Удельные энергетические затраты на измельчение древесины при подготовке композита для 3D-печати
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-4-159-176Ключевые слова:
древесная мука, древесно-полимерный композит, размол древесины, удельные энергетические затраты, распределение частиц по размерамАннотация
Северо-Западный федеральный округ – регион России, богатый разнообразными породами древесины. Свойства древесины этого региона существенно отличаются от свойств древесины, выращенной в других странах или в восточной части России, что приводит к различиям в энергетических затратах на измельчение древесины. Целью данного исследования является оценка удельных энергетических затрат на измельчение древесины до состояния древесной муки, которая будет использоваться в качестве основы для древесно-полимерных композиционных расходных материалов в аддитивных технологиях. Древесную муку получали путем измельчения древесины в лабораторной дисковой мельнице, многократно уменьшая размер частиц. Анализ гранулометрического состава проводили для древесины бука, дуба, лиственницы, ольхи и сосны при 1, 3, 5 и 10 циклах измельчения. Размеры частиц определяли путем анализа изображений, полученных с помощью оптического микроскопа и обработанных в графической программе ImageJ. Удельные энергетические затраты на измельчение оценивали путем ежесекундной регистрации мощности ваттметром при многократной подаче древесной муки для известной производительности мельницы. При расчете удельного энергопотребления учитывали влажность каждой породы древесины, а также потери производительности, связанные с налипанием частиц древесины на рабочие поверхности диспергирующей гарнитуры и внутренней области корпуса дисковой мельницы. В результате исследования выявлена связь между удельными энергетическими затратами и размером частиц древесной муки, полученной из различных пород древесины. Регрессионный анализ кривых, соответствующих различным породам древесины, позволил получить экспоненциальные и степенные зависимости, которые не противоречат основополагающим теоретическим закономерностям измельчения твердых частиц. На основании этих результатов мука из древесины сосны была признана наиболее энергоэффективным вариантом. Установленные зависимости можно использовать для прогнозирования удельных энергозатрат на измельчение древесины бука, дуба, лиственницы, ольхи и сосны на дисковых мельницах.
Скачивания
Библиографические ссылки
Алашкевич Ю.Д., Юртаева Л.В., Решетова Н.С., Марченко Р.А. Влияние ножевого способа размола волокнистой массы на процесс получения порошковой целлюлозы // Химия растит. сырья. 2020. № 4. С. 493–499. Alashkevich Yu.D., Yurtaeva L.V., Reshetova N.S., Marchenko R.A. The Influence of the Knife Method of Grinding Pulp on the Process of Obtaining Powdered Cellulose. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya, 2020, no. 4, pp. 493–499. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2020048121
Борисов Н.А. Производство древесной муки тонкого помола. М., 1964. 21 с. Borisov N.A. Production of Finely Ground Wood Flour. Moscow, 1964. 21 p. (In Russ.).
Гаузе А.А., Гончаров В.Н. Основы теории и расчета оборудования для подготовки бумажной массы. СПб., 2017. Ч. I. 84 с. Gauze A.A., Goncharov V.N. Fundamentals of Theory and Calculation of Equipment for Preparing Paper Pulp. St. Petersburg, 2017, part 1. 84 p. (In Russ.).
Клесов А.А. Древесно-полимерные композиты. СПб.: Науч. основы и технологии, 2010. 735 с. Klesov A.A. Wood-Polymer Composites. St. Petersburg, Nauchnye osnovy i tekhnologii Publ., 2010. 735 p. (In Russ.).
Леонович А.А. Физико-химические основы образования древесных плит. СПб.: Химиздат, 2003. 192 с. Leonovich A.A. Physico-Chemical Basis for the Formation of Wood Boards. St. Petersburg, Khimizdat Publ., 2003. 192 p. (In Russ.).
Леонович А.А. Технология древесных плит: прогрессивные решения. СПб.: Химиздат, 2005. 206 с. Leonovich A.A. Wood-Based Panel Technology: Progressive Solutions. St. Petersburg, Khimizdat Publ., 2005. 206 p. (In Russ.).
Леонович А.А. Новые древесноплитные материалы. СПб.: Химиздат, 2008. 158 с. Leonovich A.A. New Wood-Based Materials. St. Petersburg, Khimizdat Publ., 2008. 158 p. (In Russ.).
Липилин А.Б., Векслер М.В., Коренюгина Н.В., Морозов А.М., Кононов Г.Н., Косарев К.Л., Кудряшов А.В. Тонкий помол и сушка древесного сырья в вихревой мельнице-нагревателе // Вестн. МГУЛ – Лесн. вестн. 2013. № 3. С. 139–144. Lipilin A.B., Vexler M.V., Korenyugina N.V., Morozov A.M., Kononov G.N., Kosarev K.L., Kudryashov A.V. Thin Grinding and Drying of Timber in Vortex Mill-Heater. Lesnoy Vestnik = Forestry Bulletin, 2013, no. 3, pp. 139–144. (In Russ.).
Мидуков Н.П., Куров В.С., Евдокимов Н.В. Биорефайнинг древесноволокнистого сырья в композиции материала для аддитивных технологий // Хим. волокна. 2023. № 1. С. 66–72. Midukov N.P., Kurov V.S., Evdokimov N.V. Biorefining of Wood-Fibre Raw Material in a Material Composition for Additive Technologies. Khimicheskie volokna = Fibre Chemistry, 2023, vol. 55, no. 1, pp. 53–58. (In Russ.). https://doi.org/10.1007/s10692-023-10426-6
Морозов А.М., Кононов Г.Н., Косарев К.Л., Кудряшов А.В. Использование сканирующей электронной микроскопии для изучения нанопористой структуры продуктов переработки древесины // Вестн. МГУЛ – Лесн. вестн. 2013. № 2. С. 72–76. Morozov A.M., Kononov G.N., Kosarev K.L., Kudryashov A.V. Using of Scanning Electron Microscopy to Studying Nanoporous Structure Products of Timber Processing. Lesnoy Vestnik = Forestry Bulletin, 2013, no. 2, pp. 72–76. (In Russ.).
Патент 2318655 РФ, МПК B27L11/06, A23K1/12. Способ получения древесной муки: № 2006123183/12: заявл. 29.06.2006: опубл. 10.03.2008 / А.А. Политов, О.В. Бершак, О.И. Ломовский. Politov A.A., Bershak O.V., Lomovskij O.I. Method for Production of Wood Flour. Patent RF, no. RU 2318655 C1, 2008. (In Russ.).
Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. 2-е изд., перераб. М.: Химия, 1977. 368 с. Sidenko P.M. Grinding in the Chemical Industry: 2nd ed., revised. Moscow, Khimiya Publ., 1977. 368 p. (In Russ.).
Спиглазов А.В., Ставров В.П. Влияние размеров древесных частиц и степени наполнения на текучесть композиций с полипропиленом // Пласт. массы. 2004. № 12. С. 50–52. Spiglazov A.V., Stavrov V.P. The Influence of the Size of Wood Particles and the Degree of Filling on the Fluidity of Compositions with Polypropylene. Plasticheskie massy, 2004, no. 12, pp. 50–52. (In Russ.).
Хинт И.А., Кузьминов В.А. Производство силикальцита и его применение в жилищном строительстве. Таллин, 1958. 216 с. Khint I.A., Kuz’minov V.A. Production of Silicalcite and its Use in Housing Construction. Tallin, 1958. 216 p. (In Russ.).
Цывин М.М., Котцов С.Г., Шмаков И.В. Производство древесной муки. М.: Лесн. пром-сть, 1982. 134 с. Tsyvin M.M., Kottsov S.G., Shmakhov I.V. Wood Flour Production. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1982. 134 p. (In Russ.).
Чистова Н.Г., Матыгулина В.Н., Алашкевич Ю.Д. Подготовка древесноволокнистых полуфабрикатов в ножевых размалывающих машинах различной модификации // Химия растит. сырья. 2020. № 4. С. 459–466. Chistova N.G., Matygulina V.N., Alashkevich Yu.D. Preparation of Wood-Fiber SemiFinished Products in Knife Machines of Various Modification. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya, 2020, no. 4, pp. 459–466. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2020048189
Aliev S.S., Egamberdiev E.A., Akmalova G.Yu., Ilkhamov G.Yu. Analysis of Physical-Mechanical Properties of New Type of Wood-Polymer Composite Materials. Harvard Educational and Scientific Review, 2023, vol. 3, iss. 1, pp. 48–53.
Delviawan A., Kojima Y., Kobori H., Suzuki S., Aoki K., Ogoe S. The Effect of Wood Particle Size Distribution on the Mechanical Properties of Wood–Plastic Composite. Journal of Wood Science, 2019, vol. 65, art. no. 67. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1846-9
Karinkanta P., Ämmälä A., Illikainen M., Niinimäki J. Fine Grinding of Wood – Overview from Wood Breakage to Applications. Biomass and Bioenergy, 2018, vol. 113, pp. 31–44. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.03.007
Pokhrel G., Gardner D.J., Han Y. Properties of Wood–Plastic Composites Manufactured from Two Different Wood Feedstocks: Wood Flour and Wood Pellets. Polymers, 2021, vol. 13, no. 16, art. no. 2769. https://doi.org/10.3390/polym13162769
Pokhrel G., Han Y., Gardner D.J. Comparative Study of the Properties of Wood Flour and Wood Pellets Manufactured from Secondary Processing Mill Residues. Polymers, 2021, vol. 13, no. 15, art. no. 2487. https://doi.org/10.3390/polym13152487
Pušnik Črešnar K., Fras Zemljič L., Slemenik Perše L., Bek M. Effect of Wood Fiber Loading on the Chemical and Thermo-Rheological Properties of Unrecycled and Recycled Wood-Polymer Composites. Applied Sciences, 2020, vol. 10, no. 24, art. no. 8863. https://doi.org/10.3390/app10248863
Rajaonariony K.R., Mayer-Laigle C., Piriou B., Rouau X. Comparative Comminution Efficiencies of Rotary, Stirred and Vibrating Ball-Mills for the Production of Ultrafine Biomass Powders. Energy, 2021, vol. 227, art. no. 120508. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120508
Sturges H.A. The Choice of a Class Interval. Journal of the American Statistical Association, 1926, vol. 21, iss. 153, pp. 65–66. https://doi.org/10.1080/01621459.1926.10502161
Wang J., Gao J., Brandt K.L., Wolcott M.P. Energy Consumption of Two-Stage Fine Grinding of Douglas-Fir Wood. Journal of Wood Science, 2018, vol. 64, pp. 338–346. https://doi.org/10.1007/s10086-018-1712-1
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Н.П. Мидуков, Н.В. Евдокимов, В.С. Куров, В.В. Коршунов (Автор)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
