3.5. Факторы, влияющие на процесс размола целлюлозы

Для правильной организации процесса размола необходимо знать влияние на него технологических факторов: продолжительности размола, удельного давления, концентрации массы, типа размалывающей гарнитуры, окружной скорости ротора, кислотности массы, температуры массы, вида волокнистого полуфабриката, наличия химических добавок, ускоряющих размол.

П родолжительность размола в аппаратах непрерывного действия регулируется дросселированием массы на выходе, рециркуляцией массы на бассейн, включением мельниц параллельно или последовательно (рис. 5).

Рис. 5. Схемы включения мельниц: 1 – последовательное включение мельниц с дросселированием ; 2 – параллельное включение мельниц с дросселированием; 3 – последовательное включение с рециркуляцией; 4 – приемный бассейн; 5 – дисковые мельницы;

6 – бассейн размолотой целлюлозы; 7 – задвижки; 8 – насосы

Увеличение продолжительности размола позволяет получить массу высокой степени помола.

У дельное давление при размоле выбирается в зависимости от прочности исходного материала, а также от требуемой степени помола и длины волокна. При повышении давления волокна сначала будут расчёсываться, затем расщепляться, раздавливаться и укорачиваться. При этом режущее действие гарнитуры будет возрастать, а гидратирующее и фибриллирующее  снижаться. В результате прочность бумаги уменьшается, а пористость и пухлость увеличиваются.

Давление находится в обратной зависимости от зазора между ножами и концентрации массы. Зазор между ножами обусловлен многими факторами и составляет 0,8–1,5 мм при роспуске, 0,6–0,8 мм при расчёсе и фибриллировании, 0,2–0,4 мм при лёгком размоле, 0,1–0,2 мм при среднем размоле и 0,1 мм при сильном размоле с рубкой волокна.

Присадку ротора производят по величине электронагрузки на электродвигателе мельницы.

Концентрация массы при работе роллов составляет 4–6 %, конических мельниц  3–3,5 %, дисковых  3–4 %. Для получения бумаги с меньшим укорочением волокна необходимо поддерживать более высокую концентрацию массы. Так, для жиронепроницаемой бумаги концентрация массы составляет 6–7 %, для впитывающей  2,5–3 %.

Понижение концентрации массы приводит к понижению волокнистой прослойки между ножами, и волокна подвергаются большому режущему действию, так как понижение концентрации приводит к тому же эффекту, что и повышение удельного давления.

При высокой концентрации массы размол ведётся в дисковых мельницах со шнековым питателем. При этом применяется двухступенчатый размол. На первой ступени ведётся размол при высокой концентрации массы (15–20 %) и степень помола повышается незначительно (на 2–3^○ ШР), на второй ступени  при обычной концентрации массы до требуемой степени помола.

В процессе размола при повышенной концентрации массы поддерживается большой зазор между ножами мельниц (1–3 мм). В таких условиях ножи непосредственно не воздействуют на основную массу волокна, волокна интенсивно трутся друг о друга, в результате чего удаляется первичная стенка, волокна набухают, пластифицируются и фибриллируются без укорочения. Удельная поверхность волокна увеличивается на 30–50 %.

Комбинированный размол повышает механические показатели прочности бумаги, особенно сопротивление раздиранию и растяжимости. Эти показатели особенно важны для мешочной бумаги. Повышение запаса прочности позволяет уменьшить массу 1 м² бумаги, кроме того, масса, размолотая при повышенной концентрации, лучше обезвоживается.

Размалывающая гарнитура бывает металлическая (высокие марки стали, чугуна, фосфористая бронза), базальтовая и комбинированная из базальта и металла. Металлическая гарнитура может быть литой и наборной (литая  у конических мельниц, у дисковых мельниц сегменты дисков изготавливаются либо литьём, либо фрезерованием). Тип размалывающей гарнитуры выбирают в зависимости от характера размола и свойств бумаги. Базальтовую гарнитуру применяют для получения жирной, хорошо гидратированной массы. Металлическая гарнитура применяется в основном для укорочения волокон. В то же время созданием определённого давления можно получить массу с любыми свойствами.

Вместо базальтовой применяют также керамическую гарнитуру, что позволяет сократить расход энергии на размол примерно на 20 % по сравнению с металлической (при этом повышается прочность бумаги).

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

Увеличение скорости ротора понижает режущее и повышает гидратирующее действие вследствие повышения роли гидроразмола за счёт ударного действия ножей о массу и самой массы о стенки аппарата. Наряду с этим возрастает напряжение сдвига в зазоре между ножами, что приводит к усилению фибрилляции и гидратации волокон.

Кислотность массы заметно влияет на скорость размола. В щелочной среде (pH = 9–11) резко ускоряется размол за счёт лучшего набухания целлюлозы, на 15–20 % понижается расход электроэнергии, повышаются механические показатели бумаги. Однако обычно размол проводят при кислотности, близкой к 5.

Температура. Повышение температуры массы ведёт к большому укорочению волокна, так как волокна в тёплой воде хуже набухают, становятся менее пластичными, прочность бумаги понижается, а пухлость и впитывающая способность увеличиваются. Летом из-за высокой температуры воды скорость размола уменьшается на 5–8 %.

Особенности волокнистого полуфабриката. На процесс размола влияет 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, вследствие этого фибриллирование затруднено.

При большом содержании гемицеллюлоз бумага получается прочная, размол идёт быстро. Это происходит потому, что гемицеллюлозы гидрофильны, поглощают большое количество воды, которая разделяет фибриллы. Лигнин препятствует размолу, так как волокно хуже набухает.

Химические добавки. Добавки крахмала, КМЦ, животного клея и других гидрофильных органических соединений ускоряют процесс размола и повышают прочность бумаги, действуя так же, как и гемицеллюлоза в технической целлюлозе. Аналогично действуют синтетические полимеры (полиакриламид, ПВС и др.).