книги / Переработка отходов производства и потребления

Рис. 14.1. Технологические потери при производстве бумаги и картона из древесины

Несмотря на очевидные выгоды, использование макулатуры ог­ раничивается требованиями, предъявляемыми к качеству товарной продукции. Чем выше требования к бумаге, тем меньшее количе­ ство макулатуры может быть введено в состав целлюлозно-бумаж­ ной массы.

Пределы использования макулатуры при изготовлении бумаги и картона (максимальное содержание макулатуры) приведены ни­ же, %:

Это связано с ухудшением качества выпускаемой продукции при дальнейшем увеличении содержания в сырье для ее производ­ ства вторичных материалов, происходящем вследствие:

*старения вторичных ресурсов из-за многократной регенера­ ции;

*повышения содержания в макулатуре веществ, которые вводят в бумажную массу с целью получения специальных сортов бумаги;

*трудностей удаления новых видов печатных красок, ис­ пользуемых при современных способах печати (например, ксерокопировании, электрографии и др.).

У нас в стране сбор и утилизация отходов бумаги и картона также росли достаточно быстро в 70 - 80-х годах, причем темпы роста превышали среднемировые. К концу 80-х годов сбор макула­ туры достиг более 78%, а возврат 30%, в странах ЕЭС возврат со­ ставлял 31%, в США и Канаде 26%. Использование макулатуры у нас в стране и в те годы было далеко от возможных пределов, что было связано с экономической выгодой и простотой использования первичного целлюлозного сырья.

В последние годы вследствие различных причин объемы приме­ нения макулатуры упали. Ее заготовка и применение стали нерен­ табельны прежде всего вследствие многократного увеличения за­ трат, необходимых для ее сбора и транспортировки к местам пере­ работки. Однако положение это временное, и рано или поздно придется вернуться к полномасштабному использованию вторич­ ных целлюлозно-бумажных ресурсов.

Основными потребителями макулатуры являются предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (более 50% перерабаты­ ваемой макулатуры), промышленности стройматериалов и др. Ма­ кулатура входит в состав более 70 сортов картона и бумаги (мно­ гослойный, переплетный, серый упаковочный, облицовочный, гоф­ рированный картоны, обои, газетная, офсетная, копировальная, туалетная, упаковочная и другие виды бумаг).

Процесс переработки макулатуры с целью получения массы, пригодной для выработки бумаги и картона, включает следующие операции:

*дезагрегацию макулатуры на отдельные кусочки и пучки волокон;

*очистку целлюлозно-бумажной массы от посторонних при­ месей;

*роспуск кусочков и пучков волокон на отдельные волокна;

*сортировку и сгущение массы до необходимой концентрации;

*облагораживание макулатурной массы.

14.2. Дезагрегация макулатуры

Дезагрегация макулатуры производится с помощью гидроразбивателей различной конструкции. На этой стадии происходит измельчение макулатуры до состояния, пригодного для транспор­ тировки бумажной массы насосами для дальнейшей обработки, а также удаление крупных механических включений. Отечествен­ ная промышленность для роспуска макулатуры производит верти­ кальные (типа ГРВм) и горизонтальные (типа ГРГм) гидроразби-

ватели; технические характеристики некоторых из них приведены в табл. 14.2.

Т а б ли ц а 14.2

приварены направляющие планки. Верхняя часть ванны имеет ко­ нусный отражатель. В нижней части ванны расположена перфори-

рованная плита. В днище ванны имеются отверстия для выхода дезагрегированной массы, выпуска тяжелых, крупных включений и промывки ванны.

Роторный агрегат вращается в подшипниковых опорах. На нем имеются восемь лопастей, рабочие плоскости которых наклонены под углом 90 град к перфорированной плите. Бумажная масса рас­ пускается под воздействием высокочастотных пульсирующих коле­ баний потока, возникающих вследствие вращения ротора. Крупные посторонние включения (проволока, скрепки, шпагат, полимерные материалы) удаляются из гидроразбивателя с помощью жгутовытаскивателя, представляющего собой лебедку, на которую наматыва­ ется жгут, сплетаемый из этих отходов. Скорость образования жгута достигает 30 м/ч. Для удаления тяжелых включений совре­ менные гидроразбиватели снабжаются ковшовыми элеваторами.

Производительность гидроразбивателя зависит не только от его конструкции (диаметра и формы ванны, типа ротора, частоты его вращения, мощности), но и от вида перерабатываемой макулату­ ры, продолжительности обработки; концентрации массы в ванне, температуры и pH среды.

Дезагрегация макулатуры производится путем разрыва связей между волокнами в результате воздействия на нее лопастей ротора и ударов о неподвижные планки на стенке ванны.

Как правило, гидроразбиватели работают в непрерывном режи­ ме при концентрации массы 2,5 - 3,5%; при этом тяжелые приме­ си удаляются через специальную камеру, в которой они предвари­ тельно промываются водой с целью исключения потерь волокна. Диаметр ванны у современных гидроразбивателей достигает 6,5 м, диаметр ротора - 3,5 м.

При дезагрегации макулатуры, содержащей различные смолы, применяют химические добавки и регулируют pH среды и темпе­ ратуру. При переработке макулатуры, содержащей мочевиноили меламиноформальдегидные смолы, процесс ведется при 60 - 80 °С в кислой среде при pH 3,5 - 4,5. Дезагрегацию макулатуры, содер­ жащей полиамидные смолы, проводят в щелочной среде при pH 10 - 11 и температуре 50 - 60 °С.

Как кислая, так и щелочная среды отрицательно влияют на прочность целлюлозного волокна. Поэтому при обработке такой макулатуры с целью сохранения прочности волокон применяют химические вещества, роторы специальной конструкции и стремят­ ся сократить продолжительность процесса. Повышение температу­ ры и концентрации массы ускоряет процесс дезагрегации.

14.3. Очистка макулатурной массы

При дальнейшей обработке макулатурная масса подвергается дополнительной очистке от мелких тяжелых включений. Очистка производится на очистителях циклонного типа при высокой или низкой концентрации пульпы. Очистители имеют тангенциальный вход массы в верхней части и грязевые камеры в нижней части. Работа таких очистителей основана на использовании центробеж­ ной силы, создающей завихрения. Основные особенности очистите­ лей различной конструкции связаны с перепадом давления на вхо­ де и выходе массы из очистителя, концентрацией макулатурной массы в воде, формой отверстия, через которое поступает масса, и системой удаления твердых частиц, из грязевой камеры. На рис. 14.3 показаны схемы работы очистителей макулатурной массы.

Масса высокой концентрации (6%), попадающая тангенциаль­ но в очиститель через патрубок 7, под действием ротора 6, приво­ димого во вращение электро­

патрубок 10 и под действием центробежной силы отбрасывается к стенке, по которой медленно оседает вниз. Тяжелые частицы дохо­ дят до грязевой камеры 5, где и осаждаются, а очищенная масса, не дойдя до нижней части 7 очистителя, поднимается в верхнюю часть 8 и выводится через патрубок 9, расположенный по центру верхней части. Тяжелые частицы удаляются через клапан У. Очи­ ститель снабжен смотровым окном 4> задвижкой 2 гидравлического затвора 5 и клапаном 6 подачи воды в грязевую камеру.

Перепад давления в очистителе составляет 100 кПа, объем грязе­ вой камеры 40 - 80 л, пропускная способность 400 - 1700 л/мин.

Очистители типа ОМ аналогичной конструкции с диаметром 140, 215, 405 мм, выпускаемые отечественной промышленностью, работают при перепаде давления 160 кПа и концентрации массы до 5% и имеют пропускную способность 670, 1000, 1800 л/мин.

Эффективность работы очистителя зависит от давления массы на входе, диаметра и формы входного отверстия, диаметра отвер­ стия для выхода очищенной массы, длины вихреобразующей части, размеров и конструкции грязевой камеры.

Некоторые очистители работают без перепада давления, вра­ щение массы внутри корпуса в таких очистителях создается рото­ ром, имеющим электродвигатель.

Дезагрегацию макулатуры в очистителях заканчивают на ста­ дии, когда полученную водно-целлюлозную массу можно перека­ чивать на дальнейшую обработку насосами.

14.4. Роспуск агрегированных волокон

Для роспуска целлюлозной массы на отдельные волокна без комочков и пучков волокон в современной технологии использует­ ся специальное оборудование - энтштиперы. Эти установки рабо­ тают по принципу конических дисковых мельниц при большой ча­ стоте вращения ротора (до 3000 об/мин). Необходимым условием надежной работы энтштиперов является хорошая очистка массы от твердых включений.

Роспуск волокнистой массы в энтштипере происходит при про­ пускании ее под давлением через отверстия и каналы, образуемые размалывающими элементами гарнитуры ротора и статора, зазор между которыми должен быть постоянным и может устанавливать­ ся от 0,5 до 2 мм. Действующими силами процесса разволокнения бумажной массы в энтштипере являются трение между частицами и деталями машины, турбулентность и пульсация потока массы.

Концентрация поступающей в энтштипер массы составляет 3 - 6%, давление 40 - 50 кПа. Масса, поступающая под давлением в энтштипер через центральное отверстие, увлекается роторным кольцом и со скоростью 40 м/с отбрасывается на поверхности раз-

малывающих элементов статора, ударяется о следующее кольцо, имеющее вследствие конусности ротора более высокую окружную скорость.

Пройдя между всеми кольцами ротора и статора, масса разволокняется до фибрилл и выходит через выходное отверстие. В табл. 14.3 приведены характеристики некоторых энтштиперов, вы­ пускаемых фирмой ”Eschcr-Wiss".

Отечественная промышленность выпускает пульсационные мельницы для разволокнения бумажных комочков и пучков воло­ кон (табл. 14.4), работающие при концентрации массы 2 - 5 % .

Таблица 14.4

Характеристики пульсационных мельниц для разволокнения бумажной массы

Пульсация ротора достигается при осевом его перемещении на 25 мм с помощью специального устройства, работающего по прин­ ципу винт-гайка. Частота пульсаций достигает 1780 с .

Отечественные аппараты смонтированы на раме, в нижней час­ ти которой расположены грязевые камеры. Камера снабжена за­ движкой для прерывания поступления массы во время удаления отходов из нее и запорным вентилем для регулирования подачи в нее промывной воды. В современных очистителях совмещены про­ цессы очистки и грубой сортировки волокнистой массы.

14.5. Сортировка волокнистой массы

Следующей операцией при переработке смешанной макулатуры является сортировка массы, которая проводится в два этапа. На первом этапе на плоских вибрационных установках осуществляет­ ся грубая сортировка: из макулатуры удаляются тяжелые и легкие примеси. Второй этап (тонкая сортировка) осуществляется на цен­ тробежных сортировочных машинах.

Плоские вибрационные сортировочные машины марки СВ не­ прерывного действия работают без статического напора массы при концентрации 1 - 2%. Сито имеет отверстия, диаметр которых 6; 8 и 10 мм. Корпус вибрационного лотка, куда подается масса, име­ ет четыре амортизатора. Источником вибрации лотка с ситом яв­ ляется электродвигатель, соединенный с валом лотка через вибра­ тор.

Частота колебаний сита равна 1450 мин'1, амплитуда 2,2 мм. Дальнейшая тонкая сортировка волокнистой массы производится на центробежных сортировочных машинах.

Отличительной особенностью этих машин является неподвижно расположенное в корпусе цилиндрическое сито, внутри которого вращается лопастной ротор различной конструкции.

Несортированная масса подается в центральную часть машины, где она подхватывается лопастями ротора и отбрасывается на внут­ реннюю поверхность сита. При этом волокна, находящиеся в сус­ пензии в беспорядочном состоянии, равномерно распределяются по поверхности сита, образуя фильтрующий слой. Завихрения массы способствуют разрушению фильтрующего слоя, а скоростной на­ пор, создаваемый лопастями ротора, обеспечивает проталкивание кондиционного волокна через отверстия сита.

Прошедшие через сито наиболее тонкие и эластичные волокна, разбавленные водой до требуемой концентрации, отводятся в бас­ сейн. Неразволокненные пучки волокон вместе с неволокнистыми примесями, образующими фильтрующий слой, под напором посту­ пающей в сортировку массы продвигаются вперед и после отмывки отводятся через патрубок для удаления отходов.

Центробежная сортировка типа СЦ 1,6-01 (рис. 14.5) состоит из сварного корпуса У, на торцевой крышке которого в центральной ее части расположен изогнутый патрубок 3 для ввода массы в сор­ тировку. На противоположной торцевой крышке имеется патрубок 7 для удаления отходов. В корпусе расположено цилиндрическое сито 2, состоящее из трех секций. Внутри сита вращается ротор 5 с радиально установленными лопастями и двумя поперечными пере­ городками, разделяющими по длине все сортирующее пространство на три зоны.

Рис. 14.5. Устройство центробежной сортировочной машины типа СЦ1,6-01

Через распределительную камеру с отверстиями, вращающую­ ся вместе с ротором, масса поступает в зону / сортировки, которая ограничена дисковой перегородкой, насаженной на вал ротора. Эта зона занимает около 40% всего пространства камеры. Лопастями ротора масса отбрасывается на внутреннюю поверхность сита, по­ ступает в кольцевую камеру 4 и затем отводится через патрубок в бассейн.

Масса, не прошедшая через отверстия сита, перемещается по спирали в зону //. Здесь она разбавляется массой, которая прошла через зазор между валом ротора и внутренней поверхностью пер­ вой перегородки, и оборотной водой, поступающей через полый вал 6 ротора.

Оставшаяся масса пониженной концентрации перемещается в зону ///, где сортировка продолжается. Не прошедшая через III зо­ ну масса выводится на вторую ступень сортировки.

Сортировочная машина типа СЦ1,6-01 работает при концент­

нения макулатурной массы.

Существуют сортировочные машины и другой конструкции. Производятся, например, вихревые конические установки типа УВК, работающие по принципу гидроциклонов, в которые сортиру­ емая масса тангенциально подается с большой скоростью. Вихре­

вые конические установки устанавливаются, как правило, в не­ сколько ступеней.

Тяжелые крупные частицы макулатурной массы, попадая в ус­ тановку типа УВК, отбрасываются к стенке, по которой опускают­ ся вниз, а более легкое волокно, поднимаясь вверх, выносится че­ рез выпускной патрубок, расположенный в верхней части установки. Концентрация массы, подаваемой в установку типа УВК, со-

ставляет 0,1 1,0%. Ниже приведены характеристики конических вихревых установок для сортировки волокнистой массы:

Многие виды современной макулатуры имеют сложный хими­ ческий состав: помимо целлюлозных волокон они содержат битум, воск, парафин, водонерастворимые клеи и другие вещества. Все это значительно усложняет традиционную технологию переработки макулатуры, так как эти добавки загрязняют очистное оборудова­ ние и вызывают появление на бумажном полотне, получаемом из макулатуры, пятен, отверстий и других дефектов.

Такая макулатура подвергается термомеханической обработке, осуществляемой в диспергаторах различной конструкции при высо­ кой концентрации массы. Термомеханическая обработка массы производится после дезагрегирования макулатуры, очистки ее от включений и сгущения до концентрации 25 - 35%. Существуют два способа термомеханической обработки: холодный и горячий.

При холодном способе диспергирование проводится при атмос­ ферном давлении и температуре до 95°С. При горячем способе процесс осуществляется при повышенном до 0,3 - 0,5 МПа давле­ нии и температуре 130 - 150°С. В первом случае частицы битума, парафина и других веществ измельчаются до размеров, при кото­ рых они не влияют на качество бумажной продукции, во втором - расплавляются и удаляются. Однако при горячем диспергировании происходит снижение механической прочности волокон вследствие воздействия высоких температур.