Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Производство древесной массы. Учебное пособие.pdf
71
Рис. 5. Сдвоенная диском мельница МДС-5Ш1: 1, 15 – опоры ротора;
2, 14 – шнековые питатели; 3, 11 – корпус; 4, 13 – отводные
паропроводы; 5, 12 – подводные патрубки; 6, 10 – диски статора;
7, 9 – размалывающая гарнитура; 8 – диск ротора; 16 – муфта;
18 – выпускное отверстие; 17, 19 – винтовые пары
электромеханического устройства присадки
Ее основные параметры: частота вращения ротора –
1500 мин
–1
, мощность главного электродвигателя – 10 МВт,
производительность – до 240 т/сут.
Двухдисковые рафинеры имеют одну зону размола между
двумя дисками, вращающимися в противоположные стороны. Каждый
из дисков приводится во вращение от индивидуального
электродвигателя.
Двухдисковые рафинеры выпускают фирмы «Сундс-Дефибратор» (разных типоразмеров, в т.ч. модель RGP65DD, разработанную на
базе однодискового рафинера RGP60ОРбО), «Бауэр» и др.
К достоинствам двухдисковых рафинеров в сравнении с
однодисковыми и сдвоенными относится несколько меньший
удельный расход электроэнергии.
Из недостатков можно отметить следующие:
- значительно более сложная конструкция;
- рабочая концентрация не превышает 25–28 % из-за трудности
ввода размалываемого материала через отверстия во вращающемся
диске;
- затруднен отвод пара из зоны размола.
72
8.2. Гарнитура мельниц
Рабочая поверхность гарнитуры характеризуется числом,
размерами и расположением ножей. Разработано большое число
различных типов, однако достаточно надежного теоретическою
обоснования той или иной гарнитуры пока нет, и эта задача решается
эмпирически – простым подбором с учетом накопленного
производственного опыта.
Независимо от типа рафинера, используемая в нем гарнитура
состоит из секторов (рис. 6). Число секторов в одном комплекте равно
6, 8, 10. Каждый сектор обычно имеет три зоны (в порядке
прохождения – от центра диска к периферии):
- первичного измельчения (заходная часть);
- грубого размола (средняя зона);
- тонкого размола (периферическая зона).
Рис. 6. Размалывающая гарнитура для дисковых мельниц:
а – для одноступенчатого размола; б – для первой ступени
двух- или трехступенчатого размола 5–8 мм
При ступенчатом размоле (в две или три ступени) гарнитура
для мельниц первой ступени может иметь две зоны.
Поверхности зон выполнены в форме конусов. Наибольшая
конусность – у зоны первичного измельчения, она составляет 5–15°.
73
Конусность средней зоны равна 1–2°. Периферическая зона
выполняется плоской или с очень небольшой конусностью (менее 1°).
Размалывающие ножи гарнитуры представляют собой длинные
узкие выступы прямоугольного сечения, направленные от центра к
периферии под некоторым углом к радиусу диска. Толщина ножей в
средней и периферической зонах равна 1,5–3 мм. Ножи разделены
канавками шириной 3–8 мм.
В канавках средней и периферической зон располагаются
поперечные перегородки, высота которых постепенно увеличивается к
периферии до высоты ножей. Для исключения неравномерного износа
гарнитуры перегородки располагают, как правило, по спирали.
Назначение перегородок:
- препятствовать сквозному движению волокнистой массы
вдоль канавок и способствовать тем самым увеличению пути
движения волокон в рабочем зазоре;
- препятствовать увлечению волокон потоком пара от
периферии к центру дисков.
8.3. Процесс размола
Размол щепы в мельницах включает две фазы: расщепление
древесины на волокна; размол волокон.
Обе эти фазы по своей природе аналогичны процессам
переработки древесины в дефибрерах и подчиняются тем же
основным закономерностям, но довольно четко разделены в
пространстве.
Расщепление на волокна и пучки волокон происходит
в зоне первичного измельчения. Если древесина недостаточно
пластифицирована, (например, при выработке РММ), древесная масса
может содержать до 30 % костры и значительное количество мелочи,
причем и то, и другое образуется на стадии расщепления.
При достаточной пластификации (при выработке ТММ и особенно –
ХТММ и ХММ) содержание костры в полуфабрикатах снижается
до 1 % и менее.
Размол имеет сходные черты с вторичным дефибрированием и
с массным размолом. В этой фазе волокна подвергаются внешнему и
внутреннему фибриллированию. В результате повышаются гибкость и
пластичность волокон, увеличивается их удельная поверхность,
улучшаются бумагообразующие свойства.
74
В промышленности наиболее часто применяют двухступенчатый размол, при котором названные фазы осуществляются в
разных, последовательно установленных мельницах. Это позволяет
гибко управлять технологическим процессом.
В первой ступени происходит расщепление древесины (в зоне
первичного измельчения), разделение пучков и частичное
фибриллирование волокон (в зоне грубого размола).
Вторая ступень представляет собой выделенную зону тонкого
размола. При такой механизации становится возможным выбор
гарнитуры и условий, оптимальных для каждой фазы размола.
8.4. Факторы размола
К наиболее существенным факторам, влияющим на процесс
размола, относятся:
- породный состав древесного сырья;
- качество, фракционный состав и влажность щепы,
- способ и интенсивность предварительной обработки щепы;
- температура в зоне размола;
- концентрация волокнистой массы при размоле;
- конструкция и состояние ножевой гарнитуры;
- величина зазора между дисками (присадка дисков).
О влиянии группы факторов, связанных со свойствами
древесного сырья и способами его предварительной подготовки, было
подробно рассказано выше.
Влияние температуры на процесс размола и свойства волокнистых полуфабрикатов обсуждалось в разделах, описанных выше.
С ростом температуры снижается удельный расход энергии на размол.
Показатели прочности вырабатываемой древесной массы при этом
улучшаются, но только до достижения определенной температуры. В
большинстве случаев температура массы в зоне размола при производстве ТММ находится в интервале от 105 до 130 °С, а при производстве ХТММ может быть повышена до 140 °С.
Концентрацию массы при размоле стараются поддерживать
на возможно более высоком уровне. При этом улучшаются свойства
полуфабрикатов и снижается удельный расход энергии на размол. В
зависимости от конструктивных особенностей используемого оборудования, концентрация массы на первой ступени размола может
находиться в интервале от 20 до 50 %, во второй ступени –
от 15 до 40 %.
75
Гарнитура мельниц очень разнообразна. В промышленности
используется более 400 видов гарнитуры, отличающихся конфигурацией ножей (их числом, формой профиля, размерами и расположением).
Чем меньше расстояние между ножами, т.е. чем плотнее
профиль поверхности, тем больше доля длинноволокнистой фракции в
массе (при прочих равных условиях размола).
Применение гарнитуры с редким профилем поверхности,
напротив, приводит к увеличению доли мелочи. Комбинируя
различные гарнитуры на первой и второй ступенях размола, можно
гибко управлять показателями качества древесной массы.
Существенное влияние на характер размола оказывает
состояние гарнитуры. После установки новой гарнитуры отмечается
повышенная рубка волокон. Этот начальный период длится несколько
суток, в зависимости от типа и твердости ножей. По мере износа
гарнитуры уменьшается доля рубки и увеличивается фибриллирование
волокон. Чрезмерный износ ножей, проявляющийся в уменьшении их
высоты и в закруглении передних кромок, сопровождается снижением
производительности и ухудшением качества древесной массы.
Предельная величина износа ножей на различных установках
колеблется от 0,2–0,3 до 2–3 мм.
Присадка дисков – один из наиболее важных управляемых факторов размола. В зависимости от вида вырабатываемых полуфабрикатов, ступени и размола, температуры и
концентрации в зоне размола зазор между дисками выбирается в
диапазоне от 0,1 до 1 мм. Величину зазора уменьшают в следующих
случаях:
- по мере увеличения степени помола (от первичного измель-
чения щепы до тонкою размола);
- при снижении твердости щепы;
- при уменьшении концентрации массы;
- при повышении температуры рафинирования.
8.5. Расход энергии на размол
Древесно-массное производство относится к числу
энергоемких производств. В условиях нарастающего дефицита
энергоресурсов и связанных с этим повышенных затрат удельный
расход энергии становится важной характеристикой процесса.
76
На удельный расход энергии при размоле влияют уже
рассмотренные ранее факторы. Важнейшие из них:
- порода древесины и характер ее предварительной
обработки;
- требуемая степень помола волокнистой массы;
- конфигурация и состояние гарнитуры мельниц;
- условия размола (температура, концентрация).
Установлено, что между прочностью древесной массы
(сопротивлением разрыву и продавливанию) и удельным расходом
электроэнергии на размол существует прямо пропорциональная
зависимость.
Расход энергии на рафинирование щепы значительно выше,
чем на производство дефибрерной древесной массы, и составляет
примерно 1400 кВт · ч/т, в зависимости от вида и качества вырабатываемого полуфабриката.
При двухступенчатом размоле распределение расходуемой
энергии между ступенями зависит от породы перерабатываемой
древесины.
Хвойная древесина размалывается при примерном соотношении расхода энергии в первой и второй ступенях 60:40,
а при размоле лиственной древесины отношение величин близко
к 40:60.
9. ПРИМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
Наибольшее распространение получили промышленные установки для производства древесной массы
из щепы, созданные фирмами «Дефибратор» и «Сунд»
(Швеция), «Спроут-Вальдрон» и «Бауэр» (США), «Юльхяваара»
(Финляндия).
9.1. Производство РММ
Технологическая схема представлена на рис. 7.
Щепа после промывки аккумулируется в бункере, продувается
паром, сжимается с помощью прессфайнера и размалывается при
атмосферном давлении.
Оптимальным считается двухступенчатый размол при концентрации массы на первой ступени до 30 % и на второй ступени – до
25 %.
77
Рис. 7. Схема производства РММ: 1 – установка для промывки щепы;
2 – щепа со склада сырья; 3 – оборотная вода; 4 – бункер щепы;
5 – пар; б – прессфайнер; 7 – ступень размола; 8 – вторая ступень
размола; 9 – РММ на дальнейшую обработку
9.2. Производство ТММ
Производство ТММ с одноступенчатым размолом разра-
ботано фирмой «Сунд» (рис. 8).
Рис. 8. Схема производства ТММ при одноступенчатом размоле
щепы (система фирмы «Сунд»): 1 – установка промывки щепы;
2 – щепа со склада сырья; 3 – оборотная вода; 4 – бункер щепы;
5 – пар; 6 – пропарочная камера со шнеком; 7– первый расшири-
тельный циклон; 8 – пары самовскипания; 9 – дисковый рафинер;
10 – второй расширительный циклон; 11 – ТММ на дальнейшую
обработку; 12 – пар в установку рекуперации тепла
78
Щепа после промывки продувается паром в бункере и затем в
течение нескольких минут обрабатывается острым паром в
пропарочной камере при температуре 135 °С. Пропаренная щепа
выгружается в первый расширительный циклон. Образующиеся пары
самовскипания воды отводятся при небольшом избыточном давлении
в систему рекуперации тепла. Охладившаяся до 110 °С щепа
размалывается в одну ступень. Термомеханическая масса выгружается
через второй расширительный циклон при атмосферном давлении и
направляется на дальнейшую обработку.
Система «Дефибратор», основанная на двухступенчатом
размоле массы, показана на рис. 9.
Рис. 9. Схема производства ТММ с двухступенчатым размолом щепы
(система Дефибратор): 1 – установка промывки щепы; 2 – щепа
со склада сырья; 3 – оборотная вода; 4 – бункер щепы; 5 – пар;
6 – винтовой питатель; 7 – пропарочная камера; 8 – рафинер первой
ступени размола; 9 – расширительный циклон; 10 – рафинер второй
ступени размола; 11 – ТММ на дальнейшую обработку;
12 – пар в установку рекуперации тепла
Промытая щепа продувается вторичным паром в бункере в
течение около 10 мин и подается в вертикальный подогреватель
(пропарочную камеру) с помощью винтового питателя. Пропаривание
длится от 0,5 до 3 мин при температуре 110–130 °С. Пропаренная щепа
перегружается винтовыми конвейерами в рафинер первой ступени
79
размола без снижения температуры и давления. Размол осуществляется
при концентрации волокнистой массы до 30 %. Образующийся при
рафинировании пар вместе с массой выводится в расширительный
циклон. Часть этого пара возвращается в пропарочную камеру. Избыток
пара направляется в систему рекуперации тепла. Давление в рафинере
регулируется предохранительным клапаном ни линии в разгрузки.
Вторая ступень размола проводится при атмосферном давлении
и при температуре ниже 100 °С; концентрация массы – около 20 %.
Систем «Тандем» для производства ТММ разработана фирмой
«Юльхяваара» (рис. 10).
Рис. 10. Схема производства ТММ с двухступенчатым размолом
щепы (система Тандем): 1 – установка промывки щепы; 2 – щепа
со склада сырья; 3 – оборотная вода; 4 – бункер щепы; 5 – пар;
6 – винтовой питатель; 7 – пропарочная камера; 8 – рафинер
первой ступени размола; 9 – расширительный циклон; 10 – рафии-
нер второй ступени размола; 11 – ТММ на дальнейшую обработку;
12 – пар в установку рекуперации тепла
Эта установка двухступенчатого размола отличается от
предыдущей тем, что обе ступени размола проводятся при
повышенном давлении и при температурах 115–125 °С. Такая технология размола имеет следующие преимущества:
- повышаются прочностные показатели ТММ;
- снижается содержание костры в полуфабрикате;
- увеличивается доля рекуперируемой тепловой энергии (на
некоторых предприятиях до 80 % от энергии, израсходованной на
размол).
80
9.3. Производство ХТММ
Процесс «Сундс-Дефибратор» (рис. 11) считается типовым по
последовательности операций, режиму обработки и принципиальному
аппаратурному оформлению. Хвойная и лиственная древесина
перерабатываются по разным режимам химической и тепловой
обработки.
Рис. 11. Схема процесса «Сундс-Дефибратор»: 1 – установка
промывки щепы; 2 – щепа со склада сырья; 3 – оборотная вода;
4 – буккер щепы; 5 – пар; 6 – импрегнатор «Прекс»; 7 – растворы
реагентов; 8 – пропарочная камера с винтовым питателем;
9 – рафинер первой ступени размола; 10 – первый расширительный
циклон; 11– рафинер второй ступени размола; 12 – второй
расширительный циклон; 13 – ХТММ на дальнейшую обработку;
14 – пар в установку рекуперации тепла
Хвойная древесина подвергается относительно мягкой предварительной обработке. Поступающая со склада щепа после промывки
паром пропитывается холодным раствором сульфита натрия с таким
расчетом, чтобы расход сульфита составил 3 % от массы древесины.
Операция проводится в импрегнаторе «Прекс» – вертикальной емкости винтовым питателем и перемещающим устройством шнекового
типа. Сжатие щепы в питателе способствует удалению из нее остатков
возможного избытка влаги и части экстрактивных веществ. Последующая частичная релаксация объема древесины обеспечивает быструю и
достаточную пропитку раствором реагента. После прогрева острым