Билетт №19

1. Теория процесса дефибрирования древесины.

Процесс дефибрирования заключается в расщеплении древесной ткани зернистой поверхностью вращающегося камня камня в волокнистую массу в присутствии воды.Казалось бы картина простая , однако под влиянием множества переменных факторов она значительно осложняется.На процесс влияет:1)св-во древесины;2)сост.камня;3)Т в ванне и в зоне дефибрирования;4)давление древесины на камень;5)глубина погружения камня в массу;6)конц.массы;7) температура и кол-во спрысковой воды.

Процесс измельчения м/т происходить по разным слоям древесины,т.е. либо по слою по межклеточному в-ву,либо по слою P;M;S1;S2.

M-содержит ЛГ+ГЦ(мало); Р-ЛГ(мало)+ГЦ;S1-ГЦ+Ц(мало); S2-Ц+ГЦ(мало); S3-Ц.

Мы должны вести процесс так, чтобы разделить отдельные волокна и стенки отдельных волокон фибрилировать.

Древесномассовое производство имеет более 100-летнее развитие и в процессе его развития разрабатывались разные теории. Первыми учёными были Брехт и Мюллер(Фрикционная теория).Они рассматривали процесс дефибрирования подобный простому процессу трения. Под действием давления частицы камня истирают древесину при этом возникают упругие и неупругие напряжения. Они ввели коэффициент μ – число истирания, которое представляет сумму

μ0= μ1+ μ2

μ1–коэффициент трения,определяет упругие деформации; μ1–коэффициент царапанья,определяет неупругие деформации.

В мягких условиях дефибрирования главную роль играет μ1; в жёстких условиях коэффициент царапания.

Кольманн заявил, что прцесс дефибрирования необходимо рассматривать как процесс диспергирования поверхности древесины в рез-те «многочисленных актов линейной агрессии» образивных частиц, внедряющихся в древесину. Поэтой теории диспергирования – главное это глубина внедрения образивных частиц и это з-т от давления. НО эта теория не объясняет ни фибриллирование , не не влияния на процесс др. факторов, тем более ,что фактическая затрата энергии на дефибрирование в 1000 раз превосходит поверхностной энергии древесины.

Кембел предложил усталостную теорию , в которой сказал , что такой большой расход энергии необходим не только и не столько для преодоления поверхностной энергии древесины и разделения её на части ,сколько на то ,чтобы превратить эти волокна в способные образовывать ДМ в которой они обладают другими силами.

Эту теорию подтвердил Брехт ,Шустер,Клем; Они выдвинули теорию 2-х фазности процессов. По этой теории для дефибрирования характерны 2-а явления :1)расчепления древесной ткани на волокна;2)размол отделившихся волокон. И в соответствии с этим он процессы назвал: 1)первичный;2) вторичный процесс.

1)состоит из :а)предначальной и б) начальной. а)включает размягчение межулеточного ЛГ под действием пара и тепла в зоне дефибрирования, ослабление связей; б)начальный процесс ,состоит в отделении волокон от размягчённого слоя древесины под действием выступов в камне.2)заключается в размоле м/ду древесиной и поверхностью камня, а также повторному перемешиванию массы вовлекаемой из ванны в зонудефибрирования.

Эта теория называется теорией пластификации ЛГ. Сейчас признана как наиболее правильно описывающая процесс. Этой теорией м/б привлечены все факторы из которых температура м/т считаться самой главной. Чем выше температура, тем более пластифицируется ЛГ , тем легче древесина разделяется на волокна, но тем меньше эти волокна фибрилированы и наоборот.

На сегодняшний день современная теория звучит следующим образом:

дефибрирование приводит к увеличению эластичности и пластичности прородного волокна , в следствии частичного разрыва ковалентных и межмолекулярных связей.Возникающие мягкие гидролитические процессы размягчения ЛГ под действием большого кол-ва повторяющихся циклов:сжатие- скольжение; сжатие-царапания, приводят к скалыванию волокнистых Эл-ов с последующим рафинированием массы. При этом различают внешнее и внутреннее

фибриллирование волокон. Внешнее – увеличивают реакционную способность только пов-ти волокон, а внутреннее обычно сопровождается набуханием клеточной стенки, от деление от них фибрилл; делает в целом не только волокна реакционно способными ,но и способными уплотнятся,примыкать др. к др. плотнееи образовывать новые водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса. При этом сближению волокон в бумажном листе значительно способствует силы поверхностного натяжения воды, которые возникают ,когда испаряется вода.

2. Реакции ЛГ и УВ при СФИ варке. Основной реакцией сульфитной варки является сульфониро­вание лигнина, т. е. присоединение сульфитной серы к лигнину с образованием лигносульфоновой кислоты. В результате суль­фонирования лигнин приобретает свойства растворимости в кис­лом варочном растворе при высокой температуре.

Реакцию бисульфита, ведущую к образованию твердой лиг-носульфоновой кислоты, можно изобра­зить схемами:

Кроме того может протекать реакции нуклеофильного за-

мещения:

Д ругой возможностью взаимодействия со свободным фенольным гидроксилом является протекание сульфонирования через обра­зование в качестве промежуточного продукта хинонметида:

Как указывалось, главным сульфонирующим агентом суль­фитной варочной кислоты признается анион бисульфита. Однако установленно, что в реакции сульфонирования при­нимает активное участие растворенный S0₂. Механизм реакции для этого случая может быть представлен следующим образом:

Разрушение легкогидролизуемых углеводов при сульфитной варке начинается одновременно с началом делигнификации и продолжается затем примерно с такой же скоростью, как и уда­ление лигнина. Последующее извлечение трудногидролизуемых гемицеллюлоз (глюкоманнана, глюкуроноксилана и др.), на­против, происходит относительно медленно, отставая по скоро­сти от процесса делигнификации. По мере удаления из древесного остатка гемицеллюлоз они обнаруживаются в щелоке в виде простых сахаров. Превращение полисахари­дов древесины в моносахариды является следствием гидролизующего воздействия варочного раствора, и реакцию гидролиза гликозидных связей следует рассматривать как основную реак­цию углеводов при сульфитной варке.

В результате воздействия на ГЦ ионом бисульфита происходит их превращение в альдоновые кис­лоты :

М еханизма этой реакции следующий :на первой стадии образуется альдегид-бисульфитное соединение или а-оксисульфонат (1), который затем окисляется бисульфитом в неустой­чивый кетосульфонат (2); в результате гидролиза последнего образуется альдоновая кислота (3):

3. Прессовая часть БДМ. Сырая бумага, отлитая на сеточном столе бумагоделательной машины, содержит 12—24% сухого вещества (в среднем 18— 20%)- Таким образом, на 1 кг бумаги в бумажном полотне оста­ется еще 3—8 кг воды. Эта вода удаляется сначала механическим отжимом при пропуске бумажного полотна через несколько валь­цовых прессов, расположенных последовательно, а затем при суш­ке на нагретой поверхности сушильных цилиндров. При отжиме влаги на прессах изменяется ряд свойств бумаги: повышается объ­емный вес, снижается пористость, воздухопроницаемость, впиты­вающая способность, увеличивается механическая прочность по сопротивлению разрыву, излому и продавливанию, повышается прозрачность.

При прессовании применяют шерстяные сукна, которые предо­храняют слабое бумажное полотно от разрушения, пропускают отжатую влагу и одновременно транспортируют бумагу от пресса к прессу и далее к сушильным цилиндрам.

Обычно на машине устанавливают два-три мокрых пресса. На самосъемочных машинах можно встретить один мокрый пресс, при выработке высокосортных видов бумаги — четыре, а при вы­работке жиронепроницаемых видов бумаги — даже пять прессов.

Кроме мокрых прессов с сукнами, часто устанавливают еще сглаживающие, или офсетные, прессы без сукон. Они предназна­чены не для удаления влаги, а лишь для уплотнения бумаги и придания ей гладкости.

Путем механического отжима в прессовой части машины уда­ется достигнуть сухости бумажного полотна от 25 до 42 и даже иногда до 45%. Конечная сухость бумаги после прессов зависит от вида вырабатываемой бумаги, удельного давления, скорости машины, типа и количества мокрых прессов.

Количество влаги, удаляемой мокрыми прессами, уменьшается от пресса к прессу, а потому установка большого количества прес­сов в ряде случаев не оправдывается экономически, так как ко­личество воды, удаляемой на последнем прессе, может обойтись дороже, чем обезвоживание сушкой. Количество прессов, устанав­ливаемых на бумагоделательной машине, определяют в каждом отдельном случае технико-экономическими расчетами.

По своей конструкции мокрые прессы разделяются на двухвальные и трехвальные (сдвоенные). Обычныедвухвальные прессы могут быть а)прямыми, б)обратными и в)сглаживающими (офсетными).

Сдвоенные же прессы бывают: вертикальные, наклонные, горизон­тальные и с треугольным расположением валов—пирамидальные и «симплекс».

Наибольшее применение в промышленности имеют двухвальные прессы, поэтому рассмотрим их более подробно.

Первая из этих схем применяется при выработке тонких и впи­тывающих видов бумаги, вторая — при выработке многих видов бумаги, в том числе писчей и бумаги для печати, на сравнительно тихоходных машинах, третья — при выработке такой же бумаги на более быстроходных машинах.

В первой схеме бумага поступает в оба пресса, не меняя сво­его направления, при этом она своей нижней поверхностью со­прикасается с более шероховатым сукном, а верхней — с гладким валом. Благодаря этому бумага приобретает неодинаковую глад­кость по сторонам листа. Схема проста и удобна для работы, но применять ее можно только при выработке бумаги, к которой не предъявляют особых требований по однородности ее сторон.

Во второй схеме бумага, пройдя два прямых пресса, огибает третий пресс снизу и проходит между валами, поворачиваясь к сукну своей верхней стороной. Благодаря этому нижняя, более шероховатая сторона бумаги, соприкасаясь с гладкой поверх­ностью гранитного вала, разглаживается.

Третья схема отличается от второй только тем, что вместо третьего обратного пресса устанавливается прямой «переверну­тый» пресс, у которого гладкий гранитный вал находится снизу, а обрезиненный отсасывающий вал с сукном — сверху, и бумажное полотно не нужно переворачивать другой стороной, чтобы разгла­дить более шероховатую сеточную сторону листа. Такое располо­жение прессов упрощает заправку бумаги и потому находит те­перь применение на более быстроходных машинах при выработке писчей и бумаги для печати. Четвертый, сглаживающий, пресс еще больше выравнивает бумажное полотно и устраняет следы марки­ровки от сукон:

Обычный мокрый пресс состоит из двух массивных прессовых валов и сукна, движущегося по сукноведущим валикам через прессовые валы вместе с бумагой.

Нижний, покрытый резиной, прессовый вал лежит своими под­шипниками на неподвижных опорах. Верхний, гранитный, вал рас­полагается над первым в подвижных рычагах и может переме­щаться относительно нижнего вала и прижиматься к нему при помощи присадочного устройства.

Верхний прессовый вал смещен по отношению к нижнему на­встречу движению бумаги на 50—120 мм, чтобы облегчить сток воды, отжимаемой валами. Для очистки от приставших волокон и прочих загрязнений, а также для предотвращения наматывания бумаги прессовый вал снабжён шабером.

В последнее время на основе глубокого изучения механизма процесса обезвоживания бумаги на вальцовом прессе были пред­ложены технические усовершенствования, которые позволили ин­тенсифицировать работу прессов и достичь сухости бумажного полотна до 38—40% при высокой рабочей скорости машины. Из числа таких усовершенствований отметим применение 1)с пластической сеткой под сукном;2)с пластической сеткой ,надетой на вал; 3.)пресс «Вента-нип»; 4)раздель­ный пресс; 5)пресс высокой интенсивности.

1) Пресс с подкладочной пластической сеткой, получивший наибольшее применение. Как видно из рисунка, под обычное прессовое сукно на­девается сетка из синтетического материала, которая движется по направляющим валикам. Назначение пластической сетки заклю­чается в том, чтобы отбирать воду, отжимаемую прессом из бу­маги и сукна, и уносить ее из зоны прессования. Далее эта вода частично выбрасывается из ячеек сетки центробежной силой:

2 ) Дальнейшим развитием идеи применения подкладочной сетки под сукно является прессовый вал с чулком из пластической сетки. В этой конструкции на нижний обрезиненный вал (без вакуум-камеры) надевают пластмассовую сетку сравнительной грубой структуры. Ячейки этой сетки воспринимают воду, отжимаемую из бумажного полотна и сукна, которая затем удаляется из сетки выдуванием струей воздуха из воздушного шабера, установлен­ного с нижней стороны вала под некоторым углом к касательной вала:

3) Особенность конструкции пресса «Вента-нип» за­ключается в том, что на нижнем обычном вале с твердой резино­вой облицовкой нанесены спиральные канавки шириной около 0,5—0,6 мм и глубиной около 2,5—3,2 мм, с промежутками между ними около 2,5 мм .Эти канавки на теле вала сообщаются с атмосферой и служат для приема воды, отжимаемой прессом из бумаги и сукна.

4) Так называемый раздельный пресс состоит из двух отдельных пар прессов, один из которых обычный, служит для отжима воды из бумаги, а другой, чаще всего отсасываю­щий,— для отжима воды из сукна. Идея этой конструкции за­ключается в том, чтобы вся вода, поглощенная сукном из бумаги, отжималась на втором прессе, на котором можно применять по­вышенное давление. К достоинству этой конструкции можно отнести: отсутствие маркировки бумаги; сукно не раздавливает бумагу при загрязне­нии, так как вода не фильтруется через сукно на первом прессе и не накапливается в зазоре между валами; конструкция может применяться при выработке различных видов бумаги; увеличи­вается срок службы сукна

5) В этой конструкции, названной прессом высокой интенсивности, верхний прессовый вал гранитный или стонитовый, а нижний облицован резиной твердостью 20—30 пунктов по Пуссей-Джонсу, без вакуум-камеры. Бумага вместе с сукном прохо­дит между верхним и промежуточным валиком, а вода, отжатая из бумаги и сукна, поступает в углубления промежуточного ва­лика и выбрасывается оттуда центробежной силой. Благодаря ма­лому диаметру промежуточного валика и малой ширине зоны прессования пресс работает с меньшим линейным, но большим удельным давлением прессования, требует гораздо меньшей бом­бировки валов и интенсивно удаляет воду из бумажного полотна.