Производство бумаги и картона

Однако лиственная целлюлоза значительно уступает хвойной по показателям сопротивления раздиранию и излому. Поэтому её применение исключается в производстве газетной, электроизоля­ ционной, основы для светочувствительной, чертежно-рисовальной, перфоленточной, папиросной, диаграммной бумаги и основы для парафинирования.

Увеличение доли лиственной целлюлозы в композиции бумаги не способствует снижению массы 1 м2. При изготовлении по обыч­ ной технологии печатной, писчей, перфокарточной и других видов бумаги с большим содержанием лиственной целлюлозы необходи­ ма установка клеильного пресса на бумагоделательной машине для укрепления механической прочности (включая прочность поверх­ ности листа), снижения пылимости, увеличения влагопрочности и сопротивления деформации. Это, в свою очередь, потребует уве­ личения сушильной части бумагоделательной машины на 25...30 % для испарения влаги, внесенной в бумажное полотно с клеем на клеильном прессе (если нет инфракрасной сушилки после клеиль­ ного пресса). Из-за повышенного содержания мелкой фракции волокон в лиственной целлюлозе бумагоделательные машины должны иметь сеточные столы с повышенной обезвоживающей способностью.

Максимально возможное использование древесины листвен­ ницы необходимо предусматривать в связи с перебазированием предприятий целлюлозно-бумажной промышленности в лесоизбы­ точные районы Восточной Сибири и Дальнего Востока. Основной способ переработки древесины лиственницы - сульфатный. Цел­ люлоза из лиственницы обладает меньшей прочностью на разрыв и продавливание, пониженным сопротивлением излому, но более высоким сопротивлением раздиранию, чем целлюлоза из других хвойных пород. Поэтому для высокопрочных видов бумаги её ис­ пользование не рекомендуется.

При размоле толстостенные неэластичные волокна целлюлозы из лиственницы больше подвергаются укорачиванию по сравнению с сосновой и еловой целлюлозой. Поэтому при содержании в ком­ позиции бумаги целлюлозы из лиственницы более 30 % возникает необходимость размола ее отдельным потоком с низкой нагрузкой на режущую кромку ножей гарнитуры дисковых мельниц.

Целлюлоза сульфитная после варки получается более светлой по сравнению с сульфатной и легче поддается отбелке и размолу.

Сульфитная целлюлоза широко используется для производства различных видов бумаги и картона, предназначенных для письма, печати, упаковки и расфасовки продуктов на автоматах.

Древесная масса является относительно дешевым и очень рас­ пространенным волокнистым полуфабрикатом, входящим в компо­ зицию многих видов бумаги и картона. Ее использование позволяет не только снизить стоимость готовой продукции, но и улучшить ее пе­ чатные свойства, повысить непрозрачность и гладкость. Существен­ ным достоинством древесной массы является и то, что в процессе ее производства наиболее полно используется древесное сырье. К недос­ таткам древесной массы следует отнести ее низкую механическую прочность и неустойчивость свойств при хранении и воздействии на нее света, тепла и влаги. Качество древесной массы зависит от способа ее производства. В настоящее время вырабатывают следующие виды древесной массы: белую, бурую, химическую, термомеханическую (ТММ) и химико-термомеханическую (ХТММ).

Применение ТММ и особенно ХТММ позволяет сократить расход целлюлозы при производстве многих печатных видов бума­ ги и картонов, улучшить их качественные показатели; газетную же бумагу можно вырабатывать и без использования целлюлозы. Кро­ ме того, древесная масса всех видов широко используется для производства коробочного, переплетного и других видов картона.

Полуцеллюлоза широко применяется для производства тарного и других видов картона, бумаги для гофры, древесноволокнистых плит и др. Волокна полуцеллюлозы содержат много лигнина, поэто­ му они более жесткие, чем целлюлозные.

Макулатура в ряде случаев является полноценным замените­ лем свежих волокнистых полуфабрикатов при производстве многих видов картона (тарного, коробочного, переплетного, кровельного и др.) и бумаги (оберточной, типографской, газетной, для гофрирова­ ния, санитарно-гигиенической и др.). Макулатурные волокна отличаются более низкими показателями механической прочности по сравнению с первичными волокнами.

Тряпичная полумасса из льняного и пенькового волокна пред­ ставляет собой почти чистую целлюлозу, хорошо фибриллируемую при размоле. Она используется для производства высокосортных

и специальных прочных видов бумаги и картона. Хлопчатобумажная полумасса, состоящая из хлопковых волокон, плохо фибриллируется при размоле, поэтому применяется для производства бумаги и кар­ тона с хорошей впитывающей способностью. Тряпье, содержащее неоднородное и менее ценное сырье, химической обработке не под­ вергается; оно используется в производстве кровельного картона.

Целлюлоза облагороженная используется для производства долговечных и специальных видов бумаги и картона с высокой впитывающей способностью.

Волокна синтетические и другие применяются для производст­ ва специальных видов бумаги и картона, обладающих определенными специфическими свойствами в зависимости от вида волокон и компо­ зиционного состава продукции. Однако использование синтетических искусственных, минеральных и других волокон, не подвергающихся при размоле фибриллированию и не образующих прочной межволо­ конной связи, как у целлюлозных волокон, требует введения специальных химических добавок и изменения традиционных техно­ логических режимов изготовления бумаги и картона.

При выборе композиции бумаги или картона следует в первую очередь учитывать породный состав лесосырьевой базы проектируе­ мого предприятия, физико-механические показатели полуфабрикатов, их себестоимость и возможность организации производства продук­ ции с высокой экономической эффективностью.

Целесообразно обосновывать выбор композиции путем расче­ та и сопоставления нескольких вариантов себестоимости продук­ ции с различными комбинациями полуфабрикатов.

Основная задача в области совершенствования технологии бума­ ги и картона, которую предстоит решить в ближайшие годы - снижение массы 1 м2 полотна. Поэтому, если такая задача решается в проекте, необходимо при технико-экономическом обосновании ком­ позиции продукции выполнить расчет себестоимости на 1000 м2 бумаги.

Исходя из перспективных решений по расширению сырьевой базы целлюлозно-бумажной промышленности и научно-технических

бумажной продукции, составленные на основании разработок про­ ектных и научно-исследовательских организаций, а также опыта работы отечественных и зарубежных предприятий. Указанные

в табл. 4 композиционные составы целлюлозно-бумажной продук­ ции не являются обязательными и должны уточняться в каждом случае на основе новейших научных и производственных данных.

Т а б л и ц а 4

Рекомендуемые композиционные составы вырабатываемой продукции

Картон коробочный марки Б Сульфатная хвойная небелёная целлюлоза 30 %,

В последние годы в связи с развитием техники подготовки массы широкое распространение получили композиции широкого спектра бумажной и картонной продукции из 100 % макулатуры (в том числе бумага для печати).

4.ПОДГОТОВКА БУМАЖНОЙ МАССЫ К ОТЛИВУ

4.1.Размол волокнистых полуфабрикатов

4.1.1. Общие сведения

Размол - одна из важных операций бумажного производства, от которого в значительной степени зависят многие свойства бумаги.

Цель размола волокнистых полуфабрикатов заключается в следующем: подготовить волокнистый материал к отливу, при­ дать ему определенную степень гидратации, сделать волокна гибкими, пластичными, увеличить их поверхность (фибрилляцией и набуханием), обеспечить лучший контакт и связь волокон в бу­ мажном листе (придать ему прочность); придать бумажному листу путем укорочения, расщепления и фибрилляции волокон требуе­ мую структуру и физические свойства: объемный вес, пухлость, пористость, впитывающую способность и др.

При размоле массы механические процессы вызывают измель­ чение волокон и обуславливают структуру бумаги, а коллоидно­ физические явления, происходящие в результате взаимодействия воды и целлюлозы, - связь волокон в бумаге. Размол целлюлозных волокон можно условно разделить на четыре стадии.

Первая стадия - разрушение межмолекулярных связей внутри клеточной стенки и образование зон смещения структурных эле­ ментов в волокнах, в результате чего возникают микротрещины, в которые проникает вода, в дальнейшем вступающая во взаимо­ действие со свободными гидроксильными группами целлюлозного комплекса. Расклинивающее действие воды обусловливает более глубокое расщепление клеточной стенки при размоле, увеличивая гибкость и пластичность волокон.

Вторая стадия - частичное разрушение внешнего слоя S{ и вторичной стенки £2>и ее отслоение вместе с первичной стенкой Р.

Третья стадия - набухание стенки S2 в области образовав­ шихся зон смещений. Этот процесс может начаться только после разрушения наружной оболочки слоя S\.

Четвертая стадия - частичное разрушение водородных свя­ зей между фибриллами стенки S2 (наружное фибриллирование), быстрое нарастание удельной внешней поверхности и оводнение волокон.

Образование зон смещения и последовательное развитие ос­ новных стадий размола осуществляется вдоль клеточной стенки

иможет закончиться расщеплением ее на отдельные фрагменты.

Впроцессе размола происходит внешняя и внутренняя фиб­ рилляция волокна. Внешняя фибрилляция (начес волокна) заключается в полном или частичном отделении от волокна фиб­ рилл, что приводит к увеличению наружной поверхности волокна'

ичисла свободных гидроксилов на его поверхности. Вместе с тем внешняя фибрилляция ослабляет прочность самого волокна. Внут­ ренняя фибрилляция приводит к необратимым перегруппировкам структурных элементов внутри набухшей вторичной стенки волок­ на, не уменьшая его прочности. Процессы внешнего и внутреннего фибриллирования трудно расчленить, так как они тесно взаимосвя­ заны. Косвенно степень внешней фибрилляции оценивают обычно по изменению наружной поверхности волокон, внутренней фиб­ рилляции - по их гибкости.

Повышение степени набухания и, следовательно, гибкости во­ локон достигается не только механическим путем, но и иным воздействием на волокнистую массу (ультразвуком, радиационны­ ми или магнитными полями, воздействием различных растворителей и др.).

Впроцессе размола волокно подвергается также и укорачива­ нию. Укорачивание волокон - сложный процесс, механизм его можно приближенно сравнить с механизмом разрезания их ножни­ цами. Существует мнение, что при размоле жесткие целлюлозные волокна преимущественно фибриллируются, а мягкие укорачива­ ются, хотя процесс укорачивания также в значительной степени определяется режимом (условиями) разхмола.

Фрагменты волокон, образующиеся в процессе размола, назы­ ваются мелочью, размеры которой еще строго не классифици­ рованы. Предполагается, что длинные волокна образуют как бы каркас в бумажном листе, а мелочь заполняет этот каркас, упрочняя его. Однако значительное количество мелких фрагментов волокна сильно ухудшает способность размолотых целлюлоз к обезвожива­

нию. Для оценки гибкости волокна могут использоваться различ­ ные коэффициенты, например коэффициент показателя гибкости, характеризующий отношение ширины полости волокна к ширине всего волокна. Используется также коэффициент жесткости волок­ на - отношение толщины стенки волокна к его ширине.

При размоле имеет место огромный разрыв между фактиче­ ской затратой энергии на размол и теоретически потребной энергией для достаточной разработки волокон. Установлено, что почти вся энергия, потребляемая при размоле, расходуется на на­ грев массы и воды, в то время как для разрыва межфибриллярных связей расходуется менее 1 % от общего расхода энергии.

Для обработки волокнистых целлюлозных материалов исполь­ зуются главным образом ножевые и безножевые размалывающие машины и аппараты, при этом предпочтение отдается первым из них. Современными ножевыми размалывающими машинами явля­ ются дисковые и модифицированные конические мельницы.

Факторы процесса размола. С. Хитанен и К. Эбелинг разде­ лили переменные факторы процесса размола на зри группы:

1)контролируемые переменные факторы процесса - объем по­ тока, концентрация, pH и температура массы, давление в корпусе мельницы, концентрация электролитов;

2)активные переменные факторы процесса - зазор между дис­ ками (нагрузка мельницы) и, иногда, частота вращения ротора;

3)пассивные переменные факторы процесса - геометрия гар­ нитуры (угол наклона ножей, число ножей, материал и его микроструктура и т.д.).

Для размола волокнистых полуфабрикатов применяются раз­ личные виды размалывающего оборудования: дисковые и кониче­ ские мельницы, пульсационные мельницы, роллы и т.п.

4.1.2.Дисковые мельницы

Внастоящее время наибольшее применение приобретают дис­

ковые мельницы. Они применяются как для массного размола в производстве бумаги и картона, так и в производстве волокни­ стых полуфабрикатов.

Основные преимущества дисковых мельниц по сравнению с традиционными коническими мельницами следующие:

- широкая область применения (например, производство дре­ весной массы из щепы, размол отходов древесномассного и целлюлозного производства, размол целлюлозы и полуцеллюлозы, горячий размол целлюлозы и т.д.);

- возможность размола при высокой и сверхвысокой («сухой» размол) концентрации волокнистых полуфабрикатов;

-получение бумаги и картона с высокими физико-механичес­ кими показателями за счет технологических преимуществ оборудова­ ния (высокой секундной режущей длины ножей гарнитуры, повышен­ ной концентрации размалываемой массы и др.);

ТММ используются электродвигатели мощностью до 25 МВт);

-вследствие снижения гидродинамических потерь при масс­ ном размоле более низкий (на 15...25 %) удельный расход электроэнергии;

-удобство в эксплуатации и техническом обслуживании (на­ пример, быстрая смена гарнитуры).

Дисковые мельницы в зависимости от количества зон размола

ивращающихся размалывающих поверхностей делятся на четыре группы: 1) однодисковые мельницы (одна размалывающая поверх­ ность вращается, другая не вращается); 2) двухдисковые мельницы (вращаются обе размалывающие поверхности в противоположных направлениях); 3) сдвоенные мельницы (между двумя неподвиж­ ными дисками расположен вращающийся диск, имеющий две размалывающие поверхности); 4) многодисковые мельницы.

Воднодисковые мельницы (наиболее распространенный вари­

ант) полуфабрикат подается насосом или винтом (шнеком) в центральную часть зоны размола. Возможны два варианта распо­ ложения дисков: 1) консольно; 2) между двумя опорами. Недостатком 1-го варианта является неравномерность зазора в верхней и нижней частях зоны размола из-за прогиба консольной части вала ротора под действием силы тяжести. Во 2-м варианте этот недостаток отсутствует, однако усложняется конструкция, ре­ монт и обслуживание мельницы. По техническим возможностям однодисковые мельницы наиболее универсальны и могут исполь­ зоваться на различных участках технологического потока.