содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

§ 9.

ПЕРЕМЕННЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ



В зависимости от назначения изготовляемого вида бумаги размалываемая бумажная масса должна иметь определенный состав по длине волокон, хорошо или слабо фибриллированных, и определенную степень помола, выражаемую в градусах Шоппер-Риглера.

Для получения массы нужного качества и к тому же наиболее эффективным способом, т. е. с наименьшей затратой электроэнергии, технолог-бумажник должен умело пользоваться переменными факторами процесса размола. Эти факторы связаны либо с технологическим режимом процесса размола, либо с используемым размольным оборудованием.

Как правило, в руках технолога-бумажника эффективным методом воздействия на процесс размола являются переменные факторы, оказывающие влияние на технологический режим процесса. Факторы же, связанные с размольным оборудованием, технологом фактически либо совсем не управляемы, либо управляемы в малой степени, поскольку технолог стоит перед необходимостью использования уже установленного на фабрике оборудования.

К переменным факторам технологического режима процесса размола при использовании одного и того же вида волокнистого материала относятся: продолжительность размола, удельное давление на волокна при их размоле, концентрация массы, температура массы, pH среды и добавка химических веществ при размоле.

Продолжительность размола — переменный фактор, характеризующий время воздействия размалывающего аппарата на размалываемые волокна и определяющий степень разработки волокон (изменения их длины, степени фибриллирования и пр.) и, следовательно, качество бумажной массы и

готовой продукции. Очевидно, что время активного воздействия размалывающего аппарата на размалываемые волокна должно зависеть от конструкции и условий работы аппарата. В аппаратах периодического действия (роллах) продолжительность размола составляет от 0,5 до 24 ч в зависимости от требуемого качества бумажной массы. При этом меньшее время требуется для получения массы садкого помола и большее время — для массы жирного помола.

Продолжительность размола волокон в современных размалывающих аппаратах непрерывного действия в зависимости от конструкции аппарата и его производительности составляет от десятых долей секунды до нескольких секунд. Увеличение времени размола в этих аппаратах достигается многократным пропуском бумажной массы через аппарат, осуществлением частичной рециркуляции массы через аппарат, дросселированием массы на выходе из аппарата или же пропуском массы последовательно через несколько размалывающих аппаратов. С увеличением времени размола волокон в аппарате увеличивается степень помола массы, но снижается производительность размалывающего аппарата.

Практика показала, что в строго одинаковых условиях размола сульфитная целлюлоза размалывается быстрее, чем сульфатная из. того же вида древесины, а лиственная целлюлоза — быстрее, чем хвойная. По скорости размола различные виды целлюлозы располагаются в следующем порядке: тополевая, осиновая, березовая, еловая. Целлюлоза из молодой древесины лиственных пород быстрее размалывается, чем из древесины старшего возраста, но труднее обезвоживается.

Обычно процесс размола в начальный период протекает медленно, с медленным нарастанием степени помола массы. Далее он заметно ускоряется, а при высокой степени помола массы опять замедляется.



Удельное давление при размоле — один из основных регулируемых переменных факторов технологического режима процесса размола. Высокое удельное давление при размоле приводит к преимущественной рубке волокон, низкое удельное давление — к их преимущественному фибриллированию.

Конструкции размалывающих машин рассмотрены в § 10. Однако независимо от конструкции размалывающее действие машин основано на прохождении волокнистой массы между размалывающими элементами (ножами) ротора и статора машины. Чем больше удельное давление при размоле, тем меньше величина зазора между размалывающими поверхностями машины.

Величина зазора зависит от концентрации размалываемой массы, заданного характера помола и рода размалываемых волокон. Эта величина обычно составляет при роспуске волокнистого материала на отдельные волокна от 1,5 до 0,8 мм, при

легком фибриллировании от 0,8 до 0,4 мм, при более интенсивном расчесывании и расщеплении волокон от 0,4 до 0,2 мм и при рубке волокон с получением массы садкого помола 0,1 мм и меньше.

При размоле наиболее прочных волокон (тряпичных, а также волокон небеленой хвойной сульфатной целлюлозы) при других равных условиях требуется применять более высокое удельное давление, чем при использовании относительно слабых волокон (например, беленых волокон сульфитной целлюлозы). Очевидно также, что при размоле массы для изготовления впитывающих видов бумаги (санитарно-гигиенического назначения, промокательной и др.), состоящих из коротких нефибриллиро-ванных волОкон, требуется применять большее удельное давление, чем в случае размола массы из тех же волокон для изготовления плотной и прочной бумаги, состоящей из хорошо фиб-риллированных волокон.

Практически при размоле трудно определить истинное удельное давление на размалываемые волокна, поэтому его заменяют установлением пропорционального удельного давления на режущие кромки ножей размалывающего аппарата. Такое определение признано сейчас более правильным, чем определение, как это часто делают, среднего давления между ножами, которое не соответствует действительным явлениям, происходящим в зоне размола. Удельная нагрузка на кромки ножей Bs, считающаяся одним из критериев для оценки процесса размола, определяется по формуле

Очевидно, что с повышением удельной нагрузки на кромки ножей увеличивается рубящее действие ножей на размалываемый волокнистый материал. Считается, что для каждого вида полуфабриката имеется определенная критическая нагрузка, превышение которой сопровождается преобладанием рубящего воздействия на волокна. Для сульфатной небеленой целлюлозы она составляет 2,5 Дж/м; сульфатной хвойной беленой 1,5—
2 Дж/м; сульфатной лиственной беленой 0,8—1,3 Дж/м; сульфитной хвойной беленой и небеленой 0,8—1,5 Дж/м.

При выборе надлежащего удельного давления следует иметь в виду, что при его увеличении продолжительность процесса размола сокращается с одновременным снижением расхода

энергии на размол. Однако одновременнб уменьшается длина размалываемых волокон, что соответствующим образом отражается на показателях качества изготовляемой бумаги. Поэтому наиболее правильно оценивать характер процесса размола по двум технологическим параметрам: удельной нагрузке на кромки ножей и удельному расходу полезной энергии.



Концентрация массы при размоле выбирается соответственно типу используемого размалывающего оборудования и желаемому характеру помола массы. Ниже при описании работы разного размалывающего оборудования указаны абсолютные значения концентрации массы применительно к размолу бумажной массы различного назначения. Соображения общего характера по этому вопросу сводятся к следующему.

Считается общепринятым, что для получения массы садкого помола с укороченными волокнами нужно применять при размоле волокон низкую концентрацию массы, при которой на каждое волокно, попадающее между ножами размалывающего аппарата, приходится большее удельное давление. При получении же массы жирного помола с сильнофибриллированными волокнами следует пользоваться при размоле относительно высокой концентрацией массы, при которой каждому волокну будет соответствовать меньшее удельное давление при размоле и большее взаимное трение волокон, способствующее их расчесыванию и фибриллированию. Размол массы при особо высокой концентрации описан в § 11.





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 фибрилли-руются. Это положительно сказывается на прочности изготовляемой бумаги. Если процесс размола осуществляется при повышенной температуре, то вследствие недостаточного 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 опытах О. Вурца один и тот же волокнистый материал в сравнимых условиях размалывался при поддержании постоянной температуры 6 °С и 85 °С. Для достижения одной и той же степени помола массы во втором случае потребовалось значительно больше времени. В первом случае была получена бумага с высоким сопротивлением излому (свыше 6000 двойных перегибов). Во втором же случае не удалось получить бумагу с числом двойных перегибов более 240.

Если повышение температуры массы при ее размоле неже-лательно, так как удлиняет процесс размола в аппаратуре периодического действия и повышает расход электроэнергии на размол, то, на первый взгляд, кажется противоречивым, почему для ускорения обработки водой листовой целлюлозы, макулатуры или оборотного брака часто подогревают используемую при этом воду. На самом деле никакого противоречия здесь нет. При указанной обработке осуществляется не процесс размола, а лишь разбивка листов или кусков волокнистого материала на отдельные волокна. Очевидно, что эта разбивка произойдет легче и быстрее, если вода скорее проникнет в поры материала и ослабит при этом межволоконные силы связи. Повышение температуры воды способствует снижению ее вязкости, что и облегчает проникновение воды в поры волокнистого материала, а следовательно, и процесс разделения материала на отдельные волокна.

Нет также противоречия и в том, что 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.

Иногда на бумажные фабрики с целлюлозных заводов поступает в валиках влажная целлюлоза. В зимнее время валики такой целлюлозы смерзаются и их трудно превратить в бумажную массу. Из подобной массы после ее размола получается бумага, отличающаяся относительно невысокой механической прочностью, пухлостью и повышенными показателями воздухопроницаемости и впитывающей способности. Дело в том, что вода отличается характерной аномалией: после замерзания объем ее увеличивается. Именно поэтому кристаллики льда в микропорах клеточных стенок вызывают частичный разрыв и разрыхление волокон с уменьшением при этом степени полимеризации целлюлозы. Действие замораживания наиболее проявляется при размоле мягкой лиственной целлюлозы.




Величина pH 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 в среде с pH 10—11. Это связано с повышенным набуханием волокон в щелочной среде. Однако при этом происходит значительное пожелтение бумажной

массы, которое устранимо добавлением в массу перекиси водорода.
 

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.

Добавка в бумажную массу гидрофильных органических веществ (например, крахмала, карбоксиметилцеллюлозы, животного клея, карбамида, альгинатов, манногалактанов 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.

Добавляемые в бумажную массу (а также в бумажное полотно) различные вещества в отдельности могут влиять на ускорение обезвоживания бумажной массы при отливе бумажного полотна, на улучшение равномерности расположения во^ локон в бумаге, на придание прочности бумаге, находящейся во влажном состоянии (влагопрочности), на влагонепроницае-мость, непроницаемость для прохождения газов, жира, ультрафиолетовых лучей, на повышенное удержание в бумажном полотне мелких волокон и наполнителей, на предотвращение слизеобразования и отложений смолы, на снятие электростатических зарядов с бумаги, на снижение тенденции бумаги коробиться и скручиваться, на пеногашение и пр.

Величина окружной скорости ротора размалывающего аппарата относится к числу факторов, практически нерегулируемых в условиях производства, хотя, по-видимому, было бы желательно иметь возможность осуществлять некоторую регулировку процесса размола и этим фактором применительно к специфическим условиям размола различных полуфабрикатов бумажного производства.

Повышение окружной скорости ротора связано с увеличением эффекта фибриллирования волокон и уменьшением их укорачивания при некотором возрастании общего расхода энергии 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 межво-локонных 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.

Также нерегулируемым в производственных условиях фактором является вид размалывающей гарнитуры — материал и ширина размалывающих ножей, а также расположение ножей в размалывающей гарнитуре, включая шаг между ножами ротора и статора, угол наклона ножей и глубину канавок между ножами.

Размалывающая гарнитура может быть металлической (из высоколегированных чугуна и стали или из фосфористой бронзы), неметаллической (базальтовой, абразивно-керамической) или смешанной (например, ротор — металлический, а статор — базальтовый).

Металлическая гарнитура, в особенности при наличии узких ножей, больше способствует укорочению волокон, чем неметаллическая, обеспечивающая фибриллирование волокон и изготовление бумажной массы жирного помола.

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

О переменных факторах процесса размола дополнительно можно прочесть в работах [5, с. 59—79; 10, с. 9—73; 20, с. 18—29].

содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..