8. РАЗМОЛ ЩЕПЫ

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Производство древесной массы. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 127 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

7.2. Особенности первичной подготовки и хранения щепы

Особенности подготовки щепы к переработке обусловлены тем, что технолог ограничен в выборе средств регулирования качества древесной массы. Свойства готовой продукции в значительной степени зависят от характеристик сырья и с трудом поддаются корректировке.

Из свойств щепы, влияющих на качество древесной массы, отмечены следующие:

- влажность щепы;

- размеры и фракционный состав щепы;

- чистота и присутствие посторонних включений.

Влажность щепы, поступающей на переработку, должна быть не ниже точки насыщения, т.е. обычно не ниже 30 %. Сухая древесина недостаточно пластична и дает слабо разработанные, малофибриллированные волокна. Это свойство особенно отчетливо проявляется при производстве РММ и ТММ. Наилучшие результаты дает использование щепы свежесрубленной древесины. В некоторых случаях приходится прибегать к искусственному увлажнению.

Размеры щепы и однородность по фракционному составу оказывают существенное влияние как на процессы предварительной обработки, так и на размол.

Крупная щепа медленнее прогревается при гидротермической обработке, хуже пропитывается растворами реагентов, в некоторых случаях может затруднять поступление в дисковую мельницу.

Большая доля мелкой фракции может привести к некоторому снижению средней длины волокон, ухудшению белизны и прочностных показателей массы.

Оптимальными считаются такие средние размеры щепы: длина 20 мм, толщина 4,5 мм. При этом на долю нормальной фракции (длина 15–30 мм, толщина 4–5 мм) должно приходиться не менее 90 % массы; доли как предельно крупной (длина 35–40 мм, толщина 6– 7 мм), так и мелкой (опилки размером до 3 мм) фракций не должны превышать 1 %.

Крупные опилки (с размером частиц 1–1,5 мм и более) могут использоваться как самостоятельное сырье. Некоторое ухудшение свойств древесной массы, обусловленное меньшей средней длиной волокон, компенсируется низкой стоимостью этого вида сырья. Разумеется, опилки должны перерабатываться отдельно от техноло-

гической щепы, по скорректированным режимам предварительной обработки и размола.

Чистота щепы предполагает отсутствие коры, гнили, минеральных включений. Все эти загрязнения повышают сорность древесной массы, снижают ее белизну. Наличие гнили может также существенно снизить выход и прочность полуфабриката.

Доставляемую на предприятие технологическую щепу, а в некоторых случаях – и щепу собственного приготовления – приходится складировать и хранить до переработки в течение более или менее длительного времени. Непродолжительное хранение в открытых кучах (не более двух месяцев), часто оказывает положительное влияние: удаляется летучая смола, уменьшается вероятность смоляных затруднений, снижается расход энергии на размол.

Более длительное хранение нецелесообразно из-за появления симптомов загнивания: появляется окраска, заметно ухудшается белизна древесной массы, падает ее прочность.

Подготовка щепы включает следующие операции:

- сортирование (фракционирование);

- промывка и очистка.

Сортирование считается обязательной операцией даже для щепы собственного производства. Особенно тщательно должна сортироваться привозная технологическая щепа. При этом целесообразно фракционирование не только по длине, но и по толщине.

Промывка щепы и ее очистка от тяжелых посторонних включений играют важную роль, так как случайно попавшие мелкие камни, песок, металлические предметы не только загрязняют древесную массу, но также вызывают повышенный износ и сокращают срок службы размалывающей гарнитуры дисковых мельниц. При промывке также отделяются опилки, пыль, частички гнили.

7.3. Обработка щепы перед размолом

Назначение предварительной обработки щепы – создание благоприятных условий для ее размола в дисковых мельницах. При выборе способов и режимов воздействия на древесину руководствуются изложенными выше теоретическими положениями.

Предварительная обработка щепы может включать следующие операции:

- продувка паром;

- пропитка водой;

- пропаривание;

- неглубокая химическая обработка растворами реагентов;

- варка с растворами реагентов.

Продувка паром применяется для вытеснения воздуха и частично для удаления летучих компонентов смолы. Обычно для проведения этой операции используют расходный бункер щепы. Удаление воздуха делает следующую пропитку древесины водой или растворами реагентов более быстрой, глубокой и равномерной. Продувку целесообразно производить вторичным паром, образующимся при размоле под давлением

Пропитка водой пластифицирует компоненты древесины, что благоприятно отражается на качестве древесной массы и снижает расход энергии на размол. Эта операция особенно важна при длительном хранении древесины на открытых площадках. Влажность направляемой на переработку щепы должна быть, как правило, не менее 30 %.

Процесс пропитки водой при нормальных условиях протекает относительно медленно. Для его ускорения пользуются принудительной пропаркой. Чаще всего с этой целью применяют сжатие смоченной щепы в прессфайнере. Упругая релаксация, наступающая при выходе из зоны, обеспечивает быстрое проникновение влаги в капилляры древесины.

Лучшие результаты дает сочетание продувки паром с принудительной пропиткой. Эта операция является частью процесса производства.

Для поддержания влажности на необходимом уровне практикуют орошение древесины водой на складе щепы и в древесноподготовительном цехе.

Пропаривание щепы проводят при температуре до 140 °С и давлении до 0,3 МПа. Влажный нативный лигнин переходит в высокоэластичное физическое состояние. Этим создаются благоприятные условия как для разделения древесины на волокна, так и для частичного фибриллирования волокон.

Пропаривание является обязательной подготовительной операцией при производстве ТММ.

При температуре выше 140 °С начинается переход лигнина в вязкотекучее состояние. Вследствие этого происходит более легкое разделение древесины на волокна, в основном по срединной пластинке; заметно растет производительность мельниц и снижается удельный расход электроэнергии на размол. Однако высокая температура пропаривания неблагоприятно отражается на свойствах древесной массы. Частично расплавившийся лигнин покрывает поверхность волокон тонкой сплошной пленкой

Последующее охлаждение и стеклование лигнина делает поверхность жесткой и гидрофобной, это препятствует набуханию и фибриллированию. Кроме того, протекающие при высокой температуре окислительные, гидролитические и конденсационные процессы приводят к потере белизны. Полученная таким путем древесная масса непригодна для изготовления качественной бумажной и картонной продукции.

Неглубокая химическая обработка древесины лежит в основе производства ХТММ. Цель обработки – увеличить пластификацию компонентов (главным образом лигнина) и сделать ее необратимой. Режимы обработки хвойных и лиственных пород существенно различаются, поэтому будут рассмотрены раздельно.

Хвойные породы требуют менее жесткой обработки. Из многочисленных реагентов, проверявшихся в лабораторных условиях, практическое применение нашли только натриевые соли сернистой кислоты сульфит Na

и бисульфит NaНSО3. Химические процессы,

2SО3

протекающие под воздействием этих реагентов, подробно рассматриваются в других курсах.

Отметим две группы процессов, играющих наиболее важную роль в производстве ХТММ:

- сульфирование лигнина;

- восстановление хромофорных групп лигнина.

Сульфирование лигнина в мягких условиях приводит к образованию твердого лигносульфоната натрия, нерастворимого в воде. Даже небольшое количество введенных в лигнин сульфогрупп значительно увеличивает его гидрофильность. Следствием этого является более сильное набухание, углубление пластификации и снижение температуры стеклования. Разделение древесной ткани при последующем размоле идет преимущественно по срединной пластинке и первичной оболочке клеточной стенки с частичным разрушением слоя

S1 вторичной оболочки. Волокна сохраняют эластичность, способность к фибриллированию и образованию прочного бумажного листа.

Восстановление хромофорных групп лигнина (функциональных групп, ответственных за появление окраски) солями сернистой кислоты сопровождается отбеливающим эффектом: белизна ТММ не ниже, а в некоторых случаях – даже несколько выше, чем у РДМ и РММ.

Типичные условия обработки хвойной щепы при получении ТММ: расход сульфита или бисульфита натрия на пропитку щепы 10–15 кг/т, температура обработки – 120–125

С, продолжительность

обработки – 3 мин. Потери древесины из-за растворения части гемицеллюлоз и лигнина составляют 4–9 %.

Лиственные породы труднее поддаются переработке. Для достижения достаточной степени набухания и пластификации они должны обрабатываться растворами щелочных реагентов – гидроксида натрия или карбоната натрия в сочетании с обработкой сульфитом натрия. Условия обработки лиственной щепы: расход щелочного реагента на пропитку – 10–15 кг/т, расход сульфита натрия – 3–5 кг/т, температура обработки – 60–120 °С, продолжительность обработки – от 5 мин. Потери древесины составляют 5–12 %.

Варка с растворами реагентов применяется для получения ХММ. При этом более глубоко протекают процессы, аналогичные рассмотренным выше: набухание клеточной стенки, сульфирование лигнина, разрушение хромофорных структур, гидрофилизация и снижение температуры стеклования лигнина. Это достигается ужесточением условий обработки древесины – повышением температуры, увеличением продолжительности обработки и расхода реагентов. Как и при производстве ХТММ, условия обработки хвойной и лиственной древесины различны.

Хвойную древесину обрабатывают сульфитом или бисульфитом натрия. Условия варки: расход реагента – 120–200 кг/т, температура варки – до 175 °С, продолжительность варки – 10–70 мин. Потери древесины составляют 9–13 %.

Лиственную древесину обрабатывают раствором гидроксида или карбоната натрия с добавками небольшого количества сульфита натрия. Условия варки: расход щелочного реагента – 30–40 кг/т; расход сульфита натрия – 10-20 кг/т; температура – 130-160 °С, продолжительность варки – 10–70 мин. Потери древесины могут достигать 12–15 %.

8. РАЗМОЛ ЩЕПЫ

8.1. Типы мельниц

Основным типом размалывающих устройств в настоящее время являются дисковые мельницы различных конструкций – рафинеры.

Принцип действия всех мельниц одинаков. Щепа проходит в узком зазоре между поверхностями двух соосно расположенных дисков, один из которых вращается, а второй либо неподвижен, либо вращается в противоположном направлении. Поверхности обоих дисков, обращенные друг к другу, имеют сложный профиль, называемый гарнитурой. Рабочими элементами гарнитуры служат ножи – узкие длинные выступы, оказывающие разрушающее воздействие на щепу.

При создании рафинеров большой мощности приходится решать ряд инженерных задач. Важнейшие из них:

- оптимизация площади рабочих поверхностей;

- удаление пара;

- параллельность дисков:

- устройство подшипников;

- уменьшение центробежных сил.

Площадь рабочих поверхностей определяет производительность и мощность рафинера. Увеличение поверхностей может быть достигнуто увеличением радиуса дисков, но при этом растет разница окружных скоростей центральных и периферических областей гарнитуры, что влияет на качество древесной массы. При конструировании мельниц нужно находить оптимальные соотношения между площадью поверхностей истирания, мощностью двигателя, производительностью рафинера и качеством древесной массы

Удаление пара. Выделение тепла при размоле сопровождается парообразованием и повышением давления в рабочем пространстве. Конструкция рафинера должна обеспечить удаление образующегося пара таким образом, чтобы его поток не препятствовал подаче щепы на размол.

Параллельность дисков чрезвычайно важна для качества полуфабриката. Конструкция рафинера должна исключать изгиб дисков при самых возможных нагрузках.

Устройство подшипников. Для эффективного размола нужно создать достаточно высокое давление на щепу со стороны дисков. Осевые усилия, возникающие в крупных рафинерах, достигают 60 т. Для их восприятия применяют сложные и дорогостоящие упорные подшипники, снабженные специальными масляными системами смазки и охлаждения.

Центробежная сила, действующая на вращающийся диск, пропорциональна радиусу диска и частоте вращения. Поскольку чрезмерная центробежная сила может привести к разрушению диска, конструкция рафинера должна обеспечивать разумный компромисс между желанием увеличить производительность рафинера и требованием безопасности его эксплуатации.

По конструктивным признакам рафинеры принято делить на три типа (рис. 3, а–г), в зависимости от числа вращающихся дисков:

- однодисковые;

- сдвоенные;

- двухдисковые.

Рис. 3. Типы рафинеров: а – однодисковый; б – однодисковый

с конической поверхностью; в – двухдисковый; г – сдвоенный

Однодисковые рафинеры имеют один вращающийся диск (ротор) и один неподвижный (статор). Из устройств этого типа наиболее широкое распространение получили рафинеры системы «Асплунд» фирмы «Сундс-Дефибратор» (Швеция).

Щепа подается винтовым питателем со стороны статора через центральное отверстие. Поток щепы регулируется таким образом, чтобы питатель был заполнен лишь частично. Это обеспечивает беспрепятственное удаление пара, образующегося при рафинировании. Осевое усилие при рафинировании создается гидроцилиндрами и передается валу ротора через систему радиальных и упорных подшипников. Это же гидравлическое устройство применяется для присадки дисков – установления и регулирования величины зазора между рабочими поверхностями ротора и статора.

Параметры одной из моделей рафинера (типоразмер RGP60): диаметр размалывающих дисков – 1500 мм; частота вращения ротора – 1800 мин

-1

; мощность главного двигателя – 10 МВт, про-

изводительность – до 250 т/сут.

Интересное усовершенствование внесено фирмой в рафинеры типоразмеров RGP70CD и RGP76CD. Размалывающий узел в этих наиболее мощных модификациях состоит из внутренней и наружной зон размола. Наружная зона наклонена к плоскости вращения диска под углом 75° и имеет коническую форму. Это позволило:

- увеличить поверхность размола без увеличения диаметра

дисков;

- увеличить давление гарнитуры на щепу при неизменной

осевой нагрузке.

Параметры модели RGP76CD: эквивалентный диаметр дисков – 1930 мм; мощность двигателя – 19,4 МВт, производительность по древесной массе – до 400 т в сутки; корпус рафинера рассчитан на внутреннее давление до 0,8 МПа.

Отечественной промышленностью выпускаются однодисковые мельницы различных модификаций, типоразмеров и назначения. Наиболее пригодны для размола щепы мельницы с производительностью (т/сут): МД-ЗШ9 – 18-30; МД-4Ш7 –36-60; МД-5Ш1 – до 120 (рис. 4.).

Цифры 3, 4 и 5 в шифре мельницы обозначают типоразмер; буква «Ш» указывает на то, что мельница снабжена питателем шнекового типа.

Рис. 4. Однодисковая мельница МД-5Ш1: 1 – питатель; 2 – крышка

размольной камеры; 3 – переходные диски для крепления гарнитуры;

4 – упорный подшипник скольжения; 5 – выпускное отверстие;

6 – механизм присадки

Для размола под давлением выпускаются однодисковые мельницы с усиленной камерой (исполнение «У»), например МД-ЗУ9.

Одно из отличий мельниц серии МД от зарубежных аналогов (рассмотренных выше рафинера «Асплунд» и других) заключается в устройстве механизма присадки дисков.

В отечественных конструкциях присадка осуществляется перемещением статора с помощью электромеханического приспособления. Оно смонтировано на лицевой стороне крышки мельницы (со стороны статора) и состоит из электродвигателя, двухступенчатого червячного редуктора, цилиндрической передачи и нескольких винтовых пар, соединенных со статором.

Разработчики считают, что электромеханическая система имеет следующие преимущества перед гидравлической системой присадки:

- она состоит из меньшего числа деталей, соединений и

приборов, проще в обслуживании и надежнее в работе;

- срок ее службы практически неограничен, так как

система работает периодически – во время присадки и разведения дисков, тогда как механизмы гидравлической присадки (насосы, золотники, трубопроводы, гидроцилиндры и др.) активно функционируют в течение всего периода работы мельницы и подвергаются повышенному износу;

- стационарное положение вала ротора и подшип-

ников в станине мельницы обеспечивает большую жесткость конструкции и снижает вероятность возникновения опасных вибраций.

Однодисковые рафинеры – наиболее универсальное размалывающее оборудование Они могут быть использованы для размола щепы и различных волокнистых материалов при нормальной и высокой температуре с варьированием концентрации от 2 до 40 %. Основным их недостатком является большое осевое усилие при размоле, что требует установки мощных упорных подшипников с надежной смазкой и охлаждением.

Сдвоенные рафинеры снабжены одним вращающимся диском-ротором, расположенным между двумя неподвижными дисками. Гарнитура находится на обеих сторонах вращающегося диска. Такая конструкция как бы объединяет в себе две однодисковые мельницы.

Сдвоенные рафинеры обладают следующими преимуществами перед однодисковыми:

- обеспечивают удвоенную производительность при неболь-

шом увеличении габаритов и занимаемой площади;

- на валу ротора не возникает больших осевых усилий, так как

присадка по обе стороны вращающегося диска одинакова; это существенно упрощает конструкцию.

Мощные сдвоенные рафинеры выпускает фирма «СпроутВальдрон» (США).

В России специально для производства древесной массы из щепы на базе однодисковой мельницы МД-5Ш1 сконструирована сдвоенная мельница МДС-5Ш1 (рис. 5).

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 127 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]