Усупов М.М., Барнаханова К.Т.

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИспользованиЯ отходов кожевенных предприятий

Химические процессы играют важнейшую роль в экологической проблеме по охране окружающей среды. В результате деятельности человека в биосферу попадает большое число вредных веществ. К наиболее токсичным относятся тяжелые металлы и неметаллы элементов таблицы Д.И. Менделеева (в том числе дубители соединений элемента хрома) [1].

В последние время в нашей стране уделяется огромное внимание охране природных богатств, в том числе и лесных ресурсов. Важность этой задачи возрастает с каждым годом, так как в Казахстане ресурсы лесной промышленности не велики, к тому же сырьевые ресурсы расходуются высокими темпами [2]. В связи с этим в проблеме использования отходов кожевенных предприятии серьезного внимания заслуживает разработка способов получения древесностружечных плит с использованием сырья и отходов производства кожевенных изделий.

Как известно, в общепринятом способе изготовления ДСП применяются такие компоненты, как деревянная стружка, и всякие связывающие вещества, которые влияют на прочность изделия. Так как, стружка и отходы кож относятся к органическим веществам, то добавление стружки кож в качестве наполнителя уменьшает расход древесной стружки. Кроме того, по результатам исследования, это непосредственно положительно влияет на прочность материала. Главным преимуществом такого способа, на наш взгляд, является решение вопроса безотходного производства, так как отходы кожевенных изделий обычно сжигаются как ненужное вещество, тем самым загрязняя окружающую среду.

Известна технология изготовления ДСП [3], где в качестве связывающих веществ использованы 14% -ный алюмохромофосфатный раствор и тяжелый газойль коксования.

Недостатком этой смеси является значительное количество отвердителя алюмохромофосфатного раствора и газойля в составе ДСП и дефицитом связывающих веществ и сравнительное отклонение предела прочности при растяжении перпендикулярно панели (МПа) от требуемого стандарта (ГОСТ 10633).

Цель эксперимента – изготовление ДСП с повышенными физико-механическими свойствами, разработка эффективной технологии, способствующая развитию безотходного производства путем применения вторичного сырья и отходов кожи, улучшению экологического состояния биосферы. Поставленная цель достигается путем добавления в смеси отходов кожевенных производств, которые относятся к органическим веществам, и будучи по природному свойству близки к древесине, вполне может заменить алюмохромофосфата и тяжелого газойля.

Задачей эксперимента является изготовление ДСП с повышенными физико-механическими свойствами, разработка эффективной технологии, способствующей развитию безотходного производства путем применения вторичного сырья и отходов кожи, улучшающая экологическое состояние биосферы.

Техническим результатом является повышение предела прочности при статическом изгибе, повышение предела прочности при растяжении, повышение предела прочности при сжатии, увеличение стойкости к горячей воде, увеличение маслостойкости и теплостойкости.

Одним из перспективных направлений утилизации отходов кожевенного производства, которые содержат белки, есть получение гидролизатов коллагена. Коллагенсодержащие кожевенные отходы составляют основную массу отходов кожевенного производства. Белковые гидролизаты, в частности коллагены, находят использование в малярных, отделочных работах, приклеивания декоративных облицовочных плит, наклеивания обоев внутри помещений, как регуляторы сроков схватывания гипсовых и цементных растворов и как пластифицирующие добавки при приготовлении шпаклевок, цветовых паст, а также для изготовления теплозвукоизоляционных материалов [3].

Благодаря этому, в процессе гидролиза коллагенов, вещество из свободнодисперсного состояния переходит в связнодисперсное, образуя студень, обладающий отличными адгезионными свойствами. Подобные вещества можно с успехом использовать в качестве связующего при производстве ДСП вместо дорогостоящих синтетических клеев, метилцеллюлозы и др.

Вопросы изготовления ДСП тесно связано с имеющимися ресурсами сырья. Поэтому в данной статье мы поставили задачу определения оптимальной затраты ресурсов при изготовлений ДСП по известному объему сырья путем математического моделирования проблемы, при этом математическую модель задачи, с точки зрения классической математики, приводим в обобщенном виде.

Пусть x₁, x₂, …x_k переменные, определяющие основные компоненты ДСП, а y₁, y₂, …y_p переменные для связывающих компонент. Объемы запасов сырья обозначим через b₁, b₂, ….b_n. Кроме того, должна быть известна матрица нормативных затрат {a_ij} (i=1..n, j=1…k+p), которая определяется из справочно-нормативных документов. Тогда целевую функцию Z, которая выражает общую наименьшую затрату, определим в виде [4]:

Z= (1)

где c₁, c₂, …c_k , d₁, d₂, …d_p соответствующие себестоимости каждого вида компонентов.

Учитывая, имеющиеся объемы запасов сырья, получим следующую группу ограничения

a₁₁x₁+a₁₂x₂+…a_1kx_k +a_1k+1y₁+…+a_1py_p ≤ b₁

a₂₁x₁+a₂₂x₂+…a_2kx_k +a_2k+1y₁+…+a_2py_p ≤ b₂ (2)

……………………………………………

a_n1x₁+a_n2x₂+…a_nkx_k +a_nk+1y₁+…+a_npy_p ≤ b_n

Для того, чтобы задача имела производственный смысл поставим дополнительные ограничения в виде

x_i ≥ 0, (i=1…k), y_j ≥ 0, (j=1…p) (3)

Итак, формулы (1), (2), (3) выражают математическую модель определения общей минимальной затраты при известных ресурсах сырья.

Задача (1), (2), (3) является классической задачей линейного программирования, решение которой не составляет труда, так как в настоящее время имеются готовые алгоритмы и программное обеспечение, реализующие данную задачу.

В этой статье мы привели обобщенный способ сведения производственной задачи к математической, однако, в зависимости от поставленных условий, можно изменить смысл целевой функции (максимум прочности) и соответственно значения всех ограничений. (2) Кроме того, можно ввести дополнительные ограничения в формулах . (2)

Таким образом, применение методов математического моделирования для расчета оптимальных затрат ресурсов при изготовлении строительных материалов с использованием древесных и кожевенных отходов имеет большое теоретическое и практическое значение.

Литература

1. Горелов А.А. Экология. М.: 2002. – 65 с.

2. Шарафутдинов Д.Ф. Экологическая информация и современное общество. Алматы, 2005. – 196 с.

3. А.С. СССР № 1184684. Применение тяжелого газойля для гидрофобизации древесностружечных плит. Говырин Б.А. и др.

4. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. – 192 с.