Производство бумаги и картона
..pdfОднако лиственная целлюлоза значительно уступает хвойной по показателям сопротивления раздиранию и излому. Поэтому её применение исключается в производстве газетной, электроизоля ционной, основы для светочувствительной, чертежно-рисовальной, перфоленточной, папиросной, диаграммной бумаги и основы для парафинирования.
Увеличение доли лиственной целлюлозы в композиции бумаги не способствует снижению массы 1 м2. При изготовлении по обыч ной технологии печатной, писчей, перфокарточной и других видов бумаги с большим содержанием лиственной целлюлозы необходи ма установка клеильного пресса на бумагоделательной машине для укрепления механической прочности (включая прочность поверх ности листа), снижения пылимости, увеличения влагопрочности и сопротивления деформации. Это, в свою очередь, потребует уве личения сушильной части бумагоделательной машины на 25...30 % для испарения влаги, внесенной в бумажное полотно с клеем на клеильном прессе (если нет инфракрасной сушилки после клеиль ного пресса). Из-за повышенного содержания мелкой фракции волокон в лиственной целлюлозе бумагоделательные машины должны иметь сеточные столы с повышенной обезвоживающей способностью.
Максимально возможное использование древесины листвен ницы необходимо предусматривать в связи с перебазированием предприятий целлюлозно-бумажной промышленности в лесоизбы точные районы Восточной Сибири и Дальнего Востока. Основной способ переработки древесины лиственницы - сульфатный. Цел люлоза из лиственницы обладает меньшей прочностью на разрыв и продавливание, пониженным сопротивлением излому, но более высоким сопротивлением раздиранию, чем целлюлоза из других хвойных пород. Поэтому для высокопрочных видов бумаги её ис пользование не рекомендуется.
При размоле толстостенные неэластичные волокна целлюлозы из лиственницы больше подвергаются укорачиванию по сравнению с сосновой и еловой целлюлозой. Поэтому при содержании в ком позиции бумаги целлюлозы из лиственницы более 30 % возникает необходимость размола ее отдельным потоком с низкой нагрузкой на режущую кромку ножей гарнитуры дисковых мельниц.
Целлюлоза сульфитная после варки получается более светлой по сравнению с сульфатной и легче поддается отбелке и размолу.
Сульфитная целлюлоза широко используется для производства различных видов бумаги и картона, предназначенных для письма, печати, упаковки и расфасовки продуктов на автоматах.
Древесная масса является относительно дешевым и очень рас пространенным волокнистым полуфабрикатом, входящим в компо зицию многих видов бумаги и картона. Ее использование позволяет не только снизить стоимость готовой продукции, но и улучшить ее пе чатные свойства, повысить непрозрачность и гладкость. Существен ным достоинством древесной массы является и то, что в процессе ее производства наиболее полно используется древесное сырье. К недос таткам древесной массы следует отнести ее низкую механическую прочность и неустойчивость свойств при хранении и воздействии на нее света, тепла и влаги. Качество древесной массы зависит от способа ее производства. В настоящее время вырабатывают следующие виды древесной массы: белую, бурую, химическую, термомеханическую (ТММ) и химико-термомеханическую (ХТММ).
Применение ТММ и особенно ХТММ позволяет сократить расход целлюлозы при производстве многих печатных видов бума ги и картонов, улучшить их качественные показатели; газетную же бумагу можно вырабатывать и без использования целлюлозы. Кро ме того, древесная масса всех видов широко используется для производства коробочного, переплетного и других видов картона.
Полуцеллюлоза широко применяется для производства тарного и других видов картона, бумаги для гофры, древесноволокнистых плит и др. Волокна полуцеллюлозы содержат много лигнина, поэто му они более жесткие, чем целлюлозные.
Макулатура в ряде случаев является полноценным замените лем свежих волокнистых полуфабрикатов при производстве многих видов картона (тарного, коробочного, переплетного, кровельного и др.) и бумаги (оберточной, типографской, газетной, для гофрирова ния, санитарно-гигиенической и др.). Макулатурные волокна отличаются более низкими показателями механической прочности по сравнению с первичными волокнами.
Тряпичная полумасса из льняного и пенькового волокна пред ставляет собой почти чистую целлюлозу, хорошо фибриллируемую при размоле. Она используется для производства высокосортных
и специальных прочных видов бумаги и картона. Хлопчатобумажная полумасса, состоящая из хлопковых волокон, плохо фибриллируется при размоле, поэтому применяется для производства бумаги и кар тона с хорошей впитывающей способностью. Тряпье, содержащее неоднородное и менее ценное сырье, химической обработке не под вергается; оно используется в производстве кровельного картона.
Целлюлоза облагороженная используется для производства долговечных и специальных видов бумаги и картона с высокой впитывающей способностью.
Волокна синтетические и другие применяются для производст ва специальных видов бумаги и картона, обладающих определенными специфическими свойствами в зависимости от вида волокон и компо зиционного состава продукции. Однако использование синтетических искусственных, минеральных и других волокон, не подвергающихся при размоле фибриллированию и не образующих прочной межволо конной связи, как у целлюлозных волокон, требует введения специальных химических добавок и изменения традиционных техно логических режимов изготовления бумаги и картона.
При выборе композиции бумаги или картона следует в первую очередь учитывать породный состав лесосырьевой базы проектируе мого предприятия, физико-механические показатели полуфабрикатов, их себестоимость и возможность организации производства продук ции с высокой экономической эффективностью.
Целесообразно обосновывать выбор композиции путем расче та и сопоставления нескольких вариантов себестоимости продук ции с различными комбинациями полуфабрикатов.
Основная задача в области совершенствования технологии бума ги и картона, которую предстоит решить в ближайшие годы - снижение массы 1 м2 полотна. Поэтому, если такая задача решается в проекте, необходимо при технико-экономическом обосновании ком позиции продукции выполнить расчет себестоимости на 1000 м2 бумаги.
Исходя из перспективных решений по расширению сырьевой базы целлюлозно-бумажной промышленности и научно-технических
достижений в производстве полуфабрикатов, бумаги |
и картона, |
в табл. 4 приводятся рекомендуемые композиции |
целлюлозно- |
бумажной продукции, составленные на основании разработок про ектных и научно-исследовательских организаций, а также опыта работы отечественных и зарубежных предприятий. Указанные
в табл. 4 композиционные составы целлюлозно-бумажной продук ции не являются обязательными и должны уточняться в каждом случае на основе новейших научных и производственных данных.
Т а б л и ц а 4
Рекомендуемые композиционные составы вырабатываемой продукции
Вид продукции |
Композиционные составы |
1 |
2 |
Газетная бумага |
Бисульфитная небелёная целлюлоза 25.. .30 %, |
1-й вариант |
|
|
дефибрерная древесная масса (ДЦМ) 70.. .75 % |
2-й вариант |
Сульфатная полубелёная целлюлоза 20...25 %, |
|
ДДМ 80...75 % |
3-й вариант |
Сульфатная полубелёная целлюлоза 10... 15 %, |
|
термомеханическая масса (ТММ) 85...90 % |
4-й вариант |
Бисульфитная небелёная целлюлоза 15...20 %, |
|
ТММ 80.. .85 % или ДДМ 80.. .85 % |
5-й вариант |
Хвойная химико-термомеханическая масса |
|
(ХТММ) 40%, ДДМ 50 % |
6-й вариант |
ТММ 80... 100 %, хвойная ХТММ 0...20 % |
Бумага типографская № 1 |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 35 %, |
|
сульфатная лиственная белёная целлюлоза 65 % |
Бумага типографская № 2 |
Сульфитная хвойная белёная целлюлоза 15 %, |
1-й вариант |
сульфатная лиственная белёная целлюлоза 9 %, |
|
ТММ 76 % |
2-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 50 %, |
|
ТММ 50 % |
3-й вариант |
Сульфатная лиственная белёная целлюлоза 65%, |
|
ДДМ 35 % |
4-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 25 %, |
|
сульфатная лиственная белёная целлюлоза 25 %, |
|
ДДМ 50 % |
Книжно-журнальная бумага |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 15 %, |
1-й вариант |
сульфатная белёная лиственная целлюлоза 15 %, |
|
ТММ 70 % |
2-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 45 %, |
|
ДДМ 55 % |
3-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 40 %, |
|
ДДМ 60 % |
4-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 20.. .30 %, |
|
хвойная ХТММ 80.. .70 % |
5-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 15 %, |
|
сульфатная белёная лиственная целлюлоза 9 %, |
|
хвойная ХТММ 46 %, лиственная ХТММ 30 % |
|
П р о д о л ж е н и е т а б л . 4 |
|
1 |
2 |
|
Бумага обойная одно |
|
|
слойная марки А: |
Сульфитная белёная целлюлоза 50 %, ДДМ 50 % |
|
1-й вариант |
||
2-й вариант |
Сульфитная белёная целлюлоза 40 %, ТММ 60 % |
|
3-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 30 %, |
|
|
ТММ 70 % |
|
4-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 30 % , хвой |
|
Марки Б |
ная белёная ХТММ 40 % , небелёная ХММ 30 % |
|
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 40 %, |
||
1-й вариант |
||
|
хвойная белёная ХТММ 60 % |
|
2-й вариант |
Сульфатная белёная хвойная целлюлоза 70 %, |
|
Марки В |
небелёная хвойная ХММ 30 % |
|
|
||
1-й вариант |
Сульфатная хвойная полубелёная целлюлоза 40 %, |
|
|
ДДМ 60 % |
|
2-й вариант |
Сульфитная небелёная целлюлоза 33 %, |
|
|
ДДМ 67 % |
|
3-й вариант |
Сульфитная небелёная целлюлоза 40 %, |
|
|
небелёная ТММ 60 % |
|
4-й вариант |
Сульфатная хвойная небелёная целлюлоза 35 % , |
|
Бумага обойнаядвухслойная: |
небелёная ТММ 65 % |
|
|
||
Верхний слой: |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 75 %, |
|
1-й вариант |
||
|
хвойная белёная ХТММ 25 % |
|
2-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 70 %, |
|
Нижний слой |
небелёная хвойная ХММ 30 % |
|
Сульфитная небелёная целлюлоза 50%, небелёная |
||
1-й вариант |
||
|
ТММ 50 % |
|
2-й вариант |
Сульфатная хвойная небелёная целлюлоза 40 %, |
|
|
небелёная ТММ 60 % |
|
3-й вариант |
Сульфатная хвойная небелёная целлюлоза 45 %, |
|
Бумага писчая |
ДДМ 55 % |
|
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 50.. .35 %, |
||
1-й вариант |
||
|
сульфатная лиственная белёная целлюлоза 50.. .65 % |
|
2-й вариант |
Сульфатная белёная хвойная целлюлоза 15 %, |
|
|
сульфатная белёная лиственная целлюлоза 50 %, |
|
Бумага для полотенец |
хвойная ХТММ 35 % |
|
|
||
1-й вариант |
Сульфатная белёная хвойная целлюлоза 0.. .80 %, |
|
|
хвойная белёная ХТММ 100...20 % |
|
2-й вариант |
Сульфатная белёная хвойная целлюлоза 30 % , ХММ |
|
|
хвойная белёная 50 %, ХТММхвойнаябелёная20 % |
1 |
О к о н ч а н и е т а б л . 4 |
2 |
|
Санитарно-гигиеническая |
|
бумага |
Сульфатная белёная лиственная целлюлоза 50.. .60 %, |
1-й вариант |
ХТММ хвойная белёная 50.. .40 % |
2-й вариант |
Сульфатная белёная хвойная целлюлоза 30 %, |
|
ХТММ хвойная белёная 50 %, ХММ лиственная |
Пушонка для изготовления |
небелёная 20 % |
|
|
санитарно-гигиенических |
|
пакетов |
|
1 -й вариант |
Сульфатная белёная хвойная целлюлоза 15...50 %, |
|
ХТММ хвойная белёная 85...50 % |
2-й вариант |
Сульфатная белёная хвойная целлюлоза 30 %, |
|
ХММ лиственная белёная 20 %, |
|
ХТММ лиственная белёная 50 % |
Картон для плоских слоёв |
Сульфатная целлюлоза высокого выхода 60...90%, |
гофрированного картона |
ХТММ хвойная небелёная 40... 10% |
(нижний слой) |
|
Бумага-основа для гоф |
Моносульфитная полуцеллюлоза 50...90 %, |
рирования |
ХТММ лиственная 50... 10 % |
Картон макулатурный |
Покровный слой - сульфатная хвойная небелёная |
типа «тестлайнер» |
целлюлоза 100 %; основной слой - сульфатная |
|
хвойная небелёная целлюлоза 25...30 %, макула |
|
турная масса 75.. .70 % |
Картон коробочный марки А Покровный слой - сульфатная хвойная белёная |
|
|
целлюлоза 25 %; основной слой - целлюлоза небе |
|
лёная (сульфатная или сульфитная) 25 %, |
|
макулатурная масса 50 % |
Картон коробочный марки Б Сульфатная хвойная небелёная целлюлоза 30 %,
Бумага обёрточная |
макулатурная масса 70 % |
|
|
1-й вариант |
Сульфатнаяхвойная небелёная целлюлоза 30.. .70 % |
|
сульфатнаялиственная небелёная целлюлоза70.. .30 % |
2-й вариант |
Сульфатная хвойная полубелёная целлюлоза 50 %, |
|
сульфатная лиственная полубелёная целлюлоза 50 % |
3-й вариант |
Сульфатная хвойная небелёная целлюлоза 20.. .30 %, |
|
макулатурная масса 80.. .70 % |
4-й вариант |
Сульфатная хвойная белёная целлюлоза 50 %, |
|
сульфатная лиственная белёная целлюлоза 50 % |
В последние годы в связи с развитием техники подготовки массы широкое распространение получили композиции широкого спектра бумажной и картонной продукции из 100 % макулатуры (в том числе бумага для печати).
4.ПОДГОТОВКА БУМАЖНОЙ МАССЫ К ОТЛИВУ
4.1.Размол волокнистых полуфабрикатов
4.1.1. Общие сведения
Размол - одна из важных операций бумажного производства, от которого в значительной степени зависят многие свойства бумаги.
Цель размола волокнистых полуфабрикатов заключается в следующем: подготовить волокнистый материал к отливу, при дать ему определенную степень гидратации, сделать волокна гибкими, пластичными, увеличить их поверхность (фибрилляцией и набуханием), обеспечить лучший контакт и связь волокон в бу мажном листе (придать ему прочность); придать бумажному листу путем укорочения, расщепления и фибрилляции волокон требуе мую структуру и физические свойства: объемный вес, пухлость, пористость, впитывающую способность и др.
При размоле массы механические процессы вызывают измель чение волокон и обуславливают структуру бумаги, а коллоидно физические явления, происходящие в результате взаимодействия воды и целлюлозы, - связь волокон в бумаге. Размол целлюлозных волокон можно условно разделить на четыре стадии.
Первая стадия - разрушение межмолекулярных связей внутри клеточной стенки и образование зон смещения структурных эле ментов в волокнах, в результате чего возникают микротрещины, в которые проникает вода, в дальнейшем вступающая во взаимо действие со свободными гидроксильными группами целлюлозного комплекса. Расклинивающее действие воды обусловливает более глубокое расщепление клеточной стенки при размоле, увеличивая гибкость и пластичность волокон.
Вторая стадия - частичное разрушение внешнего слоя S{ и вторичной стенки £2>и ее отслоение вместе с первичной стенкой Р.
Третья стадия - набухание стенки S2 в области образовав шихся зон смещений. Этот процесс может начаться только после разрушения наружной оболочки слоя S\.
Четвертая стадия - частичное разрушение водородных свя зей между фибриллами стенки S2 (наружное фибриллирование), быстрое нарастание удельной внешней поверхности и оводнение волокон.
Образование зон смещения и последовательное развитие ос новных стадий размола осуществляется вдоль клеточной стенки
иможет закончиться расщеплением ее на отдельные фрагменты.
Впроцессе размола происходит внешняя и внутренняя фиб рилляция волокна. Внешняя фибрилляция (начес волокна) заключается в полном или частичном отделении от волокна фиб рилл, что приводит к увеличению наружной поверхности волокна'
ичисла свободных гидроксилов на его поверхности. Вместе с тем внешняя фибрилляция ослабляет прочность самого волокна. Внут ренняя фибрилляция приводит к необратимым перегруппировкам структурных элементов внутри набухшей вторичной стенки волок на, не уменьшая его прочности. Процессы внешнего и внутреннего фибриллирования трудно расчленить, так как они тесно взаимосвя заны. Косвенно степень внешней фибрилляции оценивают обычно по изменению наружной поверхности волокон, внутренней фиб рилляции - по их гибкости.
Повышение степени набухания и, следовательно, гибкости во локон достигается не только механическим путем, но и иным воздействием на волокнистую массу (ультразвуком, радиационны ми или магнитными полями, воздействием различных растворителей и др.).
Впроцессе размола волокно подвергается также и укорачива нию. Укорачивание волокон - сложный процесс, механизм его можно приближенно сравнить с механизмом разрезания их ножни цами. Существует мнение, что при размоле жесткие целлюлозные волокна преимущественно фибриллируются, а мягкие укорачива ются, хотя процесс укорачивания также в значительной степени определяется режимом (условиями) разхмола.
Фрагменты волокон, образующиеся в процессе размола, назы ваются мелочью, размеры которой еще строго не классифици рованы. Предполагается, что длинные волокна образуют как бы каркас в бумажном листе, а мелочь заполняет этот каркас, упрочняя его. Однако значительное количество мелких фрагментов волокна сильно ухудшает способность размолотых целлюлоз к обезвожива
нию. Для оценки гибкости волокна могут использоваться различ ные коэффициенты, например коэффициент показателя гибкости, характеризующий отношение ширины полости волокна к ширине всего волокна. Используется также коэффициент жесткости волок на - отношение толщины стенки волокна к его ширине.
При размоле имеет место огромный разрыв между фактиче ской затратой энергии на размол и теоретически потребной энергией для достаточной разработки волокон. Установлено, что почти вся энергия, потребляемая при размоле, расходуется на на грев массы и воды, в то время как для разрыва межфибриллярных связей расходуется менее 1 % от общего расхода энергии.
Для обработки волокнистых целлюлозных материалов исполь зуются главным образом ножевые и безножевые размалывающие машины и аппараты, при этом предпочтение отдается первым из них. Современными ножевыми размалывающими машинами явля ются дисковые и модифицированные конические мельницы.
Факторы процесса размола. С. Хитанен и К. Эбелинг разде лили переменные факторы процесса размола на зри группы:
1)контролируемые переменные факторы процесса - объем по тока, концентрация, pH и температура массы, давление в корпусе мельницы, концентрация электролитов;
2)активные переменные факторы процесса - зазор между дис ками (нагрузка мельницы) и, иногда, частота вращения ротора;
3)пассивные переменные факторы процесса - геометрия гар нитуры (угол наклона ножей, число ножей, материал и его микроструктура и т.д.).
Для размола волокнистых полуфабрикатов применяются раз личные виды размалывающего оборудования: дисковые и кониче ские мельницы, пульсационные мельницы, роллы и т.п.
4.1.2.Дисковые мельницы
Внастоящее время наибольшее применение приобретают дис
ковые мельницы. Они применяются как для массного размола в производстве бумаги и картона, так и в производстве волокни стых полуфабрикатов.
Основные преимущества дисковых мельниц по сравнению с традиционными коническими мельницами следующие:
- широкая область применения (например, производство дре весной массы из щепы, размол отходов древесномассного и целлюлозного производства, размол целлюлозы и полуцеллюлозы, горячий размол целлюлозы и т.д.);
- возможность размола при высокой и сверхвысокой («сухой» размол) концентрации волокнистых полуфабрикатов;
-получение бумаги и картона с высокими физико-механичес кими показателями за счет технологических преимуществ оборудова ния (высокой секундной режущей длины ножей гарнитуры, повышен ной концентрации размалываемой массы и др.);
- возможность реализации большой |
единичной мощности |
в одном агрегате (например, при размоле |
щепы в производстве |
ТММ используются электродвигатели мощностью до 25 МВт);
-вследствие снижения гидродинамических потерь при масс ном размоле более низкий (на 15...25 %) удельный расход электроэнергии;
-удобство в эксплуатации и техническом обслуживании (на пример, быстрая смена гарнитуры).
Дисковые мельницы в зависимости от количества зон размола
ивращающихся размалывающих поверхностей делятся на четыре группы: 1) однодисковые мельницы (одна размалывающая поверх ность вращается, другая не вращается); 2) двухдисковые мельницы (вращаются обе размалывающие поверхности в противоположных направлениях); 3) сдвоенные мельницы (между двумя неподвиж ными дисками расположен вращающийся диск, имеющий две размалывающие поверхности); 4) многодисковые мельницы.
Воднодисковые мельницы (наиболее распространенный вари
ант) полуфабрикат подается насосом или винтом (шнеком) в центральную часть зоны размола. Возможны два варианта распо ложения дисков: 1) консольно; 2) между двумя опорами. Недостатком 1-го варианта является неравномерность зазора в верхней и нижней частях зоны размола из-за прогиба консольной части вала ротора под действием силы тяжести. Во 2-м варианте этот недостаток отсутствует, однако усложняется конструкция, ре монт и обслуживание мельницы. По техническим возможностям однодисковые мельницы наиболее универсальны и могут исполь зоваться на различных участках технологического потока.