2.2 Процесс обезвоживания полотна на сушильной машине

Подготовленная целлюлозная масса прежде, чем стать товарным продуктом подвергается высушиванию. Товарная целлюлоза выпускается в виде воздушносухой папки в листах или рулонах, или в виде спрессованных лепестков. Обезвоживание и сушка целлюлозы производится сушильными машинами различных конструкций.

На сушильной машине последовательно и непрерывно осуществляются технологические процессы: отлив и формование бесконечного целлюлозного полотна, его обезвоживание и сушка.

Современный пресспат, или сушильная машина для выработки сухой бесконечной целлюлозной папки массой 1 м² от 300 до 800 г, подобен (в несколько упрощенном виде) бумагоделательной машине.

Если пресспат снабжается сушильной частью, его обычно называют сушильной машиной. Если пресспат имеет только мокрую часть и вырабатывает товарную целлюлозу в виде мокрых валиков, его называют мокрым пресспатом. Целлюлоза в мокрых валиках имеет влажность 70 - 75 % и транспортировка ее в таком виде может быть экономически оправдана только на небольшие расстояния или в пределах одного и того же предприятия. В настоящее время подобные случаи встречаются редко и мокрые пресспаты можно увидеть на немногих предприятиях. Таким образом, типовым устройством для выработки товарной целлюлозы, служащей полуфабрикатом для химической промышленности, является пресспат с сушильной частью. На нём вырабатывают целлюлозу в виде листов или рулонов с влажностью 10 – 12 %. Разумеется, такая сушильная машина должна иметь, кроме сушильной части, также и мокрую часть, на которой производится предварительное формование и обезвоживание целлюлозного полотна перед его сушкой.

Чтобы сократить расход дорогостоящего тепла на сушку целлюлозы, стремятся достичь в мокрой части максимально возможной сухости (порядка 40 – 50 %). Достижение более высокой сухости в мокрой части технически затруднено и связано с большим расходом механической энергии. Практически найденный предел обезвоживания в мокрой части является, таким образом, оптимальным, обеспечивающим относительно невысокий расход механической энергии и приемлемый удельный расход пара на сушку целлюлозы. Такая степень обезвоживания достигается в две ступени на сеточной и прессовой части пресспата. На сетке из жидкой целлюлозной массы полотно целлюлозы формируется и обезвоживается до 19 - 22 %. В прессовой части процесс обезвоживания продолжается и сухость полотна доводится до 40 - 50 %. Помимо сеточного стола и мокрых прессов, в состав мокрой части пресспата входят устройства для аккумулирования массы перед пресспатом и подачи ее на сетку, насосы для оборотной воды, вакуум-насосы и прочее необходимое оборудование [3].

Для подачи массы на сетку устанавливают напорный ящик. Ещё недавно на большинстве сушильных машин применяли напорный ящик открытого типа, в котором необходимая скорость подачи массы на сетку обеспечивалась напором, создаваемым регулируемой по высоте перегородкой, или напором массы.

На современных сушильных машинах устанавливаются закрытые напорные ящики, в которых необходимый напор жидкости складывается из статического уровня массы в ящике и избыточного давления воздуха, который подается в герметично закрытое пространство над слоем массы. Регулировка количества массы, подаваемой в напорный ящик, осуществляется с помощью задвижки, расположенной на основном массопроводе. Регулирование степени разбавления производится с помощью задвижки.

Масса через потокораспределители попадает на сетку. Для равномерного распределения потока массы по всей ширине машины применяют различного типа потокораспределители. Наиболее широкое распространение получил многотрубный потокораспределитель, представляющий собой конический коллектор с рядом параллельных трубок, соединяющих коллектор с уравнительной камерой напорного ящика и расположенный в непосредственной близости с напорным ящиком. Для выравнивания потока массы по концентрации и скорости, а также для поддержания ее во взвешенном состоянии в напорном ящике открытого типа устанавливается один или несколько перфорированных валиков. Масса, пройдя через отверстия валика, равномерным потоком поступает на сетку через напускное устройство, расположенное на передней стенке напорного ящика. Передняя стенка напорного ящика подвижная, её можно перемещать в вертикальном и горизонтальном направлениях и таким образом регулировать ширину напускной щели. От ширины напускной щели зависит скорость выхода и высота слоя массы, поступающей на сетку машины.

Сеточный стол сушильной машины состоит из грудного вала, регистровых валиков, отсасывающих ящиков, отсасывающего гауч-вала, сетковедущих валиков, охваченных бесконечной сеткой.

Сеточная часть является наиболее важной и ответственной частью пресспата. На ней происходит не только формование целлюлозной папки из разбавленной массы, поступающей на машину, но и обезвоживание папки путем естественного стекания воды, отсасывания и прессования. Основным элементом сеточной части является сетка, представляющая собой бесконечное тканное из синтетических волокон полотно. Сетка охватывает ряд валов: грудной вал, регистровые валики, гауч-вал и сетковедущие валики. Движение сетка получает от нижнего гауч-вала, приводимого в движение через редуктор.

Целлюлозная папка образуется на сетке следующим образом: волокнистая масса, сильно разбавленная водой, поступает на сетку машины из выпускной регулируемой щели напорного ящика. Вода из массы начинает стекать через сетку, а волокна, переплетаясь, постепенно оседают. Одновременно происходит наслаивание волокон. В начале сетки вода стекает под влиянием силы тяжести и вследствие сильного отсасывающего действия быстро вращающихся регистровых валиков. После регистровых валиков полотно представляет собой уже густую влажную массу, из которой свободное стекание воды сильно замедляется. Поэтому далее в схеме используются гидропланки. Обезвоживание на гидропланке происходит при давлении, которое примерно в 2 - 3 раза меньше, чем на регистровом валике. Процесс формования протекает более спокойно, уменьшается провал под сетку. Дальнейшее обезвоживание происходит на отсасывающих ящиках. У обеих торцевых сторон ящика имеются подвижные плотно прилегающие поперечные перегородки, устанавливаемые под кромками бумажного полотна. Пространство между перегородкой и торцевой стенкой отсасывающего ящика, называемое карманом, заполняется водой, которая создает гидравлический затвор, препятствующий проникновению воздуха в ящик с торцов.

Отсос воды из полотна, проходящего над отсасывающими ящиками, происходит благодаря разрежению в отсасывающих ящиках, создаваемому вакуумными насосами.

В некоторых случаях сеточный стол имеет механизм поперечной тряски, назначение которой - уменьшить возможное образование хлопьев волокон и вывести их из продольной ориентации, создаваемой напорным ящиком. Особое значение тряска приобретает при увеличении концентрации массы. В результате тряски уплотняется структура целлюлозного волокна и улучшается формование.

После отсасывающих ящиков папка проходит через отсасывающий гауч-вал, которым завершается сеточная часть машины. Гауч-вал одновременно с обезвоживанием сильно уплотняет волокна, вследствие чего целлюлозная папка становится достаточно прочной для передачи её в прессовую часть машины. Гауч-вал камерного типа представляет собой толстостенный (25 - 50 мм) перфорированный цилиндр, покрытый твердой резиной. Диаметр отверстий 6 - 8 мм.

На сушильных машинах, как правило, устанавливают однокамерные гауч-валы с неподвижной отсасывающей камерой, соединенной с вакуум-насосом, который создает разрежение 40 - 45 кПа. Камера прижимается к внутренней стенке цилиндра пружинами. Между камерой и цилиндром имеются графитовые уплотнения, прижимаемые пневматически к внутренней стенке цилиндра. Дополнительное обезвоживание обеспечивается прижимным обрезиненным валом диаметром до 700 мм создающим давление 1,0 - 1,2 МПа.

Внутри вала имеется воздушное сопло, служащее для перевода папки с гауч-вала на сукно первого пресса.

Хорошее обезвоживание на сетке обеспечивается повышением температуры массы до 40 – 45 °С, что достигается двумя уплотняющими спрысками с горячей, химически очищенной водой.

Дальнейшее удаление влаги из целлюлозного полотна производится путем механического отжима при пропуске полотна через несколько вальцовых прессов. Удаление влаги механическим способом более экономично, чем методом испарения. Увеличение сухости полотна перед сушкой на 2 % приводит к уменьшению расхода пара на 0,1 т (из расчета на 1 т целлюлозы). Затраты на удаление 97 % влаги на сеточном столе составляют 10 - 14 %, на 2 % в прессовой части - до 25 % и на 0,5 - 1 % в сушильной части – до 72 %. В связи с этим экономичнее удалять воду в мокрой части [3].

Современные сушильные машины имеют два – четыре двухвальных пресса. По конструкции они могут быть обычными (с гладкими валами), отсасывающими, желобчатыми, с расширенной зоной прессования.

При прессовании применяют прессовые сукна, которые предохраняют слабое целлюлозное полотно от разрушения, пропускают отжатую влагу и одновременно транспортируют целлюлозу от пресса к прессу.

Обычный пресс состоит из двух валов: нижнего, облицованного резиной, и верхнего гранитного. Мокрый пресс состоит из двух массивных гладких валов и сукна, движущегося по сукноведущим валикам. Нижний вал не отсасывающий, металлический, обрезиненный или с полиуретановым покрытием, верхний - гранитный или металлический, покрытый слоем твердой резины (стонитом). Верхний вал пресса располагается над нижним и по отношению к нижнему смещен в сторону противоположную ходу полотна на 50 - 120 мм. Верхний вал может перемещаться относительно нижнего и прижиматься к нему при помощи пневматического или гидравлического присадочного устройства. По обезвоживающей способности обычные мокрые прессы уступают другим конструкциям прессов. Однако с учетом простоты конструкции их используют в качестве последнего пресса.

На современных сушильных машинах отсасывающие прессовые валы применяют на первом и втором прессах.

Отсасывающий вал по конструкции аналогичен отсасывающему гауч-валу, но имеет меньшую ширину камеры (110 - 150 мм). Разрежение в камере 45 - 56 кПа обеспечивается работой вакуум-насоса. На первом прессе создается обычно линейная нагрузка 60 - 85 кН/м.

Второй пресс, как правило, с отсасывающим, нижним валом, в котором поддерживается разрежение 48 - 55 кПа, линейная нагрузка 70 - 90 кН/м, Однако отсасывающие прессы довольно сложны по конструкции и дороги при эксплуатации.

Для обеспечения беспрепятственного перемещения воды, отжатой из целлюлозной папки и сукна, у пресса Вента-Нип на нижнем обычном вале с твердой резиновой облицовкой нанесены спиральные канавки. Канавки сообщаются с атмосферой и служат для приема отжимаемой из целлюлозного полотна и сукна воды, которая в дальнейшем выбрасывается центробежной силой. Для очистки канавок устанавливается специальный шабер. Эта конструкция, по сравнению с отсасывающим валом, дает повышение сухости полотна на 2 - 4 %, при этом значительно снижается расход энергии, потребляемой вакуум-насосами. При использовании желобчатых валов Вента-Нип линейная нагрузка на втором прессе составляет 130, а на третьем - 210 кН/м.

Эффективность прессования может быть увеличена путем расширения зоны прессования за счет снижения твердости облицовки валов. При уменьшении твердости облицовки желобчатого вала Вента-Нип желобки в зоне контакта перекрываются в результате деформации облицовки, желобчатый пресс превращается в обычный пресс.

Уменьшение твердости облицовки возможно на прессах с глухими отверстиями, которые не перекрываются при любом давлении прессования. В настоящее время такие прессы устанавливаются на машинах для выработки целлюлозной папки. Их изготовляют фирмы "Фойнт" и "Тампелла".

Они получили наибольшее распространение на прессах с валами большого диаметра (до 1,8 м). Эти прессы оборудуются глухосверлеными (верхним и нижним) валами. Площадь живого сечения такого вала достигает 20 - 30 %. Мягкая облицовка позволяет увеличить зону прессования. Этому способствует также установка двух прессовых сукон. Пресс может работать при высоком давлении прессования, которое определяется степенью прочности вала и облицовки. Сухость целлюлозного полотна возрастает на 2 - 3 %, срок службы прессовых сукон на 30 - 100 %, так как в отличие от желобков у глухосверленых отверстий нет острых кромок.

Сухость полотна целлюлозы после первого пресса обычно достигает 26 - 32 %, после второго – до 38 %, третьего – до 42 %, четвертого - до 50 %. С повышением сухости целлюлозного полотна возрастает линейная нагрузка прессования, которая на третьем прессе достигает 80 - 100 кН/м.

Повышения эффективности удаления воды при прессовании добиваются путем нагрева полотна. После первого пресса размещают два подогревательных цилиндра, после второго - группу из пяти - семи подогревательных цилиндров. С увеличением температуры снижаются вязкость и поверхностное натяжение воды, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности работы пресса.

Комбинирование обезвоживания в прессе с расширенной зоной прессования с повышенной температурой позволит получить сухость полотна после прессовой части не менее 55 % [3].

Прессовое сукно является важным элементом в конструкции пресса, так как воспринимает отжимаемую из целлюлозной папки воду и служит транспортером для перемещения целлюлозного полотна в прессовой части. Прессовые сукна должны обладать высокой пористостью, низкой сжимаемостью при высоких давлениях большой прочностью. До недавнего времени прессовые сукна для сушильных машин изготавливались из шерсти, так как волокна шерсти, имея чешуйчатое строение, самоочищаются при работе, и такие сукна удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к ним. Для повышения прочности в ткань сукна добавляют 10 - 20 % синтетических волокон, хотя при этом снижается упругость сукна.

Для направления и поддерживания сукна каждый пресс имеет несколько сукноведущих валиков. Первый перед прессом сукноведущий валик располагается несколько выше линии касания валов для того, чтобы сукно поступало в пресс, опускаясь немного вниз. Благодаря такому расположению отжатая прессом вода не может попасть на сукно и стекает по поверхности обрезиненного вала в сторону противоположную вращению.

В процессе работы прессовые сукна растягиваются в длину и могут смещаться в сторону. Поэтому каждый пресс снабжается натяжным и правильным валиками. Передвижением натяжного валика сукно всегда поддерживается в натянутом состоянии, при помощи правильного валика регулируется смещение сукна в ту или другую сторону машины. Для очистки сукна, поры которого постепенно забиваются мелкими волокнами, каждый пресс снабжается сукномойкой. На машине устанавливают сукномоечные устройства различной конструкции. Чаще всего используют щелевые вакуумные сукномойки представляющие собой трубу диаметром 100 - 150 мм со щелью шириной 15 - 26 мм. Разрежение создается вакуум-насосом, сукно перед сукномойкой промывается из водяного спрыска высокого давления [4].

Сукна различаются структурой ткани (способом переплетения нитей утка и основы), массой квадратного метра и характером своей поверхности, т.е. степенью ворсистости.

В последние годы стали широко применять нетканые сукна, так называемые иглопробивные, обладающие многими преимуществами. Внедрение этих сукон значительно повысило эффективность работы прессовой части бумагоделательных машин.

Стало возможным существенно интенсифицировать процесс обезвоживания, сократить простои на смену прессовых сукон.

Иглопробивное сукно имеет тканую основу из шерсти с добавкой синтетических волокон или из одних синтетических волокон. На эту основу накладывают «ватку» в виде слоя расчесанных шерстяных или синтетических волокон и соединяют между собой на иглопробивных машинах с помощью игл в форме вязальных крючков. В процессе прошивания иглы крючками захватывают отдельные нити ватки и протаскивают их в основную ткань сукна. Таким образом, иглопробивные сукна представляют собой комбинацию тканого и нетканого материалов.

Иглопробивные сукна обладают высокой водопропускной способностью, мягкостью и упругостью, не вызывают маркировки, позволяют работать с более высоким давлением, чем обычные прессовые сукна. Срок службы этих сукон в 2 раза дольше обычных и достигает в отдельных случаях 6 месяцев.

Поскольку маркировка целлюлозы (отпечаток, оставляемый сукном на поверхности целлюлозного листа) не считается дефектом, в пресспате применяют более водопроницаемые безворсовые сукна.

Необходимо, чтобы полотно с прессов поступало в сушильную часть с равномерной влажностью, без складок и достаточно прочным. Частые обрывы на прессах, выдирки, неравномерный отжим, наличие складок в полотне могут полностью расстроить работу машины.