х₃ на уровне Х₃ = - 1, а также Х₂ = - 1. Подставляя эти значения в (3.28), получаем

Y₁ = 11,02 + 5,43Х₁ + 0,36Х₁².                    (2)

Сначала выясним поведение данной параболы в интересующем нас диапазоне - 1 > Х ₁> + 1. Для этого уравнения b₁₁ = 0,36 > 0, т.е. уравнение описывает вогнутую функцию (ветви параболы направлены вверх), данная вогнутая парабола имеет вершину вне диапазона варьирования фактора Х₁ и, следовательно, уравнение (2) описывает монотонно возрастающую функцию, так как b₁ > 0. Положим теперь Х₂ = + 1, получим зависимость

Y₁ = 14,82 + 3,73Х₁ + 0,36Х₁².                    (3)

По сравнению с (2) изменился не только свободный член, но и коэффициент b₁, который вместо 5,43 принял значение, равное 3,73. Это произошло из-за наличия парного взаимодействия b₁₂. В результате парабола, описываемая последним уравнением будет более пологой. Это означает, что с уменьшением фактора Х₂, соответствующего температуре суспензии во время обработки, влияние продолжительности обработки на степень помола уменьшилось. В то же время значения степени помола возросли - это следует из увеличения свободного члена.

Влияние остальных факторов на отклик анализируется аналогично. Наглядное представление о влиянии факторов и их взаимодействий на отклик дает изучение графиков, построенных по полученным зависимостям. От графиков, построенных для нормализованных факторов, очень просто перейти к натуральным обозначениям факторов. В двухмерной системе координат достаточно не изменяя самой кривой, перейти к другому масштабу по оси абсцисс, вместо указанных на оси абсцисс значений нормализованного фактора - 1 и + 1 поставит значения нижнего и верхнего уровней соответствующего натурального фактора.

В связи с малой изученностью проблемы использования вторичного волокна в производстве древесноволокнистых плит проведение исследований в этой области необходимо продолжать. Необходимо исследовать влияние конструктивных и технологических параметров оборудования для обработки вторичной массы на физико-механические характеристики готовых отливок. Это позволит более эффективно использовать сырье в производстве древесноволокнистых плит.

Библиографическая ссылка