Размольно-подготовительный отдел фабрики по производству бумаги

Как показал В. Брехт, режущее действие ножей умень-шается при увеличении угла (в диапазоне от 0 до 40°) между но-жами ротора и статора размалывающих аппаратов, но при этом возрастает расход энергии на размол. Наиболее благоприятным углом между ножами барабана и планки у ролла он считает угол 6е. При таком расположении ножей ролл работает более ста-бильно, с меньшим шумом, исключается возможность западания и ударов ножей и вместе с тем достигается наиболее эффективная и экономичная работа аппарата.

1.11. Окружная скорость размалывающего органа

Окружная скорость размалывающего барабана роллов пери-одического действия составляет обычно 10--12 м/сек, скорость ротора конических мельниц Жордана (по среднему диаметру ро-тора) -- в пределах 10--23 м/сек (у мельниц с интенсивным режу-щим действием 10--16 м/сек, а у мельниц с большим гидратирующим действием 17--23 м/сек), у гидрофайнеров -- в пределах 25--33 м/сек, у дисковых рафинеров --в пределах 20--45 м/сек (по большому диаметру).

Окружная скорость размалывающего аппарата обычно не ре-гулируется в процессе работы, однако часто возможна работа ко-нических и дисковых мельниц при разных скоростях; в зависимо-сти от назначения мельницы устанавливают электродвигатель с соответствующим числом оборотов.

С увеличением числа оборотов размалывающего органа при всех прочих равных условиях снижается режущее и повышается гидратирующее действие аппарата при размоле волокна. Это про-исходит, по-видимому, вследствие возрастания эффекта гидрораз-мола за счет ударного действия ножей о массу, а также ударов самой массы о стенки размалывающего аппарата, так как живая сила этих ударов возрастает пропорционально квадрату скорости. Наряду с этим возрастает и напряжение сдвига в зазоре между размалывающими органами аппарата, которое приводит к усилен-ной фибрилляции и гидратации волокна. По этой причине ско-ростные размалывающие аппараты,-- гидрофайнеры и дисковые рафинеры,-- снабженные к тому же и более толстыми ножами и работающие при более высокой концентрации массы, больше гидратируют и расчесывают волокна, а мельницы Жордана, ра-ботающие на меньших скоростях при меньшей концентрации массы и с более тонкими ножами, больше укорачивают волокно.

1.12.Кислотность массы

Изменение кислотности среды в пределах рН 5--8,5, при кото-ром обычно производится размол, не оказывает существенного влияния на скорость процесса размола и его эффективность. Уве-личение рН среды до 10--11 ускоряет процесс размола и позво-ляет снизить расход энергии на 15--20%, так как набухание во-локна повышается, однако целлюлоза при этом желтеет. Пожел-тение целлюлозы, как показал В. Гартнер, можно устранить введением в бумажную массу наряду со щелочью окислителей, например перекиси водорода, в количестве менее 1% от веса во-локна. По данным этого автора, расход едкого натра (для созда-ния рН массы 10--10,5) и окислителя экономически оправды-вается, так как стоимость сэкономленной энергии выше стоимости затрат на химикаты, а получаемая бумага обладает более высо-кой разрывной длиной (на 10%) и сопротивлением излому (на 25%).

1.13. Температура массы

Повышение температуры массы при размоле неблагоприятно отражается на этом процессе и на свойствах получаемой бумаги. Длительность размола увеличивается, волокна больше укорачи-ваются при размоле, а гидратация их снижается, что приводит к тому, что прочность бумаги из такой массы снижается, а пухлость, пористость и впитывающая способность бумаги повышаются. Эти свойства бумаги изменяются потому, что явления гидратации и набухания целлюлозного волокна носят экзотермический харак-тер. Чем ниже температура массы при размоле, тем сильнее набу-хают, гидратируются и фибриллируются волокна и тем больше увеличивается их пластичность. Понижение температуры массы способствует сокращению продол-жительности процесса размола и снижению расхода энергии при одновременном повышении механи-ческой прочности бумаги.

2. АППАРАТЫ РОУ. КОНИЧЕСКИЕ И ДИСКОВЫЕ

МЕЛЬНИЦЫ

2.1.Конические мельницы

Непрерывный размол бумажной массы находит в настоящее время все большее применение и вытесняет ролльный размол. Из большого количества различных размалывающих аппаратов непре-рывного действия наибольшее значение имеют конические мель-ницы и дисковые рафинеры. Кроме того, применяются роллы не-прерывного действия, мельницы Мордена, полуконические мель-ницы, супротонаторы и др.

Коническая мельница, изобретенная Иосифом Жорданом в 1848 г., длительное время использовалась лишь как подсобный размалывающий аппарат в дополнение к роллам и самостоятель-ного значения не имела. Она применялась для домалывания массы после роллов и для лучшего рафинирования волокна перед поступ-лением его на бумагоделательную машину.

Только в начале 30-х годов настоящего столетия были сделаны первые попытки осуществить непрерывный размол массы в одних конических мельницах. У нас такие опыты были проведены в 1934 г. Н. О. Зейлигером [51] на Вишерском комбинате при выработке пис-чей и бумаги для печати из 100% сульфитной беленой целлюлозы. Несмотря на то, что эти и другие опыты, проведенные за рубежом, показали значительные преимущества непрерывного размола бу-мажной массы перед периодическим размолом в роллах, особенно при выработке массовых видов бумаги в условиях специализации бумагоделательных машин, значительное распространение непре-рывный размол в конических и дисковых мельницах получил зна-чительно позже.

В настоящее время из конических мельниц наибольшее приме-нение находят мельницы Жордана (с наборной гарнитурой) и гидрофайнеры (с литой гарнитурой). Первые отличаются более тон-кими ножами, работают с меньшей окружной скоростью конуса, при более низкой концентрации массы и производят размол воло-кон при значительном их укорочении. Вторые отличаются более толстыми литыми ножами, работают при более высокой окружной скорости конуса, с более высокой концентрацией массы и произво-дят рафинирующий, расчесывающий размол, при котором волокна не претерпевают значительного укорочения, однако они хорошо фибриллируются, гидратируются и дают достаточно прочный лист бумаги, в особенности по показателям сопротивления раздиранию и излому при относительно низкой степени помола по Шоппер-Риглеру.

К коническим мельницам можно отнести также мельницы Мор-дена, получившие теперь большое распространение за рубежом, и полуконические мельницы.

Чаще всего непрерывный размол бумажной массы ведут в две ступени, в гидрофайнерах и в мельницах Жордана. Иногда его осу-ществляют в три ступени, используя эти и другие аппараты, напри-мер мельницы Мордена и дисковые рафинеры, и применяя различ-ную размалывающую гарнитуру. При выработке массовых видов бумаги из массы сравнительно садкого помола ее размол может быть осуществлен в одну ступень в мельницах Жордана или в гид-рофайнерах.

Коническая мельница Жордана (рис. 1). Она состоит из кони-ческого ротора с отдельными, закрепленными на нем, ножами и статора (кожуха) с такими же ножами. Конический ротор (рис.2)

Приводится в движение от электродвигателя через эластичную муфту сцепления, допускающую осевое перемещение конуса отно-сительно неподвижного кожуха, чем достигаются сближение ножей ротора и статора и необходимая присадка размалывающего ор-гана. Перемещать конус в осевом направлении можно с помощью ручного маховичка через червячную или зубчатую передачу, а также с помощью электрического, пневматического или гидравли-ческого серводвигателя. В последнем случае возможна присадка конуса с пульта управления и автоматизация процесса размола.

Рис 1. Общий вид конической мельницы Жордана: 1-- кожух (статор); 2 -- присадочное устройство; 3 -- вход массы; 4 -- выход массы

Рис. 2. Ротор мельницы Жордана:

1- конус (ротор); 2 -- подшипники

Масса внутри мельницы перемещается не только за счет гид-равлического напора при ее входе в узкий конец мельницы, но и за счет центробежной силы, увеличивающейся при движении массы от малого диаметра конуса к большому. Наблюдения, проведенные в последнее время рядом исследователей как у нас, так и за рубежом (Пашинский, Шильников, Хальме и Сирьянен), пока-зали, что масса внутри мельницы совершает сложное движение и в зависимости от величины напора внутри мельницы всегда имеется больший или меньший обратный поток массы, движущейся в пазах между ножами от широкого конца мельницы к узкому. Это говорит о том, что волокнистая масса не может беспрепятственно пройти между ножами без размола.

Конический ротор может быть изготовлен вместе с валом из одного куска металла, но может быть и полым чугунным, закреп-ленным на стальном валу. В продольные пазы на поверхности ко-нуса вставляют ножи, которые крепятся к ротору стальными коль-цами, и между ними закладываются деревянные прокладки. При-меняют и другие методы крепления ножей на конусе и кожухе ко-нических мельниц Жордана.

Ножи на конусе располагают по образующей с промежутками 15--30 мм, которые суживаются к узкому концу конуса. Обычно на конусе устанавливают ножи двух размеров: длинные, по всей длине конуса, и короткие, между длинными в широком конце мельницы.

Кожух мельницы изготовляют обычно из чугуна разъемным из двух половин и часто с ребрами жесткости, чтобы ножи не вибри-ровали при работе мельницы. Ножи на кожухе изогнуты под углом 170--174° и установлены так, что ножи конуса набегают на вер-шину угла этих ножей, что предотвращает западание ножей при работе мельницы и улучшает размалывающее действие аппарата. У других конструкций мельниц Жордана кожух выполнен неразъ-емным, из одной чугунной отливки. Расстояние между ножами кожуха обычно бывает несколько меньше, чем на конусе, и состав-ляет 10--20 мм. Высота выступа ножей на роторе и статоре обычно равна 10--20 мм. Толщина ножей у мельниц Жордана изменяется от 5 до 10 мм. Более тонкие ножи, толщиной 5--7 мм, применяют у конических мельниц Жордана, устанавливаемых во второй или третьей ступени размола после гидрофаинеров или дисковых рафи-неров для укорочения волокон, более же толстые ножи, 8--10 мм, применяют при размоле массы в одну ступень с меньшим укоро-чением волокон.

У конических мельниц Жордана срок службы ножей зависит от их толщины и материала, из которого они изготовлены, и сте-пени присадки, а также от кислотности среды и может колебаться в пределах от 1 до 3 и более лет. Мельницы Жордана могут быть снабжены базальтовой и полубазальтовой гарнитурой.

Конические мельницы создаются разных типоразмеров с конус-ностью ротора 11--24°. Мощность двигателя колеблется от 60 до 600 кет, окружная скорость по диаметру от 8 до 22 м/сек. Некото-рые конструкции мельниц позволяют работать при разных окруж-ных скоростях. Мельницы Жордана, предназначенные для укороче-ния волокон, работают при скорости 8--12 м/сек. Если при размоле необходимо подвергнуть волокно большему гидратирующему действию при меньшем укорочении, применяют конические мель-ницы с более толстыми ножами, работающие со скоростью 14--22 м/сек.

Угол конуса мельницы также влияет на характер размола, а именно: уменьшение угла конуса приводит к усилению режущего действия ножей мельницы, а увеличение угла -- к уменьшению этого действия.

На характер размола массы влияет также расположение ножей на конусе мельницы. При групповом расположении ножей мельница работает с меньшим режущим действием, чем при их одиночном расположении через равные промежутки.

Конические мельницы Жордана в СССР выпускаются таких же типоразмеров с углом конуса 22°, а также с базальтовой гар-нитурой (марки МКБ).

Как видно из таблицы, мельницы марки МКН в зависимости от их назначения и требований производства могут выпускаться в двух вариантах по мощности электродвигателя, а следовательно, и скорости вращения ротора.

Конические мельницы Шартля -- Миами фирмы Блек-Клоусон (США) выпускаются 11 типоразмеров с различными углами кону-сов и мощностью двигателя от 25 до 588 кет.

Широкое применение находят также конические мельницы Жор-дана Мессон-Миджет (Англия) и скоростные мельницы Джонса (США).

Скоростная мельница Джонса отличается малым габаритом, малым весом и компактностью. Она имеет конус дли-ной 500 мм и диаметром 350/200 мм, снабжена роликовыми под-шипниками и двигателем мощностью 55 или ПО кет (число оборо-тов 900 или 1200 в минуту). Она очень экономична по расходу энергии и позволяет точно контролировать качество массы (имеется указатель зазора между ножами ротора и конуса). Под-бирая соответствующую гарнитуру и электродвигатель, можно под-вергать массу в этой мельнице как режущему, так и гидратирующему действию. Применяется скоростная мельница Джонса для размола тряпичной полумассы и целлюлозы при производстве вы-сокосортных, конденсаторных и других видов бумаги .

Гидрофайнер. Гидрофайнеры представляют собой скоростные конические мельницы с цельнометаллической литой гарнитурой, предназначенные для расчеса, рафинирования и гидратации массы без существенного укорочения волокна. Они отличаются малым га-баритом, очень компактны и обладают вместе с тем сравнительно высокой производительностью.

Рис. 3. Скоростная мельница Джонса

Наиболее распространен у нас гидрофайнер первой величины типа «Дилтс» завода Тампелла (рис. 4). Ротор диаметром 235/387 мм и длиной 673 мм насажен на стальной вал, снаружи имеет ножевую рубашку из хромистой стали, на которой выфрезерованы ножи трех размеров по длине толщиной от 10 до 14 мм в количестве 48 шт. (24+12+12).

Чугунный корпус статора, как и ротор, снабжен съемной ноже-вой рубашкой из хромистой стали с выфрезерованными зигзаго-образными ножами двух размеров (58 шт.) и толщиной 10--12 мм.

Подшипники ротора сферические, перемещающиеся вместе с ва-лом при его передвижении вдоль оси. На валу ротора со стороны

входа массы установлена крыльчатка для гона массы. Присадка ротора производится перемещением его в осевом направлении, как и у мельниц Жордана, при помощи ручного маховичка. Некоторые современные конструкции гидрофайнеров снабжены электрическим, пневматическим или гидравлическим присадочным устройством, управляемым со щита.

Рис. 4. Гидрофайнер:

а -- общий вид; б --разрез; / -- ротор; 2-- статор; 3 -- присадочное устройство; 4 -- муфта 5 -- крыльчатка

Ротор гидрофайнера приводится во вращение от электродвига-теля мощностью 150 кет (число оборотов 1450 в минуту) без про-межуточного редуктора. При этом окружная скорость по среднему диаметру ротора составляет около 24 м/сек.

Благодаря установке на валу крыльчатки гидрофайнер может работать при концентрации массы до 6%. Такая концентрация массы, как известно, лучше способствует гидратирующему дей-ствию размола, чем более низкая, при которой обычно работают конические мельницы. Поэтому при двухступенчатой схеме размола на гйдрофайнерах и мельницах Жордана целесообразно иметь со-ответствующие концентрации массы на каждой ступени размола.

Гидрофайнеры завода Тампелла выпускаются трех величин с мощностью двигателя 65, 150 и 260 кет. Гидрофайнеры Блек-Клоусон (США) выпускаются разных типоразмеров с мощностью двигателя от 37 до 300 кет и снабжаются автоматическим приса-дочным устройством «Дюотролл» (электродвигатель), управляю-щим присадкой ротора по заданной программе и поддерживающим нагрузку аппарата постоянной.

Большое применение получили у нас также гидрофайнеры Юль-хафайнер, выпускаемые в Финляндии, и Эшер-Висс, выпускаемые в Австрии.

В СССР гидрофайнеры выпускаются шести величин с мощно-стью двигателя от 55 до 600 кет и пропускной способностью от 5 до 150 т массы в сутки. Все гидрофайнеры имеют угол конуса 22° и могут работать в зависимости от назначения при разном числе оборотов ротора и разной мощности двигателя. (Подробная харак-теристика отечественных гидрофайнеров марки МКЛ приведена в «Справочнике бумажника», т. II, 1965 г.) Они с успехом приме-няются при двухступенчатой схеме размола в комбинации с мель-ницами Жордана при выработке многих видов бумаги из целлю-лозы и в особенности крафт-мешочной, электроизоляционных и других видов бумаги из сульфитной целлюлозы и древесной массы. В последнем случае размол целлюлозы можно проводить на одних гйдрофайнерах. При выработке бумаги с высоким содержанием древесной массы, например газетной или типографской № 2 и 3, не требуется размол целлюлозы до высокой степени помола. Цел-люлозу нужно только освободить от пучков (рафинировать), расче-сать и слегка гидратировать. Более экономично такой размол осу-ществляется на гйдрофайнерах.

При размоле бумажной массы в гйдрофайнерах степень помола массы растет незначительно, поэтому масса легко обезвоживается на сетке бумагоделательной машины. Наряду с этим улучшаются механические свойства бумаги, особенно сопротивление раздира-нию, надрыву и излому, так как волокно хорошо фибриллируется и гидратируется при размоле без значительного укорочения и при-обретает пластичность.

2.2. Схемы установок и работа конических мельниц.

Конические мельницы могут быть использованы для домалывания и рафиниро-вания массы в дополнение к роллам, а также в качестве самостоя-тельных размалывающих аппаратов непрерывного действия. В за-висимости от назначения схемы их установок могут быть различными. В первом случае конические мельницы могут уста-навливаться либо в ролльном отделе между массным и машинным бассейнами, либо после машинного бассейна непосредственно перед бумагоделательной машиной. Вторая установка предпочтительнее, так как позволяет быстрее исправлять недостатки качества массы, поступающей из ролльного отдела, и лучше приспосабливать ее к требованиям производства. Конической мельницей в этом случае управляет сеточник. Коническую мельницу для рафинирования и регулирования помола массы устанавливают сравнительно неболь-шой производительности с таким расчетом, чтобы она была полно-стью загружена, иначе аппарат будет работать неэкономично.

При использовании конических мельниц в качестве самостоя-тельных размалывающих аппаратов непрерывного действия при-меняются циклические и непрерывные схемы размола. Первая из них приме-няется при сравнительно небольшой производительности установки и мо-жет быть использована при размоле до высокой степени помола массы. Она может с успехом применяться при выработке широкого ассортимен-та бумаги на одной и той же бумагоде-лательной машине, так как позволяет менять характер размола волокна.

Количество размолотой массы, поступающей в метальный бас-сейн, устанавливается с таким расчетом, чтобы обеспечить беспере-бойную работу бумагоделательной машины. Эффект обработки массы в этой системе зависит от степени присадки ротора мель-ницы и величины потока размолотой массы, возвращающейся в мельницу (т. е. от коэффициента рециркуляции). Чем больше за-гружена мельница и чем меньше от нее отводится размолотой массы в бассейн готовой массы, тем выше эффект ее обработки (больше увеличивается степень помола по Шоппер-Риглеру).

Таким образом, в обеих схемах непрерывного размола массы в конических мельницах эффективность обработки массы регули-руется присадкой размалывающих органов мельниц, а также отбо-ром размолотой массы (или производительностью мельницы). Сле-довательно, между эффектом обработки массы и производительно-стью конической мельницы существует обратная зависимость, производительность мельниц зависит от вида волокна и требуе-мой степени помола массы.

Принципиальная разница между двумя вышеуказанными схе-мами непрерывного размола массы заключается в том, что при размоле массы по второй схеме с рециркуляцией процесс обра-ботки волокна прерывается на время циркуляции массы в бачке (при этом волокно лучше набухает). Кроме того, размол массы протекает при меньшем гидравлическом давлении в мельнице. В схеме с рециркуляцией напор массы не превышает обычно 2--3 м вод. ст., тогда как при подаче массы в мельницу насосом этот на-пор может достигать гораздо больших значений. Повышение гид-равлического давления внутри мельницы при сильном дросселиро-вании массы задвижкой на выходном массопроводе приводит к воз-растанию потребления мощности мельницей, и этот повышенный расход энергии на размол не компенсируется пропорциональным возрастанием эффекта обработки массы.

Таким образом, в отношении расхода энергии на размол эта схема, по-видимому, имеет некоторые преимущества перед схемой с дросселированием массы на выходе из последней мельницы. Тем не менее вторая схема проще и имеет более широкое применение на бумажных и картонных предприятиях, нежели первая. Как по-казала практика, схема включения мельниц с дросселированием массы на выходном трубопроводе работает достаточно эффективно при сравнительно большой пропускной способности мельниц и, сле-довательно, при малом дросселировании массы, когда гидравличе-ское давление массы внутри мельницы не очень велико.

2.3.Мельница Мордена

Мельница Мордена является разновидностью конической мель-ницы с регулируемым рециркуляционным потоком массы внутри самой мельницы. Она очень компактна, производительна и позво-ляет вести достаточно

5. Рис. 5. Мельница Мордена «Стокмейкер»:

1 -- общий вид и разрез мельницы; 2 -- ротор; 3 -- статор; 4 -- рециркуляцион-ный клапан; 5 -- присадочный маховичок;

6 -- крыльчатка

эффективно как рафинирование, так и раз-мол с укорочением волокна.

Современная мельница Мордена (рис. 5) представляет собой размалывающий аппарат непрерывного действия. Мельница со-стоит из вращающегося полого ротора, соединенного непосред-ственно с электродвигателем эластичной муфтой, и неподвижного статора (кожуха), соединенного с маховичком присадочного меха-низма.

Ротор и статор неразъемные и изготовлены из отдельных отливок хромистой стали или фосфористой бронзы (при работе в слабокислой среде). Ножи на роторе установлены на таком же расстоянии друг от друга, как и на ролльном барабане, а на ста-торе-- с меньшими промежутками.

Масса подается насосом внутрь полого ротора под давлением около 1,75 кгс/см2 и при помощи крыльчатки, насаженной на конце вала, прогоняется между ножами ротора и статора в направлении от широкого конца мельницы к узкому, при этом давление массы повышается до 3,5--4,2 кгс/см2. Из выпускной камеры массу при помощи клапанов можно направить на выход или снова в прием-ную камеру, а затем обратно в мельницу. В первом случае мель-ница будет работать с однократным пропуском массы, во втором -- с многократным (с рециркуляцией). Величину рециркуляционного потока массы, а следовательно, и степень обработки волокна и производительность мельницы при помощи указанных клапанов можно регулировать в широких пределах.

До 1952 г. мельницы Мордена выпускались с двигателем мощностью 11О кВт для размола сульфитной целлю-лозы и 150 кВт для размола сульфатной целлюлозы. Число оборо-тов ротора 750--900 в минуту, вес мельницы 2--3 г, число ножей на роторе 40 и на статоре 63. Окружная скорость ротора на широ-ком конце аппарата 17,5--21 м/сек. Максимальная пропускная способность аппарата 100 г в сутки. Коэффициент полезного дей-ствия мельницы 60--65%.

Конические мельницы Мордена работают при концентрации массы 2--5% и применяются при выработке широкого ассорти-мента бумаги: писчей, для печати, крафт-мешочной, папиросной, пергамина и др. Устанавливают их в качестве самостоятель-ных размалывающих аппаратов непрерывного действия как в раз-мольно-подготовительном отделе, так и непосредственно перед бумагоделательной машиной. При необходимости получить массу высокой степенью помола в одном потоке устанавливают последо-вательно две и более мельницы.

2.4. Дисковые рафинеры

Дисковые рафинеры -- размалывающие аппараты непрерывного действия. В настоящее время они находят широкое применение в производстве бумаги, картона, полуцеллюлозы и древесноволок-нистых плит. Все шире начинают применяться для непрерывного размола бумажной массы и в ряде случаев вытесняют конические мельницы. Особенно широкое распространение они получили в Ка-наде, США, в Скандинавских странах и в Японии. В СССР они установлены в основном на новых предприятиях.

Дисковые рафинеры применяются в первой и даже во второй ступени размола целлюлозы, где они вытесняют гидрофайнеры. Они хорошо рафинируют и фибриллируют волокно без укорочения, повышая прочностные свойства бумаги, особенно сопротивление раздиранию и излому, и ее растяжимость при низкой степени по-мола массы. Такая масса хорошо обезвоживается на сетке бумаго-делательной машины. Дисковые рафинеры имеют большую мощ-ность и производительность, требуют меньшие площадь для их раз-мещения и капитальные затраты на установку, проще и дешевле в обслуживании, расходуют меньше энергии на размол и экономич-нее в работе, чем конические мельницы.

В последующих стадиях размола наряду с коническими мель-ницами Жордана с успехом применяются трехдисковые рафинеры фирмы Спроут-Вальдрон.

Дисковые рафинеры с базальтовой гарнитурой особенно при-годны для размола коротковолокнистой целлюлозы из лиственных пород древесины и однолетних растений -- соломы, багассы, трост-ника и др. Кроме того, они в последнее время получили применение для размола волокнистых материалов при высокой концентрации массы, 20--30%.

Дисковые рафинеры выпускаются с двумя и тремя дисками. У первых могут вращаться один или оба диска (в разных направ-лениях), у вторых вращается лишь один средний диск. Мельницы с двумя дисками выпускаются фирмами Сутерленд (только с одним вращающимся диском), Бауера, Спроут-Вальдрон. В СССР изго-товляются рафинеры марок МФ и ФД. Мельницы с тремя дисками выпускаются фирмами Спроут-Вальдрон и Бертрам.

Двухдисковые мельницы обычно изготовляются с литой гарни-турой иногда с базальтовой, трехдисковые -- как с литой, так и с наборной гарнитурой. В бумажном и картонном производстве применяются обычно двухдисковые рафинеры с одним вращаю-щимся диском и трехдисковые, работающие при концентрации массы 3--5%. Двухдисковые рафинеры, у которых оба диска вра-щаются в разные стороны, применяются главным образом для размола щепы и других волокнистых отходов в производстве древесноволокнистых плит и работают при концентрации от 8-- 10% до 12-15%.

Размалывающая гарнитура обычно выполняется в виде шести сменных сегментов, закрепляемых на внутренней поверхности дис-ков. Сегменты выполняются из чугуна или стали. Расположение и форма канавок на сегментах выбираются в зависимости от вида и характера обработки волокнистого материала. Обычно канавки располагаются кольцевыми рядами с разным углом наклона в каж-дом ряду к радиусу диска, а глубина канавок уменьшается от центра к периферии. По мере износа кромки канавок затупляются и глубина канавок уменьшается, что отражается на характере размола и производительности рафинера. Чтобы поддержать по-стоянным состояние режущих кромок, иногда практикуют через определенные интервалы времени изменение направления враще-ния дисков. При сильном износе канавки углубляют проточкой или заменяют сегменты.

Эффект обработки волокна в дисковых рафинерах зависит от типа размалывающей гарнитуры, концентрации массы, вида волок-нистого материала, зазора между дисками и количества проходя-щей массы. Последнее зависит от величины зазора между разма-лывающими органами и давления массы на входе в мельницу. Поэтому при увеличении давления массы на входе и при увели-чении зазора между дисками пропускная способность мельницы возрастает, а эффект обработки снижается.

Обычно дисковые рафинеры устанавливают параллельно в одну или две ступени, причем избыток массы из общего сборника раз-молотой массы направляют обратно по переливному рециркуля-ционному массопроводу в приемный бассейн. Изменяя количество рециркулируемой массы, можно значительно повысить эффект об-работки бумажной массы.

Последовательная установка дисковых рафинеров обычно не практикуется, так как она затрудняет регулирование давления массы у рафинеров, расположенных в одной цепочке.

Обычно дисковые рафинеры работают при величине зазора между дисками 0,1--0,2 мм, давлении массы на входе около 2 кгс/см2 и при достаточно высокой нагрузке двигателя.

Рафинер Сутерленда. Рафинер Сутерленда имеет два диска, из которых один неподвижен, а другой вращается от элек-тродвигателя через эластичную муфту. Масса подается под напо-ром по трубе и через центральное отверстие в неподвижном диске проходит в зазор между дисками рафинера. Далее под влиянием центробежной силы и напора масса продвигается к периферии, подвергаясь обработке между размалывающими поверхностями дисков.

Диски рафинера толщиной 50 мм литые, сменные с выфрезеро-ванными на них параллельными канавками, глубина которых сни-жается от центра к периферии. Общий срок службы дисков 10 лет, а время между проточками канавок 6--8 месяцев. Присадка раз-малывающих органов производится перемещением в осевом на-правлении неподвижного диска при помощи гидравлического поршня.

Процесс размола массы в рафинере Сутерленда регулируют изменением его пропускной способности (изменяя давление массы на входе и выходе из рафинера при постоянном зазоре между дис-ками) и оптимальной потребляемой мощности, обеспечивающих надлежащую обработку волокнистого материала, а также изме-нением величины рециркулируемого потока, возвращаемого на ра-финер. При понижении давления массы до 0,2 кгс/см2 электродвигатель мельницы автоматически отключается во избежание повреж-дения дисков .

Рис. 6. Дисковый рафинер Сутерленда:

1 -- неподвижный диск; 2-- вращающийся диск; 3 -- вход массы; 4 -- гидравлический

цилиндр для присадки неподвижного диска; 5 -- манометр; 6 -- указатель перемещения

диска; 7--регулирование воды на поршень

Рафинеры работают при концентрации массы 3--4,5% и при-меняются для размола бумажной массы при выработке всевоз-можных видов бумаги (в том числе мешочной, оберточной, салфе-точной, книжной, писчей, шелковки, а также крафт-картона). Кроме того, эти рафинеры используются для рафинирования цел-люлозы и полуцеллюлозы после варки. Рафинеры Сутерленда вы-пускаются четырех величин с дисками диаметром от 864 до 1372 мм и мощностью двигателя от ПО до 750 кет.

Двухдисковые рафинеры с двумя вращающимися дисками. Ра-финер этого типа состоит из двух цельнометаллических дисков со сменными секторами, на поверхности которых выфрезерованы канавки. Оба диска вращаются в разные стороны от двух электродвигателей. Волокнистый материал подается специальным питателем через боковое отверстие в одном из дисков. Присадка дисков осуществляется осевым перемещением одного из дисков при помощи ручного маховичка со стороны, противоположной входу массы.

Рафинеры этого типа применяются для рафинирования волок-нистых отходов при выработке грубых оберточных видов бумаги и картона, а также для размола щепы в производстве древесно-волокнистых плит. Размол щепы производится при высокой кон-центрации-- 12--15%.

3. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Выбор композиции вырабатываемой продукции и основного агрегата

Бумага должна обладать хорошим восприятием печатных красок, иметь прочную поверхность и не должна пылить.

Просвет бумага должен быть равномерным и соответствовать образцу, согласованному между потребителем и изготовителем.

Разнооттеночность в одной партии бумаги не допускается.

Обрез кромок бумаги должен быть чистым и ровным.

Намотка бумаги должна быть равномерной и плотной по всей ширине рулона.

В бумаге не допускаются складки, морщины, залощенные и матовые полосы, пятна, в том числе просвечивающие, надрывы и отверстия, видимые на просвет невооруженным глазом.

В рулонной бумаге допускаются малозаметные морщины и другие дефекты, кроме надрывов и отверстий, которые не могут быть обнаружены в процессе перемотки, если показатель этих внутрирулонных дефектов, определенный по ГОСТ 13525.5--68, не превышает 1,0%.

Число склеек в рулоне не должно превышать двух, для
бумаги марки В и поставляемой на экспорт -- одной, а для бумаги
с государственным Знаком качества -- одной на 10 рулонов для
бумаги форматом до 90 см включительно, и одной на 5 рулонов
для бумаги форматом свыше 90 см.

Концы полотна бумаги в местах обрывов должны быть прочно склеены по всей ширине рулона без склеивания смежных слоев.

По показателям качества бумага первого сорта должна соответствовать нормам, указанным в таблице.

Таблица 1

На дисковых мельницах осуществляют следующие виды размо-ла волокнистых материалов:

1.Предварительный размол - осуществляется в варочных цехах с целью разделения сучков, костры и непроваренной щепы на во-локна.

2.Размол щепы - осуществляется оря производстве различных видов древесной массы (термомеханическом, химико-термомеханическом и т.п.) и при размоле полуцеллюлозы высокого выхода.

3. Размол отходов сортирования целлюлозного и древесномассного

производства,

4. Массный размол - осуществляется в размольно-поодготовительных цехах для придания размалываемым волокнам определенных тех-нологических свойств.

5. Окончательный размол или "выравнивание" массы - осуществляет-ся перед подачей массы на бумаго- или картоноделательную ма-шину для расщепления сгустков волокон в массе.

Основным видом размола, применяемым на всех предприятиях, выпускающих бумагу и картон, является массный размол. Массный размол может проводиться как при низкой концентрации (2-6 %), так и при высокой (10-13 %).

Оптимальным режимом работы дисковых мельниц считается такой.при котором прирост степени помола за одну ступень сос-тавляет 5-15 _ ШР. При этом для трудноразмалываемых материалов (сульфатная, хлопковая целлюлоза и др,) рекомендуется прирост степени помола 5-8°ШР за одну ступень, а для легкоразмалываемых (сульфитной целлюлозы, нейтральносульфитной полуцеллюлозы и др.) рекомендуется - 8-15°ШР.

Необходимое количество дисковых мельниц определяется по затратам энергии на размол. Для расчета используют показатель удельного расхода энергии Ао, показывающий, сколько энергии нуж-но затратить, чтобы повысить степень помола I т полуфабриката на 1°ШР. Этот показатель практически не зависит от типа размалываю-щего оборудования и определяется только видом полуфабриката. Зна-чения удельных расходов энергии для основных видов полуфабрика-тов в зависимости от глубины процесса размола приведены в табл.3.

Таблица 3

Средние значения удельных расходов энергии (А0)

при размоле основных видов полуфабрикатов

3.2. Выбор оборудования для размола полуфабрикатов

Размалывающее оборудование предназначено для разделения полуфабрикатов на волокна, их измельчения, фибрилляции, гидратации и придания им ряда определённых свойств.

Для размола полуфабрикатов применяются различные виды оборудования: дисковые и конические мельницы, роллы, пульсационные мельницы и т.п. В настоящее время на предприятиях, вырабатывающих массовые виды бумаги и картона, применяются почти исключительно дисковые мельницы. Широкое их применение объясняется рядом преимуществ: возможностью размола массы при высокой концентрации (до 40%) ; повышением однородности получаемой массы ; меньшими габаритами и удобством обслуживания; значительно большей мощностью одного агрегата и снижением удельного расхода электроэнергии на 15- 25 % по сравнению с коническими мельницами. Применяем следующую дисковую мельницу.

Таблица 4

Расход электроэнергии на размол полуфабриката определяется по формуле, кВт*ч/сут

А = А0 * Q (ПК - ПН)

где А0 - удельный расход энергии ,кВт*ч/т*_ШР (из табл. 5)

Q - количество воздушносухого полуфабриката, направляемого на размол, т;

ПК и ПН - конечная и начальная степень помола массы, _ШР

Суммарный расход электроэнергии на размол (А) составит:

А = 5* 200 (30-14) = 16000 кВт*ч/сут

Далее определяется суммарная мощность электродвигателей дисковых мельниц (МЭД) с учётом круглосуточной работы мельниц:

А 16000

МЭД = ----------------- = --------------- = 766 кВт

ф * з 24 * 0,87

где ф - количество часов работы мельницы в сутки (24 час)

з - коэффициент загрузки электродвигателей (0,85 - 0,90)

Определяем количество ступеней размола полуфабриката (n)^

 ПК - ПН 30 -14

n = ---------------- = ------------------- = 1.6

? _ШР 10

где ? _ШР- рекомендуемый прирост степени помола полуфабриката за одну ступень.

Распределение мощности между ступенями размола может быть различным и определяется принятым технологическим режимом. Допустим, что 60 % мощности расходуется на первой ступени размола, а остальные 40 % на второй, тогда суммарная мощность электродвигателей мельниц первой ступени будет равна:

МЭД1 = МЭД * 0,6 = 766 * 0,6 = 460 кВт

а для второй ступени:

МЭД2 = МЭД * 0,4 = 766 * 0,4 = 306 кВт

Принимаем для размола мельницы МДС - 17 с электродвигателями мощностью по 250 кВт. Тогда количество мельниц, необходимых для первой ступени размола, составит

460 /250 = 2 шт.С учётом резерва необходимо предусмотреть установку 3 мельниц.

Для второй ступени размола соответственно 306 / 250 = 2 . С учётом резерва устанавливаем 3 шт. МДС -1 7.

3.3. Выбор оборудования для сортирования, очистки и сгущения массы

Перед изготовлением бумаги и картона волокнистую массу необходимо очистить от различного вида загрязнений. Загрязнения. Имеющие плотность большую чем волокна (песок, уголь, металл и т.п.) , обычно удаляют на вихревых очистителях, а также загрязнения, как непровар, сучки, костра, сгустки волокон удаляются в различных сортировках. Для сортирования волокнистой массы перед бумаго-и картоноделательными машинами применяются центробежные и напорные сортировки.

Центробежные сортировки (типа СЦ) применяются для тонкого сортирования сульфитной целлюлозы, сульфатной целлюлозы, полуцеллюлозы, древесной и макулатурной массы.

Таблица 5

Техническая характеристика центробежной сортировки

Очень широкое применение на современных предприятиях получили вихревые очистители. В России они выпускаются двух типов: ОМ - для грубой очистки массы концентрацией до 5% и ОК в основном для тонкой очистки массы концентрацией до 1%. Вихревые очистители Ом чаще всего используют для грубой очистки макулатурной массы. Очистители ОК -01 применяют для очистки полуфабрикатов , в которых строго регламентируется сорность, ОК- 02 для очистки древесной массы и некоторых видов целлюлозы, очистители Ок - 04 - перед бумаго -и картоноделательными машинами, а ОК -08 - для грубой очистки массы.

Для снижения потерь волокна с отходами от вихревых очистителей они компонуются в установки (УВК) , состоящие из нескольких последовательных ступеней. Выпускаемые у нас в стране установки - трёхступенчатые, укомплектованные очистителями ОК - 01, ОК-02 или ОК-04. Оптимальная концентрация массы, подаваемой на установки вихревых очистителей , - 0,5- 0,7 %. Следует отметить, что установки УВК … 0,4, применяемые в основном перед бумаго -и картоноделательными машинами, позволяют не только очистить, но и провести одновременную деаэрацию массы, что положительно сказывается на работе машины и качестве получаемой продукции.

Таблица 6

Техническая характеристика очистителя ОМ -01

В целлюлозно - бумажном производстве часто применяется операция сгущения волокнистой суспензии. Для её осуществления применяются барабанные бесшаберные (для сгущения целлюлозы) и шаберные (преимущественно - для древесной массы) сгустители для повышения концентрации массы от 0,2 до 7 %, барабанные сгустители с подачей массы внутрь барабана и сгущающие транспортёры до концентрации 4-7 5, двухбарабанные сгустители для сгущения массы до концентрации 20-50 %. Более перспективными в настоящее время считаются двухбарабанные сгустители. Производительность сгущающего оборудования зависит от следующих основных факторов: степени помола, концентрации, температуры и вида волокнистой массы.

Таблица 7

Техническая характеристика шаберного сгустителя СШ -06

3.4. Выбор оборудования для хранения массы и подачи на машину

В целлюлозно -бумажном производстве применяются различные бассейны, необходимые для создания запаса волокнистой массы между производственными цехами и отделами; для составления и выравнивания композиции и концентрации массы. Эти бассейны оснащаются перемешивающими устройствами для поддержания массы во взвешенном состоянии.

По конструкции бассейны бывают горизонтальные и вертикальные, а по типу перемешивающих устройств - лопастные, циркуляционные и пропеллерные.

Горизонтальные бассейны применяются на старых предприятиях. Их объём составляет от 30-40 до 100-150 м3. Основными недостатками горизонтальных бассейнов являются - большая занимаемая площадь и недостаточно интенсивное перемешивание массы во всём объёме бассейна.

В настоящее время применяются почти исключительно вертикальные бассейны.

Таблица 8

Размеры вертикального машинного бассейна и характеристика

перемешивающих устройств

Расчёт ёмкости бассейна производится исходя из максимального количества массы, подлежащей хранению, и потребного времени хранения массы в бассейне. Согласно рекомендациям ГИПРОБУМа бассейны должны быть рассчитаны на 8 часов хранения массы.

Как правило, продолжительность хранения полуфабрикатов принимается до и после размола - 2 ч., а бумажной массы в смесительном (композиционном0 и машинном бассейнах - 15 -30 мин.

В некоторых случаях предусматривается хранение полуфабрикатов до размола в башнях высокой концентрации (12- 15%), рассчитываемых на 15-24 - часовой запас.

Расчёт ёмкости бассейна производится по формуле:

P *(100 - n)*t 70* (100 - 0.12) * 8

V= ------------------------------- * k = ---------------------------------- * 1.2 = 66,6 м3

Z* C 24 * 40

Расчёт времени, на которое рассчитан запас массы в бассейне определённой ёмкости рассчитывается по формуле:

V * Z * C 70 * 24 * 40

t = ---------------------------- = ------------------------------- = 8 ч.

P*(100 - n)*1.2 70 * (100-0,12 ) *1.2

где Р - количество воздушносухого волокнистого материала. т/сут.;

V - объём бассейна, м3 ;

n - влажность воздушносухого волокнистого материала . % (в соответствии с ГОСТ для полуфабрикатов n = 12% , для бумаги и картона

n = 5-8%).

T - время хранения массы;

z - количество рабочих часов в сутки (принимается 24 ч.);

с - концентрация волокнистой суспензии в бассейне, %;

к - коэффициент, учитывающий неполноту заполнения бассейна;

Ёмкости бассейнов необходимо унифицировать, чтобы облегчить их изготовление, компоновку, эксплуатацию и ремонт. Желательно иметь не больше двух типоразмеров.

Таблица 9

Унификация объёмов бассейнов

Таблица 10

Техническая характеристика массного насоса типа «БМ»

Для перекачки волокнистой массы от одного участка производства к другому применяются массные насосы. Выбор насоса производится исходя из полного напора массы, который должен создавать насос, и его производительности.

Расчёт полного напора насоса следует производить после того, как выполнены компоновочные чертежи и точно определено местонахождение насоса. При этом необходимо составить схему трубопроводов с указанием их длины и всех местных сопротивлений (тройник, переход, отвод и т.д.).

Обычно для передвижения волокнистых суспензий в пределах массоподготовительного отдела насос должен обеспечить напор 15-25 м.

Производительность насоса (м3/ч) рассчитывается по формуле:

Р * (100 - n) 80 *(100 - 0.12)

Q М = --------------------- = --------------------- = 8300 м3/ч

z*с 24 *40%

Q Н = Q М * 1,3 = 830*1.3 = 10800 м3/ч

где Р - количество воздушносухого волокнистого материала, т/сут.;

n - влажность воздушносухого волокнистого материала, % ;

z - количество рабочих часов в сутки (принимается 24 ч.);

с - концентрация волокнистой суспензии на нагнетающей линии насоса, % ;

1,3 - коэффициент, учитывающий запас производительности насоса.

На быстроходных машинах масса из машинного бассейна разбавляется оборотной водой до заданной концентрации в смесительном насосе и далее проходит до напускного устройства машины по трубопроводам и оборудованию , не соприкасаясь с воздухом.

Для обеспечения постоянства количества подаваемой в смесительный насос массы применяется ящик постоянного напора, а для стабилизации уровня регистровой воды, подаваемой на разбавление применяется перелив её избытка в сборник избыточной воды.

Ящик постоянного напора позволяет снизить пульсацию масс, возникающую в трубопроводах, удалить значительное количество воздуха из массы и обеспечить постоянное давление массы, идущей на разбавление. Конструктивно ящик постоянного напора представляет собой металлическую ёмкость объёмом до 12 м3 , состоящую из трёх отделений:

а) отделения подачи массы;

б) отделения отвода избытка массы;

в) отделения отвода массы на смесительный насос.

Далее, согласно принятой в проекте технологической схеме, масса направляется на очистку, деаэрацию и в напорное устройство машины.

Устройство вертикального машинного бассейна:

1- бассейн 2 пропеллерное устройство

4. Схема подготовки массы для бумаги глубокой печати

Рис 8.Схема подготовки массы для бумаги глубокой печати

1- приёмный бассейн

2- насос

3- регулятор концентрации

4- гидрофайнер

5- дисковый рафинер

6- промежуточный бассейн

7- магнитный расходомер

8- массный бассейн

9- машинный бассейн

10- мельница Жордана

11- переливной бачок

12- 12- сборник оборотной воды

13- смесительный насос

Бумагу для глубокой печати вырабатывают из 100% - ной белёной сульфитной целлюлозы или из нескольких волокнистых материалов. Чаще всего применяют комбинацию из длинноволокнистых хвойных и коротковолокнистых лиственных целлюлоз или однолетних растений - соломы, тростника, багассы и др. Вырабаты-вают их из массы сравнительно низкого помола, не превышающего 35--40° ШР. Коротковолокнистые компоненты требуют еще более низкого и притом только рафинирующего размола. Размол волок-нистых материалов проводится в две ступени: на первой ступени все волокнистые компоненты подвергают раздельному размолу на дисковых рафинерах или гидрофайнерах, затем их смешивают в определенной пропорции в массном бассейне, куда поступают также оборотный брак и химикаты. Готовую бумажную массу перекачивают в машинный бассейн, откуда она насосом подается на домалывающие конические мельницы Жордана и далее на машину.

Привозную листовую целлюлозу предварительно распускают на во-локнистую суспензию в гидроразбивателях. Оборотный бумажный брак, распущенный в гидроразбивателе, пропускают через аппараты типа энтштипперов или рафинирую-щих мельниц для полного устране-ния пучков. Уловленное волокно можно вводить непосредственно в бассейн размолотого брака.

При необходимости получения массы более высокой степени по-мола в схему вводят либо дополни-тельную ступень размола, либо уве-личивают количество размалываю-щих аппаратов, устанавливая их последовательно.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Оборудование целлюлозно-бумажного производства. Т. I. Оборудование для производства волокнистых полуфабрикатов. Т.2. Бумагоделательные машины / Под ред. В.А.Чичаева . М.; Лесная промышленность, 1981.

2.Жудро С.Г. Проектирование целлюлозно-бумажных предприятий. М.: Лесная промышленность, 1981.

3.Жудро С.Г. Технологическое проектирование целлюлозно- бумажных предприятий. М.: Лесная промышленность, 1970.

4.Иванов С.Н. Технология бумаги. М.: Лесная промышленность, 1970.

5.Бушмелев В.А., Вольман Н.С. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства, М.: Лесная промышленность, 1969.

6.Эйдлин И.Я. Бумагоделательные и отделочные машины. М.: Лесная промышленность, 1970.

7.Легоцкий С.С, Лаптев Л.Н. Размол бумажной массы. М.: Лесная промышленность, 1981.

8.Махонин А.Г. Расчет мешальных бассейнов: Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для студен-тов специальности 0904. Л.: ЛТА, 1974.

9.Махонин А.Г., Демченков П.А. Технология бумаги: Методи--ческие указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 0904. Л.: ЛТА, 1976.

Страницы: 1, 2