книги / Подготовка полуфабрикатов для получения бумаги

металлическая, обеспечивающая фибриллирование волокон и изготовление бумажной массы жирного помола.

Широкие ножи по сравнению с узкими дают возможность получить большую рабочую поверхность размола, следовательно, удельное давление на кромки ножей при этом снижается, что

иобеспечивает выработку длинноволокнистой массы жирного помола. Вместе с тем при наличии узких ножей в размалывающем аппарате можно разместить большее их число. Увеличение числа ножей приводит к повышению эффективности работы размалывающих аппаратов и способствует усилению расчесывающих воздействий ножей гарнитуры на волокна целлюлозы. Установлено, что в размалывающих аппаратах, оснащенных сравнительно узкими ножами, можно получить жирную длинноволокнистую массу при условии применения умеренного удельного давления и не очень сильно разбавленной массы.

Таким образом, величина удельного давления при размоле оказывает большее влияние на направление процесса размола в сторону рубки или фибриллирования волокон, чем ширина размалывающих ножей.

5.Окружная скорость ротора размалывающего аппарата от-

носится к числу факторов, практически нерегулируемых в условиях производства.

Конические мельницы имеют окружную скорость 10–23 м/с по среднему диаметру ротора, гидрофайнеры – 25–33 м/с, дисковые мельницы – 20–45 м/с.

Увеличение скорости при том же удельном давлении снижает режущее и увеличивает гидратирующее действие вследствие возрастания роли гидроразмола за счет ударного действия ножей о массу

исамой массы о стенки аппарата. Наряду с этим возрастает напряжение сдвига в зазоре между ножами, которое приводит к усилению фибрилляции и гидратации волокон.

Таким образом, повышение окружной скорости ротора связано с увеличением эффекта фибриллирования волокон и уменьшением их укорачивания при некотором возрастании общего расхода энер-

31

гии на размол и снижении коэффициента полезного действия размалывающего аппарата. Вместе с тем повышение окружной скорости ротора с одновременным увеличением концентрации массы способствует лучшей ее циркуляции, набуханию волокон, приданию им гибкости и пластичности, усилению межволоконных сил связи в готовой бумаге. Именно поэтому размалывающие аппараты, работающие при повышенной окружной скорости ротора (свыше 30 м/с), наиболее пригодны для выработки прочной бумаги (например, мешочной), а для выработки впитывающих и фильтрующих видов бумаги и картона лучше использовать аппараты, работающие при окружной скорости значительно более низкой чем 30 м/с.

6.Величина рН среды массы при размоле оказывает влияние на скорость размола и показатели механической прочности изготовляемой бумаги. Установлено, что в кислой среде размол осуществляется несколько медленнее, чем в нейтральной, и с большим уменьшением длины волокон. Существенное ускорение процесса размола с повышением механической прочности вырабатываемой бумаги и с сокращением расхода энергии на размол наблюдается

всреде с рН 10–11. Это связано с повышенным набуханием волокон

вщелочной среде. Однако при этом происходит значительное пожелтение бумажной массы, которое устранимо добавлением в массу пероксида водорода.

Обычно размол производят при рН, близком к 5.

7.Температура массы при размоле оказывает существенное влияние на процесс размола. Набухание и гидратация целлюлозных волокон, как известно, проявляют экзотермический характер, т.е. сопровождаются выделением тепла. Таким образом, с понижением температуры способность волокон связывать воду и набухать в ней увеличивается. Практика работы бумажных фабрик показывает, что процесс размола легче и быстрее протекает в зимнее время в более холодной производственной воде, чем в летнее. В таких условиях волокна легче фибриллируются. Это положительно сказывается на прочности изготовляемой бумаги. Если процесс размола осуществляется при повышенной температуре, то вследствие недостаточного

32

набухания волокон они не приобретают нужной гибкости, слабо фибриллируются и относительно легко рубятся в поперечном направлении. Бумага, полученная из таких волокон, обладает невысокой механической прочностью и пористостью.

В то же время при размоле лиственной и хвойной полуцеллюлозы, а также отходов тонкого сортирования древесной массы, подогрев этих материалов полезен и приводит к повышению механической прочности размолотой массы и снижению расхода электроэнергии на размол. В этом случае облегчающее размол пластифицирующее действие лигнина и гемицеллюлоз при повышенной температуре превалирует над снижением набухания целлюлозного компонента волокон.

8. На процесс размола влияют особенности волокнистого ма-

териала (строение волокна, химический состав, степень полимеризации и фракционный состав целлюлозы).

Льняные и пеньковые волокна хорошо расщепляются на фибриллы в продольном направлении, так как фибриллы расположены вдоль оси волокна. У хлопка фибриллы расположены под углом к оси волокна, вследствие этого фибриллирование идет труднее. При большом содержании гемицеллюлоз бумага получается прочная, а размол идет быстро. Это происходит потому, что гемицеллюлозы гидрофильны и поглощают большое количество воды, которая разъединяет фибриллы. Лигнин препятствует размолу, так как волокна хуже набухают.

9. Добавки химических веществ при размоле, в какой-то степени заменяющие действие размола и придающие бумаге необходимые свойства, осуществляют так называемый «химический размол», благодаря которому можно сократить время размола и размалывать массу до меньшей степени помола.

Размол волокнистых материалов обычно связан с большим расходом электрической энергии, что ведет к значительному удорожанию этого процесса. Поэтому необходимо сократить продолжительность этого процесса и хотя бы частично снизить расход электроэнергии на размол.

33

Добавка в бумажную массу гидрофильных органических веществ (например, крахмала, карбоксиметилцеллюлозы, животного клея, карбамида и др.) обеспечивает увеличение сил связи между волокнами и упрочнение изготовляемой бумаги. При введении в массу таких веществ может быть существенно сокращено время размола массы и снижен расход энергии на размол.

В этом случае они действуют так же, как гемицеллюлоза в технической целлюлозе. Аналогично действуют синтетические полимеры: полиакриламид, поливиниловый спирт и др.

6. РОСПУСК ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И РАЗМОЛ ВОЛОКОН В МАШИНАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО

ИНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

6.1.Машины для роспуска волокнистых материалов

Целлюлоза на бумажную фабрику не всегда поступает жидким потоком из расположенного неподалеку целлюлозного завода. Часто целлюлоза, а иногда и древесная масса поступают в высушенном состоянии в виде листов, упакованных в кипы или в виде влажных валиков. Такой волокнистый материал должен быть предварительно распущен на волокна, которые затем уже размалываются. Точно так же предварительно должна быть распущена на волокна поступающая на бумажную фабрику макулатура. Роспуску на волокна подвергается и бумажный брак для того, чтобы полученные при этом волокна можно было бы вновь использовать для изготовления бумаги.

Наиболее универсальным, высокопроизводительным и простым видом оборудования для роспуска различных волокнистых материалов служит гидроразбиватель. По расположению ротора гидроразбиватели делятся на конструкции с вертикальным и горизонтальным ротором.

На рис. 6 представлена схема устройства гидроразбивателя с вертикальным ротором. Гидроразбиватель состоит из цилиндри-

34

ческой открытой сверху (металлической или железобетонной) ванны со сферическим днищем, в центре плоской части которого расположены вращающийся на вертикальном валу стальной диск с ножами. Аналогичные ножи имеются на неподвижной части днища ванны, к которому примыкает металлическое сито с отверстиями диаметром 6–8 мм (если гидроразбиватель работает в режиме периодического действия при концентрации массы 5–8 %) и до 12–14 мм (при его работе в режиме непрерывного действия с концентрацией массы около 2 % и не более 3–4 %).

Рис. 6. Гидроразбиватель с вертикальным ротором: 1 – диск с ножами

При работе гидроразбивателя в режиме периодического действия металлическое сито может отсутствовать. Повышение температуры массы с 10 до 40 °С при ее обработке в гидроразбивателе сокращает время обработки на 10 % и удельный расход энергии на 40 %.

Вращающийся с большой скоростью ротор создает турбулентную циркуляцию массы в ванне и трение ее комков друг о друга

иножи. При этом листовой материал распускается вначале на пучки волокон, а с течением времени – на отдельные волокна.

При работе гидроразбивателя в режиме непрерывного действия производительность его повышается, но качество разбивки снижется

иоставшиеся пучки волокон нужно дополнительно разбивать в другой аппаратуре (энтштипперы, супротонаторы и др.). Существуют, однако, гидроразбиватели и для полного (без пучков волокон) роспуска волокнистых материалов. В таких гидроразбивателях в дополнение к обычному ротору помещено второе ножевое устройство. Подобные гидроразбиватели применяются обычно только для разбивки труднораспускаемого волокнистого материала.

На pис. 7 представлена схема устройства гидроразбивателя с горизонтальным ротором.

Рис. 7. Гидроразбиватель с горизонтальным ротором: 1 – ванна; 2 – подпорный ящик; 3 – ротор; 4 – привод

36

Такие гидроразбиватели имеют более простое устройство привода. Их можно устанавливать в относительно невысоких помещениях, в которых гидроразбиватели с вертикальным ротором установить нельзя. В различных конструкциях таких гидроразбивателей число роторов составляет от 1 до 4.

Для окончательного роспуска пучков волокон после гидроразбивателя, а также легкой обработки целлюлозы без укорочения волокон, например при выработке впитывающих видов бумаги применяется оборудование, в котором осуществляется воздействие гидродинамических ударов на бумажную массу. К такому оборудованию

и статором в зависимости от вида подвергаемого обработке волокнистого материала устанавливается постоянным от 0,5 до 2,0 м.

2

Рис. 8. Энтштиппер фирмы Эшер–Висе: 1 – вход массы; 2 – выход массы; 3, 4, 5 – первое, второе и третье кольца ротора; 6, 7, 8 – первое, второе и третье кольца статора

37

Масса при концентрации 4–7 % под действием вращающихся с большой скоростью колец ротора радиально поступает в энтштиппер, трижды ударяется о кольца статора и проходит через узкие пространства между выступами ротора и статора. Происходящие при этом ударно-отражательные воздействия на массу и ее завихрения приводят к роспуску пучков волокон и нарушению целостности наружной клеточной стенки волокон, что облегчает последующее установление связей между волокнами, т.е. приводит к упрочнению получаемой бумаги. Для существенного увеличения степени помола бумажной массы и повышенного при этом упрочнения изготовляемой бумаги энтштиппер не применяют, так как это привело бы к неэкономичности его работы из-за чрезмерно высокого расхода энергии на подобную обработку бумажной массы.

6.2.Размалывающие аппараты

Внастоящее время практически на всех предприятиях целлю- лозно-бумажной промышленности размол ведется в аппаратах непрерывного действия. Аппараты периодического действия – роллы – имеют ограниченное применение. В связи с рядом преимуществ дисковых мельниц по сравнению с коническими, последние на новых предприятиях не устанавливаются.

6.2.1.Аппараты периодического действия

Ролл на протяжении двух с половиной столетий являлся основным размалывающим аппаратом. В настоящее время он еще употребляется при производстве тонких видов бумаги, требующих длительного размола массы.

Ролл (рис. 9, 10) состоит из железобетонной или металлической ванны овальной формы, разделенной вдоль перегородкой на две части, в одной из которых находится горка, размалывающий барабан и планки с ножами. Барабан представляет собой стальной вал, на который насажены 2, 3 или 4 чугунных диска с прорезями для ножей, которые плотно закрепляются с помощью деревянных брусков

38

из дуба или бука. Ножи установлены на расстоянии 35–40 мм один от другого. Планка представляет собой пачку из 15–25 ножей, разделенных деревянными прокладками толщиной 8–12 мм.

Рис. 9. Схема работы ролла: 1 – барабан; 2 – колпак; 3 – горка; 4 – ванна; 5 – планка

Рис. 10. СовременныймассныйроллмаркиРМВ-5: 1 – колпак; 2 – маховичок; 3 – шкив; 4 – ванна; 5 – грязевик; 6 – выпускмассы; 7 – весовоеприсадочное устройство; 8 – размалывающий барабан; 9 – планка

39

Размол в ролле заключается в том, что полуфабрикат проходит между ножами барабана и планок, перебрасывается через горку, а оттуда по уклону снова движется на размол. Для регулирования зазора между ножами ротора и статора барабан имеет присадочное устройство.

6.2.2. Аппараты непрерывного действия

Конические мельницы имеют статор и ротор в виде усеченного конуса с углом 16–22°. Мельницы снабжены электродвигателем, соединенным с ротором эластичной муфтой и присадочным устройством, позволяющим регулировать зазор между ножами ротора и статора. Ротор имеет равное количество коротких и длинных ножей, установленных с промежутками 15–30 мм. На статоре ножи устанавливают с промежутками 10–20 мм. Статор мельницы отливается из чугуна.

Присадка мельницы осуществляется вручную – с помощью винтового устройства, автоматически – с помощью электрического или пневматического устройства. Перемещение ротора вдоль оси мельницы 160–190 мм.

В нашей стране имеются следующие марки мельниц: МКЛ, МКН, МКБ. Последняя буква в обозначении указывает вид размалывающей гарнитуры: Л – литая, Н – наборная, Б – базальтовая.

Схема работы конической мельницы представлена на рис. 11.

Рис. 11. Схема работы конической мельницы: 1 – электродвигатель; 2 – вход массы; 3 – выход массы; 4 – корпус (статор) мельницы; 5 – ротор мельницы; 6 – ножи ротора; 7 – присадочное устройство; 8 – ножи статора

40