Билет № 11

1. Обезвоживание и сушка целлюлозы. Цель сушки: удалить воду и получить целлюлозу в виде, в котором можно ее транспортировать. В процессе сушки протекают две основные стадии: удаление воды, за счет теплообмена между целлюлозой и поверхностью сушильных цилиндров; удаление влаги из внутренних слоев целлюлозного материала к наружным слоям. Способы сушки: 1.Сушка при атмосферном давлении: а)контактным способом, на сушильных цилиндрах; б)обдувкой нагретым воздухом;в) обдувкой перегретым паром; г)инфракрасными лучами,д) ультрафиолетовыми лучами. 2. При вакууме: полотно нагревается контактным способом на сушильных цилиндрах изолированной камеры, где создается вакуум. За счет вакуума вода закипает и испаряется. 3. Сушка целлюлозы в распыленном виде в токе горячего воздуха.. 4. Комбинированный способ.

3) Сушка целлюлозы в распыленном виде:

1) б)

г )

д)

Сушка целлюлозы в пресспате. Пресспат-плоскосеточная машина, по принципу действия напоминает бумагоделательную машину.

Достоинство:формирует полотно цел.высокой плотности;2)т.к. Т=105 ºС,то не происходит термического воздействия на волокна целлюлозы.;3)можно легко управлять каждой частью пресс-пата. Недостатки:1)много конструктивных элементов;2)большое потребление пара;3)правило безопасной эксплуатации;4)необходима сильная вентиляция для отвода конденсата.

1)Напорный ящик.;2)напускная щель 3)Грудной вал.;4)металлическая сетка; 5)подсеточная ванна;6)регистровые валики; 8)гауч-вал; 10)сетконатяжные валики; 11)сетковедущие валики;12)верхний прессовый вал;13)нижний прессовый вал;15)сукнонвтяжные валики;16) сукноведущие валики;18)передающий валик;19)сушильные цилиндры.

2. Факторы СФА варки. На выход и качество целлюлозы влияют следующие факторы: температура, начальная концентрация и расход щелочи, сульфидность варочного раствора, качество щепы, порода древесины и прочие факторы. 1 При увеличении Т на каждые 10º С для получения одинакового выхода целлюлозы продолжительность варки уменьшается в двое. При увеличении температуры от 12О до 18О градусов процесс делигнификации изменяется незначительно, выход целлюлозы не изменяется, но существенно изменяется время варки. При увеличении температуры от 18О до 2ОО градусов уменьшается время варки, увеличивается количество непровара. Оптимальная температура варки 17О-18О градусов. 2. Влияние начальной концентрации и расхода щелочи. Щелочь расходуется на нейтрализацию кислых органических веществ, образующихся при варке, а также в реакциях делигнификации. Теоретически расход щелочи А- это количество активной щелочи, связываемое кислыми предметами варки. Если проводить варку с теоретическим расходом щёлочи, то довести процесс до конца не возможно,т.к. м/т произойти конденсация ЛГ на волокне, поэтому используют избыток щёлочи, что позволяет довести целлюлозу до необходимой степени провара. А=СоV, где Со- начальное содержание щелочи в варочном щелоке, единиц NA2O или NAOH, в процентах. V- гидромодуль. Практический расход щелочи: для жестких целлюлоз на 1О-15 процентов больше теоретического; для мягких- на 5О процентов больше теоретического. При увеличении концентрации щелочи на каждые 3О единиц, время варки уменьшается в 2 раза, при одинаковом выходе целлюлозы. Выход целлюлозы больше зависит от расхода щелочи, чем от ее концентрации. Увеличение расхода щелочи приводит к тому, что усиливается делигнификация. 3. Влияние сульфидности S=Na2S/NaOH+Na2S а) увеличение сульфидности от 0 до 16% , увеличивает процесс также как и увеличение Т на 7-8ºС; б)оптимальная величина сульфидности =33%, при увел. >33% ,то скорость варки и делигнификация не улучшается; в)если увел. сульфидность не более 33 %, то цел. имеет в 1,5 раза меньше ЛГ , при одинаковом выходе; д)увелич. сульфидности более 33% приводит к увелич. коррозии оборудование и увелич. кол-во дурнопахнущих в-в. 4. Качество щепы: должна быть без коры; толщина 3-5 мм.; длина 15-25 мм.; ширина 1О-16 мм.; Целлюлозу из ели лучше размалывается, чем из сосны; целлюлоза из ели прочнее, чем из сосны. 5. Прочие факторы. Содержание в щелоке NA2CO3-усиливает процесс делигнификации; добавка в котел отработанного черного щелока не менее 5О % экономит химикаты. Если добавляем больше 5О %, то получится темная целлюлоза; принудительная циркуляция щелока во время варки позволит выравнивать температуру, концентрацию и скорость

3. Влияние наполнителей на основные свойства бумаги. Удержание наполнителей в бумаге. При выработке многих видов бумаги в их композицию вво­дят минеральные наполнители. Чаще всего для этой цели ис­пользуют каолин, однако применяют и другие виды минераль­ных наполнителей: мел, тальк, гипс, двуокись титана и др.

Введение в бумагу минеральных наполнителей осуществля­ется в основном для удешевления бумаги, так как обычно цена минеральных наполнителей ниже цены волокнистых полу­фабрикатов и замена известного количества растительных во­локон минеральным наполнителем представляет определенный экономический интерес; для повышения белизны бумаги, так как белизна применяемых в бумажной промышленности напол­нителей большей частью выше белизны используемых волокни­стых материалов; для придания бумаге непрозрачности, что обеспечивает возможность использования для письма и печати обеих сторон бумажного листа без опасения просвечивания текста, написанного или напечатанного на одной стороне бу­маги, на другую ее сторону.

Кроме того, минеральные наполнители увеличивают пори­стость бумаги, ее воздухопроницемость, впитывающую спо­собность и скорость сушки, снижают деформацию бумаги при ее намокании и уменьшают склонность бумаги скручиваться.

Пористость бумаги от введения в ее композицию минераль­ного наполнителя возрастает тем сильнее, чем больше размер частиц использованного наполнителя. Лишь в тех случаях, когда применяются широкие, неправильной формы волокна (например, грубая древесная масса) и получаемый волокнистый материал (например, картон) обладает повышенной пористо­стью, введение минерального наполнителя, частицы которого имеют размер меньший, чем диаметр пор волокнистого мате­риала, не будет способствовать дальнейшему повышению пористости волокнистого материала. В этом случае возможно об­ратное явление: частицы минерального наполнителя, заполняя широкие поры волокнистого материала, будут забивать их, уменьшая общую пористость материала. Очевидно, что при этом не будут обнаружены все те явления, которые сопутствуют повышенной пористости материала, т. е. повышение воздухо­проницаемости, впитывающей способности и пр.

Наполнитель в бумаге повышает ее гладкость после калан­дрирования, так как частицы наполнителя при каландрирова­нии бумаги заполняют углубления на шероховатой поверхно­сти листа, чем способствуют увеличению его гладкости. Одно­временно при этом происходит уплотнение листа и снижение его воздухопроницаемости.

Наличие минерального наполнителя в бумаге делает ее про­свет более равномерным, что одновременно с увеличением белизны бумаги, ее непрозрачности, гладкости и впитывающей способности (в том числе и к типографской краске) улучшает печатные свойства бумаги.

С повышением плотности наполнителя, используемого при изготовлении бумаги, увеличением его количества в бумаге и степени дисперсности наполнителя повышается плотность бу­маги. Наиболее сильно она повышается и соответственно сни­жается толщина бумаги при использовании в качестве напол­нителя цинковых пигментов, бланфикса и двуокиси титана.

С увеличением содержания в бумаге большинства видов на­полнителей увеличивается ее вялость. Такая бумага, будучи положена на две опоры, обнаруживает значительную стрелу прогиба в отличие от жесткой бумаги, мало прогибающейся в промежутке между опорами при подобном испытании. Упру­гие свойства бумаги от введения в нее минерального наполни­теля снижаются, а пластичность ее увеличивается.

Большинство наполнителей снижает шум при перелистыва­нии бумаги. Исключением является гипс, придающий бумаге звонкость и жесткость на ощупь.

Наряду с указанными выше многими положительными свой­ствами минеральный наполнитель придает бумаге и некоторые отрицательные свойства. Частицы минерального наполнителя, находясь в промежутках между растительными волокнами, увеличивают пористость бумаги, ее воздухопроницаемость и препятствуют установлению между волокнами прочных связей. Поэтому бумага, содержащая минеральный наполнитель, обычно отличается по­ниженной механической прочностью. Особенно при этом снижается сопротивление излому. Чем больше содержа­ние наполнителя в бумаге, тем она слабее. К тому же с увели­чением содержания в бумаге минерального наполнителя в большей степени обнаруживается пылимость бумаги.

По содержанию минерального наполнителя все виды бу­маги условно разделяются на 4 класса. К первому классу от­носятся виды бумаги с естественной зольностью волокон, т. е. все виды бумаги, в которые минеральный наполнитель не вво­дится: высокопрозрачные, электроизоляционные, фильтровальные, бумага-основа для фибры и для пергамента и др. Второй класс охватывает все виды мало­зольной бумаги, т. е. бумагу с содержанием золы до 5%: га­зетная, перфокарточная, обойная, мундштучная бумага, основа для фотографической, основа для светочувствительной бумагии др. К третьему классу относятся все виды бумаги со средней зольностью, т. е. с зольностью до 12—15%: писчая, офсетная, литографская и др. Четвертый класс объединяет все виды высокозольной бумаги, т. е. с содержанием золы более 15%: бумага для глубокой печати, типографская, словар­ная и др.

По экономическим и технологическим соображениям жела­тельно обеспечить максимальную удерживаемость наполнителя на растительных волокнах. Это достигается различными меро­приятиями.

Значительное влияние на удержание наполнителей и мел­ких волокон в бумажном полотне оказывает величина рН среды, регулируемая дозировкой вводимого в бумажную массу сернокислого алюминия. Волокна в воде имеют отрицатель­ный электростатический заряд и под действием одинаковых за­рядов взаимно отталкиваются, находясь в водной среде в дис­пергированном состоянии. При введении сернокислого алюми­ния, являющегося электролитом, трехвалентные положительно заряженные ионы алюминия нейтрализуют отрицательный за­ряд волокон и частиц наполнителя и при изоэлектрической точке наступает коагуляция. Волокна в виде хлопьев и ча­стицы наполнителя осаждаются на сетке бумагоделательной машины. Это способствует удержанию наполнителей и мелких волокон.

В чрезмерно кислой среде, т. е. в избытке сернокислого алю­миния при рН 3,5, вновь начинается диспергирование частиц, так как в этом случае преобладает положительный заряд алю­миния и возобновляется взаимное отталкивание частиц. По­этому, вводя сернокислый алюминий с целью удержания ча­стиц наполнителя и мелких волокон, следует контролировать рН среды. Оптимальным в данном случае является рН около 5.

Механизм удержания частиц наполнителя различен в зави­симости от их размеров. Крупные частицы удерживаются в основном механически при фильтрации сквозь волокнистый слой в процессе образования бумажного листа. Мельчайшие частицы удерживаются за счет адсорбции вследствие понижения отри­цательного электрического заряда наполнителя, перезарядки и координационной связи с катионом алюминия. Отсюда понятно, что коагулирующее действие сернокислого алюминия в боль­шей степени сказывается на удержании не крупных, а мель­чайших частиц наполнителя.

Удержание наполнителя зависит также от формы его ча­стиц. Наиболее высокое удержание наблюдается у талька (че­шуйчатая форма частиц) и асбестина (игольчатая форма), низ­кое— мела (округлая форма частиц), а наименьшее — у частиц необожженного гипса, частично растворяющегося в воде.

Очевидно, что в бумаге, изготовленной из массы жирного помола, образующей плотный слой волокон на сетке, удержа­ние частиц наполнителя выше, чем в бумаге, изготовленной из массы садкого помола. Удержание наполнителя в тонкой бу­маге ниже, чем в бумаге с повышенной массой 1 м², изготов­ляемой при меньшем разбавлении на сетке, фильтрующий слой которой лучше задерживает частицы наполнителя.

Удержание наполнителей различными видами волокон нахо­дится в зависимости от адсорбционной способности волокон и от их размеров. Наибольшее удержание наполнителей обнару­живают волокна, обладающие высокой адсорбционной способ­ностью и малыми размерами. Поэтому наиболее высокое удер­жание наполнителей при всех прочих равных условиях наблю­дается в бумаге, содержащей древесную массу, и низкое удержание — в бумаге из хлопковой полумассы, обладающей низкой адсорбционной способностью.

Удержание наполнителя во многом зависит от степени ис­пользования оборотной воды на фабрике. Чем полнее она ис­пользуется и чем ближе к замкнутому цикл ее использования, тем выше удержание наполнителя и меньше его промой.

Если кроме наполнителя в бумажную массу вводятся еще и проклеивающие вещества, то наибольшее удержание напол­нителя достигается тогда, когда он вводится первым. Наилуч­шие же результаты проклейки достигаются тогда, когда напол­нитель вводится последним — после канифольного клея и серно­кислого алюминия.

В настоящее время для повышения удержания наполнителя в бумаге с 40—60 до 80% и выше в массу вводят непосред­ственно перед бумагоделательной машиной различные веще­ства, вызывающие хлопьеобразование: животный клей, акти­вированный силикат и, в особенности, полиэтиленимин (ПЭИ) и полиакриламид (ПАА).