Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНА В ГИДРОРАЗБИВАТЕЛЕ

Петрушева Н.А. Чистова Н.Г. Алашкевич Ю.Д.
Во всех странах мира важным направлением природоохранной деятельности лесохимического производства является развитие ресурсосберегающих технологий, позволяющих использовать в качестве сырья отходы производства. В настоящее время рациональное потребление материальных ресурсов предполагает принципиально новый подход к воспроизводству вещественных факторов производства. Одностороннее использование вовлекаемых в хозяйственный оборот ресурсов изжило себя экономически, технологически и экологически. Практическое решение этой проблемы особенной актуально для лесохимической промышленности (производство бумаги и картона, древесноволокнистых плит), характеризующихся значительными резервами в области рационального использования сырья, энергии и утилизации производственных отходов.

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 + а + а + а   (2)

где У - исследуемый выходной параметр;

Xi 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;

Вi - коэффициенты регрессии, характеризующие влияние входных факторов Xi 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 > аа. 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 а = 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 а 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

Петрушева Н.А., Чистова Н.Г., Алашкевич Ю.Д. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНА В ГИДРОРАЗБИВАТЕЛЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 5. – С. 58-59;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=22937 (дата обращения: 20.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074