Сушка и сортировка измельченной древесины
Сушка - обязательная технологическая операция во всех процессах деревообработки. Для каждого вида древесных материалов есть свои способы сушки.
В этой публикации мы рассмотрим способы сушки измельченной древесины и принципиальную схему работы сушильного оборудования, а также методы сепарирования (сортировки) измельченных материалов, используемых для производства плит и древесно-полимерных композитов, и оборудование для сортировки.
Сушка измельченной древесины
Для пиломатериалов обычно используют конвекционный способ сушки, то есть обдув горячим и сухим воздухом специально сформированных пакетов досок в закрытой камере в течение нескольких суток. Для лущеного и строганого шпона возможно использование конвекционной сушки в проходном режиме в роликовых или ленточных устройствах при очень высоких температурах; продолжительность процесса в этом случае измеряется минутами.
Главное отличие измельченной древесины от пиломатериалов и шпона заключается в ее сыпучести и возможности использовать горячий воздух не только как агент сушки, но и как средство транспортировки.
К измельченной древесине относятся: технологическая и дровяная щепа, стружка станочная и специальная, опилки, микростружка, древесное волокно.
Щепа не требует сушки, так как ее высокая влажность не препятствует последующему измельчению этого материала в процессе производства плит или при химической переработке в технологиях ЦБП. Все остальные материалы требуют сушки для получения качественного нового продукта.
Начальная влажность стружки, которая используется для изготовления ДСП, колеблется в широких пределах - от 60 до 120%. Конечная влажность (перед смешиванием со связующим) должна составлять 3-5%. Температура сушильного агента в начальный период может доходить до 450 °С.
Самыми первыми агрегатами для сушки стружки в производстве стружечных плит были сушильные барабаны. В них материал перемешивался за счет медленного вращения барабана диаметром 2-3 м, а сушка выполнялась с помощью горячего воздуха, продуваемого мощным вентилятором через барабан. Недостатками такой конструкции были неравномерная конечная влажность стружки и налипание смолы на внутренние поверхности барабана.
Напомним, что во влажной древесине есть влага свободная, находящаяся в полостях клеток, и влага связанная, пропитывающая стенки клеток. Поэтому различают два периода сушки древесины. В первый период при высокой температуре удаляется свободная влага и стружка высушивается до влажности примерно 30%. Затем температуру сушки снижают и древесину досушивают до влажности, близкой к нулю.
Схемы сушильных агрегатов для стружки приведены на рис. 1. (рисунки смотрите в PDF-версии журнала)
В качестве примера отечественного сушильного оборудования можно назвать барабанные сушилки серии СБ (изготовитель - завод «КОДОС Станкоагрегат», г. Кострома), снабженные встроенным или автономным электронагревателем воздуха (рис. 2 – рисунки смотрите в PDF-версии журнала).
Через загрузочный бункер влажный материал подается в барабан и поступает на внутреннюю насадку, закрепленную по всей длине барабана. Насадка обеспечивает равномерное распределение материала и его хорошее перемешивание, а также тесный контакт с сушильным агентом при пересыпании. Непрерывно перемешиваясь, материал перемещается к выходу из барабана. Высушенный материал удаляется через разгрузочную камеру.
Конструкция сушилок совершенствовалась с целью увеличения продолжительности пребывания стружки в среде топочных газов. Наиболее удачной конструкцией можно считать барабан со спиральным движением стружки (рис. 3 – рисунки смотрите в PDF-версии журнала). В этом барабане стружка и топочные газы подаются внутрь барабана по касательной к внутренней поверхности барабана и под углом к его продольной оси. Это позволяет значительно увеличить путь, который проходит стружка внутри барабана, т. е. увеличить скорость движения стружки и производительность агрегата.
Для снижения пожарной опасности и повышения равномерности конечной влажности стружки сегодня в плитном производстве применяют двухступенчатую сушку. На первой ступени используют пневматические трубы-сушилки с высокой начальной температурой теплоносителя (топочных газов). В этих трубах идет интенсивное удаление свободной влаги, а температура теплоносителя быстро снижается. Схема такой установки приводится на рис. 4 (рисунки смотрите в PDF-версии журнала) .
Сырая стружка попадает в трубу через роторный питатель и канал патрубка подачи. Под действием мощного потока газовоздушной смеси частицы начинают витать в трубе и интенсивно высушиваться, т. е. терять массу. Более легкие частицы с пневмопотоком попадают в циклон и через роторный питатель отправляются на дальнейшую переработку. Часть газовоздушной смеси возвращается в топку через газоход рециркуляции сушильного агента.
Двухступенчатая сушилка состоит из трубы (первая ступень) и сушильного барабана, расположенного на низких опорах. Первая ступень может быть снабжена индивидуальной топкой, которая в летний период отключается, и в этом случае стружка подается сразу в барабан. Исходный материал влажностью 80-140% загружается в трубу, в которой температура на входе достигает 500 °С, а на выходе 170 °С. Увлекаемая потоком горячего воздуха стружка интенсивно теряет свободную влагу, и при поступлении в сушильный барабан ее влажность уже уменьшается до 40-65%. Самые крупные частицы в процессе сушки падают вниз и удаляются на доизмельчение или на сжигание. Сухая стружка из барабана подается в циклоны и затем на ленточный транспортер для передачи на сортирование или в бункер запаса. Горячий воздух из циклонов частично возвращается по рекуперационному каналу в смесительную камеру.
Выбор технологии и оборудования для сушки измельченной древесины в значительной степени зависит от формы и размера частиц. Крупноразмерную стружку для плит OSB невозможно сушить в пневматической трубе из-за большого размера частиц, поэтому в производстве таких плит используют только барабанные сушилки. В производстве волокнистых плит «сухим» способом (плиты MDF), наоборот, невозможно использовать барабаны из-за налипания волокон на рабочие поверхности барабанов, и поэтому используется только пневматическая сушка. При этом часто сушат уже осмоленное волокно.
Скорость сушки смолы значительно выше скорости ее поликонденсации, поэтому смола не теряет способности плавиться и отверждаться (это происходит в горячем прессе, где окончательно формируется древесная плита). При сушке с одновременным осмолением волокна свободный формальдегид почти полностью связывается конденсатом отработанных газов, что благоприятно сказывается и на условиях производства.
Сушка измельченной древесины применяется также в производстве изделий из древесно-полимерных композитов (ДПК). Древесная мука для ДПК получается при помощи сухого истирания (размола) древесных отходов в различных мельницах, поэтому исходный материал должен быть подсушен (обычно в сушильном барабане).
Практика показала также, что размол древесины сочетается с интенсивной сушкой древесных частиц. В частности, при размоле осиновой щепы влажность около 60% на выходе из мельницы получается мука влажностью около 5%.
Эти особенности технологии во многом относятся и к производству топливных гранул (пеллет). Оптимальная влажность древесной муки составляет 6-10%. Традиционной является схема: сушильный барабан - мельница - гранулятор. НПО «Парматех» (г. Пермь) предлагает интересную конструкцию аэродинамического диспергатора, в котором объединены процессы сушки, измельчения и сепарации древесных частиц.
Сортировка измельченной древесины
Процессы сушки древесных частиц неотделимы от процессов их сепарации (сортирования по размерам). Для сортирования стружки применяют механические или пневматические сепараторы: в первых разделение частиц происходит по размерам, во вторых - по массе. Используют и комбинированные устройства, объединяющие оба способа сортирования. Конструктивно механический сепаратор представляет собой устройство с горизонтальными или наклонными колеблющимися ситами, которые обычно изготовляются из перфорированных стальных листов.
Суть пневматического сортирования заключается в продувании стружечной массы холодным воздухом (рис. 5 – рисунки смотрите в PDF-версии журнала). Если скорость воздушного потока, движущегося навстречу частице, больше, чем скорость ее оседания, частица поднимается вверх.
Поскольку при такой схеме управлять можно только скоростью воздуха, эффективность сортировки сильно зависит от плотности частиц. По этой причине точность их сортирования по размерам уменьшается при смешении в одном потоке сырья из разных древесных пород.
К комбинированным устройствам сортировки относятся пневмоситовые и инерционно-пневматические сепараторы стружки. У пневмоситового сепаратора (рис. 6 – рисунки смотрите в PDF-версии журнала) сита в коробе установлены в трех плоскостях. В нижней части короба имеется патрубок для выхода пыли. С верхнего сита непросеянная стружка поступает в пневмокамеру, в которой частицы со скоростью витания меньшей, чем скорость воздуха, подаваемого вентилятором, выходят через верхние патрубки, а грубые частицы и сколы падают вниз. Со среднего сита стружка поступает в поток для среднего слоя плит, а с нижнего - в поток для наружного слоя. Таким образом можно получать до четырех фракций стружки.
Инерционно-пневматические сепараторы используются для выделения особенно мелкодисперсного материала, например шлифовальной пыли. В таком сепараторе частицы разделяются под влиянием гравитационных и центробежных сил. Через распределитель непрерывно подаваемый материал поступает на рассеивающий диск и затем в камеру сортировки.
Грубые частицы с наибольшей скоростью витания под действием собственного веса оседают в двойном отражательном конусе и удаляются через воронку для сбора крупной фракции. Мелкие частицы ударяются о рассеивающий диск, подхватываются потоком воздуха, подаваемого вентилятором, и попадают в воронку для сбора мелкой фракции. Параметры процесса разделения материала можно регулировать вертикальным перемещением вентилятора.
Для фракционирования крупной стружки в производстве плит OSB обычно применяются барабанные сортировки. Сравнительно недавно появились принципиально новые установки роликового типа, представленные на рынке, в частности, продукцией компании Siempelkamp.
Размеры сортируемых частиц задаются в ней путем изменения расстояния между роликами; разделение происходит на четыре фракции: грубую, нормальную, мелкую и пылевидную.
Последняя идет на сжигание, остальные разделяются на потоки, стружка которых используется для изготовления наружных и внутреннего слоев плит. Особенно эффективно применение такого сортировочного оборудования для отбора мелкой фракции, которая используется для внутреннего слоя плит OSB или для обычных ДСП. Достоинство этих сортировок еще и в том, что стружка в них не повреждается.
В производстве топливных гранул и изделий из ДПК нужные размеры частиц (обычно не более 1,5 мм) задаются в молотковых мельницах с помощью сетки с определенными размерами ячеек.
Частицы измельчаются до тех пор, пока не смогут под действием центробежных сил просеиваться через сетку, окружающую ротор станка.
Владимир ВОЛЫНСКИЙ
