22 Крашение бумаги.Краткая характеристика красителей.

Окрашивание бумаги в какой-либо цвет осуществляют или крашением бумажной массы, из которой изготовляется бумага, или окраской бумаги с поверхности при использовании для этой цели употребляемых в полиграфии методов нанесения пе­чати или оборудования, применяемого в бумажной про­мышленности (клеильного пресса, бумагокрасильной машины и др.).

К окрашенным видам бумаги относятся: основы для фибры и пергамента, промокательная, для текстильных патронов и конусов, неактиничная, бутылочная, афишная, для спичечных коробок, писчая цветная, разные декоративные виды бумаги, некоторые разновидности упаковочной бумаги, конвертной, прядильной, электротехнических видов бумаги, салфеточной бумаги, бумаги для печати, а также другие виды бумажной продукции

В зависимости от вида и назначения окрашенной бумаги, способа крашения и условий осуществления этого процесса к используемым красителям предъявляются различные требо­вания, которые в большинстве случаев сводятся к способности придания бумаге яркой окраски при минимальном их расходе и хорошем удержании на волокнах. Окраска при этом не дол­жна смываться водой и должна быть свето- и теплоустойчи­вой, в отдельных случаях желательна кислото- и щелочестойкость красителя или устойчивость к каким либо специфиче­ским химикатам, с которыми соприкасается окрашенная поверхность бумаги. Красители, используемые в разных видах бумаги санитарно-быгового назначения, должны быть неток­сичными, дешевыми, во многих случаях светостойкими и ус­тойчивыми к действию обработок влажной среды. Сам процесс крашения по своей природе коллоидно-хими­ческий. При этом краситель из раствора должен быть равномерно и прочно закреплен на компонентах бумаги: волокнах, частицах минерального наполнителя и пр. Существенное зна­чение при крашении имеют адгезионные явления и проявляю­щиеся при этом силы взаимодействия красителя с поверх­ностью, подлежащей окраске. Природа сил связи красителя с окрашиваемой поверхностью различна в зависимости от вида красителя и условий крашения.

Красители могут поступать на бумажную фабрику сухими и в разведенном виде с концентрацией 30—40%. Использова­ние уже разведенных красителей имеет существенные преи­мущества: отпадает необходимость в наличии на бумажной фабрике баков для разведения красителей, снижается трудо­емкость в приготовлении их растворов и устраняется проблема в образовании пыли, неизбежно возникающей при использова­нии порошкообразных красителей.

При этом к тому же расход красителей снижается на 20— 40 % за счет уменьшения потерь при взвешивании, растворении и т. д.

При применении на предприятиях бумажной промышлен­ности красителей, поступающих в разведенном виде, открылись возможности использования систем автоматического (непре­рывного или периодического) введения красителей в бумаж­ную массу, что облегчает процесс окраски бумаги и способствует равномерному ее окрашиванию при выработке на быстроходных бумагоделательных машинах с уменьшением ко­личества цветного брака.

К числу преимуществ окраски бумаги с поверхности нужно отнести возможность совмещения этого процесса с другими видами поверхностной обработки бумаги (придание влагопрочности, биостойкости, пластичности и пр.). Качество поверх­ностно окрашенной бумаги во многих случаях (но не во всех) превосходит качество бумаги, окрашенной в массе. При по­верхностной окраске бумаги с повышенной массой 1 м² наблю­дается, по сравнению с окраской бумажной массы, существен­ная экономия дорогих красителей, достигающая 30—40 %. Сле­дует также учитывать, что поверхностное крашение бумаги не влечет за собой спуск в водоем окрашенной сточной производ­ственной воды. Это очень важно в условиях все более усили­вающейся во всем мире борьбы за охрану природы. Для окраски бумаги применяют различные красители, ко­торые можно разделить на неорганические (естественные и ис­кусственные), используемые в настоящее время редко, и ор­ганические. Из неорганических красителей следует упомянуть ультрамарин, вводимый в бумажную массу для подцветки бе­лой бумаги. Органические красители также могут быть естест­венными и искусственными. Именно последние получили в про­изводстве бумаги наибольшее распространение, так как они обеспечивают возможности придания изготовляемой бумаге широкого разнообразия цвета и оттенка. Органические синте­тические красители, применяемые для окраски бумаги, делятся на следующие группы: основные, прямые (субстантивные), кислотные, кубовые и сернистые. Большинство видов красите­лей представляют собой растворимые красящие вещества, ко­торые усваиваются волокнами адсорбционно или путем непо­средственного химического взаимодействия.

Пигментные красители — нерастворимые красящие вещества, которые либо синтезируются на волокнах из исход­ных материалов либо осаждаются на волокнах различными методами: химически из растворимых производных, разложе­нием их солей или другим способом. К числу пигментных кра­сителей относятся кубовые и сернистые красители, обладаю­щие высокими показателями водостойкости и светопрочности. Кубовые красители характеризуются приданием окрашивае­мой бумаге ярких цветов и сочных оттенков, что и обусловли­вает в ряде случаев их применение, несмотря на относитель­ную дороговизну и усложненную технологию использования. Сернистые красители дешевы, но придают бумаге тусклую ок­раску.

Основные красители непосредственно хорошо окраши­вают волокна древесной массы и небеленой (лучше жесткой) целлюлозы, но хуже волокна беленой целлюлозы, имеющие низкое содержание лигнина и гемицеллюлоз, и еще хуже — тряпичные волокна. Часто эти красители используют также для окраски волокон из смешанной макулатуры. Во всех этих случаях достигается получение практически бесцветной сточ­ной воды. Для фиксации основных красителей на волокнах древесной массы, т. е. контакта волокон с красителем, доста­точно всего лишь 20—30 с. Связь основного красителя с во­локнами химическая. Сорбция этого красителя определяется содержанием в волокнах карбоксильных групп, к которым ос­новные красители обнаруживают сродство.

Прямые красители обеспечивают непосредственно хоро­шую окраску волокон хлопка и беленой целлюлозы и значи­тельно хуже окрашивают волокна древесной массы. При ок­рашивании прямыми красителями волокон беленой целлюлозы время контакта этих красителей с волокнами должно состав­лять до 2, а иногда и 4 мин в зависимости от марки краси­теля, требуемой интенсивности окраски и условий проведения процесса крашения. Прямые красители целесообразно при­менять для окраски неклееных видов бумаги: промокательной, основы для фибры, основы для пергамента, различной бумаги санитарно-бытового назначения. Эти красители образуют с гидроксильными группами целлюлозы водородную связь. При этом эффективность сорбции прямого красителя волокнами целлюлозы в значительной степени зависит от величины со­ответствующего электрокинетического потенциала. Последний, однако, не оказывает заметного влияния на сорбцию волок­нами основного красителя.

Кислотые красители хорошо окрашивают шелк, шерсть и полиамидные волокна и плохо окрашивают целлюлозу, дре­весную массу и частицы каолина. Эти красители обычно ис­пользуют для окраски проклеенной бумажной массы при из­бытке сернокислого алюминия. Кислотные красители не дают такую яркую окраску, как основные, но являются более све­тостойкими. В осаждении кислотных красителей на раститель­ных волокнах, имеющих в воде отрицательный заряд, сущест­венную роль играют силы электростатического притяжения, проявляющиеся в результате действия при крашении сернокис­лого алюминия. Окраску основными и прямыми красителями лучше осуществлять с использованием мягкой производствен­ной воды, при окраске же кислотными красителями соли жест­кой воды благоприятствуют процессу крашения.

23 ТЕОРИЯ КРАШЕНИЯ. И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССА КРАШЕНИЯ БУМАГИ.

Сложность процесса крашения обусловлена не только раз­личием свойств используемых при этом красителей, но и не-однороднос1ью по виду, «роению и химическому составу волокон, из которых изготовлена бумага, а также наличием в бумажной массе различно окрашиваемых наполнителей и проклеивающих веществ. В силу этого на процесс крашения тем или иным красителем оказывает влияние большое количество переменных факторов, среди которых можно выделить: вид окрашиваемых волокон и степень их помола, количество в бу­мажной массе наполнителей, проклеивающих веществ и серно­кислого алюминия, рН и температуру среды при крашении, а также температуру сушки и конечную влажность высушивае­мой бумаги. Несомненное влияние оказывает также степень использования оборотной окрашенной воды и оборотного брака, жесткость производственной воды, наличие или отсут­ствие процесса каландрирования бумаги и пр. Интенсивность окраски волокон целлюлозы красителями зависит также от того, подвергалась или не подвергалась окрашиваемая целлю­лоза предварительной сушке и при какой температуре она высушивалась. Имеет значение и соотношение длины молекул красителя с размерами пор волокон. При большой длине моле­кул красителя последний не может проникнуть в мельчайшие поры волокон. Как правило, красители желтого цвета обла­дают относительно малой длиной молекул. По возрастанию длины молекул красители располагаются в последовательно­сти- красные, синие, черные.

С повышением степени помола бумажной массы удельная поверхность волокон повышается, что способствует увеличению адсорбции ими красителей и получению бумаги с цветом более яркого тона. Ввиду чувствительности многих видов красителей даже к небольшим колебаниям величины указанных выше пе­ременных факторов необходимо во избежание изменения ок­раски бумаги тщательно придерживаться постоянства техно­логического режима процесса крашения.

Указанные выше особенности крашения различных расти­тельных волокон красителями разных групп свидетельствуют о сложности процесса, для качественного проведения которого часто пользуются одновременно красителями разных групп. При этом растворы красителей разных групп обычно нельзя смешивать во избежание выпадения осадка и вводят эти рас­творы в массу в определенной последовательности. Например, при совместном крашении бумажной массы основными и кис­лотными красителями первоначально в бумажную массу вво­дят кислотный краситель, а затем после канифольного клея и сернокислого алюминия — основной. Если крашение осущест­вляется совместным действием кислотного и прямого краси­телей, вначале в бумажную массу вводится прямой краситель. Он же вводится первым в бумажную массу при совместном крашении основными и прямыми красителями.

Расход прямых красителей в производстве санитарно-бытовых видов бумаги при окраске в слабые пастельные тона со­ставляет до 0,2 % к массе волокон и от 0,2 до 1 % для окраски бумаги в средние и интенсивные тона.

При выработке различных видов бумаги расход красителей изменяется в широких пределах в зависимости от вида исполь­зуемого красителя и требуемой интенсивности окраски.

Оптические отбеливатели — это вещества, способные ча­стично поглощать сине-фиолетовую часть спектра света с пре­образованием этого поглощения в виде видимого голубого све­чения (флуоресценции), благодаря чему осуществляется оп­тический 'эффект отбелки бумаги. Очевидно, что чем больше излучаемая голубая флуоресценция оптического отбеливателя, тем эффективнее его действие. Оптические отбеливатели ис­пользуются в весьма малых количествах и при этом придают бумаге столь высокую степень видимой белизны, которую не может обеспечить ни химическая отбелка волокнистых полу­фабрикатов, ни использование белых наполнителей, не говоря уже о красителях для подцветки бумаги. Вместе с тем опти­ческие отбеливатели не всегда применимы. Так, их нецелесооб­разно применять в композиции бумаги, содержащей более 20 % небеленой целлюлозы или древесной массы. Эти полуфабри­каты сами активно поглощают ультрафиолетовые лучи, что в значительной степени препятствует действию оптических от­беливателей. Чем желтее используемые волокнистые мате­риалы и минеральные наполнители, тем меньше эффект от действия оптических отбеливателей.

На проклеенных канифольным клеем видах бумаги эффект оптической отбелки менее заметен, чем на неклееных. Влияние ошических отбеливателей при низком рН среды обычно меньше, чем при высоком.

Оптические отбеливатели можно вводить в бумагу различ­ными способами: в бумажную массу, в клеильный пресс бу­магоделательной машины или вместе с покровным слоем при использовании специального оборудования для мелования бу­маги. Очевидно, чю способы нанесения оптических отбелива­телей на поверхность бумаги экономически наиболее выгодны, так как в этом случае нет потерь с промоями, да и нет необхо­димости иметь оптический отбеливатель в толще бумаги, по­скольку важной является белизна ее поверхности.

Расход оптических отбеливателей при их введении в бу­мажную массу (вводить следует до добавления сернокислого алюминия и после введения наполнителей) не превышает 0,1 — 0,2 % к абс. сухой массе всей композиции. При поверхностной обработке бумаги оптический отбеливатель используется в зна­чительно меньшем количестве, а при введении его в покровную меловальную суспензию — всего лишь 0,1—0,15% от абс. су­хой массы компонентов.

Оптические отбеливатели применяются для повышения бе­лизны различных видов бумаги для письма и печати. Благо­даря контрасту между белизной бумаги и цветом печатной краски или чернил текст, нанесенный на подобную бумагу, выглядит особенно четким и приятным для глаза. Хорошие ре­зультаты дает применение оптических отбеливателей для по­вышения белизны основы фотобумаги, картографической бу­маги, основы для парафинирования, полотенечной, основы для слоистых пластиков и многих других видов бумаги. Целесо­образным также является введение оптических отбеливателей в белый покровный слой коробочного картона. Рекомендуется также введение оптических отбеливателей в композицию белой оберточной бумаги для упаковки пищевых продуктов, портя­щихся под влиянием ультрафиолетовых лучей.

26 ДЕАЭРАЦИЯ БУМАЖНОЙ МАСС ПЕРЕД БДМ.

При отливе бумаги на бумагоделательной машине одним из нежелательных компонентов бумажной массы является воздух, обычно содержащийся в ней от 0,4 до 6 % по объему Это, ка­залось бы, небольшое содержание воздуха в массе на самом деле является высоким по отношению к объему волокон Так, в массе, поступающей на бумагоделательную машину с кон­центрацией волокон 0,5%, указанное содержание воздуха со­ответствует 80—1200% по отношению к объему волокон. Скоп­лению воздуха в бумажной массе способствует ее непрерывное перемешивание и перекачивание насосами, сопровождаемое за­сосом воздуха.

Газы присутствуют в волокнистой суспензии из трех состоя­ниях— свободном,_ связанном и растворенном. Свободный— это газ, который стремится всплыть на поверхность массы и поэтому его концентрация уменьшается с увеличением расстоя­ния от поверхности. Такой газ может быть легко удален. Свя­занный газ не удаляется простой выдержкой массы при пони­женном давлении потому, что либо он прочно связан с волок­нами, либо заключен внутри сгустков волокон, стабилизируя хлопья из-за действия сил поверхностного натяжения. При из­менении температуры массы содержание растворенного в ней воздуха меняется. Так, с повышением температуры от 0 до 30 °С растворимость воздуха в воде уменьшается примерно в 2 раза. Растворенный в суспензии воздух не вызывает каких-либо серьезных затруднений.

Вредное влияние воздуха в бумажной массе обнаружива­ется при выделении его в виде пузырьков и сказывается в обра­зовании пены и сгустков волокон в потоке массы, что, в свою очередь, влечет за собой появление в бумаге воздушных пузы­рей, неровного просвета и других дефектов. Увеличивается брак бумажной продукции и возрастает число обрывов бумажного полотна на бумагоделательной машине. Неудивительно, что эти затруднения возникают чаще летом при наличии теплой произ­водственной воды, когда растворимость воздуха в суспензии снижается.

Воздушные пятна в бумаге легко обнаружить при рассмот­рении ее на просвет. Они выглядят в виде просвечивающих пя­тен круглой формы При внимательном рассмотрении бумаги в отраженном свете эти воздушные пузыри вследствие большей прозрачности листа в этих местах кажутся несколько темнее общего фона бумаги.

Бумага с воздушными пузырями из за своей неоднородности неравномерно воспринимает типографскую краску, что отрица­тельно сказывается на качестве печати, особенно иллюстра­ционной.

При изготовлении цветных видов бумаги пенообразование нередко влечет за собой скопление частиц красителя на стенках пузырьков и получение вследствие этого неравномерной, с пятнами, окраски бумаги.

При изготовлении многослойного картона наличие воздуха в бумажной массе заметно снижает межслоевую прочность и часто наблюдается расслоение картона.

При большом содержании воздуха в массе часть воздушных пузырьков, адсорбируясь на поверхности волокон, препятствует контакту между ними, что снижает прочность бумаги из-за уменьшения поверхности образования межволоконных связей.

Одним из способов борьбы со скоплением воздуха в бумаж­ной массе является сочетание предварительной очистки массы с ее деаэрацией.

Большое распространение приобрела деаэрация бумажной массы в установке, получившей название декулатор. Эта установка (рис. 32) состоит из собственно декулатора-емкости цилиндрической формы 2 и системы создания в этой емкости вакуума, включаю­щей паровой эжектор 3, вакуум-насос 4 и конденса­тор 8. Масса после очист­ной аппаратуры 5 насосом 7 из сборника 6 подается в декулатор, куда она по­ступает через специальные незабивающиеся насадки, придающие массе враща­тельное движение и высо­кую скорость выброса. Масса ударяется о стенки декулатора и о продольно установленную в нем преграду, и пузырьки воз­духа отделяются от воды и волокон. Для удаления воздуха в декулаторе создается глубокий вакуум 86—96 кПа. Постоян­ный уровень массы в декулаторе поддерживается автоматиче­ски, с пульта управления регулируют также температуру и степень вакуума в декулаторе. Освобожденную от воздуха бу­мажную массу насосом перекачивают в напорный ящик 1 бу­магоделательной машины.

При практическом применении декулаторов были достиг­нуты следующие результаты: 1) полностью ликвидировано пе-нообразование и накапливание сгустков волокон в напорном ящике бумагоделательной машины; 2) оказались ненужными водяные спрыски для разбивки пены в напорном ящике откры­того типа, вследствие чего сократился расход свежей воды и повысилась температура массы, что облегчило обезвоживание при выработке газетной бумаги примерно па 10%; 3) значи­тельно сократились холостые пробеги бумагоделательных ма­шин в связи с ликвидацией сгустков волокон и пены; 4) ско­рость машин в ряде случаев удалось повысить (при выработке газетной бумаги на 5—9%) и соответственно увеличить произ­водительность бумагоделательных машин; 5) улучшилось ка­чество бумаги за счет большей равномерности просвета, повы­шения плотности и гладкости, а также полного устранения воздушных пузырей в бумажном полотне; 6) благодаря деаэра­ции бумажной массы при сушке бумаги удалось снизить рас­ход пара (по некоторым данным на 4 %).

24, 25 ОЧИСТКА БУМ. МАССЫ. ПОБГОТОВКА БУМ.МАССЫ К ОТЛИВУ.

Нередко перед отливом бумаги на бумагоделательной машине исходную бумажную массу отрегулированной концен­трации из машинного бассейна через переливной бачок посто­янного напора направляют для окончательного размола на ко­ническую или дисковую мельницы, устанавливаемые не в раз­мольно подготовительном отделе, а в начале зала бумагодела­тельных машин.

Большей частью назначение такого размола — рафинирова­ние массы, т. е. разбивка отдельных сохранившихся пучков волокон и выравнивание степени помола всей массы с незна­чительным повышением общей степени помола массы (на 1 — 3 °ШР).

В отдельных, сравнительно редких, случаях при выработке некоторых технических видов бумаги размалывающие мель­ницы устанавливаются перед бумагоделательной машиной для осуществления основного непрерывного размола массы при ча­стичной или полной ликвидации размольно-подготовительного отдела. В этих случаях устанавливаются последовательно или параллельно несколько мельниц.

Для осуществления последующей операции очистки бумажной массы от сора минерального и растительного происхожде­ния необходимо прежде всего сильно разбавить водой бумаж­ную массу, имеющую концентрацию в машинном бассейне 2,5—3,5 % и при этой же концентрации пропущенную через рафинирующую мельницу. Разбавление массы осуществляется оборотной водой от бумагоделательной машины и необходимо потому, что из относительно густой массы трудно удалить за­грязнения. Кроме того, разбавление массы необходимо и для последующего отлива бумаги и получения ее с однородной структурой (с безоблачным просветом). В случаях относи­тельно небольших производственных потоков массы ее разбав­ление оборотной водой производят в дозировочном бачке. На современных предприятиях обычно разбавление массы осуществляют с использованием смесительного насоса. В настоящее время эта схема разбавления массы из-за ее эксплуатационных преимуществ (легкая регулировка при интенсивном перемешивании массы с водой и равномерном разбавлении) получила распространение не только на предприятиях большой произ­водственной мощности, но и на предприятиях с небольшими производственными потоками массы.

Смесительный насос устанавливают на первом этаже с та­ким расчетом, чтобы вода из сборника оборотной воды посту­пала во всасывающий трубопровод насоса самотеком под по­стоянным напором. В этот же трубопровод поступает масса из бака постоянного уровня. Количество поступающей массы ре­гулируется задвижкой. Эта схема имеет и некоторые модификации с регулированием степени разбавления массы задвиж­кой на нагнетательном трубопроводе или же с регулированием подачи оборотной воды на обводном трубопроводе между на­гнетательным и всасывающим трубопроводами.

При выработке различных видов бумаги концентрация массы в каждом случае различна и может отличаться между собой в очень больших пределах (от 0,1 % при выработке тон­чайших видов бумаги до 1,8% при выработке картона). 7. Очистка бумажной массы от сора необходима прежде всего для повышения качества изготовляемой бумаги. Кроме того, посторонние включения в бумажной массе служат одной из причин обрывов бумажного полотна при его изготовлении па бумагоделательной машине.

Виды сора в бумажной массе различны, как и различны причины его появления. Сор минерального происхождения по­падает в бумажную массу в виде песка от дефибрерных кам­ней и каменной гарнитуры размалывающих аппаратов. Метал­лические включения могут попасть от ножей размалывающих аппаратов, а также из недостаточно очищенной макулатуры или тряпичной массы (скрепки, кнопки и пр.). Загрязнения ра­стительного происхождения (крупная костра, щепочки, ку­сочки коры, сгустки массы и пр.) могут появиться из полу­фабрикатов при их плохой очистке. Кроме того, различного рода загрязнения могут попасть в бумажную массу с напол­нителями и сернокислым алюминием, производственной водой, оборотным браком и из недостаточно чисто промытого обору­дования и коммуникаций. Moгут попасть в бумажную массу и случайные посторонние включения (кусочки штукатурки или резины от конвейерных лент и пр.).

Особый вид загрязнений представляет собой слизь — скоп­ление микроорганизмов (бактерий, грибов, водорослей) и про­дуктов их жизнедеятельности. Микроорганизмы поступают в производственные потоки со свежей водой и в условиях под­ходящей питательной среды быстро развиваются. В виде об­растаний они покрывают внутренние поверхности оборудова­ния и трубопроводов, загрязняя потоки бумажной массы и оборотной воды. Бороться со слизеобразованнем методами сортирова­ния массы нельзя, так как слизь проходит через ячейки сита или отверстия любой аппаратуры для сортирования бумажной массы. Действенные методы борьбы со слизеобразованием заключаются в тщательной и регулярной промывке обо­рудования и трубопроводов с периодическим использованием этом соответствующих антисептических средств.

Ранее применявшейся простейшей аппаратурой для отделе­ния из бумажной массы посторонних включений большей плотности, чем плотность растительных волокон, была песочни­ца— открытый деревянный или железобетонный желоб с на­клонно установленными по ходу движения массы перегородками. При медленном движении массы над перегородками пе­сочницы тяжелые включения осаждались на дне, на котором иногда были смонтированы электромагниты, облегчающие выде­ление из потока массы некоторых металлических включений. Ввиду малой производительности, громоздкости и необходимости периодических очисток это оборудование в настоящее время не применяется.

Для очистки бумажной массы от включений большей плот­ности, чем плотность растительных волокон, в настоящее время применяется аппаратура, в которой очистка осуществляется под действием центробежной силы.

Одним из аппаратов, основанных на этом принципе, является центробежный очиститель, применяе­мый перед бумагоделательными машинами сравнительно не­большой производительности и при выработке ограниченного ассортимента видов бумаги (конденсаторная и некоторые дру­гие). Бумажную массу, содержащую минеральный наполни­тель, через центробежный очиститель не пропускают.

Масса, поступающая сверху аппарата, крыльчаткой отбрасывается к стенкам внутреннего барабана. Отходы, отделяющиеся под действием центробежной силы, удаляются через патрубок, а предварительно очи­щенная масса через отверстие поступает из внутреннего барабана в наружный, где она дополнительно очищается и удаляется через желоб Производительность центробежного очистителя 60 м³/ч.

Большое распространение для очистки бумажной массы приобрели так называемые вихревые очистители, в ко­торых очистка массы производится также под действием цен­тробежной силы. Эти аппараты, занимающие мало места, ус­танавливают обычно батареями в одну, две и три ступени. Из­вестны два основных типа вихревых очистителей: фортрапы и центриклинеры. Первые имеют цилиндрическую форму и две последовательно установленные на некотором расстоянии друг от друга резиновые диафрагмы, через отверстия которых вниз проходят отходы, а вверх по центральной оси аппарата поднимается очищенная масса. Центриклинеры имеют коническую форму, облегчающую процесс очистки массы, и в них отсутст­вуют диафрагмы. Благодаря простоте своего устройства и эф­фективной очистке бумажной массы центриклинеры вытеснили фортрапы и применяются повсеместно не только для очистки бумажной массы, но и для очистки полуфабрикатов (целлю­лозы и древесной массы). Центриклинер представляет собой трубу конической формы При этом масса приобретает завихрения и движется вниз по спирали. Тяжелые частицы под влиянием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата. Коническая форма трубы способствует развитию в ее нижней части большей центробежной силы, бла­годаря чему увеличивается эффект очистки массы Отходы удаляются по внутренней стенке трубы из нижней части аппарата. В центральной ее части создается зона разрежения, благодаря которой очищенная масса поднимается вверх и удаляется из аппарата через патрубок.

29 НАПОРНЫЕ ЯЩИКИ.

Напускные устройства бумагоделательных машин по своей конструкции существенно различаются между собой в зави­симости от скорости машины. Дело в том, что качество изго­товляемой бумаги в значительной степени зависит от относи­тельной скорости поступления массы на сетку бумагоделатель­ной машины по сравнению со скоростью движения сетки. Если скорость массы значительно меньше скорости сетки, волокна нижней части массного потока, касаясь каким-либо своим кон­цом сетки, увлекаются последней и вытягиваются в машинном направлении, т. е. в направлении хода сетки. Вследствие этого изготовляемая бумага имеет ярко выраженную ориентацию волокон в машинном направлении преимущественно на своей нижней (сеточной) стороне. Последующие слои волокон каса­ются уже не сетки, а волокон нижнего слоя, не успевших еще полностью приобрес!и скорость сетки. Поэтому ориентация во­локон в машинном направлении в этих слоях хотя и имеет ме­сто, но менее выражена. Еще менее выражена она на верх­ней поверхности бумажного полотна. Чем толще изготовляе­мая бумага, тем большее различие в ориентации волокон на ее верхней и сеточной сторонах.

Повышенная ориентация волокон в машинном направлении приводит к анизотропии в прочностных свойствах бумаги: су­щественно более высокой прочности бумаги в ее машинном на­правлении по сравнению с прочностью в поперечном направ­лении. Для большинства видов бумаги желательно небольшое различие в ориентации волокон и соответственно в прочности по машинному и поперечному направлениям. Поэтому в большинстве случаев необходимо, чтобы скорость поступления массы на сетку была бы примерно равна скорости сетки при допустимом отставании скорости массы от скорости сетки на 5—10%. Только в сравнительно редких случаях (при выработке шпа­гатной бумаги, бумаги для телеграфной ленты и пр.), когда нужна повышенная прочность бумаги именно в машинном на­правлении, скорость поступления массы на сетку существенно меньше скорости сетки. Превышение скорости массы над ско­ростью сетки ведет к наплывам массы на сетку с образованием на ней поперечных волн и к ухудшению равномерности про­света бумаги. При выработке отдельных видов бумаги, напри­мер тонкой конденсаторной, изготовляемой при низкой скорости бумагоделательной машины с длинным сеточным столом, прак­тически невозможно создать столь малый напор массы перед выходом ее на сетку, который соответствовал бы скорости вы­хода массы примерно равной скорости сетки. В этом случае скорость массы несколько превышает скорость сетки. Скорость потока на самой сетке уменьшают подъемом сеточного стола в направлении от грудного вала к гауч-валу.

Скорость поступления на сетку бумагоделательной машины

27 ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ БДМ…

Для изготовления бумаги используются различные типы бумагоделательных машин, различающиеся между собой по принципу образования бумажного полотна: столовые (плоскосеточные), цилиндровые (круглосуточные), комбинированные, двухсеточные и их модификации, машины сухого способа изго­товления бумаги. Тем не менее основным типом применяемых бумагоделательных машин до сих пор остается столовая ма­шина.

По сравнению с первой бумагоделательной машиной Робера увеличилась ширина, скорость и, следовательно, производительность современных столовых машин, усовершенствовались конструктивные особенности сеточного стола, добавились прес­совая, сушильная и отделочная части машины, привод машины теперь осуществляется от электродвигателей. Однако не изме­нился основной принцип изготовления бумаги из водной суспен­зии соответствующим образом обработанных растительных во­локон, осаждаемых на непрерывно движущейся плоской сетке.

Если машина Робера имела ширину 0,64 м, скорость 10— 12 м/мин и производительность не более 0,5 i бумаги в сутки, то современные столовые бумагоделательные машины при ши­рине до 8—10 м могут достичь скорости до 1000—1500 м/мин и производительности до 500 т и более бумаги в сутки. Бумаго­делательная машина Робера имела длину 2,5 м, современные столовые машины 120—-130 м. ин. Если принять: В —необрезная ширина бумаги на бума­годелательной машине, м; v — средняя (рабочая) скорость ма­шины, м/мин, то очевидно, что каждую минуту бумагоделатель­ная машина может изготовить Вv квадратных метров бумаги или 0,001Bvq кг бумаги, где q — масса 1 м² бумаги, г. Cooт ветственно за 1 ч машина может изготовить 0,06Вvq кг бумаги. Однако 1 выбранный час непрерывной работы машины дает недостаточную информацию о ее практической работе, в про­цессе которой есть обязательные остановки машины для прове­дения необходимых ремонтных работ, а также смены одежды машины (сетки и сукон). Поэтому обычно интерес представ­ляет хотя бы суточная работа машин с К1 — фактическим чис­лом часов работы машины в сутки Здесь следует иметь в виду, что K1 является фактическим числом часов работы машины в сугки, средним за длительный период времени работы ма­шины, а не за отдельно выбранные сутки, в течение которых могут и не производиться ремонтные или другие работы, тре­бующие остановки машины. При проектировании обычно при­нимается К\ равным 22,5—23 ч в сутки.

Таким образом, суточная производительность бумагодела­тельных машин составит 0,06BvqK1, кг, при условии, что в про­цессе выработки не будет брака и обрывов бумажного полотна на машине, вызывающих холостой ход машины, т. е, времени работы машины без продукции на накате (времени, необходи­мого для ликвидации обрывов бумажного полотна). Указанная производительность называется суточной производительностью машины брутто. Обозначим коэффициент производительности машины, учитывающий ее холостой ход,— К2 и коэффициент про­изводительности машины, учитывающий брак на машине,— К3,-Обычно в зависимости от вида вырабатываемой бумаги, тех­нического состояния бумагоделательной машины и квалифика­ции обслуживающего персонала холостой ход машины состав­ляет 2—5 % от времени всей работы машины и, следовательно, K2 соответственно равняется 0,98—0,95.

Брак в производстве бумаги в зависимости от тех же при­чин, включая потери бумаги при обрезании кромок на перемотно-резательном станке, при суперкаландрировании и пр. со­ставляет от 2 до 12 % и соответственно /G, равняется 0,98—0,88.

Очевидно, что суточная производительность бумаги нетто Р, кг/сут, определится по формуле :

Эта суточная производительность нетто соответствует количе­ству товарной продукции. Выработка бумаги брутто на накате определяется по той же формуле, но соответствующие коэф­фициенты учитывают холостой ход и брак на машине (без учета соответствующих потерь при различных операциях в от­делочном цехе).

30 РАБОТА НАПУСКНОГО УСТРОЙСТВА.

где g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²; h —напор массы перед выпускной щелью, м (считается до середины вы­соты щели); (µ — коэффициент истечения (вытекания), завися­щий от формы выпускной щели и сопротивлений, оказываемых выходу массы на сетку деталями напускного устройства, а также от вязкости массы.

Вязкость массы в свою очередь зависит от ее температуры, степени помола, концентрации, композиции и т. д. Поэтому ве­личину коэффициента истечения нельзя считать строго посто­янной. Однако в расчетах при истечении потока на сетку из-под вертикальной линейки принимают ц = 0,6—0,7, из-под "наклон­ной линейки в зависимости от угла наклона от 0,75 до 0,8 и из выпускной насадки —0,94—0,98.

При установлении необходимого напора массы следует иметь в виду, что скорость сетки отличается от скорости ма­шины, определяемой по скорости намотки бумаги на накате, и составляет в зависимости от вида изготовляемой бумаги от 85 до 95 % от скорости машины.

Напускное устройство с вертикаль­ными подпорными линейками, ранее устанавливаемое на тихо­ходных бумагоделательных машинах. Напор массы в данном случае не превышает 0,1—0,12 м. Устройство состоит из груд­ной доски , резинового фартука и трех укрепленных на фор­матной каретке вертикальных подпорных линеек с махович­ками для регулирования высоты щели по всей ширине ма­шины. Линейки служат для создания необходимого напора массы, устранения струй и задержания пены Для разбивки пены над линейками устанавливают водяные спрыски

Задача создания нужного напора и, следовательно, необходимой скорости выхода массы на сетку была решена благодаря созданию раз­личных конструкций напускных устройств у открытых напор­ных ящиков, применение которых позволило осуществить ра­боту бумагоделательной машины при скорости до 450 м/мин. Напускное устройство открытого напорного ящика с вращающимся от самостоятельного при­вода распределительным перфорированным валиком у выпу­скной щели. Валик «утоплен» с тем, чтобы даже при низком напоре массы перед выпускной щелью он неизменно нахо­дился под уровнем массы и при своем вращении не нагнетал в массу захватываемый воздух.

Открьпый напорный ящик, в котором поток массы для успокоения проходит через несколько отде­лений и затем через перфорированный валик и выпускную насадку поступает на сетку.

Поток массы поступает в напорный ящик через потокораспределитель, затем, пройдя через вращающиеся в двух отделениях ящика перфорированные валики и обтека­емой формы выпускную насадку, выходит на сетку.

При проектировании бумагоделательных машин, работаю­щих при скорости 300 м/мин, предпочтительнее выбирать напорный ящик закрытого типа, а при скорости 450 м/мин и выше такой ящик совершенно необходим, так как для обеспе­чения необходимой скорости бумажной массы при ее поступ­лении на сетку потребовался бы чрезмерно большой гидроста­тический напор массы в напорном ящике, что в значительной степени усложнило бы конструкцию напорного ящика. Так, при скорости работы машины 600 м/мин напор массы в ящике превысил бы 5 м. Поэтому у быстроходных бумагоделательных машин устанавливают напорные ящики закрытого типа.

Напорные ящики закры­того типа с воздушной подушкой. Масса из кол­лектора через перфорированную потокораспределительную плиту поступает в напорный ящик, где, пройдя через два вращающихся перфорированных валика , вытекает на сетку через выпускную щель . Напор массы складывается из гидро­статического столба массы и давления воздуха в воздушном пространстве над массой.

Другая разновидность напорного ящика с воздушной поду­шкой. В этой конструкции ящика равномерное распределение массы по ширине ящика достига­ется последовательным пропуском массы через несколько вра­щающихся перфорированных распределительных валиков. Для поддержания на постоянном уровне высоты столба массы избыток ее поступает в переливную трубу, куда одновременно отводится пена, находящаяся на поверхности массы. Таким образом, при постоянном уровне массы в ящике необходи­мый напор поддерживается регулированием давления воздуха, подаваемого компрессором в верхнюю часть напорного ящика. Управление работой современных напорных ящиков в настоя­щее время осуществляется различными системами автомати­ческого управления.

Хорошо себя зарекомендовали и получили распростране­ние при выработке широкого ассортимента бумаги на совре-менных быстроходных бумагоделательных машинах закрытые напорные ящики гидродинамического типа. В них отсутствует воздушная подушка, отсутствуют и вращающиеся перфори­рованные валики. Ящики подобного типа примерно в 2 раза легче ящиков с воздушной подушкой. Они обеспечивают в по­ступающем на сегку потоке интенсивную микротурбулентность и высокую степень диспергирования. Одним из известных ящиков гидродинамического типа является ящик Конверфло .

Масса из коллектора проходит через потокораспределитель в виде пучка конических труб , встроенных в трубную ре-шегку, и затем дополнительно диспергируется, проходя через перфорированную перегородку и между закрепленными в ней шестью тонкими эластичными пластинами из нержавеющей стали.

Разновидностью ящика Конверфло является ящик Страта-фло, представляющий собой конструкцию как бы из нескольких независимых ящиков Конверфло. Назначение ящика Страта-фло — осуществить возможность одновременного подводаразличных видов массы для изготовления многослойных видов бумаги и картона. Благодаря установленным в ящике перего­родкам различные виды используемой массы между собой не соприкасаются вплоть до выхода из напускного устройства.

Поступающий на сетку бумагоделательной машины поток бумажной массы не должен образовывать брызг при встрече с сеткой. Поэтому идеальной является траектория потока по возможности параллельная направлению сетки с icm, чтобы угол встречи потока с сеткой приближался к нулю Жела­тельно, чтобы встреча потока с сеткой была за вертикальной линией, проходящей через центр грудного вала (первого вала сеточного стола бумагоделательной машины).

Регулированием величины открытия щели на отдельных ее участках достигается равномерность распределения волок­нистой массы по ширине машины. Общая высота открытия выпускной щели напорного ящика зависит от концентрации массы, поступающей на сетку бумагоделательной машины.

28 ПОДВОД МАССЫ К БДМ. ПОТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛИ.

Качество бумаги, изготовляемой на бумагоделательной ма­шине, в значительной степени определяется условиями поступ­ления бумажной массы на сетку машины. Для получения бу­маги с однородными свойствами необходимо, чтобы была обес печена однородность смеси волокон и воды в потоке массы, равномерно без струй поступающей на сетку машины Эта од­нородность смеси волокон и воды должна сохраняться как по ширине машины, так и во времени, на протяжении всего про­цесса изготовления заданного вида бумаги

Хотя некоторые напускные устройства и оборудуются раз­личными приспособлениями для равномерного распределения суспензии волокон (перегородки, перфорированные вращаю­щиеся валики), тем не менее для эффективной работы этих устройств необходимо, чтобы масса поступала в напорный ящик уже достаточно равномерной. Это достигается установ­кой потокораспределителей на участке между очистной аппара­турой и напорным ящиком Потокораспределители имеют раз­личную конструкцию, но преследуют одну цель обеспечить равномерное распределение волокон за счет создания одинаковой скорости течения потока по всему его сечению

На рис изображены некоторые конструкции потокорас­пределителей, которые можно встретить у относительно старых бумагоделательных машин.

Потокораспределитель на рис,а представляет собой разветвленный трубопровод, скорость массы в котором равномерно распределяется по всей ширине напорного ящика, имеющего ширину сетки машины

В многоходовом потокораспределителе (рис, б) каждое колено распределителя наряду с расширением имеет непре­рывно уменьшающуюся высоту поперечного сечения, благодаря чему скорость массы в трубе, откуда она поступает в потоко-распределитель, постепенно равномерно распределяется по всей ширине напорного ящика.

Недостатком указанных типов распределителей является их громоздкость. Кроме того, их трудно очищать во время оста­новки оборудования от приставших к стенкам комочков бу­мажной массы

Лишен указанных недостатков горизонтальный (поперечный) Потокораспределитель (рис, в), в который масса поступает с двух сторон по клиновидным каналам, образованным специ­альной перегородкой, не доходящей до конца узкого канала. Два потока смешиваются в один, поступая в напорный ящик по всей его ширине Так как площадь поперечного сечения ка­налов уменьшается пропорционально уменьшению потоков массы в каналах, скорость ее прохождения по всей ширине машины остается постоянной. Более простыми являются многотрубные потокораспредели-тели с односторонней и двусторонней подачей массы. На рециркуляцию отводится от 5 до 15 % массы, поступающей в потокораспределитель. Эти потокораспределители получили достаточно широкое распространение у современных бумагоде­лательных машин, в том числе и у скоростных.

В настоящее время все большее применение получают еще более простые потокораспределители, являющиеся в сущности модификацией потокораспределигелей с односторонней пода­чей массы. Они непосредственно примыкают к стенке напор­ного ящика и состоят из коллектора прямоугольного перемен­ного сечения с длиной, равной ширине напорного ящика, и пер­форированной двухступенчатой плиты, через отверстия которой проходит масса из коллектора в напорный ящик по всей его ширине. При проходе через плиту на участке из узких отвер­стий первой ступени в более широкие отверстия второй сту­пени масса испытывает резкое расширение, способствующее разбивке комочков и равномерности распределения массы по всей ширине ящика. В коллекторе также предусмотрен отвод из его узкого конца примерно 10 % массы на рециркуляцию

24. Подготовка бум. массы к отливу и ее подача на БДМ.

После получ. композиции бум. массы она поступает на БДМ, проходя при этом часть доп-х операций.

Процесс разбавления бум. массы обор. водой, ее очистка, сортирование, деаэрация осущ-ся в так называемых циклах короткой циркуляции.

Задачи: 1) обеспечить разбавление массы до конц. В напорном ящике БДМ, равномерность этой конц-ции по времени и расширение потока массы до ширины машины.2) Удаление из бум. массы включений, затрудн-х работу машины и снижающих качество готовой продукции.

Вариант схем:

Машинное сортирование выводится из схемы и перемещается в «середину» РПО (после размола. В этом случае исп-ся технологическое сортирование массы при повышенной концентрации.

Еще одной функцией цикла короткой циркуляции является регулирование массы 1м² гот. продукции. Оно происходит за счет изменения расхода массы, подаваемой во всасывающий патрубок смесительного насоса. Так как уровень массы БПУ на 4-6 м выше уровня оборотной воды в сборнике, то при перемещении задвижки в большую или меньшую сторону зазора будет соответственно меняться поступление регистровой воды, а общее кол-во массы, подаваемой на машину, останется постоянным.

Современные смесительные насосы оснащены приводом с регулируемой частотой вращения, что позволяет автоматически регулировать объем разбавляемой массы в соответствии с заданным технологическим режимо

ВЛИЯНИЕ ПРОКЛЕЙКИ НА СВОЙСТВА БКМАГИ.

Это влияние различно в зависимости от вида используемых проклеивающих веществ, их количества и способа использова­ния (введение в бумажную массу или нанесение на поверх­ность бумаги). Связующие вещества (крахмал и его производные, животный клей, NaKMЦ,), в особенности если они наносятся на по­верхность бумаги, существенно повышают ее механическую прочность, снижают пористость и воздухопроницаемость и вместе с тем повышают деформацию бумаги при ее намокании в воде. При поверхностном покрытии бумаги этими веществами из-за образования сплошной пленки ее впитывающая способ­ность к жидкостям существенно снижается. При введении крахмала в бумажную массу возрастает прозрачность изготов­ляемой бумаги.

Канифольный клей, вводимый в бумажную массу в неболь­шом количестве, не оказывает заметного влияния на показатели механической прочности бумаги. Если же он вводится в коли­чество более 1,5 % к массе волокон, то становится заметным некоторое снижение механической прочности бумаги и повыше­ние ее пористости. Это ослабление бумаги, проклеенной кани­фольным клеем, по сравнению с прочностью неклееной бумаги, может быть объяснено преобладанием отрицательного влияния на механическую прочность бумаги частиц канифольного клея (из-за повышения пористости бумаги) над положительным влиянием — установлением связи между волокнами целлюлозы через координацию с ионами алюминия. Повышение пористости бумаги способствует снижению ее деформации в результате на­мокания в воде. Канифольная проклейка обеспечивает ограни­ченную впитываемость в бумагу воды и чернил, создавая на поверхности и в толще бумаги гидрофобные преграды их дви­жению. Придавая бумаге определенную степень гидрофобности, канифольная проклейка в массе не придает ей олеофобности, а наоборот, делает бумагу несколько более олеофильной.

Проклейка парафиновой дисперсией по сравнению с кани­фольной придает бумаге повышенную гидрофобность и сниже­ние деформации при намокании в воде, но резко уменьшает механическую прочность бумаги.

При выработке некоторых видов бумаги (например, обой­ной) вполне себя оправдала канифольно-парафиновая про- клейка, обеспечивающая высокую водонепроницаемость бумаги при относительно небольшом снижении ее механической проч­ности. Проклейка бумаги в нейтральной и слабощелочных средах обеспечивает повышение долговеч­ности бумаги, способствует удержанию в ней мелких волокон и минерального наполнителя и уменьшает опасность коррозии оборудования. Подобную проклейку можно осуществить с по­мощью синтетических проклеивающих веществ, например ди-меров алкилкетенов. Вместе с тем, применение алюмината на­трия (Na₂O • А1₂О₃ • Н₂О) дает возможность получить хорошую проклейку бумаги в слабощелочной или нейтральной средах.

Поступающий на бумажную фабрику в твердом виде алю- минат натрия следует растворять в мягкой и теплой воде, лучше в две ступени: основной раствор с концентрацией 30 % и рабочий с концентрацией 2,5 %. Последний менее устойчив и его ежедневно нужно готовить заново

Один из проверенных способов использования алюмината натрия для проклейки бумаги заключается в следующем - часть алюмината натрия (примерно 0,5 % от массы волокон) вводят в бумажную массу еще перед ее размолом, что облегчает на­бухание волокон. После введения канифольного клея рН массы снижают сернокислым алюминием до 6,5—7,2 и затем в массу вводят остаток алюмината натрия для завершения процесса проклейки в слабощелочной или нейтральной средах при эко­номии исходной канифоли на 10—20 %

Другой рекомендуемый способ использования алюмината натрия сводится к введению его в бумажную массу в количе­стве 1 % от массы волокон после осуществления проклейки ка­нифольным клеем, а также введения 2 % сернокислого алюми­ния. При этом должно быть осуществлено тщательное переме­шивание массы на всех стадиях технологического процесса после поступления в массу каждой добавки. Хорошие резуль­таты проклейки при этом достигаются в пределах рН от 5,5 до 7,5. При осуществлении проклейки с использованием алюми­ната натрия должен быть обеспечен тщательный контроль за рН среды.

Бумагу можно проклеивать в широком диапазоне значений рН при использовании в качестве проклеивающего вещества димеров алкилкетена. Оптимальными условиями при этом, однако, считается нейтральная или щелочная среда. Про­клейка может быть осуществлена в массе или с поверхности готовой бумаги.