ХРОНИКА НАУЧНОЙ ЖИЗНИ
В статье освещено зарождение и развитие лесного дела, лесной науки и лесного образования в Императорской России, а также основные вехи развития Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова (далее Университет) в разные периоды истории. Подробно описан вклад преподавателей и студентов Университета в оборону страны в годы Первой мировой войны. На примере постреволюционной истории Университета показано, как был найден компромисс советской власти и научной элиты в 1917–1922 гг. Превращение однофакультетского института в многопрофильную Лесотехническую академию позволило усилить его ведущие позиции в эпоху «индустриализации». Особой страницей истории Университета стал блокадный подвиг коллектива. Значительное внимание в статье уделено научным достижениям ученых и сохранению преемственности научных школ. В статье также описывается современная структура Университета и планируемые направления развития.
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Представлены данные по структуре и фитомассе растительности на гарях 13–15-летней давности. Объекты исследования расположены в разных лесничествах лесного фонда республики Карелия. На месте бывшего сосняка лишайникового на объектах исследования формируются молодняки с преобладанием сосны и березы. Примесь других пород – ели, осины и ольхи серой представлена единичными особями. Дифференциация по высоте и возрасту всех лесообразующих пород четко выражена. Размах варьирования высоты составляет 0,1–5 м, варьирование возраста – от 3 до 17 лет. Подлесок представлен небольшим количеством видов общей численностью 350 экз./га. Состав подлеска в процентах – 65 Рябина, 25 Ива, 5 Ирга, 3 Можжевельник, 2 Жимолость. После лесного пожара на объектах исследования сформировался живой напочвенный покров, включающий более 20 видов. В составе травяно-кустарничкового яруса преобладают вереск, брусника, луговик, вейник лесной. В составе мохово-лишайникового яруса – на одном объекте исследования зеленые мхи, проективное покрытие которыми достигает 60%, на другом – политрихум можжевеловый, проективное покрытие более 31%. Общая фитомасса живого напочвенного покрова на опытных участках составила 2156 кг/га на первом участке и 2623 кг/га на втором. Полученные данные могут быть использованы при проектировании лесохозяйственных мероприятий на гарях различной давности. Данные по фитомассе имеют научное и практическое значение, являются основой для составления таблиц урожайности растений по видам. Цель исследования – установление видового состава и структуры всех компонентов фитоценозов, сформировавшихся на гари, определение фитомассы живого напочвенного покрова.
Почвы, вышедшие из сельскохозяйственного пользования, имеют высокий потенциал для формирования на них продуктивных хвойных лесных насаждений. Требуется обосновать, какие насаждения будут являться на них более эффективными не только с точки зрения объема древесины, но и с точки зрения качества – увеличения её плотности. В связи с этим было проведено исследование влияния породного состава в спелых насаждениях с преобладанием сосны и ели на показатели плотности их древесины. Вопрос рассматривался по разным условиям местопроизрастания на старопахотных залежных землях и на лесных почвах. Была подобрана серия объектов при различном участии основных лесообразующих пород, где прошел сбор таксационных данных и образцов древесины. Затем, после проведения анализа базисной плотности древесины, полученный массив данных был обработан средствами математической статистики. Переход от плотности образцов к плотности древесины ствола проводился с помощью конверсионных уравнений. Проведенный анализ показал, что на лесных почвах вариабельность плотности древесины хвойных пород по ступеням толщины древостоя меньше, чем на старопахотных почвах, что обусловлено меньшей протяженностью ряда представленности стволов как ели, так и сосны в данных насаждениях. Показатели плотности древесины в насаждениях на лесных почвах у еловой части древостоя в целом меньше, чем у сосновой, на всех объектах исследования, независимо от доли участия породы. Для древостоев на бывших пахотных землях наблюдается в целом обратная тенденция. Дисперсионный анализ показал, что для еловой части древостоев на постагрогенных землях доля её участия в составе значимо влияет на плотность древесины, а для сосны статистически значимого различия между опытными объектами не выявлено. Таким образом, на постагрогенных землях сосна, независимо от состава древостоя формирует более однородную по плотности древесину, чем еловая часть, однако меньшую по величине, чем на лесных почвах. Для древостоев сосны и ели, произрастающих на лесных почвах, дисперсионный анализ показал значимую зависимость плотности древесины от состава насаждения, как для сосны, так и для ели. На старопахотных землях более благоприятные условия произрастания нивелируют влияние елового элемента леса на сосновую часть древостоя, однако приводят к формированию древесины с меньшей плотностью по сравнению с древостоями на лесных почвах.
Целью исследования является сравнительная оценка плюсовых деревьев ели европейской на основе анализа динамики рангового положения их семенного потомства в испытательных культурах для последующего выделения плюсовых деревьев в категорию элитных. Изучены испытательные культуры ели европейской, созданные в 1976 году на площади 4,2 га в кв. 161 Гостилицкого участкового лесничества Ломоносовского лесничества Ленинградской области. Произведено измерение диаметра ствола деревьев и высот растений в возрасте 24, 36 и 46 лет. Проанализирована динамика изменения рангового положения семей плюсовых деревьев в изученные возрастные периоды. В возрасте 46 лет в числе быстрорастущих фигурируют семьи, отличавшиеся преимуществом в скорости роста и в более раннем возрасте. Такие семьи в подавляющем большинстве не выходят за пределы верхней трети списка рангового распределения средних значений диаметра ствола в течение всего периода роста. В число медленнорастущих к возрасту окончательной оценки входят семьи, характеризовавшиеся в предшествующие возрастные периоды показателями скорости роста не выше среднепопуляционных значений. Отмечено, что группа средних по скорости роста семей является с точки зрения рангового положения наиболее изменчивой частью изучаемого древостоя. На основании выполненных измерений даны рекомендации по выделению части представленных на участке семей плюсовых деревьев в категорию элитных, что позволит уже в ближайшее время перейти в семеноводстве Российской Федерации к практической реализации перехода на элитное семеноводство ели европейской и обеспечить повышение продуктивности создаваемых древостоев.
Проанализировано зарастание выработанных песчаных карьеров в условиях Западно-Сибирского северо-таежного равнинного лесного района. На основании пробных площадей установлены количественные и качественные показатели подроста, сформировавшегося на выработанных песчаных карьерах. Установлено, что процесс естественного зарастания растягивается на длительный срок. Даже спустя 35–40 лет после прекращения добычи песка количества подроста на большинстве пробных площадей недостаточно для перевода карьера в покрытые лесной растительностью земли. Причинами медленного зарастания карьеров древесной растительностью являются перевевание песка ветром, низкое плодородие песчаного субстрата и недостаток семян. Для ускорения процесса зарастания рекомендуется покрытие поверхности выработанного карьера слоем торфо-песчаной смеси толщиной 15–20 см, а также закрепление песка посевом или посадкой трав. При расстоянии до надежных обсеменителей (стена леса) более 100 м целесообразно проведение полного комплекса рекультивационных работ, включающего покрытые поверхности слоем торфо-песчаной смеси и создание лесных культур сосны обыкновенной. Сочетание естественного и искусственного лесовосстановления позволит минимизировать затраты на проведение рекультивационных работ и ускорит вовлечение нарушенных земель в лесохозяйственный оборот.
Рассматривается сложность конфигурации границ насаждений общего пользования (ЗНОП) Санкт-Петербурга, которая рассматривается как важнейший параметр территории наряду с её площадью. Оценка сложности конфигурации производится с целью совершенствования составления заданий на проектирование зелёных насаждений общего пользования. В качестве исходных данных были взяты сведения о ЗНОП и региональной геоинформационной системы Санкт- Петербурга, которые затем обрабатывались в программе QGIS. Наглядно показано, как именно конфигурация влияет на проектное решение и планировочную структуру и какое значение она имеет для ландшафтного проектирования. Оценка сложности конфигурации производится сравнением длины границ ЗНОП с периметром эталонных фигур – круга и прямоугольника с соотношением сторон по правилу «золотого сечения». Показано, что выбор эталонной фигуры существенно не влияет на оценку сложности. Для рассчитанного коэффициента сложности конфигурации была использована кластеризация по Дженксу и кластеризация на основе на основе минимизации сумм внутригрупповых дисперсий соседних кластеров (МСВД). Показано, что использование алгоритма МСВД предпочтительней. Для каждого из выделенных классов сложности конфигурации (простая, развитая, сложная, очень сложная) даны наглядные иллюстрации и описания существенных черт фигур, относящихся к классам. В заключении статьи показано, что выделенные классы сложности позволяют разделить все ЗНОП на упорядоченные группы, что сложность конфигурации вызвана формальными причинами. Результаты исследования позволили сделать вывод о том, что простые конфигурации (класс 1) и очень сложные конфигурации (класс 4) требуют заметных отличий в использовании приёмов проектирования и, как можно предположить, условий содержания объектов.
История изучения роста и производительности древостоев характеризуется постоянной разработкой новых моделей, которые улучшают и дополняют прежние. Цель исследования – по материалам долговременных наблюдений на постоянных пробных площадях разработать эмпирические модели динамики сумм площадей сечений и запасов культур сосны разной начальной густоты. Объектом исследования стали культуры сосны на постоянных пробных площадях Лесной опытной дачи Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева. Для моделирования динамики сумм площадей сечений и запасов использована аддитивная модель, основанная на функции плотности вероятности Вейбулла, параметры которой выражены линейно от начальной густоты. Динамика таксационных показателей в каждом древостое индивидуальна, и на нее оказывает влияние множество внутренних и внешних факторов. Из-за неоднородности действия в пространстве и во времени экологических факторов в динамике таксационных показателей проявляются отклонения от монотонных кривых, которые указывают на наличие механизмов саморегуляции в популяциях древесных растений с прохождением древостоями нескольких этапов от устойчивого к неустойчивому состоянию. Таблицы хода роста не отражают динамику таксационных показателей фактических древостоев и не могут применяться для ее прогнозирования. В табличной форме невозможно представить всего многообразия возможных в природе траекторий динамики насаждений. В таблицах хода роста нормальных древостоев содержится информация о предельных значениях сумм площадей сечений и запасов, но в таком неустойчивом состоянии в природе насаждения долгое время находиться не могут. Жизненный цикл древостоя представляет собой волнообразный процесс динамики таксационных показателей, обусловленный разной интенсивностью воздействия как внутренних (проявление саморегуляции в древесных сообществах и петель обратной связи), так и внешних факторов. Для моделирования немонотонной динамики таксационных показателей возможно применение моделей, полученных путем суммирования нескольких простых ростовых функций или немонотонных с одной точкой максимума.
Статья посвящена малоизученному периоду в истории земель, принадлежавших Парголовской мызе, расположенной в северных окрестностях Санкт-Петербурга, на трассе старинной Выборгской дороги. Ранний период истории знаменитого подстоличного имения рассматривается в контексте общей истории освоения северо-восточного побережья Финского залива в первой половине XVIII века, тесно связанной со строительством здесь «сестрорецких заводов» и передачей последним в бессрочное пользование обширных лесных угодий в соответствии с петровскими указами 1719 и 1720 годов. В статье изложены результаты архивно-библиографических и историко-ландшафтных изысканий, выполненных с привлечением значительного количества первоисточников, большая часть которых впервые введена в научный оборот. Среди уточненных данных – список владельцев Парголовской мызы в XVIII веке, который открывают лейб-медики царя Петра I Р.К. Арескин и Л.Л. Блюментрост, а также документально подтвержденная дата перехода имения в собственность рода Шуваловых, что является предметом давней дискуссии в среде петербургских историков и краеведов. Особое внимание в работе уделено неопубликованным ранее планам Парголовского имения 1747 года («План Мордвинова») и 1799–1804 года («Уменьшенный план Спорных и Безспорных частей» заводских лесов). Выявленные планы проанализированы и сопоставлены с известным планом Парголовской мызы графа А.П. Шувалова 1770 года («Планом Окунева»). Итогом работы стала попытка проследить закономерности изменения пространственно-территориальной организации Парголовского имения, претерпевшего на протяжении XVIII столетия трансформацию от скромной «экономической» усадьбы царских лейб-медиков, две трети которой составляли леса, приписанные к «сестрорецким заводам», до одного из наиболее респектабельных дворянских имений под Санкт-Петербургом.
Показатели развития короеда-типографа в очагах размножения Рощинского лесничества существенно ухудшились. Средняя энергия размножения в 2022 г. составила 1,5 (в 2021 г. для разных поколений – 6,0 и 4,7). Такие же показатели были характерны для ельников, охваченных вспышкой в 2022 г. при расширении площади очагов. Плотность поселения увеличилась. Короедный запас снизился до 400 тыс. особей на 1 га в очагах 2021 г. и до 1300 тыс. на 1 га в очагах 2022 г. Некоторые модельные деревья погибли в результате исключительно дополнительного питания короеда-типографа, которое проходило по всей площади коры от основания до 5 м в высоту и, возможно, выше. На модельных деревьях отмечено заселение и успешное развитие второго поколения. В некоторых случаях развитие второго поколения происходило одновременно с третьим сестринским поколением, а в других наблюдалось развитие только второго поколения. Показатели развития разных поколений значимо не отличались. Вегетационный сезон 2022 г. был существенно холоднее, чем в предыдущем году. Тем не менее, второе поколение так же, как и в 2021 г., вполне успешно сформировалось. Популяция короеда-типографа устойчиво перешла к комбинированному типу развития, сочетающему моновольтинный и бивольтинный варианты. Ранее такое явление в этой географической зоне не наблюдалось. Переход к бивольтинной модели развития короеда-типографа в Ленинградской области соответствует такому же процессу, происходящему в Скандинавской популяции короеда-типографа. Появление бивольтинности повышает вероятность возникновения масштабных вспышек размножения этого вредителя. Несмотря на некоторое расширение площади очагов, можно предполагать завершение вспышки в 2023 г. Однако продолжение или повторение вспышки через короткий промежуток времени вероятно при повышении температуры в первой половине вегетационного периода, образовании ветровалов и интенсивном воздействии антропогенных факторов.
Изучение сложной взаимосвязи между лесом и охотничьими животными актуально и необходимо для сохранения биоразнообразия лесов. Для лесохозяйственного регулирования видового состава и численности охотничьих животных требуется формулирование определения и обоснования необходимости законодательного закрепления понятия. Планы по увеличению (сохранению на определённом уровне, сокращению) численности популяционных группировок видов охотничьих животных должны быть подкреплены и обеспечены соответствующими лесохозяйственными мероприятиями. Региональная система лесохозяйственных мероприятий – совокупность взаимообусловленных мероприятий, объединённых основным назначением лесов и целями хозяйства, соответствующих лесоводственным особенностям древесных пород, групп типов леса, природным и экономическим условиям лесохозяйственных районов или округов, базирующихся на определённом техническом уровне и обеспечивающих при их реализации воспроизводство леса, неистощительное лесопользование. Предлагаемое авторами определение формулируется следующим образом: лесохозяйственное регулирование видового состава и численности охотничьих животных – это система лесохозяйственных мероприятий, направленных на обеспечение мер по увеличению, сохранению на определённом уровне или сокращению численности популяционных группировок видов охотничьих животных. Регулирование численности охотничьих ресурсов должно учитывать возможность осуществления лесохозяйственного регулирования. Ярким примером лесохозяйственного регулирования может быть ситуация с повреждением лосями лесных культур сосны обыкновенной. При существующей на сегодняшний момент численности лося повреждения отмечаются повсеместно. Нельзя планировать увеличение численности копытных животных (лося, оленей и т. д.) без планирования увеличения их кормовой базы. Иначе это увеличение численности копытных нанесёт ущерб лесу. При увеличении численности копытных (в том числе лося) должна быть поставлена и решена задача по увеличению кормовой базы для увеличившегося населения копытных. Так, для увеличившегося населения лося необходимо увеличивать площади лесных культур сосны обыкновенной. Предлагаем назвать эти культуры «кормовые культуры сосны обыкновенной».
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВОК
Разработана динамическая модель системы «Оператор – валочно-пакетирующая машина». Математическое описание составлено в форме уравнения Лагранжа 2-го рода. Система уравнений решена относительно упругой деформации спинки сиденья оператора методом Рунге–Кутта, с помощью среды программирования MathCAD. Апробация модели осуществлена на примере серийно выпускаемых валочно-пакетирующих машин ЛП-19А.
Ежегодно в нашей стране вырубается около 120 тыс. га леса, поэтому необходимо проведение искусственного лесовосстановления. Уровень механизации посева и посадки леса низкий – 22%, и для его повышения необходима разработка новых и усовершенствование существующих лесопосадочных машин. Разработка конструкций и математического аппарата должна выполняться с помощью отечественного программного обеспечения. Для определения параметров лесопосадочного аппарата необходимо определить движения его звеньев. В настоящей работе было использовано отечественное программное обеспечение. Трехмерная модель деталей и сборка лесопосадочного аппарата была смоделирована в САПР КОМПАС-3D. Имитационная модель с геометрическими параметрами, полученными из трехмерной модели, была выполнена в среде динамического моделирования SimInTech. Проведён имитационный эксперимент в SimInTech, определены траекторий движения исследуемых точек механизма захвата с учетом профиля борозды, скорости подачи и геометрических параметров конструкции. В имитационную модель также заложено требование к качеству работы машины, а именно поддержание нулевой скорости захвата относительно земли при установке саженцев в почву. Разработанная имитационная модель может быть интегрирована в управляющее устройство, для корректировки скорости вращения дисков при изменении скорости подачи машины, а также для согласования скоростей с механизмом подачи саженцев.
Оценка экономичности в неустановившемся режиме, характерном для условий эксплуатации, затруднительна, поскольку нагрузочный и скоростной режимы постоянно меняются, изменяется и величина механических потерь в парах трения. В этом случае целесообразно оценивать экономичность с учетом затрат топлива и мощности на механические потери в парах трения, то есть по индикаторным показателям – удельному расходу топлива и индикаторной мощности. Величина часового расхода топлива и средней индикаторной мощности зависит от конструктивных параметров трактора, величины перевозимого груза, средней скорости движения и условий эксплуатации. Характер определяется передаточной функцией U(s) – динамической характеристикой частоты вращения двигателя. Гарантированные заводом-изготовителем двигателя, часовой и удельный расходы топлива, а также мощность отличаются от фактических значений при эксплуатации трактора во всем диапазоне нагрузочных и скоростных режимов. Экспериментальные исследования различных типов двигателей с последующей аппроксимацией аналитическими выражениями амплитудно-частотных характеристик частоты вращения коленчатого вала позволили получить передаточную функцию частоты вращения, что в свою очередь дает возможность учитывать механические потери в парах трения двигателя в неустановившемся режиме при оценке экономической эффективности лесопромышленного трактора.
Вопрос расширения спектра дорожно-строительных материалов, применяемых на лесных дорогах, является одним из наиболее критических в Российской Федерации. Данный факт связан как с экологическим и экономическим аспектом, так и с широкой географией страны. Значительная часть лесных массивов находится в зоне вечной мерзлоты, что требует наличия материалов с более высокими эксплуатационными характеристиками. В исследовании рассматривается вопрос применения нефелинового шлама как альтернативного минерального вяжущего с целью повышения физико- механических характеристик материала для строительства лесных дорог. Проведены рентгенофазовый, химический, гранулометрический анализ материала, а также исследование влияния фракционного состава нефелинового шлама на физико-механические показатели материала. Представленные в исследовании материалы соответствуют ГОСТ по своим физико-механическим характеристикам
Целью работы является разработка классификации колесных форвардеров с учетом расширенного перечня эксплуатационных характеристик. Материалом для разработки классификации являются сведения, предоставленные на официальных сайтах производителей Ponsse, Rottne, Komatsu, John Deere, Ecolog, HSM. Всего для анализа использованы данные по 39 моделям форвардеров с колесной формулой 8х8. Предлагаемая классификация основана на результатах кластеризации объектов с использованием метода кластеризации k-средних. При кластеризации использованы главные компоненты, полученные в результате линейного преобразования исходного признакового пространства. Расчеты выполнены в программе Maple 2017. На основе полученных данных предлагается подразделять машины на 4 класса с учетом значений 14 эксплуатационных параметров, со следующими ориентировочными значениями основных из них: «легкие форвардеры», масса машины составляет 11–15 т, при грузоподъемности 7–11 т; мощность двигателя ориентировочно 120–130 кВт, машины в стандартной комплектации оснащаются колесами с шириной шины 500–710 мм при диаметре 1171–1340 мм; «средние форвардеры», масса машины составляет 15–20 т, при грузоподъемности 9–15 т; мощность двигателя от 120 до 210 кВт, машины в стандартной комплектации оснащаются колесами с шириной шины 600–710 мм при диаметре 1171–1340 мм; «тяжелые форвардеры», масса машины составляет 19–24 т, при грузоподъемности 14–20 т; мощность двигателя от 190 до 240 кВт, машины в стандартной комплектации оснащаются колесами с шириной шины 710–780 мм при диаметре 1340–1525 мм; «особо тяжелые форвардеры», масса машины составляет 22–29 т, при грузоподъемности 18–25 т; мощность двигателя от 200 до 240 кВт, машины в стандартной комплектации оснащаются колесами с шириной шины 710–780 мм при диаметре 1340–1525 мм.
ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ, ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИ
Для анализа поверхностных явлений при формировании клеевых соединений, взаимного расположения пор на подложке древесины и глубины проникновения жидкого клея в древесину используют электронно- микроскопические методы, атомно-силовую и сканирующую туннельную микроскопию, позволяющие оценить влияние факторов, характеризующих взаимодействие между молекулами жидкого клея и пористой поверхностью древесины. Эффективным способом повышения качества клееной фанеры, отвечающей требованиям потребителя, является модифицирование ее связующего, т. е. целенаправленное изменение физико-химических свойств, технологических и эксплуатационных показателей, а нередко придание особых специфических свойств синтетическим смолам. Использование электронно- микроскопических методов, атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии позволит комплексно подходить к исследованиям клеевых соединений в целом, а в частности к описанию процессов, возникающих на этапе формирования и разрушения клеевого соединения. Характер SEM-изображений свидетельствует о взаимодействии жидких модифицированных отходами целлюлозного производства клеев с древесиной, глубина проникновения клея 20–30 мкм, что согласуется с общими представлениями молекулярно- адсорбционной теории жидких полимеров во взаимодействии с древесиной. За счет эффекта консолидации, практическое применение теории фракталов в производстве клееных материалов, в частности фанеры, может состоять в следующем: объясняется увеличение прочностных характеристик фанеры на основе модифицированных карбамидо- и фенолоформальдегидных клеев. Адсорбционная способность пористых тел (в частности древесины) по отношению к молекулам разного размера (свободный формальдегид, вода) будет определяться фрактальной размерностью пор, за счет молекулярно-ситового эффекта шунгиты, как представитель широкой группы цеолитов, поглощают свободный формальдегид карбамидоформальдегидного олигомера, тем самым снижая его содержание в готовой продукции. Рассматривая макроструктуру клеевого соединения, можно видеть, что в замершем состоянии на клеевой слой, образованный без нагрева, действуют лишь дополнительные напряжения сжатия от полостей клеток, заполненных водой, в то время как в клеевых соединениях, образованных при нагревании, зона клей–древесина, включающая в себя также полости клеток, ослаблена дополнительным давлением, создаваемым в них.
Цель работы состоит в обосновании применения менее энергозатратной системы циркуляционной смазки из двух вариантов установки блоков ротаметров; компактный (ротаметры установлены по одному блоку с лицевой и приводной стороны сушильной части) и распределенной (установлено по четыре блока ротаметров с лицевой и приводной стороны сушильной части). Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: измерение и анализ температуры действующей компактной системы циркуляционной смазки сушильных цилиндров и сетковедущих валов сушильной части; расчет длины труб малого внутреннего диаметра dв = 8 мм подачи масла от ротаметров до подшипников сушильных цилиндров и сетковедущих валов действующей (компактной) и распределенной по группам сушильной части установок ротаметров; определение потерь количества тепла, выносимого циркулирующим маслом из зоны теплоизоляционного колпака сушильной части, при компактной и распределенной по группам сушильной части установок ротаметров. Экспериментальными исследованиями установлено, что температура масла в трубах, при компактной установке ротаметров, возрастает на участке от входа в зону теплоизоляционного колпака сушильной части до входа в подшипниковые опоры сушильных цилиндров и сукноведущих валов на 27…29 С и достигает в среднем 67 С. Расчетная длина труб подачи масла к подшипниковым опорам при расположении ротаметров перед сушильными группами короче аналогичной длины труб при компактном расположении ротаметров на 1501,52 м. Сокращение длины труб в зоне теплоизоляционного колпака сушильной части, при установившемся рабочем режиме, значительно снижает нагрев масла и вынос тепловой энергии из зоны сушки полотна бумаги. Выполнен расчет снижения количества теплоты, выносимой из сушильной части при расположении ротаметров по группам в сравнении с компактным расположением. Установлено, что за час работы сушильной части количество теплоты, выносимой нагретым маслом, сокращается на 74844 кДж.
ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ. БИОТЕХНОЛОГИЯ
Для снижения токсичности древесностружечных плит применяют карбамидоформальдегидные смолы с низким мольным соотношением формальдегида и карбамида – 1,0 и менее. Плиты на основе этих смол имеют пониженную прочность и водостойкость и увеличенное время прессования. Указанные недостатки объясняются особенностями новых смол. В молекулах олигомера формальдегид соединятся с карбамидом преимущественно метиленовыми связями и содержится малое количество гидроксиметильных групп, необходимых для отверждения смолы. Так как в смоле мало свободного формальдегида, – 0,05…0,10%, отвердитель вынужден вступать в реакцию с гидроксиметильными группами. Молекулы олигомера без гидроксиметильных групп становятся неустойчивыми в водной среде и выпадают в осадок. Олигомер, нерастворимый в воде, значительно замедляет процесс отверждения КФС. Кроме того, он не участвует в образовании пространственно-сшитого полимера и клеевых связей. Новые смолы содержат много несвязанного карбамида. Водный раствор карбамида имеет слабо щелочной характер и нейтрализует часть отвердителя. Для устранения этих недостатков предлагается использовать добавку формальдегида в виде его водного раствора – формалина. Он должен защитить гидроксиметильные группы и увеличить количество образующейся кислоты. Время отверждения промышленной смолы с соотношением формальдегида и карбамида 0,85:1,0 при содержании модификатора 1,0% сокращается с 63,2 до 38,0 с, или на 39,9%. Древесностружечные плиты на этой смоле с 1,0% формальдегида в отвердителе имеют повышенную прочность и водостойкость по сравнению с плитами без добавки. Содержание формальдегида остаётся на одном уровне – 5,68 против 5,70 мг/100 г. Прочность при растяжении перпендикулярно пласти плиты повышается на 30%. Это объясняется ускорением прогрева внутреннего слоя плиты, который осуществляется в результате массопереноса пара и газов. В водных растворах кислот свободный карбамид неустойчив и начинает разлагаться при нагревании выше 50 С на аммиак и двуокись углерода. При условии увеличения содержания в связующем кислоты этот процесс ускоряется. При прессовании плит при температуре 210…220 С водяной пар нагревается максимум до 130 С, а газы – до температуры прессования. Причём пар продвигается внутрь ковра плиты ступенчато, конденсируясь на холодной стружке. Прогрев газами более эффективен. Неизменность показателя токсичности плит объясняется тем, что остатки свободного формальдегида связываются в уротропин аммиаком, образующимся из карбамида. Разработана рецептура и технология синтеза инновационной карбамидоформальдегидной смолы с мольным соотношением формальдегида к карбамиду 0,9:1,0. Плиты на этой смоле с 1% формальдегида в отвердителе имеют содержание формальдегида 3,7 мг/100 г. Это отвечает требованиям класса эмиссии Е0,5.
Согласно последним исследованиям, 24% доступных в настоящее время возможностей снижения энергопотребления в производственном цикле предприятий ЦБП, а также НИОКР находятся в модернизации конструкции, технологий и правильной настройке оборудования и сопутствующих систем сушильной части БДМ. Проведенные теплотехнические исследования говорят о том, что для получения максимальной производительности машины и минимизации удельных затрат теплоты на сушку бумаги, необходимо произвести перераспределение цилиндров по паровым группам в соответствии с периодами сушки полотна и обеспечить перераспределение расхода пара по цилиндрам в соответствии с требуемым расчетным расходом. В этом контексте представляется целесообразным оптимизация температур сушки, при этом имеется потребность в исследованиях, изучающих влияние температуры сушки на свойства бумаги. Поэтому целью работы являлось исследование влияния температуры сушки на прочностные и структурно-размерные свойства бумаги, изготовленной из сульфатной хвойной и лиственной целлюлозы. Анализ показал, что увеличение температуры сушки с 80 до 140 ºС оказывает наибольшее влияние на рост показателей структурно-размерных свойств бумаги, изготовленной из массы большей степени помола при использовании в качестве сырьевой базы как сульфатной беленой лиственной, беленой хвойной, так и небеленой хвойной целлюлозы. В то же время, увеличение температуры сушки с 80 до 140 ºС оказывает наибольшее влияние на прочностные свойства бумаги (разрушающее усилие, сопротивление продавливанию, сопротивление раздиранию), изготовленной из массы меньшей степени помола при использовании в качестве сырьевой базы как сульфатной беленой лиственной, так и беленой хвойной целлюлозы. Увеличение температуры сушки с 80 до 140 ºС оказывает больший эффект на изменение структурно-размерных свойств бумаги, изготовленной из хвойной целлюлозы, по сравнению с лиственной целлюлозой, что рекомендуется учитывать при оптимизации температур сушки с имеющейся композицией по волокну.
Представлены сравнительные результаты научных исследований структурно-морфологических свойств макулатурной массы после флотации с предварительным мокрым и сухим роспуском. В качестве макулатуры использовалась газетная бумага и офисная бумага с печатью. Известно, что эти виды макулатуры существенно различаются по качеству и цене, так как бумажная масса, полученная на их основе, отличается бумагообразующими свойствами, которые, в основном, определяются морфологическими характеристиками вторичных волокон. Роспуск макулатуры мокрым способом осуществляли в дезинтеграторе, сухой роспуск – в роторно-вихревой мельнице. Очистку макулатурной массы флотацией проводили на лабораторной установке стандартным методом. Установлено, что сухой роспуск газетной макулатуры перед флотацией, по сравнению с мокрым, существенно снижает среднюю длину волокна (с 0,92 до 0,56), при этом, в 2 раза увеличивается количество мелочи (с 2,57 до 4,82%). Сухой роспуск газетной макулатуры можно рекомендовать при изготовлении бумажных изделий методом литья с использованием связующих. Сухой роспуск офисной макулатуры, по сравнению с мокрым, не приводит к снижению средней длина волокна, она составляет 0,96 мм. При сухом роспуске увеличивается количество самой короткой фракции мелочи до 76% (при мокром – 60%), повышается скрученность волокон (7,3 при мокром и 10,7 при сухом роспуске). Изогнутость и скрученность волокон приводят к повышению толщины и снижению плотности бумаги, что может привести к снижению механических показателей, но повышению впитывающей способности, поэтому сухой роспуск офисной макулатуры перед флотацией можно рекомендовать для производства впитывающих видов бумаги и картона.
Хлорид-ионы в электролите существенно влияют на коррозию металлов варочного и теплообменного оборудования химической переработки древесины. Серийно производимые Cl–-ионоселективные электроды (Cl-ИСЭ) с поликристаллическими мембранами из прессованных порошков AgCl и Ag2S химически нестойки в сильнокислых средах, недостаточно чувствительны и селективны для потенциометрического определения Cl–-ионов в присутствии сильных восстановителей и окислителей. Цель исследования – определение кислотостойкости и возможности ионометрического применения Ag-ИСЭ с монолитными мембранами из стекол системы Ag–Ge (As)–S, а также монокристаллов AgAsS2 и Ag3AsS3 в качестве индикаторов конца потенциометрического титрования Cl–-ионов в растворах муравьиной, уксусной и азотной кислот. Ионопроводящие стеклянные материалы для сенсорных мембран Ag-ИСЭ синтезировали в вакуумированных кварцевых ампулах из особо чистых элементных веществ при 650 или 950 С и закаливали в воздухе. Кислотостойкость сенсорных материалов определяли гравиметрическим методом по ГОСТ 7343–41 в 10%-х водных растворах НСOOH, CH3COOH и HNO3 при 17±1 С в течение 250 ч. Потенциометрические измерения с точностью ±0,5 мВ проводили с использованием электрохимической ячейки Ag– ИСЭ | исследуемый раствор¦1М NH4NO3 ¦ 1М KCl | AgCl, Ag. Потенциометрическое титрование проводили с использованием микробюретки с точностью измерения объема ±0,01 мл. Гомогенные Ag+–cенсорные мебраны из стекол системы Ag–Ge(As)–S или монокристалла Ag3AsS3 химически устойчивы в 10%-х водных растворах муравьиной, уксусной и азотной кислот (скорость растворения при 17 С меньше 10 мкг · см–2 · ч–1). Ag–ИСЭ с кислотостойкими стеклянными мембранами Ag20Ge29S51 и AgAsS2 имеют стабильные электродный потенциал и градиент электродной функции 52–58 мВ/ рAg при рAg =1–5 и могут успешно применяться в растворах муравьиной, уксусной и азотной кислот концентрацией до 6 моль/л для определения хлорид-ионов методом потенциометрического осадительного титрования.
ISSN 2658-5871 (Online)