3 ПРОИЗВОДСТВО БУМАГИ И КАРТОНА.
3.1 Схема производства бумаги.
Несмотря на обилие выпускаемых видов бумаги и разнообразие ее свойств технологическая схема изготовления бумаги может быть представлена в самом упрощенном виде.
Лишь ограниченное количество специальных видов бумаги в относительно малом количестве производится сухим способом. При этом формирование бумажного полотна осуществляется не из водной суспензии, а из воздушного потока с последующим склеиванием волокон.
Согласно общей технологической схеме исходные волокнистые материалы в водной среде подвергаются размолу и, если их несколько, смешению в необходимом соотношении. На размолотую бумажную массу в зависимости от назначения бумаги вводят минеральные наполнители, проклеивающие и окрашивающие вещества. Бумажная масса с отрегулированной концентрацией аккумулируется в мешальном бассейне. Далее осуществляют дозированное разбавление бумажной массы оборотной водой, т.е. водой, возвращаемой в технологический процесс и взятой из-под сетки, на которой осуществлялось обезвоживание и формирование бумажного полотна. Такое использование оборотной воды позволяет снизить расход свежей воды, а также уменьшить потери в сток волокон и наполнителей, так как оборотная вода содержит некоторое количество мелких волокон и частиц наполнителя, прошедших с водой через сетку.
Разбавленную бумажную массу подвергают очистке от посторонних включений на очистной аппаратуре, после чего она поступает на бумагоделательную машину. Здесь происходит формирование бумажного полотна, сопровождаемое его обезвоживанием на сетке, прессование, сушка, охлаждение полотна, увлажнение перед машинным каландрированием и намотка в рулон на накате. Если нужно повышенное уплотнение бумаги, увеличение ее прозрачности, повышение гладкости или лоска поверхности, то бумагу после дополнительного увлажнения пропускают через суперкаландр.
Готовую продукцию разрезают на рулоны или листы. Последние считают и упаковывают. Рулоны также упаковывают и отправляют на склад. Некоторые виды бумаги (конденсаторная, мундштучная, для телеграфной и кассовой лент и др.) разрезают на узкие ленты и наматывают в бобины.
Избыток оборотной воды направляют в улавливающую аппаратуру, откуда уловленные волокна используются в производстве, а осветленная вода идет в сток. Бумажный брак с бумагоделательной машины, суперкаландра, станков, разрезающих бумагу, ее перематывающих и упаковывающих, идет на переработку и в виде волокнистой массы используется для изготовления бумаги.
Общая схема изготовления бумаги уточняется в зависимости от ее вида (рис.23). При этом устанавливается композиция бумаги, вид оборудования, количество ступеней размола и очистки массы и другие особенности производства.
Рисунок 23 – Общая технологическая схема производства бумаги.
3.2 Размол волокнистых материалов.
3.2.1 Назначение процесса размола.
При размоле растительных волокон в водной среде происходит как чисто механический процесс изменения размеров и формы волокон, так и коллоидно-химический процесс, называемый гидратацией волокон. Явления механического характера выражаются в укорачивании волокон в их продольном расщеплении на фибриллы. В данном случае под термином гидратация понимаются на образование гидратов, а коллоидно-химические явления, начинающиеся с набухания гидрофильных растительных волокон и придающие волокнам способность связываться между собой с образованием прочной структуры листа.
Назначением процесса размола волокнистых материалов является: 1). придание волокнистому материалу определенной структуры в отношении размеров волокон по длине и толщине, с тем, чтобы обеспечить требуемую структуру полотну бумаги; 2). сообщение волокнистому материалу определенной степени гидратации, от которой в значительной мере зависит создание сил сцепления между волокнами.
О качестве размолотой бумажной массы в основном судят по степени ее помола и по средней длине волокон. Именно эти показатели, а также время размола, необходимое при заданных условиях ведения процесса до достижения требуемой степени помола и средней длины волокон, являются определяющими в контроле процесса.
Различают садкий и жирный помолы массы. Волокна неукороченные или только укороченные, но нефибриллированные называются волокнами массы садкого помола. Такая масса быстро обезвоживается и изготовленная из такой массы бумага отличается неоднородностью структуры и невысокой механической прочностью. Масса жирного помола состоит из длинных или коротких хорошо фибриллированных волокон. Такая масса обезвоживается медленно и образует плотную и прочную бумагу. Волокна массы жирного помола пластичны и на ощупь кажутся жирными и скользкими. Таким образом, как масса садкого помола, так и масса жирного помола может быть длинно- и коротковолокнистой.
3.2.2 Переменные факторы процесса размола волокнистых материалов.
К переменным факторам технологического режима процесса размола при использовании одного и того же вида волокнистых материалов относятся: продолжительность размола, удельное давление на волокна при их размоле, концентрация массы, температура массы, рН 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.
Удельное давление при размоле – один из основных регулирующих переменных факторов технологического режима процесса размола. Высокое удельное давление при размоле приводит к преимущественной рубке волокон, низкое удельное давление – к их преимущественному фибриллированию.
Концентрация массы при размоле выбирается соответственно типу используемого размалывающего оборудования и желаемому характеру помола массы. Для получения массы садкого помола с укороченными волокнами применяют низкую концентрацию, а для получения массы жирного помола с сильнофибриллированными волокнами – относительно высокую концентрацию.
Температура массы при размоле оказывает существенное влияние на процесс размола. Набухание и гидратация целлюлозных волокон, как известно, проявляет экзотермический характер, т.е. сопровождаются выделением тепла. Таким образом, с понижением температуры способность волокон связывать воду и набухать в ней увеличивается. Если процесс размола осуществляется при повыщенной температуре, то вследствие недостаточного набухания волокон они не приобретают нужной гибкости, слабо фибриллируются и относительно легко рубятся в поперечном направлении.
Величина рН среды массы при размоле оказывает влияние на скорость размола и показатели механической прочности изготовляемой бумаги. Установлено, что в кислой среде размол осуществляется насколько 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 рН 10-11.
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 размола.
3.2.3 Машины для роспуска волокнистых материалов.
На старых предприятиях небольшой производственной мощности для роспуска волокнистых материалов на пучки волокон или отдельные волокна применялись бегуны, мельницы Вурстера, разрыватели, а также специальные роллы. Особо следует выделить бракомольный ролл системы Стадлера, широко используемый для роспуска бумажного брака.
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.24 представлена схема устройства гидроразбивателя с вертикальным ротором. Он состоит из цилиндрической открытой сверху ванны со сферическим днищем, в центре плоской части которого расположены вращающийся на вертикальном валу стальной диск с ножами. Вращающийся с большой скоростью ротор создает турбулентную циркуляцию массы в ванне и трение ее комков друг о друга и ножи. При этом листовой материал распускается вначале на пучки волокон, а с течением времени – на отдельные волокна.
Рисунок 25 – Гидроразбиватель с вертикальным ротором.
1 – диск с ножами (ротор); 2 – грязевик; 3 – подвод воды; 4 – заслонка; 5 – сито; 6 – неподвижные ножи; 7 – жгутовытаскиватель; 8 – перегородка для регулирования перелива массы; 9 – выпуск массы; 10 – заслонка;
11 – патрубок для разгрузки; 12 – отстойник для песка.
Для окончательного роспуска пучков волокон после гидроразбивателя, а также легкой обработки целлюлозы без укорочения волокон применяется оборудование, в котором осуществляется воздействие гидродинамических ударов на бумажную массу. К такому оборудованию относится энтштиппер (рис.25), имеющий статор 1, вращающийся с частотой 3000-4000 мин-1 и ротор 2. выступы ротора 3 входят в промежутки между выступами статоров 4. зазор между ротором и статором в зависимости от вида подвергаемого обработке волокнистого материала устанавливается постоянным от 0,5 до 2,0 м.
Рисунок 25 – Схема устройства энтштиппера.
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 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.