Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Производство древесной массы. Учебное пособие.pdf
51
исключением сопротивления раздиранию, которое снижается из-за
Параметры
OK-01
ОК-02
Диаметр очистителя, мм
80
160
Пропускная способность, л/мин
125
400
Эффективность очистки от коры размером 0,5–1 мм, %
60
50
Оптимальный перепад давления, МПа
0,26
0,24
Давление разбавительной воды на последней ступени
установок, МПа
Наибольшее давление на входе в очиститель, МПа
–
0,32
Концентрация поступающей массы, %
до 1,0
до 1,0
уменьшения длины волокна. При размоле с концентрацией массы
20-30 % длина волокон уменьшается незначительно, но увеличивается
удельный расход энергии.
В настоящее время все возрастающее значение для повышения
эффективности обработки отходов сортирования приобретает использование тепловой и химической обработки в дополнение к
механической.
5.5. Очистка древесной массы
Центробежные вихревые окислители применяются для
отделения от волокнистой суспензии загрязнений, имеющих большую
удельную массу, чем удельная масса волокна. Это частицы песка,
бетона, коры, частично удаляется костра. Процесс очистки
осуществляют в 3–4 ступени, чтобы потери волокна с отходами были
минимальными. Кроме этого, необходимо, чтобы расход энергии при
очистке массы был как можно ниже, так как он достигает
80–100кВт·ч/т абс. сухого волокна.
Испытание очистителей различной величины, выполненные
канадским Институтом целлюлозы и бумаги в Монреале, показали,
что вихревой очиститель диаметром 150 мм дает наиболее
удовлетворительные результаты по очистке и удалению костры при
концентрации массы 0,45–0,6 % и перепаде давления 180–250 кПа.
Производительность очистителя составляет 400–500 л/мин в
зависимости от давления и температуры массы. Степень очистки
достигает 55–90 %. Отечественные установки для очистки древесной
массы в основном оснащаются очистителями ОК-02 (табл. 16).
Таблица 16
Техническая характеристика очистителей OK-01, OK-02
– 0,30
52
Комплектные установки с очистителями ОК-02-УВК-02
Площадь сита, м
1,2
2,4
Амплитуда колебаний сита, мм
1,1
1,1
Мощность электродвигателя. кВт
1,5
1,5
Диаметр отверстий сит, мм
6, 8, 10
6, 8, 10, 12
Габаритные размеры, м:
- длина
1,93
2.24
- ширина
1,55
2,07
- высота
1,00
1,40
(табл. 17) выполнены по трехступенчатой схеме и на последней
ступени оснащены устройствами для отмыва волокна и регулирования
количества отходов.
Таблица 17
Технические характеристики установок вихревых
очистителей УВК-02
Наименование параметров ЩВ-01 ЩВ-04
Концентрация массы, % до 2,5 до 2,5
Частота колебания сита, мин
−1
1420 1400
Производительность по воздушно-сухому
волокну при диаметре сит 10 мм, т/сут.
80 160
Масса с приводом, т 0,50 0,71
5.6. Сгущение древесной массы
Концентрация массы после очистки – 0,3–0,6 %. Необходимо
обезводить эту массу до такого состояния, при котором
обеспечивается удобство ее хранения и транспортировки. Наиболее
удобной для перекачивания массы насосами и перемешивания ее в
мешальных бассейнах является концентрация 3–4 %. Однако массу
сгущают до максимально возможной концентрации с целью
использования теплой оборотной воды в пределах древесно-массного
завода. При использовании древесной массы в системе предприятия
она подвергается сгущению на шаберных сгустителях до
концентрации 5–7 % и на вакуум-фильтрах – до 8–12 % (табл. 18, 19).
53
Таблица 18
10
205
13
Условия сгущения древесной массы на обезвоживающих
аппаратах различного типа
Аппарат
Шаберный
сгуститель
Барабанный
фильтр
Дисковый
фильтр
Технические характеристики дисковых фильтров
Параметры «Энсо-Эймко» «Хедемура»
Частота
вращения
цилиндра,
−1
мин
18,5
23,0
5,0
6,0
7,5
1,0
1,5
2,0
Диаметр
цилиндра, м
0,91
0,91
2,44
2,44
2,44
3,75
3,75
3,75
Окружная
скорость,
м/мин
53,2
66,0
38,5
46,0
57,6
11,77
17,66
23,55
Производи-
тельность,
т/(м2·сут)
Таблица 19
производства зарубежных фирм
1 2 3
1,47
1,64
0,98
1,39
1,51
0,5
0,75
1,0
Диаметр диска, мм 3800 3660
Поверхность фильтрации, мм, при количестве дисков:
параметры «Энсо-Эймко» «Хедемура»
6 123 116
12 246 232
20 – 386
54
Окончание табл. 19
1
2
3
Концентрация поступающей
массы, %
Концентрация сгущенной
массы, %
Частота вращения диска, мин
−1
0,5–0,7 0,5–0,7
8–12 4–8
0,5–3 0,5–2,5
Мощность двигателя, кВт 15 –
Для окончательного разбавления массы в мешальных
бассейнах перед подачей ее на бумажную фабрику используется
избыточная оборотная вода от бумагоделательной машины.
Фильтрующий эффект при сгущении древесной массы зависит
не от вида сетки сгущающего аппарата, а от образующегося на ней
волокнистого слоя, который для древесной массы со степенью помола
около 70 °ШР представляет очень плотную фильтрующую среду.
Плотность волокнистого слоя увеличивается с повышением
концентрации волокнистой суспензии, с уменьшением скорости
вращения цилиндра или с увеличением глубины погружения цилиндра
в массу при одинаковой скорости его вращения.
Степень помола поступающей массы определяет не только
плотность слоя, но и его фильтрующую способность. Поэтому для
каждого сгущающего аппарата существует своя оптимальная скорость
вращения цилиндра при определенной глубине его погружения в
массу, ее концентрации и степени помола.
6. ПРОИЗВОДСТВО ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ ИЗ ЩЕПЫ
Разновидности и свойства древесной массы из щепы
Первоначально способ размола древесины в дисковых
мельницах появился как альтернатива дефибрированию с целью
упростить конструкцию и эксплуатацию оборудования и снизить
требования к качеству сырья.
55
Так как щепа, в отличие от балансов, может быть легко
подвергнута тепловой и химической обработке перед дефибрированием, эта возможность вскоре была реализована на практике. В
результате комбинации различных способов предварительной
обработки и последующего размола щепы появилось множество
разновидностей механики древесной массы.
Классификация способов производства и видов волокнистых
полуфабрикатов еще окончательно не сформировалась, поэтому в
разных публикациях можно встретить различные подходы.
Например, в своей книге Р. Пэн дает такую классификацию, в
основу которой положен способ обработки древесины перед
размолом. По этому признаку можно выделить три основные группы
полуфабрикатов:
- рафинерная механическая древесная масса (РММ);
- термомеханическая древесная масса (ТММ);
- химикотермомеханическая древесная масса (ХТММ и ХММ).
Рафинерная механическая масса вырабатывается из
древесной щепы, не подвергавшейся предварительной тепловой и
химической обработке. В этой группе выделяются две разновидности:
- обычная рафинерная древесная масса (РДМ);
- рафинерная древесная масса, полученная размолом под дав-
лением (РДМД).
Обычная рафинерная древесная масса получается
путем размола на дисковых мельницах при атмосферном давлении.
Эта разновидность механической древесной массы появилась первой.
Для нее характерны высокая костричность и низкие
бумагообразующие свойства. Сейчас производство РДМ очень
ограниченно. Существующие установки в большинстве случаев
реконструируются с переводом на выпуск других видов механической
древесной массы.
Производство рафинерной древесной массы под давлением
получило некоторое распространение в промышленности. В основе
этой модификации – те же идеи, накоторых базируется производство
ДМД (дефибрерная масса под давлением). Технологический процесс
включает: подготовку щепы; сжатие (раздавливание) щепы в
прессфайнере; размол в две ступени при давлении выше
атмосферного; снятие латенсии; очистку, сортирование, отбелку (при
необходимости) древесной массы.
56
Как и в случае с РДМ, установки для выработки РДМД на
большинстве предприятий реконструируются с переводом на другую
продукцию.
Термомеханическая древесная масса вырабатывается из
щепы, пропаренной перед размолом при температуре 100–140 °С и
давлении 0,1–0,3 МПа в течение 0,5–3 мин.
Размол осуществляется, как правило, в две ступени.
Первая ступень размола проводится при повышенном давлении. Во второй ступени давление может быть как атмосферным
(ТММ), так и выше атмосферного (ТММ «Тандем»). Технологический
процесс включает те же операции, что и при производстве РДМД.
Бумагообразуюшие свойства ТММ значительно лучше, а
удельный расход энергии – ниже, чем показатели РММ.
Химическая древесная масса вырабатывается из
пропаренной щепы, обработанной раствором химикатов до пропарки
или во время пропарки. Химическая обработка облегчает
последующий размол и улучшает качество полуфабриката. Размол
осуществляется под давлением в одну или в две ступени.
В зависимости от интенсивности и способа осуществления
химической обработки, выделяются две разновидности полуфабрикатов этой группы:
- химико-термомеханическая древесная масса (ХТММ)
вырабатывается с выходом из древесины 90–92 % при
кратковременном воздействии на щепу химических реагентов и
высокой температуры;
- химико-механическая древесная масса (ХММ) получается с
выходом из древесины 85–90 % с применением неглубокой варки
щепы перед размолом.
По прочностным свойствам оба полуфабриката заметно
превосходят другие рассмотренные волокнистые полуфабрикаты, а по
некоторым показателям приближаются к свойствам сульфитной
целлюлозы.
По состоянию на начало 1990 гг. мировое лидерство в области
разработки технологии и выпуска оборудования для производства
ТММ и ХТММ принадлежало фирме «Sunds Defibrator AB». К этому
времени в 15 странах эксплуатировалось около 90 ее установок с
общей годовой пронзительностью более 6 млн т.
Представление о сравнительных свойствах различных видов
древесной массы дает диаграмма, изображенная на рис. 2.
57
Рис. 2. Сравнение свойств различных полуфабрикатов (небеленых
и беленых) из древесины; САЦ-сульфатная целлюлоза
В заключение еще раз отметим основные преимущества
производства и применения древесной массы из щепы перед
дефибрерной древесной массой:
- более высокие прочностные свойства позволяют увеличить
долю древесной массы и снизить долю целлюлозы (иногда до нуля) в
композиции бумаги и картона;
- менее жесткие требования к качеству сырья позволяют
перерабатывать низкосортную древесину и отходы лесопиления и
деревообработки (стружки, опилки, другие отходы);
- благодаря высокой производительности и компактности обо-
рудования уменьшаются габариты производственных помещений и
связанные с этим капитальные вложения и эксплуатационные расходы;
- технологический процесс отличается высокой степенью меха-
низации и автоматизации.
Главными недостатками производства древесной массы из
щепы остаются:
- более высокий удельный расход электроэнергии (при
выработке РММ и ТММ);
- образование загрязненных химическими соединениями
сточных вод, нуждающихся в очистке (при выработке ХТММ).
58
7. ПОДГОТОВКА ДРЕВЕСИНЫ
7.1. Породный состав сырья
Условия производства и свойства всех видов древесной массы
сильно зависят от породного состава растительного сырья. Основными
породами древесины для этого производства являются ель и пихта.
Однако мировые запасы этих пород, доступные для промышленного
использования, ограничены. Это неизбежно приведет к расширению
сырьевой базы за счет вовлечения в переработку других хвойных, а
также лиственных пород.
Из хвойных пород лучшим сырьем является еловая древесина.
Все виды древесной массы из нее вырабатываются с наименьшими
затратами энергии (на размол) и химических реагентов (на отбелку) и
при этом имеют наивысшие прочностные показатели.
Древесина пихты также хорошо перерабатывается во все виды
древесной массы, но по качеству и энергоемкости полуфабрикаты из
нее несколько уступают еловым.
Из древесины сосны получаются полуфабрикаты с худшими
свойствами, а расход энергии (на размол) и химикатов (на отбелку) –
выше, чем при переработке ели. Кроме того, высокое содержание
смолы заставляет расходовать химикаты для предотвращения
смоляных затруднений. При этом несколько снижается выход
древесной массы и увеличиваются расходы на очистку сточных вод.
Использование древесины лиственницы пока очень огра-
ничено. О возможности переработки лиственницы свидетельствует
опыт целлюлозно-бумажной промышленности Японии, где древесная
масса из щепы этого дерева успешно применяется при выработке
газетной бумаги. Прочностные показатели волокнистых полуфабрикатов из лиственницы ниже, а удельный расход энергии (в
расчете на тонну древесной массы) – выше в сравнении с другими
хвойными породами.
Повышенный расход энергии на размол обусловлен двумя
причинами:
- высокой плотностью и твердостью лиственничной
древесины;
- низким выходом древесной массы из древесины из-за
перехода в раствор арабиногалактана.
59
Водорастворимый полисахарид арабиногалактан находит
разнообразное применение (в производстве высококачественных
клеевых композиций, желатинизируюших добавок и т.п.). Высокое
содержание арабиногалактана в древесине, составляющее в среднем
около 12 %, делает перспективным его выделение и использование.
Имеющиеся в публикациях рекомендации о предварительном
извлечении арабиногалактана из щепы горячей водой вряд ли могут
быть реализованы на практике. Кратковременная экстракция щепы
неэффективна: при температуре 80–90 °С за 0,5–1 ч в раствор
переходит незначительная часть растворимых веществ. Продолжительная обработка щепы горячей водой нерентабельна. Растворение
древесных камедей протекает практически полностью и с наибольшей
скоростью в процессе размола щепы.
При замкнутой системе использования воды растворившиеся
вещества накапливаются в оборотной воде и могут быть из нее
извлечены. Возможно, именно по такому пути пойдет развитие
производства в богатых лиственницей промышленных районах
Сибири и Дальнего Востока.
Лиственные породы древесины в производстве РММ и ТММ
ограниченно применяются как самостоятельный вид сырья. Считается
допустимой примесь осины к хвойным породам в количестве
до 30 %. При этом несколько снижается прочность древесной массы,
однако присутствие лиственных волокон положительно влияет на
такие важные свойства бумаги, как непрозрачность, светорассеяние,
сомкнутость поверхности, гладкость, восприятие типографской
краски.
Для производства «химических» полуфабрикатов – ХТММ и
ХММ – в России применяются осина, береза и тополь. Более высокий
расход энергии на размол щепы лиственных пород (особенно березы)
в сравнении с хвойными породами компенсируется меньшей
стоимостью лиственной древесины.
Осиновая древесина наиболее успешно перерабатывается в во-
локнистые полуфабрикаты, пригодные для выработки печатных видов
бумаги (включая газетную). Показатели ХТММ из осины близки к
показателям ТММ из ели (кроме сопротивления раздиранию), а
свойства осиновой ХММ приближаются к свойствам осиновой
сульфатной целлюлозы.
Березовая древесина значительно плотнее осиновой. Низкие
прочностные свойства ТММ и высокий расход энергии заставляют
60
считать березу неперспективным сырьем для этого вида полу-
фабрикатов.
Предварительная химическая обработка несколько нивелирует
различия между полуфабрикатами из березы и осины. При этом
заметно улучшаются прочностные свойства, но сильно ухудшаются
оптические показатели (коэффициент светорассеяния, непрозрачность). Поэтому ХТММ и ХММ из березовой древесины
неконкурентоспособны как полуфабрикаты для печатных видов
бумаги, но вполне перспективны для выработки тарного картона и
другой аналогичной продукции.
Древесина тополя давно используется для выработки ТММ в
умеренных климатических зонах Европы, США и Канады. По
большинству показателей свойства ТММ из тополя лишь немного
уступают свойствам осиновой ТММ. Коротковолокнистые
полуфабрикаты из тополя в композиции печатных видов бумаги
улучшают гладкость поверхности.
Сравнительные свойства ТММ из ели, осины, березы и тополя
наглядно показаны на рис. 3.
Рис. 3. Показатели свойств ТММ из лиственной древесины
в процентах по отношению к еловым полуфабрикатам.
Свойства ТММ из ели приняты за 100 % по каждому показателю