Экономическая оценка использования отходов лесной отрасли Иркутской области (стр. 2 из 11)

1.2 Физико-механические свойства отходов

За исключением насыпного веса, свойства кусковых отходов мало отличаются от свойств цельной древесины. Основное отличие любого сыпучего материала от сплошного, заключается в дискретности его частиц (опилки, стружка, пылинка). В связи с этим необходимо рассматривать физико-механические свойства отдельных частиц и свойства всей массы сыпучего материала. Древесные отходы, накапливаясь в одном месте без принудительного уплотнения, образует насыпь и занимают объем больший, чем они занимали в цельной древесине до обработки последней, а вес единицы объема такой насыпи уменьшается за счет разрыхления, т.е. уменьшается полнодревесность. Отсюда возникают термины: «насыпная масса», «складочная масса» и «коэффициент полнодревесности».

Отношение складочной массы к плотной массе в 1 куб. м. древесины одинаковой влажности называется коэффициентом заполнения или коэффициентом полнодревесности, которые рассчитываются по формуле:

(1.1)

где G — насыпная масса отходов, кг/м3;

Y — объемная масса плотной древесины, кг/м3.

В таблицах 1.1 и 1.2 приведены коэффициенты полнодревесности кусковых отходов и насыпная масса, и коэффициенты полнодревесности сыпучих отходов.

Таблица 1.1

Коэффициенты полнодревесности кусковых отходов

Вид отхода	Коэффициент полнодревесности	Способ укладки
1. Рейка	0,5–0,6	Плотная укладка
2. Короткомер	0,6–0,7	Укладка навалом
3. Недомерок средний	0,5–0,6	Укладка навалом

Таблица 1.2

Коэффициенты полнодревесности кусковых отходов

Вид отходов	Коэффициент полнодревесности
1. Щепа при свободной насыпке	0,35–0,40
2. Щепа при утрамбовке	0,42–0,50
3. Стружка мелкая без утрамбовки	0,07
4. Стружка мелкая утрамбованная	0,14
5. Опилки крупные без утрамбовки	0,10
6. Опилки крупные утрамбованные	0,26
7. Брикеты из опилок с объемной массой 1,24 г/см3	0,92
8. Древесная пыль хвойных пород	0,15-0,20
9.Древесная пыль твердых лиственных пород	0,46

Влажность древесных отходов

Влага в древесине влияет на физико-механические свойства древесины в любом ее виде. Это обстоятельство получает свое выражение и при использовании древесных отходов. Уже при влажности выше 14–16% вода играет роль смазки при том или ином механическом воздействии, особенно при дроблении и измельчении, когда куски или частицы получаются относительно крупными. Кроме того, при повышенной влажности затрудняется проникновение в древесину вводимых в нее связующих или других ингредиентов.

При сверхнизкой влажности, ниже 4–5%, вода образует в древесине тонкие пленки ничтожно малой толщины — слой воды, прилегающий к твердой стенке и имеющий толщину 0,075 мм, находится в особом состоянии и приближается по свойствам к твердому телу. В этом состоянии древесина становится хрупкой, легко разрушается и измельчается. Но в то же время древесина в таком состоянии быстро поглощает не только влагу, но и вводимые растворимые ингредиенты.

По указанным причинам влажность сыпучих отходов, применяемых в производстве композиционных материалов, доводится до некоторого среднего значения, около 9–10%.

Гигроскопичность

Гигроскопичностью древесины называется ее способность поглощать (сорбировать) пары воды; выражается она не только влагопоглощением, но и набуханием, которые являются показателями одного и того же сорбционного процесса. Поверхностно-активные свойства древесины повышаются по мере ее измельчения. Если цельная древесина увеличивает свою влажность на 25% за двое суток, то измельченная, т.е. сыпучая древесина, повышает свою влажность на 28% за одни сутки. Наиболее интенсивно древесина поглощает влагу в интервале от 0 до 12%, и различие в поглощении влаги цельной древесиной и измельченной продолжает быть заметным до влажности 16–17%. Однако уже в интервале влажности от 18 до 26% динамика поглощения влаги оказывается одинаковой для цельной и для измельченной древесины.

Таким образом, сорбирующие свойства древесных отходов зависят от их структуры, крупности, а также их начальной влажности.

Эквивалентный диаметр частиц

При различных операциях с сыпучими отходами приходится рассчитывать те или иные технические процессы, например сушку, пневматическое транспортирование и др. В этих случаях большую роль играет размер частицы. Для удобства и упрощения расчетов форму частиц сыпучих материалов принимают за шар.

В действительности частицы сыпучей древесины отличаются по форме от шара. Поэтому вводят понятие об эквивалентном диаметре, т.е. о линейном размере частицы, эквивалентном диаметру соответствующего шара.

Эквивалентный диаметр частицы определяют при помощи ситового анализа из соотношения по формуле 1.2:

(1.2)

где di — средний диаметр отверстия сит,

k — число исходных фракций в слое по рассеву;

xi — массовая доля фракции.

Средний диаметр отверстия сит определяется по формуле 1.3:

(1.3)

где d1 — диаметр отверстий проходного сита,

d2 — диаметр отверстий непроходного сита.

Если размеры частиц уже определены экспериментально и она резко отличается по форме от шара, эквивалентный диаметр частицы можно определить по формуле 1.4:

(1.4)

где

— коэффициент или фактор формы;

dш — диаметр шара, объем которого эквивалентен объему данной частицы.

Если объем данной частицы равен Vч, то при Vш = Vч диаметр шара рассчитаем по формуле 1.5:

(1.5)

Для шарообразных частиц

=1, округлых =0,75, угловатых =0,66, продолговатых =0,58, пластинчатых =0,43.

Пирофорные свойства

При хранении измельченной древесины (опилок) в кучах возможно их самовоспламенение. Температура самовоспламенения опилок близка к 275°С. Взрывоопасность может возникнуть всюду, где имеется мелкая и сухая сыпучая древесина. Поэтому особо опасными в отношении пожара и взрыва являются сухие опилки и древесная пыль. Условиями для образования взрыва являются: определенная концентрация пыли в воздухе; наличие источников тепла, способных воспламенить взвешенную в воздухе пыль, а также скопление электростатических зарядов, присутствие в воздухе достаточного количества кислорода, расходуемого на полное сгорание аэросмеси. Древесная пыль имеет температуру вспышки 430°С и температуру самовоспламенения 775°С.

Минимальная взрывоопасная концентрация древесной пыли в воздухе (нижний предел взрыва) 12,6 т/м3, а опилок — 65 г/м3.

Эти данные относятся к продукту, имеющему влажность 6,35%, а зольность 5,4%. С повышением влажности показатели повышаются, а со снижением зольности уменьшаются.

Шлифующие свойства

Сухая сыпучая древесина обладает абразивными (шлифующими) свойствами. Шлифующие свойства ярко выражены у сухой и пересушенной древесины твердых пород. По этой причине песчинкообразные, относительно крупные частицы опилок твердых древесных пород (бука, березы) применяются для чистки мехов в легкой промышленности. При помощи опилок можно быстро снять окалину с металла и отшлифовать его.

Транспортирование щепы и сыпучих отходов

Транспортирование щепы и сыпучих отходов осуществляется следующими видами транспорта:

− механический транспорт. Для заводского и межзаводского транспортирования щепы и ее погрузки часто применяют механические транспортеры (ленточные, скребковые, шнековые и др.). Ленточные транспортеры используются также при хранении в галереях для распределения щепы по бункерам с помощью стационарных плужковых сбрасывателей. При хранении в закрытой наземной емкости (шатре или силосе) щепа подается на погрузку ленточными или скребковыми конвейерами.

− пневмотранспорт. Механические транспортеры постепенно вытесняются пневмотранспортом низкого и высокого давления. В установках низкого давления воздух отсасывается из трубопровода или подается в него вентилятором, а количество подаваемого воздуха зависит от разницы давления его в трубопроводах и перед вентилятором (при максимальном статическом давлении у вентилятора 30,5 см вод. ст. или 0,03 кг/см2). В установках высокого давления воздух нагнетается в трубопроводы компрессором таким образом, что его количество, подаваемое в единицу времени, не зависит от давления воздуха в трубопроводе при давлении 0,21-0,42 и 0,70 кгс/см2.

Для внутрицехового транспортирования сыпучих отходов (стружки, опилок, пыли) обычно применяется пневмотранспорт низкого давления. Основное требование к пневмотранспорту — не допускать пыления всей системы и особенно циклона. Принято, что размер выделяемой с отходящим из циклона воздухом (на выхлопе) пылинки не должен превышать 10 мкм.

При пневмотранспорте сыпучей древесины в системе образуются электростатические заряды, что может привести к взрыву. Потенциальным очагом возникновения взрыва в системе пневмотранспорта является участок циклон- бункер. Для нейтрализации зарядов можно применить генератор ионов нейтрализатора, устанавливая его непосредственно перед циклоном. Ионы, генерируемые коронным разрядом с острия, имеют знак, противоположный знаку зарядов, образующихся на транспортируемом материале. Наиболее целесообразно вводить ионы из генератора в трубопровод эжектированием. Для уменьшения пыления применяют батареи циклонов.