автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование технологии подготовки древесины осины для получения древесного угля с повышенными физико-механическими свойствами

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Основные характеристики и свойства древесины осины.

1.2. Состояние и перспективы производства древесного угля.

1.3. Возможности улучшения качества исходного сырья.

1.4. Основные положения теории прессования древесины.

1.5. Факторы, влияющие на деформативность древесины.

1.6. Физические аспекты процесса прессования.

1.7. Вязко-упругие свойства древесины.

1.8. Выбор рационального способа уплотнения древесины осины для производства древесного угля.

1.9. Определение усилия, необходимого для прессования.

1.10. Выбор оптимальных условий процесса прессования.

1.11 Задачи исследований.

2 Методика экспериментальных исследований.

Предварительные опыты.

2.1. Экспериментальная установка.

2.2. Методика обработки опытных данных.

2.3. Предварительная оценка влияния влажности, тепловой обработки заготовки и воздействия ультразвукового поля на потребную силу проталкивания.

3 Разработка математической модели процесса уплотнения древесины осины методом одноосного прессования с использованием ультразвука.

3.1. Определение совокупности параметров, влияющих на потребную силу проталкивания заготовки, изменение твердости древесины и конечный размера заготовки. Вид критериев подобия.

3.2. Построение математической модели.

3.3. Степень влияния определяющих параметров на потребную силу проталкивания заготовки, конечный размер заготовки после прессования и статическую твердость уплотненной древесины.

4 Получение древесного угля из уплотненной древесины осины и исследование его качества.

5 Технология и технико-экономические показатели при внедрении результатов исследований.

5.1. Технология производства древесного угля из уплотненной древесины осины.

5.2. Экономическая оценка эффективности производства древесного угля из уплотненной древесины осины.

Основные результаты, выводы и рекомендации.

Актуальность темы.

В последние годы на лесопокрытой площади территории Лесного фонда Российской Федерации наблюдается тенденция смены хвойных и широколиственных лесов мелколиственными, среди которых большой вес имеет осина (площадь 18 млн. га, запас 2,6 млрд. м3). Это связано с биологическими особенностями данной породы, которые заключаются в способности к быстрому размножению, как семенным, так и вегетативным путем, и быстром росте. Достаточно сказать, что продолжительность класса возраста осинового древостоя первых четырех- генераций вегетативного происхождения составляет всего 5 лет, а хвойных и твердолиственных насаждений - 20 лет.

В настоящее время существует ряд технологических процессов по переработке осиновой древесины: производство колотых балансов, технологической щепы, тарной дощечки, кормовых и компостных продуктов и т.п. Однако, существующие технологические процессы первичной переработки осины имеют выход готовой продукции 20 - 50 % от первоначального объема. Это связано с ее повышенной фаутностью (особенно при вегетативном происхождении). Заготовка такой древесины без глубокой переработки часто становится нерентабельной. Поэтому в некоторых регионах, с разрешения органов лесного хозяйства, было разрешено оставлять осину на корню. Это еще более усугубило состояние осиновых насаждений в связи с их быстрым ростом и увеличением их фаутности.

Одним из основных направлений полного использования древесины осины является химико-механическая переработка, в частности, производство древесного угля. Его широкое применение в народном хозяйстве и дефицит на внутреннем рынке создают предпосылки для совершенствования технологии получения древесного угля с повышенными физико-механическими свойствами.

В современных экономических условиях производителям древесного угля при закупках сырья трудно конкурировать с мебельной, фанерной и целлюлозно-бумажной промышленностью. Поэтому возникает необходимость в использовании древесины мягких лиственных пород.

Правительственная комиссия по научно-инновационной политике Российской Федерации в 2002 г. (протокол № 1 от 18.01.2002 г.) утвердила «Перечень критических технологий Российской Федерации до 2010 г.», в которых содержится раздел «Переработка и воспроизводство лесных ресурсов»; Все это имеет отношение к эффективной заготовке и переработке древесины осины с получением древесного угля высшего качества.

Цель работы.

Целью данной работы является совершенствование технологического процесса получения древесного угля с повышенными физико-механическими свойствами из древесины мягких лиственных пород.

Научная новизна.

Научной новизной обладают:

- Способ и математическая модель, описывающие закономерности подготовки древесины осины для получения угля высокого качества путем уплотнения ее в термо-пьезо-акустическом поле.

- Установка для получения древесного угля, защищенная авторским правом на полезную модель № 24872.

Практическая значимость.

Для практики имеют значение:

- зависимости для установления рациональных технических и технологических параметров процесса, оценки экономической эффективности и целесообразности организации производства древесного угля из уплотненной древесины осины; 6

- технологический процесс участка углежжения на основе оригинальной установки для производства древесного угля. ,

На защиту выносится следующее положения:

- технология уплотнения древесины осины методом одноосного прессования с применением ультразвука;

- математическая модель уплотнения древесины осины методом одноосного прессования с применением ультразвука;

- технологический процесс получения древесного угля из уплотненной древесины осины с технико-экономическим обоснованием.

1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 279 с.

2. Алфрей Т. Механические свойства высокололимеров. М.: Изд. иностр. лит. 1952.265 с.

3. Андреев A.A. Математическое планирование эксперимента. Л.: ЛТА, 1982. 150 с.

4. Апостол A.B. Разбухание и усушка древесных материалов./ Научные трудыЦНИИМОД, Архангельск,1959, №26, 142-144.

5. Апостол A.B. Усушка прессованной древесины. // Деревообрабатывающая ихимическая промышленность, 1954, №4, С 14 - 15.

6. Афанасьев П.С. Конструкции деревообрабатывающих станков: М.: Машгиз, 1960.690 с.

7. Бакулин В.Т. Анатомическое строение древесины у индуцированныхполиплоидов тополя. Изд СО АН СССР Сер биол, 1980, № 5/1, С 25-30 .

8. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химки 1984.279 с.

9. Белов В. Оценка гигиенической роли леса.// Лесное хозяйство, 1964, № 1, 3- 1 3 .

10. Белянкин Ф.П., Яценко В.Ф. Деформативность древесины как упруго-вязкопластического тела. К.: АН УССР, 1957. 128 с.

11. Боровиков A.M., Уголев Б.Н. Справочник по древесине. М.: Леснаяпромышленность, 1989. 294 с.

12. Бочкарев И.В. Подшипники из прессованной древесины./ Сборник трудов МИСИ,1958, №19, С 24 -26 .

13. Бронзов О.В., и др. Древесный уголь. М.: Лесная промышленность, 1979. 137 с.

14. Бухалков М.И. Внутрифирменное планирование: Учебник. - М.: «Инфра-М», 1999.391 с.

15. Быковский В.И. Применение механики упруго-вязких тел к построению теориисопротивления древесины с учетом фактора времени. / Сб. «Исследования прочности и деформативности древесины», М.: Госстройиздат, 1956, 3 8 - 4 1 .

16. Ванин И. Древесиноведение M—^Л.: Гослесбумиздат, 1949. 472 с.

17. Ващев N.B. Древесина мягких лиственных пород в производстве колодок дляобуви. Пластификация и модификация древесины, Рига: Зинатне, 1970, 17 20.

18. Винник Н.И., Корыстин Л.Н. Промышленное производство прессованнойдревесины М.: Лесная промышленность, 1964. 140 с.

19. Вихров В.Е. Физические свойства древесины некоторых деревьев и кустарниковлесостепной зоны, «Труды Института леса», т.1, М.: Издательство Академии наук СССР, 1953. 274 с.

20. Воинов Г. Хозяйственное использование осинников Севера. / В кн. Рубки ивосстановление леса на Севере Архангельска, 1968, 304 - 312.

21. Вопросы теории, технологии и применения уплотненной древесины. (Научныетруды ЛТА, №111,123).Л.: ЛТА, 1968. 75 с.

22. Выродов В.А., Елкин В.А. Оборудование и проектирование предприятийгидролизной и лесохимической промышленности. М.: Лесная промышленность. 1991. 301 с.

23. Выродов В.А, Кислицын АН., Киприанов А.И. и др. Технология лесохимическихпроизводств. М.: Лесная промышленность, 1987. 352 с.

24. Гончаров H.A. Технология изделий из древесины. Применение ультразвука вдеревообработке. Лекции для студентов факультета МТД., Л.: ЛТА, 1973. 44 с.

25. ГОСТ 24260-80 Сырье древесное для пиролиза и углежжения, М.: Изд.Стандартов ,1990. 7 с.

26. ГОСТ 7657-84 Уголь древесный, М.: Изд. Стандартов, 1990. 12 с.

27. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.:Высшая школа, 1966. 314 с.

28. Ельков Л. В. Рациональное использование мелкотоварной древесины дляпроизводства втулок и паркета. / В кн. Рациональное и комплексное использование древесины в деревообрабатывающей промышленности, Минск, 1974, 2 7 - 3 1 .

29. ЖИТКОВ П.Н. Определение физико-механических свойств древесины. /Прессованная древесина в народном хозяйстве. М.: ГОСИНТИ, 1964, 172 177.

30. Житков П.И., Огарков Б.И. Прессованно-гнутая древесина и ее применение впроизводстве.//Деревообрабатывающая промышленность, 1958, №10, 14-18 .

31. Жуков А. М. Некоторые данные о составе микроэлементов осины при пораженииее сердцевинной гнилью. — Изд. СО АН СССР, 1967, № 15, 30 - 35.

32. Иванников П. Селекция осины, произрастающей в лесостепи, на бысфотуроста, устойчивость против гнили и качество древесины. Автореф. дис. канд. с.-х наук, М., 1956. 15 с.

33. Иванов Ю.М. Изменение микроскопического строения древесины в процессе еедеформации и разрушения. Я руды Института леса, М.: АН СССР, т.9, 1953, 89 -114.

34. Иванов Ю.М. К исследованию высокоэластического состояния древесины. /Труды Института леса и древесины, М.: АН СССР, т.5, 1952, 195-217.

35. Ильин А. М. Количественно-анатомические особенности древесины мужских нженских особей осины. / Науч. докл. высш. школы. Биол. науки, 1972, № 11, 65 - 66.

36. Исследование применения малоценных пород древесины для производствапаркета. Отчет по НИР ЛТА им. М. Кирова. Тема No 1550. № государственной регистрации 66042598, Л.: ЛТА, 1967. 7 с.

37. Калниньш А.И., Дарзиньш Т.А. и др, Пластификация древесины спредварительной обработкой аммиаком. // Деревообрабатываюьцая промышленность, 1964, № 5, 11 - 13.

38. Калниньш А.И., Дарзиньш Т.А. Процессы пластификации древесины аммиаком./Тезисы докладов Всесоюзной конференции по современным проблемам древесиноведения. Минск, 1971, 42 -47.

39. Каргин В.А., Слонимский ГЛ. Краткие очерки по физико-химии полимеров. М.:МГУ, 1960. 174 с.

40. Каргин В.А., Усманов Х.У. Химия и физико-химия высокомолекулярныхсоединений. М.: АН СССР, 1952. 128 с.

41. Кинле Х.,Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. М.: Химия.1984. 232 с.

42. Кислицын А.Н. Пиролиз древесины. Химизм, кинетика, новые продукты. М.:Лесная промышленность 1990. 311 с.

43. Клар В.Г., Кытманов A.B., Петрова O.A. Структура и свойства древесиныдвуосного прессования. / Древесиноведение и защита древесины», Труды Института леса и древесины, т. 35, М.: АН СССР, 1963, 83 - 90.

44. Клар Г. В. Влияние условий произрастания на строение и физико-механическиесвойства древесины осины Воронежской области. / Сб. науч. тр. Лесоинженерное дело, 1958, № 4, 5 8 - 6 1 .

45. Клар Г. В. Осина как строительный и поделочный материал. / Бюл-науч.-техн.инф. 1958, №6, 24 -27 .

46. Клар Г.В., Климова М.И. Стабилизация формы и размеров прессованнойдревесины. / Свойства древесины. Ее защита и новые древесные материалы. Сб. науч. тр. института леса и древесины. М.:АН СССР, Наука, 1966, 67 - 71.

47. Козлов В.Н., Нимвицкий A.A. Технология пирогенетической лереработкидревесины. М.Л.: Гослесбумиздат, 1954. 620 с.

48. Колчина Н.В. и др. Финансы предприятий: Учебник. М.:ЮНИТИ, 2000. 413 с.

49. Корыстин Л Н. и др. Производство деталей из прессованной древесины вБоровичиком леспромхозе. // Лесная промышленность , 1966, № 8, 24 - 26.

50. Кочак Ю. Вести хозяйство на здоровую осину. // Лесное хозяйство, 1965, № 10, , 50 -51 .

51. Кошкарев К.П. Исследование прочности и деформативности древесины. М.:Гослесбумиздат, 1956. 274 с.

52. Кречетов И.В. Сушка древесины. М.: Лесная промышленность, 1980. 432 с.

53. Леонтьев Н. Л. Техника испытаний древесины. М.: Лесная промышленность, 1970.158 с.

54. Леонтьев Н.Д. Физико-механические свойства древесины. //Деревообрабатывающая промышленность, 1963, №4, 15-16 .

55. Леонтьев Н.Л. Изучение древесных пород СССР в отношении физикомеханических свойств и планирование дальнейшей работы. / Труды Института леса,т.1, М.: Изд. А.Н. СССР, 1949.

56. ЛЯМИН В.А. Газификация древесины. М.: Лесная промышленность, 1967. 262 с.

57. Марков А. М. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1980.237 с.

58. Матвеев В.Г., Четвериков Н.М. Значение теплового воздействия в процессепластификации древесины. //Лесохимическая промышленность, 1938, №2, 19 -26 .

59. Михайлов Л.Е. Осина. М.: Агропромиздат, 1985. 72 с.

60. Михайлов Л.Е. Осинники. М.: Лесная промышленность, 1972. 120 с.

61. М0ВНИН М.С., Калниньш А.И., Берзиньш Г.В. Некоторые вопросы прокаткидревесины./ Труды ЛТА, Л.: ЛТА, 1968, №111, 9 - 22.

62. Модифицированная древесина и исследование ее свойств. / Научные труды. Л.:ЛТА, 1968, №123, 128-134.

63. Москалева В.Е. Строение древесины и ее изменение при физических имеханических воздействиях. Л.: Изд. АН СССР, 1956. 166 с.

64. Некрасова Г.Н. Типы нормального и патологического ядер осины, ихбиологическое и хозяйственное значения. Автореферат дис. на соискание ученой степени канд. биол. наук. Л.: Л ТА, 1967. 17 с.

65. Никитин Н.И. Химия древесины. M-Л , : Изд. АН. СССР, 1951. 578 с.

66. Нысенко Н.Г., Генель СВ. Пластификация цельной древесины. М-Л.:Гослесбумиздат.1958. 252 с.

67. Огарков Б. И. Исследование релаксационных свойств древесных материалов,применяемых в машинах деревообрабатывающей промышленности. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л.: ЛТА 1970

68. Огарков Б.И. Научное обоснование технологии изготовления прессованнойдревесины с заданными свойствами. Дис. на соискание ученой степени доктора технических наук, Воронеж, 1979. 306 с.

69. Огарков Б.И., Апостол A.B. Теория и физическая сущность прессованиядревесины. Воронеж. Изд. ВГУ., 1981. 342 с.

70. Огаркова Г.В. Коэффициент усушки прессованной древесины.//Деревообрабатывающая промышленность, 1957, №9, 17.

71. Патякин В.И. Проблема повышения плавучести круглых лесоматериалов. М.:Лесная промышленность, 1976. 264 с.

72. Перелыгин Л. М. Древесиноведение М-Л . : Гослесбумиздат, 1960. 240 с.

73. Перелыгин Л. М. Древесиноведение, М -Л . : Гослесбумиздат, 1949. 320 с.

74. Перелыгин Л. М., Певцов АХ. Механические свойства и испытание древесины.М.: Гослестехиздат, 1934. 488 с.

75. Петровец В.Ф. Обоснование технологии и параметров оборудованияформирования шестигранной шашки методом контурного прессования: Дис. на соискание учен, степени канд. техн. наук. С-Пб.: ЛТА, 1994. 115 с.

76. Пискарев В.А. Влияние влажности древесины на технологию прессования и нафизико-механические свойства прессованной древесины. Автореф. дис. канд. техн. наук, Воронеж, 1960. 21 с.

77. Полищук В.П., Олофинский В.Б. Научные основы лесного комплекса. Водныйтранспорт леса. С-Пб.: ЛТА, 1997. 152 с.

78. Полубояринов О. И. Плотность древесины. М.: Лесная промышленность, 1976.159 с.

79. Полубояринов О. И. Физико - механические свойства фаутной древесины осины //Лесной журнал, 1964, № 6, 125 - 129.

80. Родионов n.M. Основы научных исследований Л.: ЛТА, 1989. 99 с.

81. Родионов n.M. Методы построения и обоснования математических моделейфизических процессов. С-Пб.: ЛТА, 2001. 48 с.

82. Руководство по организации и ведению хозяйства на осину в лесах европейскойчасти СССР. М., 1983. 36 с.

83. Савина А. В. Физиологическое обоснование рубок ухода. М.—^Л., 1961. 97 с.

84. Селянина Л.И. и др. Процессы и аппараты лесохимических и гидролизныхпроизводств. С-Пб: ЛТА, 1994. 336 с.

85. Славянский АК. Новые методы пиролиза древесины. М.: Леснаяпромышленность, 1965. 253 с.

86. Смилга Я.Я. Осина. - Рига: Зинатне, 1986. 234 с.

87. Солнцев A.A., Москалева В.Е. Исследование анатомических измененийдревесины при прессовании. Труды ЦНИИМОД, , М., 1955, №55, 8.

88. Справочник лесохимика. М.: Лесная промышленность, 1987. 272 с.

89. Стороженко В.Г., Михайлов Л.Е., Багаев СМ. Ведение хозяйства в осинниках. М.:Агропромиздат, 1987. 144 с. ЭО.Уголев Б.Н. Деформативность древесины и напряжение при сушке. М.: Лесная промышленность, 1971.174 с.

90. Уголев Б.Н. Сушка древесины. Архангельск, 1968. 308 с.

91. Успасский П.П. Древесина и ее обработка. М.: Оборонгиз, 1946. 411 с.

92. Хмелев В.Н. Ультразвуковые многофункциональные аппараты дляинтенсификации технологических процессов. / Материалы научно-технической конференции "Двойные технологии в химической промышленности". - Казань: КГТУ, 1997, 143-145.

93. Хрулев В.М. Модифицированная древесина в строительстве, М.: Стройиздат,1986. 112 с.

94. Хухрянская Т.П. Влияние прессования на структуру древесины осины и сосны.Труды Института леса, т.9, АН СССР, 1953, 444 - 447.

95. Хухрянский П.Н. Влияние влажности на свойства прессованной древесины. //Деревообрабатывающая промышленность, 1955, №8, 15 -17.

96. Хухрянский П.Н. Микроструктура и крепость древесины, / Труды Брянскоголесохозяйственного института,т.1,Брянск, 1940, 138.

97. Хухрянский П.Н. Прессование древесины. М.: Лесная промышленность, 1964.351 с.

98. Чудинов Б.С. Теория тепловой обработки древесины. М.: Наука, 1968. 255 с.

99. Шамаев В. А. Модификация древесины. М.: Экология, 1991. 125 с.

100. Юсси Ранта, Тиммо Сакса, Рийта Кайненен. Сорта древесного угля и продажаего в Финляндии. Миккиеми., 1994. 76 с.

101. Яблоков А. Воспитание и разведение здоровой осины. М.; Гослесбумиздат,1963.42 с.

102. Якимов И. В. Влияние возраста на анатомическое строение и техническиесвойства древесины осины / Науч тр Воронеж лесотехн ин та, 1968, № 30, 127 -131.

103. Якимов И. В. О связи между толщиной стенок волокон либриформа,условиями роста и физико -механическими свойствами древесины осины / Тр Воронеж гос заповедника 1972, вып 18, 133-137.

104. Bersinsh G.V. USSR studies compressed wood production. World Wood № 2,1971.17 р.

105. Carmthers J.F.S. Heat penetration in the pressing of plywood. London, H.M.S.O.,1959.22 р.

106. Hinds Т.Е. Aspen mortality in Rocky Mountain campgrounds. Fort Collins, Colo,1976, 20 p.