Развитие научных основ и совершенствование процессов технологии бумаги и картона из макулатуры
Технология восстановления бумагообразующих свойств вторичного волокна в процессах производства бумаги и картона из макулатуры. Взаимодействие вторичного волокна с водой. Модернизация оборудования и совершенствование процесса разволокнения макулатуры.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 15.02.2018 |
Размер файла | 599,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНА И РАЗРАБОТКА ФРАКЦИОНАТОРА
Главным проблемным аспектом переработки макулатуры постоянно было и остается качество получаемого вторичного волокна. Из ряда основных способов улучшения качества волокна, таких как, термодисперсионная обработка макулатурной массы, применение химических средств, использование щадящих режимов гидромеханической обработки и фракционирование волокнистой массы, большое внимание уделяется последнему.
В целях повышения степени восстановления бумагообразующих свойств вторичного волокна, совершенствования технологического процесса массоподготовки и улучшения технико-экономических показателей работы производства были поведены исследования фракционирования макулатурной массы по двум вариантам: в цетробежно-гидродинамическом фракционаторе и в фракционаторе на базе напорной сортировки.
При анализе работы центробежно-гидродинамических фракционаторов установлено, что их работа может быть существенно улучшена за счет изменения гидродинамики подачи водно-волокнистой суспензии в батарею очистителей массы. В основу процесса создания нового фракционатора был положен принцип «ламинизирования -дефлоккулирования» потока массы перед входом в центриклинеры. Были разработаны основы метода фракционирования и конструкция фракционатора. Получен патент на способ центробежно-гидродинамической обработки волокнистой суспензии и конструкцию установки вихревых конических очистителей для его осуществления. Изобретение направлено на повышение качества разделения волокнистого материала на коротко- и длинноволокнистую фракции. Предложенное техническое решение заключается в обеспечении дефлокуляции и ламинизирования потока волокнистой массы перед подачей в установку, подаче массы в определенную зону вихревых конических очистителей и их радиальном расположении в установке.
Опытная установка испытывалась в ОАО «Караваево». При испытании установки фракционированию подвергалась бумажная масса из смеси макулатуры марок МС-5Б (30 %) и МС-6Б (70 %). Фракционирование осуществлялось в одну ступень. Макулатурная масса разделялась на две фракции - коротко- и длинноволокнистую. Так как фундаментальные свойства являются основополагающим фактором качества бумаги и картона, то представлялось важным выяснить влияние на них фракционирования массы. Полученные данные по качеству волокна приведены в табл. 4.
Из табл. 4 видно, что с увеличением относительного содержания фракций, во-первых, средняя длина длинноволокнистой фракции снижается, коротковолокнистой - возрастает (изменения составляют примерно 7 %); во-вторых, межволоконные силы связи возрастают у коротковолокнистой фракции и снижаются у длинноволокнистой в 2 раза; в-третьих, собственная прочность волокон снижается примерно на 10 %; в-четвертых, критическая длина у длинноволокнистой фракции возрастает, а у коротковолокнистой фракции снижается.
Резюмируя вышеизложенное, можно констатировать, что ламинизированный поток массы, поступающий в очистители, обеспечивает эффективное разделение массы на коротко- и длинноволокнистую фракции. Качество разделения увеличивается в 2,7-3,0 раза по сравнению с фракционаторами подобного типа. Также повышается в 1,2-1,3 раза эффективность окончательной тонкой очистки коротковолокнистой фракции от загрязняющих включений с не меньшей, чем у волокна, плотностью. Затраты электроэнергии сокращаются в 1,5 раза. Исследования фракционирования массы в производственных условиях подтвердили возможность эффективного фракционирования вторичного волокна в центробежно-гидродинамических фракционаторах.
Исследования фракционирования вторичного волокна в напорных сортировках проводились в лабораторных и промышленных условиях двух предприятий ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика» и ООО «Сухонский ЦБК». В качестве фракционаторов использовались напорные сортировки СНС-05-50, модернизированные под выполнение функций фракционатора. Массовая доля волокна, проходящая через сито с определенным диаметром отверстий, отнесена к коротковолокнистой фракции, остаток на сите - длинноволокнистая фракция. В ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика» фракционированию подвергалась наиболее сложная для переработки (с точки зрения качества получаемого волокна и его выхода) бытовая макулатура. Диаметр отверстий сит сортировки 1,8 мм.
Таблица 4 Влияние фракционирования на фундаментальные свойства волокна
Номер образца |
Волокнистый материал |
Относительное Содержание фракций, % |
Fсв, МПа |
L0, км |
lср, мм |
lкр, мм |
|
1 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 57 43 |
0,708 0,563 0,947 |
9,52 8,55 10,22 |
1,76 1,82 1,38 |
2,59 2,37 1,60 |
|
2 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 66 34 |
0,890 0,640 1,042 |
9,39 9,54 9,46 |
1,74 2,23 1,30 |
1,83 2,57 1,43 |
|
3 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 60 40 |
1,202 1,006 0,997 |
7,29 9,72 8,75 |
1,80 2,08 1,53 |
0,99 1,14 1,40 |
|
5 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 56 44 |
1,270 0,783 1,088 |
10,42 11,01 10,39 |
1,76 2,15 1,52 |
1,23 1,86 1,38 |
|
Номер образца |
Волокнистый материал |
Относительное содержание фракций, % |
Fсв, МПа |
L0, км |
lср, мм |
lкр, мм |
|
6 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 58 42 |
0,934 1,337 1,637 |
9,59 9,83 10,10 |
1,76 2,11 1,34 |
1,33 1,09 0,95 |
|
7 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 61 39 |
1,429 1,473 1,398 |
9,53 9,48 10,92 |
1,75 2,19 1,51 |
0,95 1,04 1,22 |
|
8 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 78 22 |
0,890 0,774 0,639 |
9,39 9,32 9,87 |
1,74 2,09 1,50 |
1,83 1,59 1,94 |
|
9 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 52 48 |
1,202 1,250 0,802 |
7,29 9,29 9,84 |
1,80 2,09 1,48 |
0,99 1,30 1,68 |
|
10 |
Исходная макулатурная масса Длинноволокнистая фракция Коротковолокнистая фракция |
100 76 24 |
0,890 0,680 0,590 |
9,39 9,24 9,80 |
1,74 1,78 1,49 |
1,83 1,37 1,71 |
Характеристика исходной и разделенной на фракции волокнистой массы представлена в табл. 5. Волокнистую массу разделяли на две фракции: коротковолокнистую - 30 % и длинноволокнистую - 70 %.
При исследовании способности к размолу коротко- и длинноволокнистой фракций были выявлены закономерности, не противоречащие общеизвестному влиянию степени помола на основные показатели физико-механических свойств волокнистой массы. Это справедливо и для длинно- и коротковолокнистой фракций вторичного волокна. Однако, следует отметить и существенные отличия показателей этих фракций: при одинаковых степенях помола значительно большие абсолютные значения показателей имеют длинноволокнистые фракции по сравнению с коротковолокнистыми; в пределах одинаковых фракций существенно влияет степень помола на сопротивление излому и сопротивление продавливанию при почти отсутствии влияния на разрушающее усилие при сжатии кольца и сопротивление разрыву.
Таблица 5 Характеристика исходной и разделенной на фракции волокнистой массы
Волокнистый материал |
Концентрация массы, % |
Степень помола, ШР |
Средняя длина волокна по Иванову, дг (мм) |
Доля фракций, % (по массе) |
|
Масса перед сортировкой |
3,1 |
31 |
118 (2,25) |
100 ,0 |
|
Коротковолокнистая фракция (масса, прошедшая через сито) |
1,5 |
31 |
89 (1,90) |
33,1 |
|
Длинноволокнистая фракция (масса, не прошедшая через сито) |
2,4 |
21 |
185 (2,75) |
66,9 |
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНА
Размол волокнистых полуфабрикатов - это высокоэффективный способ направленного регулирования бумагообразующих свойств волокна, который заключается в механогидродинамической обработке. Процесс характеризуется двумя основными явлениями: изменение структурно-размерных характеристик волокна; фибриллирование и гидратация.
Исследование сравнительной эффективности размола вторичного волокна для тест-лайнера и флютинга в машинах с различной размалывающей гарнитурой имело цель обосновать применение соответствующих машин для максимально возможного развития потенциала бумагообразующих свойств вторичного волокна. Размолу подвергалась масса из макулатуры марки МС-5Б в дисковой (МД-14), конической (МКЛ-03) и гидродинамической (энтштиппирующей) (ММГ-03) мельницах и домолотой после пропуска через ММГ-03 на лабораторной мельнице (ЛКР). Зависимость степени помола и средней длины волокна от условий размола, а также потребляемая мощность мельниц представлены в табл. 6.
Таблица 6 Влияние условий размола на степень помола и среднюю длину волокна
Номер пробы |
Место отбора |
Характеристика суспензии |
Потребляемая мощность, кВт |
||
Степень помола, єШР |
Средняя длина волокна по Иванову, мм |
||||
1 |
До МД-14 |
16 |
1,30 |
110 |
|
2 |
После МД-14 |
18 |
1,28 |
||
3 |
До МКЛ-03 |
24 |
1,41 |
140 |
|
4 |
После МКЛ-03 |
25 |
1,40 |
||
5 |
До ММГ-03 |
23 |
1,50 |
120 |
|
6 |
После ММГ-03 |
25 |
1,50 |
||
7 |
То же с размолом до 32 ШР |
32 |
1,30 |
||
8 |
« до 35 ШР |
35 |
1,19 |
||
9 |
« до 39 ШР |
39 |
1,04 |
||
10 |
« до 46 ШР |
46 |
1,05 |
Размол макулатуры марок МС-1А и МС-2А как вторичного сырья имеет свои особенности. Поэтому было важно исследовать поведение вторичного волокна в процессе размола для установления приемлемых параметров этого процесса в технологии подготовки массы.
Как показали результаты исследований, исходная масса из вторичного волокна имела высокую степень помола, 50 єШР и усредненную длину волокна 39 дг (примерно1 мм). Волокнистой массе после роспуска было характерно наличие большого количества микросгустков волокон. После размола массы в течение 20 с микросгустки практически исчезли, что говорит об эффективном воздействии ножевой гарнитуры на волокно. Подтверждением тому является существенное повышение степени помола массы (на 7 єШР) и некоторое снижение длины волокна. Наблюдается значительная способность вторичного волокна из данных марок макулатуры к размолу. Так, степень помола 74 єШР достигается менее чем за две минуты размола (увеличение на 24 єШР). При этом длина волокна уменьшается примерно на 0,2 мм. Как видно из данных эксперимента, высокая исходная степень помола объясняется низкой средней длиной волокна, которая в процессе размола снижается еще больше, достигая 28 дг (примерно 0,8 мм).
Зависимость основных показателей физико-механических свойств и белизны от степени помола макулатурной массы представлена в табл. 7.
Таблица 7 Влияние степени помола волокнистой массы из макулатуры марок МС-1А и МС-2А на показатели физико-механических свойств и белизну
Степень помола, оШР |
Масса 1 м2, г |
Толщина, мкм |
Плотность, г/см3 |
Сопротивление продавливанию (абс.) кПа |
Разрывная длина, м |
Белизна, % |
|
50 |
74,5 |
167 |
0,446 |
126,1 |
2910 |
73,4 |
|
57 |
75,7 |
165 |
0,459 |
140,3 |
3613 |
72,8 |
|
64 |
77,5 |
167 |
0,464 |
162,1 |
3728 |
72,3 |
|
68 |
75,7 |
163 |
0,464 |
163,7 |
3839 |
72,3 |
|
74 |
75,0 |
162 |
0,463 |
171,8 |
3865 |
71,4 |
Как видно из табл. 7, исходная степень помола волокна из макулатуры марок МС-1А и МС-2А достаточно высокая - 50 ШР. Дальнейшее повышение степени помола массы до 74 ШР положительно отражается на показателях физико-механических свойств образцов бумаги. Однако наибольший прирост показателей наблюдается в первые 40 с размола при достижении степени помола примерно 60 ШР (более 800 м - по разрывной длине, более 36 кПа - по сопротивлению продавливанию). Дальнейший рост показателей прочности незначителен. Выявленный характер зависимостей подтверждает наличие в волокнистой массе, прошедшей все предыдущие технологические операции до размола, микросгустков волокон различной природы (мельчайшие лепестки, флокулы и др.). Именно интенсивное воздействие ножевой гарнитуры в первые 30 … 40 с размола доволокняет массу, а затем следует нарастание собственно размалывающего эффекта с фибриллированием и укорочением волокна.
Сравнительный анализ представленных данных позволяет констатировать:
- более экономичным, среди рассмотренных вариантов (на 17 … 27 %), следует признать размол макулатурной массы в дисковой мельнице;
- одноступенчатый размол массы из макулатуры, предназначенной преимущественно для тарных картонов, не позволяет реализовать ее бумагообразующие свойства в полной мере, которые проявляются лишь при степени помола не менее 36 … 38 ШР; визуальный осмотр образцов из массы, размолотой до 36 … 38 ШР, показывает значительное улучшение просвета, что свидетельствует о большей равномерности структуры бумаги за счет достижения однородности разработки вторичных волокон в процессе фибриллирующего размола;
- на первой ступени размола предпочтительнее использовать мельницу с энтштиппирующей гарнитурой; вследствие специфического воздействия на волокна в энтштиппирующей мельнице они приобретают гибкость и эластичность без видимого укорачивания, а также интенсивно набухают и фибриллируются, что значительно улучшает бумагообразующие свойства волокна и способствует снижению удельного расхода электрической энергии на последующий размол;
- для качественного размола массы из макулатуры марок МС-5Б и МС-6Б, предназначенной для изготовления тест-лайнера и флютинга, требует не менее 2 последовательно установленных мельниц, оснащенных ножевой гарнитурой; особенность режима размола - умеренная нагрузка на кромки ножей; предпочтительно вести размол только длинноволокнистой массы, имеющей степень помола в пределах 25 … 30 ШР;
- применение энтштиппирующей гарнитуры для размола макулатуры марок МС-5Б и МС-6Б при выработке тест-лайнера и флютинга оправдано для усиления гидратационных и фибриллирующих эффектов волокнистой массы;
- применение энтштиппирующей гарнитуры важно для обработки массы из книжно-журнальной макулатуры, начальная степень помола которой превышает 35 … 40 ШР;
- размол при высокой концентрации длинноволокнистой фракции гораздо предпочтительнее размола всей массы при низкой концентрации, приращение степени помола в последнем варианте всего 5 ШР, тогда как в первом варианте приращение составило 19 ШР;
- оптимальное значение степени помола, при котором можно получать бумагу и картон с достаточно высокими физико-механическими показателями, составляет 36 … 38 ШР;
- установлен характер изменения степени помола и средневзвешенной длины волокна из макулатуры марок МС-5Б и МС-6Б в процессе размола с помощью различной размалывающей гарнитуры; это волокно сравнительно мало изменяет степень помола (на 1 … 3 ШР) и длину волокна (от 0 до 0,2 мм) при одноразовом пропуске через 3 исследованных различных аппарата; при дальнейшем размоле увеличение степени помола на 21 ШР (с 25 до 46 ШР) вызывает снижение длины волокна на 0,45 мм (с 1,50 до 1,05 мм);
- выявлена закономерность воздействия энтштиппирующей и ножевой гарнитуры на водоудержание волокна; при энтштиппировании WRV вторичного волокна возрастает на 18 % (с 89 до 105 %), а степень помола увеличивается на 1,5 ШР (с 23,0 до 24,5 ШР); в аналогичных условиях, при размоле в машине с ножевой гарнитурой WRV волокна возрастает на 9 % (с 97 до 106 %), а степень помола увеличивается на 9 єШР (с 21 до 30 єШР);
- оценен вклад размола в процесс обратимости ороговения вторичного волокна; установлено, что суммарная степень обратимости ороговения волокна, или степень регенерирования бумагообразующих свойств, в процессе размола может составлять от 30 до 40 %, при этом примерно 70 % регенерирования свойств волокна приходится на ступень энтштиппирования;
- показано, что восстановление бумагообразующих свойств вторичного волокна для производства бумаги и картона высокого качества осуществляется в процессе размола при достижении WRV волокна в пределах 30 … 40 % и степени помола массы 35 … 40 ШР (при условии, что 60 … 70 % приходится на гидродинамическую обработку волокна без режущего воздействия).
Глава 6. ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ И ОТБЕЛКА ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНА
Облагораживание и отбелка вторичного волокна являются важными процессами технологии использования макулатуры. Следует указать, что процессы облагораживания и отбелки взаимосвязаны, так как облагораживание волокна из белых видов макулатуры всегда сопровождается повышением белизны, а отбелка неизбежно сопряжена с облагораживанием.
Исследовано влияние волокна из макулатуры марок МС-1А и МС-2А на белизну бумаги для письма и печати. Установлено, что для производства писчей и тетрадной бумаги пригодны следующие композиции: 100 % волокна из макулатуры МС-1А; 10 % волокна из макулатуры МС-2А и 90 % сульфитной целлюлозы; 3 … 4 % волокна из макулатуры МС-2А, 40 % волокна из макулатуры МС-1А и 55 % беленой сульфитной целлюлозы.
Облагораживание и отбелка вторичного волокна из макулатуры белых марок МС-1А, МС-2А и МС-8В принципиально важны в технологическом цикле массоподготовки при производстве высококачественной бумаги для письма и печати. Исследование методов облагораживания и отбелки (удаление термоклея фракционированием и кавитационной обработкой, удаление загрязняющих веществ промывкой водой, ферментативная обработка, комбинированная обработка флуоресцентными веществами и пероксидом водорода, обработка дитионитом натрия) позволило установить следующее:
- метод кавитационной обработки обеспечивает полное разволокнение массы, равномерное диспергирование печатных красок и клеевых частиц до превалирующих размеров 1 мм;
- метод двухступенчатой промывки с раздельными контурами водопользования обеспечивает удаление 2,5 % от массы обрабатываемого вторичного волокна, состоящего преимущественно из загрязняющих включений (30 … 50 % - наполнителя и типографской краски, остальное - термоклей, другие загрязнения и мелкое волокно) и доведение белизны кондиционной волокнистой массы до 68,0 … 69,0 % против 66,7 % необлагороженной массы;
- методы комбинированной пероксидно-ферментной обработки, отбелки флуоресцентными оптическими отбеливателями или дитионитом натрия эффективно повышают белизну макулатурной массы из основных марок белой макулатуры (МС-1А, МС-2А, МС-7Б, МС-8В) и их композиций, проявляя механизмы деструкции окрашивающих веществ (ферменты) или обесцвечивания (пероксид, ФОО и дитионит); уровень повышения белизны данными методами в зависимости от комбинации химикатов, режима обработки, марки макулатуры, состава композиций и исходной белизны составляет от 2 до 17 %;
- конкретная эффективность отбеливающих химикатов: белофор повышает белизну массы из МС-1А на 7,7 % (от 79,0 % до 86,7 %); отбеливающий состав, содержащий пероксид водорода и щелочную протеазу, повышает белизну волокна из смеси МС-2А и МС-8В до 78,9 % против 62,2 %; совместное применение предыдущего отбеливающего состава в сочетании с белофором повышает белизну волокна из смеси МС-1 (50 %) и МС-8В (50 %) до 72,7 % против 62,6 %.
Достигнутые результаты позволяют значительно расширить долю использования менее качественных марок макулатуры МС-2А, МС-8В, МС-7Б в композиции с макулатурой МС-1А и беленой целлюлозой. Например, доля МС-2А и МС-8В по показателю белизны в композиции может быть доведена до 100 %, т.е. данной волокнистой композицией можно заменить макулатуру МС-1А и беленую целлюлозу.
Обезвоживание волокнистой массы из макулатуры сопровождается значительным снижением белизны (на 10 … 20 %) по сравнению с исходной белизной макулатуры, что объясняется вымыванием наполнителя и части мелкого волокна. Как подтверждают данные экспериментов, это явление наблюдается и при обезвоживании облагороженной массы. Поэтому, при создании инновационных технологий переработки макулатуры данный факт следует безусловно учитывать.
Глава 7. ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА БУМАГИ И КАРТОНА ПРИ ВЫРАБОТКЕ В НЕЙТРАЛЬНОЙ СРЕДЕ С НОВЫМИ ХИМИКАТАМИ
Приоритетность развиваемого направления производства бумаги и картона в нейтральной и слабощелочной средах объясняется целым рядом значимых преимуществ перед изготовлением в кислой среде.
Важность исследований проклейки тест-лайнера алкилкетендимерами (АКД) «Далкен С» определялась Государственной программой важнейших НИОКР, в которой участвовали ОАО ЦНИИБ, ОАО «Химпром» (г. Волгоград) и ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика». Непосредственное участие автора в данных исследованиях заключалось в создании опытно-промышленной установки по производству клея на предприятии, проведении испытаний клея в производстве картона из вторичного волокна, обработке и анализе результатов.
Образцы «Далкен С» отличаются сырьем, из которого они получены (высшие жирные кислоты), и характеристиками (табл. 8). Рецептура клеев на их основе была следующей: АКД - 15 г; крахмал катионный - 3 г (20 % от массы АКД); вода - 132 г. Экспериментально было установлено, что высокоустойчивые микрогетерогенные клеи (преимущественный размер частиц клея 1 … 2 мкм) получаются при массовом соотношении Мэмульгатора /МАКД ? 18 … 20.
Таблица 8 Основные показатели качества лабораторных образцов «Далкен С»
Показатель |
Образцы |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
||
Массовая доля димеров, % |
84,3 |
87,0 |
84,4 |
80,5 |
|
Кислотное число, мг КОН/г |
24,6 |
11,1 |
9,6 |
11,8 |
|
Массовая доля остаточного толуола, % |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,5 |
|
Температура плавления, єС |
47 |
48 |
48 |
Жидкий |
Лабораторные исследования показали хорошую эффективность проклейки картона из вторичного волокна данными образцами АКД. Поэтому были проведены опытно-промышленные испытания промышленного АКД «Далкен С» (ТУ 2435-321-05763458-2002) с массовой долей основного вещества 81,5 %.
Производился картон для плоских слоев гофрокартона массой 1 м2 140 г из 100 % макулатуры марок МС-5Б (60 %) и МС-6Б (40 %) при расходе катионного крахмала 8 кг/т и клея - 2 кг/т (в пересчете на АКД). Качество проклейки оценивалось впитываемостью воды картоном, определяемой по стандартной методике. Испытанию подвергались 5 образцов картона с наката, предварительно прошедшие созревание при температуре 110 єС в течение 10 мин. Всего испытано 10 рулонов картона. Испытания показали, что уровень впитываемости картона находится в пределах требований по качеству (в среднем 33,8 г/м2) и не уступает по эффективности зарубежным аналогам. Сравнение велось с клеем «Гидрорес». После опытно-промышленных работ ОАО «Полотняно-Заводская БФ» освоило данную технологию и еще продолжительное время работало на АКД «Далкен С».
Основные результаты исследований по данной инновационной разработке:
1. Клей на основе АКД «Далкен С» является эффективным проклеивающим средством для производства бумаги и картона в нейтральной среде и может быть альтернативой зарубежным аналогам.
2. Экономический эффект от использования данного клея доказал его предпочтительность по сравнению с зарубежными технологиями.
Целесообразность исследований эффективности полиоксихлорида алюминия (ПОХА) в процессах нейтральной проклейки определялась следующими факторами: относительной новизной и малоизученностью механизма его взаимодействия с ингредиентами волокнистой массы, особенно из вторичного волокна, и ссылками на его эффективное положительное действие на проклейку бумаги и картона в нейтральной среде, включая проклейку картона из вторичного волокна.
В отечественной промышленности ПОХА известны под торговой маркой «Аква-Аурат» и производятся ОАО «Химический завод им. П.Л. Войкова» (АО «Аурат»). Химический состав продукта, например, «Аква-Аурат 30» представляется формулой Al(OH)a Clb nH2Om (где а = 1,2 … 1,4; b = 1,6 … 1,8; n = 2,4 … 4,5; m = 3,5).
При рассмотрении вопросов нейтральной проклейки с помощью АКД в диссертации исследовалось влияние ПОХА на этот процесс. Установлено, что ПОХА позволяет расширить интервал рН от 4,2 до 7,5 против 4,5 … 5,5 для сульфата алюминия.
Исследование влияния ПОХА на проклейку АКД в лабораторных условиях проводилось при выработке тест-лайнера из 100 % вторичного волокна (макулатура марок МС-5Б (60 %) и МС-6Б (40 %)) массой на 1 м2 150 г. Для повышения степени удержания клея, мелкого волокна и других частиц в массу подавался катионный крахмал. Для сравнения в ряде опытов в массу вводился сульфат алюминия (в нескольких вариантах) и ПОХА «Аква-Аурат 18» (ТУ 6-09-05-1456-96). Уровень гидрофобности картона определялся по поверхностной впитываемости (Кобб60). Результаты испытаний показали, что впитываемость картона во всех вариантах находится в пределах требований нормативных документов (не более 35 г/м2), а присутствие сульфата алюминия и ПОХА положительно влияет на впитываемость.
Учитывая широкое применение в технологии бумаги и картона канифольных клеев, катионного и анионного полиакриламидов, катионного крахмала и натрийкарбоксиметилцеллюлозы, важно было сравнить влияние ПОХА «Аква-Аурат» и сульфата алюминия на качество, например, бумаги для гофрирования с участием перечисленных ХВС.
Были проведены исследования по получению высококачественной бумаги для гофрирования с помощью ХВС из 100 % вторичного волокна из макулатуры марок МС-5Б (60 %) и МС-6Б (40 %). Цель экспериментов заключалась в использовании химических веществ в определенном сочетании друг с другом в присутствии ПОХА. Изготавливались образцы бумаги для гофрирования массой 1 м2 125 г. Вид химикатов и их сочетание в массе представлены в табл. 9.
Таблица 9 Вид и сочетание химикатов в массе при получении гофробумаги
Номер варианта |
Расход химикатов, кг/т, при последовательности подачи химикатов > |
рН |
|||||||
КК |
NаКМЦ |
КП |
СА |
АА |
ПАА-К |
ПАА-А |
|||
1 |
4 |
- |
3 |
20 |
- |
0,1 |
- |
6,9 |
|
2 |
- |
2 |
3 |
- |
20 |
- |
0,1 |
7,5 |
Примечание. КК - катионный крахмал; КП - канифольный клей; СА-сульфат алюминия; АА - «Аква-Аурат 18»; ПАА-К - полиакриламид катионный; ПАА-А - полиакриламид анионный; NаКМЦ - натрийкарбоксиметилцеллюлоза.
Расходы всех ХВС указаны в пересчете на сухое вещество, кроме ПОХА «Аква-Аурат 18», который подавался в массу по товарному раствору. Данные по качеству бумаги для гофрирования приводятся в табл. 10.
Таблица 10 Показатели физико-механических свойств бумаги для гофрирования
Номер варианта |
Сопротивление продавливанию, кПа |
Удельное сопротивление разрыву, кН/м |
Сопротивление плоскостному сжатию, кН/м |
Сопротивление торцовому сжатию, Н |
Поверхностная впитываемость по Кобб30, г/м2 |
|
1 |
270 |
7,0 |
220 |
1,01 |
70 |
|
2 |
340 |
7,5 |
250 |
1,08 |
70 |
Как видно из табл. 10, бумага для гофрирования, полученная с использованием ПОХА «Аква-Аурат» (вариант 2), по своим качественным показателям значительно превосходит аналогичную бумагу, полученную с использованием сульфата алюминия (вариант 1), натрий КМЦ и анионного полиакриламида взамен катионных крахмала и полиакриламида.
Следующая серия лабораторных опытов была посвящена установлению влияния рН волокнистой массы на гидрофобные свойства картона из 100 % макулатуры с использованием ПОХА «Аква-Аурат». Исследовалось влияние рН на качественные показатели (в первую очередь на впитываемость) картона (масса 1 м2 - 150 г) из 100 % макулатуры МС-5Б (60 %) и МС-6Б (40 %).). В результате была получена зависимость гидрофобности картона от рН массы. Уровень поверхностной впитываемости 25 … 45 г/м2 достигается в достаточно широком интервале рН (4,0 … 7,5 рН), за пределами которого как в кислую, так и в щелочную область гидрофобизируемость картона ослабевает. Это указывает на снижение полноты гидрофобизирующе-упрочняющих процессов в комплексе «волокно-клей-связующее-коагулянт». Однако в области 4,0 … 7,5 рН возможно производство высококачественного картона для плоских слоев массой 1 м2 150 г из 100 % макулатуры: поверхностная впитываемость - 28 … 35 г/м2; сопротивление разрыву - 90 … 110 Н; разрывная длина - до 4100 м; сопротивление продавливанию - 3,7 … 4,1 кгс/см2; влагопрочность - 12 … 22 Н.
Исследовано получение бумажной массы из вторичного волокна для бумаги и картона при комбинированной обработке ПАВ и ПОХА с разработкой нового способа получения бумажной массы из макулатуры, в котором отсутствуют указанные выше негативные явления, характерные сульфату алюминия и канифольному клею. На данный способ получен патент РФ № 2230846. Ставилась задача - совершенствование технологии приготовления бумажной массы из макулатуры для производства бумаги и картона с улучшенной механической прочностью. Сущность разработки заключается в обработке макулатурной массы ПАВ в сочетании с дороспуском и размолом массы в пульсационной мельнице в слабощелочной среде (рН 7,5 … 7,9). В качестве ПАВ использованы нейтрализованные жирные кислоты таллового масла в количестве 0,8 … 2,0 % от массы волокна. Подготовленное волокно размалывалось в фибриллирующем режиме и проклеивалось канифольным клеем с флокулянтом-коагулянтом (в количестве 1,8 … 3,5 % от массы волокна) - ПОХА ((Al2OHCl5)n) c содержанием 18 % Al2O3.
Физико-механические показатели лабораторных образцов тест-лайнера, произведенного из массы по новой технологии, по всем показателям оказались значительно выше по сравнению с картоном по традиционной технологии. При этом увеличение содержания ПОХА и ПАВ в массе улучшает показатели картона.
Таким образом, ПОХА является высокоэффективным химическим средством для применения в процессах производства бумаги и картона из вторичного волокна в нейтральной среде, как с канифольными продуктами, так и с синтетическими проклеивающими средствами.
При исследовании эффективности крахмалов в технологии тарного картона из макулатуры необходимо было установить эффективность действия разных видов крахмалов на качество бумаги для гофрирования и картона для плоских слоев гофрированного картона.
Испытаны кукурузные крахмалы марок Б-150 и -135, представленные фирмой ОАО ГПП «Российские крахмалопродукты», взамен крахмала марки «C*bond» в ООО «Сухонский ЦБК» на двух БДМ. Контроль технологического процесса производства и качества готовой продукции велся по действующей технологической карте.
Опытно-промышленные исследования крахмалов отечественного производства дали следующие результаты:
- крахмалы Б-150 и Б-135 приготавливаются и дозируются без затруднений;
- крахмалы Б-150 и Б-135 по эффективности не уступают зарубежному картофельному крахмалу марки «С*bond»;
- крахмалы Б-150 и Б-135 в порядке импортозамещения можно без ограничений эффективно использовать в производстве тарных картонов из макулатуры.
При исследовании переработки макулатуры, содержащей анионные и катионные крахмалы, преследовалась цель снизить их содержание и установить, как это повлияет на технологические свойства бумажной массы и прочностные показатели изготовленной из нее бумажной продукции
Серия исследований была основана на сбраживании катионных и анионных крахмалов в макулатурной массе при помощи дрожжей или деструкции крахмалов под действием фермента амилазы до растворимых в воде и обладающих клеящими свойствами декстринов.
Полученные результаты позволяют сделать следующие заключения:
- катионные и анионные крахмалы, присутствующие в макулатуре, при получении волокнистой массы распределяются между волокном и оборотной водой, где находятся в виде коагулированных частиц;
- сбраживание крахмала в волокнистой массе дрожжами - сахаромицетами позволяет удалить его и получить картон с более высокими показателями качества по сравнению с картоном, где крахмал не был удален;
- обработка волокнистой массы -амилазой в целях декстринизации крахмалов, растворения и использования связующих свойств образующихся декстринов дала значительный прирост ( 15 %) показателей качества картона.
Глава 8. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ И ПРОЧНОСТИ КАРТОНОВ-ЛАЙНЕРОВ
Важнейшими свойствами тарных картонов являются способность к деформированию и прочность. Расширенная оценка механического поведения картонов-лайнеров, в частности их деформационных характеристик при растяжении и изгибе, очень важна с точки зрения получения новых данных о факторах повышения механических свойств в технологии тест-лайнера.
На рис. 7 представлены графики «напряжение-деформация», полученные при приложении растягивающей нагрузки к картонам-лайнерам основных производителей РФ, а в табл. 11 - характеристики качества картонов. Анализ представленных данных свидетельствует, что у образцов крафт-лайнера выше сопротивление продавливанию П, жесткость при растяжении St, работа разрушения Ар, т.е. динамическая прочность, и трещиностойкость JIс; у образцов тест-лайнера выше жесткость при изгибе.
Бумага является вязкоупругим материалом, в котором наряду с мгновенными упругими деформациями развиваются неупругие деформации, величина которых в определенной степени зависит от длительности или скорости приложения нагрузки. Для оценки таких материалов широко используются характеристики - работа разрушения Ар и трещиностойкость, оцениваемая величиной J-интеграла (JIс). Анализу подвергнуты экспериментальные данные, полученные при испытаниях образцов крафт-лайнера 8 и 9 и тест-лайнера 3 и 5. На рис. 8 представлено изменение работы разрушения Ар при испытании на растяжение выбранных образцов.
Рис. 7 Графики «напряжение-деформация» для картонов (MD - машинное, CD - поперечное направление) основных производителей: 1 - тест-лайнер ОАО «Ступинский КПК» марки K-1; 2 - тест-лайнер ОАО «Ступинский КПК» марки K-4; 3 - тест-лайнер ОАО «Караваево»; 4 - тест-лайнер для нижнего слоя гофрокартона ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика»; 5 - то же для верхнего слоя; 6 - тест-лайнер ЗАО «Картонтара» без поверхностной проклейки; 7 - то же с поверхностной проклейкой; 8 - крафт-лайнер ОАО «Архангельский ЦБК»; 9 - крафт-лайнер ОАО «Котласский ЦБК»; 10 - крафт-лайнер ОАО «Нойзидлер-Сыктывкар»; 11 - топ-лайнер ОАО «Нойзидлер-Сыктывкар»
Таблица 11 Деформационные характеристики качества картонов-лайнеров различных производителей при испытании на растяжение (номера образцов - см. рис. 7)
Номер образца |
Е1, МПа |
St? кН/м |
p, МПа |
p, % |
Ap, мДж |
Относительные вклады в работу разрушения, % |
JIс, кДж/м |
JIсw, кДжм/кг |
||||
Aу |
Aз-у |
Aп |
Aт |
|||||||||
MD |
||||||||||||
1 |
4746 |
1046 |
59,34 |
2,14 |
252,2 |
2,3 |
32,7 |
45,9 |
19,1 |
1975 |
13,16 |
|
2 |
4439 |
1033 |
43,85 |
1,98 |
189,9 |
1,3 |
37,6 |
41,0 |
20,1 |
1695 |
11,30 |
|
3 |
2756 |
760 |
27,23 |
1,62 |
109,3 |
0,5 |
43,1 |
40,3 |
16,1 |
1686 |
11,24 |
|
4 |
3406 |
887 |
33,08 |
1,45 |
109,2 |
4,0 |
38,6 |
35,8 |
21,6 |
1606 |
10,71 |
|
Aу |
Aз-у |
Aп |
Aт |
|||||||||
5 |
2689 |
661 |
25,98 |
1,67 |
97,5 |
2,1 |
37,5 |
43,2 |
17,2 |
1228 |
8,19 |
|
6 |
4025 |
1007 |
37,25 |
1,42 |
117,2 |
3,6 |
39,7 |
36,4 |
20,3 |
1437 |
9,58 |
|
7 |
4276 |
1017 |
43,74 |
1,63 |
152,0 |
4,3 |
36,5 |
40,2 |
19,0 |
1553 |
10,35 |
|
8 |
4557 |
1335 |
65,45 |
2,06 |
292,9 |
1,6 |
28,9 |
47,6 |
21,9 |
3285 |
21,90 |
|
9 |
5000 |
1027 |
62,81 |
1,67 |
205,3 |
15,1 |
28,1 |
29,7 |
27,1 |
2230 |
14,90 |
|
10 |
6250 |
1230 |
105,90 |
2,50 |
440,9 |
7,9 |
22,5 |
35,4 |
34,2 |
2960 |
19,70 |
|
11 |
5550 |
1050 |
96,10 |
2,65 |
415,0 |
7,9 |
19,7 |
36,6 |
35,7 |
2880 |
19,20 |
|
Aу |
Aз-у |
Aп |
Aт |
|||||||||
CD |
||||||||||||
1 |
1463 |
329 |
16,39 |
4,25 |
175,1 |
0,8 |
33,8 |
45,4 |
20,0 |
425 |
2,84 |
|
2 |
1430 |
335 |
17,26 |
4,10 |
180,0 |
0,4 |
33,2 |
44,0 |
22,4 |
380 |
2,54 |
|
3 |
1606 |
449 |
15,41 |
2,14 |
91,0 |
1,0 |
39,8 |
42,7 |
16,5 |
375 |
2,50 |
|
4 |
1513 |
403 |
16,58 |
2,13 |
90,3 |
3,8 |
37,2 |
41,2 |
17,8 |
328 |
2,18 |
|
5 |
1552 |
385 |
15,01 |
2,07 |
75,9 |
4,0 |
37,0 |
41,0 |
18,0 |
349 |
2,32 |
|
6 |
990 |
256 |
8,99 |
2,21 |
53,6 |
1,4 |
44,1 |
36,2 |
18,3 |
316 |
2,11 |
|
7 |
976 |
230 |
9,72 |
2,91 |
72,0 |
1,0 |
44,5 |
36,7 |
17,8 |
317 |
2,12 |
|
8 |
1600 |
415 |
20,52 |
4,01 |
168,3 |
1,4 |
32,2 |
50,8 |
15,6 |
968 |
6,46 |
|
9 |
1950 |
475 |
25,00 |
2,73 |
167,5 |
3,7 |
34,0 |
39,4 |
22,9 |
890 |
6,00 |
|
10 |
2050 |
410 |
37,60 |
5,26 |
395,0 |
2,4 |
14,9 |
23,0 |
59,7 |
1060 |
7,10 |
|
11 |
2200 |
420 |
39,10 |
4,92 |
369,0 |
2,2 |
15,4 |
26,8 |
55,6 |
1020 |
6,80 |
Рис. 8 Изменение работы разрушения Ар при испытании на растяжение: * - предел упругости; ? - начало образования пластических деформаций; _ - начало быстрого роста трещины; ? - разрушение материала; 1 - крафт-лайнер 8; 2 - крафт-лайнер 9; 3 - тест-лайнер 3; 4 - тест-лайнер 5
Из рис. 8 следует: во-первых, ход кривых определяется видом волокна, картон из первичного более длинного волокна обнаруживает наиболее высокие значения характеристик; во-вторых, закономерность изменения характеристик зависит от того, какое волокна (первичное или вторичное) в структуре картона; в-третьих, закономерности изменения величины работы в III и IV зонах деформирования идентичны, а главное различие в механическом поведении обусловлено процессами, происходящими в I и II зонах деформирования, т.е. определяется поведением в силовом поле межволоконных сил связи и перемещениями волокон с l lкр (занятием оптимального, с энергетической точки зрения, положения).
Таким образом, механическое поведение материала, а следовательно, и весь комплекс его деформационных и прочностных свойств в сильной степени зависит от замедленно-упругой деформации, или от проявления вязкоупругих свойств в областях II и III кривой зависимости «-», обусловленной критической длиной волокна lк, относительным содержанием волокон с l < lкр и l > lкр, относительным вкладом в возникающую пластическую деформацию механизмов сдвиговой вынужденной эластичности.
Итогом проведенных исследований является теоретическое обоснование главных факторов повышения механических свойств в технологии тест-лайнера - критическая длина волокна в структуре материала и относительное содержание фракции с длиной волокна более критической.
Бумаге и картону, как твердым упругопластическим волокнисто-пористым трехмерным листовым структурам, характерна анизотропия свойств. Степень анизотропии свойств характеризуется соотношением коэффициентов жесткости при растяжении в машинном (TSIMD) и поперечном (TSICD) направлениях (TSIMD/TSICD). Эксперименты показали, что по ширине картонного полотна можно выделить участки, анизотропия структуры которых отличается на 7 … 50 %. Снижение вариации анизотропии бумаги и картона - одна из главных задач теории и практики производства, обеспечивающая повышение качества продукции.
В табл. 12 представлены данные о влиянии анизотропии на характеристики прочности и деформативности при испытании на растяжение.
Подчеркнем, что с ростом анизотропии структуры снижаются как стандартные характеристики качества (сопротивление продавливанию П и сопротивление сжатию кольца RCT), так и вновь вводимая характеристика - сопротивление торцевому сжатию короткого участка образца SCT. При этом возрастает трещиностойкость образцов JIс за счет увеличения относительного вклада работы в области предразрушения Aт в работу разрушения.
Таблица 12 Влияние степени анизотропии структуры тест-лайнера на характеристики прочности и деформативности при испытании на растяжение
Степень анизотропии Структуры TSI MD/CD |
Направление испытания |
Е1, МПа |
St, кН/м |
P, Н |
p, МПа |
p, % |
Ap, мДж |
Относительные вклады в работу разрушения, % |
||||
Aу |
Aз-у |
Aп |
Aт |
|||||||||
1,50 |
MD |
2787 |
677 |
126,52 |
29,92 |
1,76 |
116,4 |
3,9 |
40,7 |
38,7 |
16,7 |
|
CD |
1683 |
414 |
76,00 |
20,61 |
2,54 |
125,8 |
2,0 |
39,8 |
41,5 |
16,7 |
||
1,75 |
MD |
3582 |
861 |
134,89 |
37,44 |
1,55 |
122,1 |
0,4 |
43,2 |
37,7 |
18,7 |
|
CD |
1789 |
439 |
73,68 |
20,03 |
2,31 |
111,0 |
2,0 |
39,4 |
40,7 |
17,9 |
||
2,00 |
MD |
3617 |
882 |
138,21 |
37,79 |
1,49 |
117,6 |
0,1 |
42,2 |
36,0 |
21,7 |
|
CD |
1599 |
390 |
70,28 |
19,19 |
2,42 |
110,3 |
2,1 |
38,7 |
42,5 |
16,7 |
||
2,25 |
MD |
3710 |
902 |
134,49 |
36,87 |
1,37 |
104,6 |
0,4 |
43,8 |
34,3 |
21,5 |
|
CD |
1574 |
381 |
62,93 |
17,31 |
2,37 |
98,8 |
2,0 |
41,2 |
38,4 |
18,4 |
В обобщенном виде результаты исследований по деформационным и прочностным свойствам картонов можно свести к основному выводу - их определяющей зависимости от величины замедленно-упругой деформации, т.е. от степени проявления вязко-упругих свойств в областях II (зона вязкоупругих деформаций) и III (зона замедленно-упругих деформаций) зависимости «напряжение-деформация». А они обусловлены критической длиной волокна lкр, относительным содержанием волокон с l < lкр и l > lкр и относительным вкладом в возникающую пластическую деформацию механизмов сдвиговой вынужденной эластичности.
Результаты исследований составляют комплекс экспериментальных данных для использования в разработке инновационных технологий производства тест-лайнера и флютинга.
Глава 9. РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ БУМАГИ И КАРТОНА ИЗ МАКУЛАТУРЫ
На основе обобщений имеющихся научных данных автором был сделан главный вывод, что важнейшим элементом структуры являются силы межволоконной связи, в конечном итоге, выступающие лимитирующим фактором прочности бумаги и картона из вторичного волокна.
Следуя главному выводу, во главу теории восстановления бумагообразующих свойств можно поставить следующие положения:
- мерой потери бумагообразующих свойств вторичного волокна является степень ороговения, как результат предыдущих технологических циклов переработки; характерное свойство ороговения - ограниченная обратимость;
- предел обратимости ороговения, или предел восстановления бумагообразующих свойств волокна, определяется глубиной развития гидратационных эффектов при активирующем воздействии гидродинамических, физико-химических и химических процессов в технологии (роспуск, размол, набухание, фракционирование, очистка, добавки химикатов, воздействие температуры и др.);
- интегрирующей количественной характеристикой ороговения является доля уменьшения водоудержания вторичного волокна (WRVорог) в сравнении с водоудержанием первичного волокна (WRVперв), что можно выразить уравнением
WRVперв - WRVвтор = WRVорог; (2)
- интегрирующей количественной характеристикой восстановления (регенерирования) бумагообразующих свойств может служить предел обратимости ороговения волокна или доля приращения водоудержания в условиях осуществляемых технологических процессов (WRVобрат):
WRVобрат = WRVорог - WRVо.п, (3)
где WRVо.п - сумма долей приращения WRV, достигаемая в основных процессах массоподготовки в зависимости от факторов (Ф) данных процессов: исходных свойств макулатуры (Фмакул), роспуска (Фросп), набухания (Фнабух), фракционирования (Ффракц), размола (Фразм), облагораживания (Фоблаг) и добавки химикатов (Фхим).
Тогда, можно записать
WRVо.п = (Фмакул + Фросп + Фнабух + Ффракц + Фразм + Фоблаг + Фхим). (4)
Как указано выше, WRVобрат зависит от глубины развития гидратационных эффектов в основных процессах массоподготовки. Для исследованных в диссертации процессов массоподготовки можно привести качественную и количественную оценку их влияния на WRVобрат. Обобщенные качественные и количественные данные наиболее значимых, влияющих на WRVобрат факторов представлены в табл. 13.
Как видно из табл. 13, наиболее влияющие факторы основных процессов массоподготовки и сами процессы по-разному влияют на WRVобрат. Суммарная обратимость ороговения ( WRVо.п), достигнутая в результате диссертационных исследований, находится в пределах 55 … 74 %.
У рассмотренных видов макулатуры потеря прочности вторичного волокна, по сравнению с первичным волокном, подтвержденная исследованиями, оценивается в 30 … 50 %, а суммарная обратимость достигает 55 … 74 %, что примерно тождественно обратимости ороговения.
Таблица 13 Обобщенные качественные и количественные данные влияния наиболее значимых факторов основных процессов массоподготовки на WRVобрат
Процесс |
Наиболее влияющие факторы |
Характер влияния на WRVобрат |
Процент изменения WRVобрат |
|
Фмакул |
Критическая длина Степень помола (СП) |
- большим значениям lкр. соответствуют меньшие WRVобрат; - большим значениям СП соответств. большие значения WRVобрат |
- |
|
Фразм |
Степень и характер помола: - преимущественно фибриллирование - преимущественно рубка Продолжительность Расход электроэнергии Удельное давление на кромки ножей |
- по мере роста СП более интенсивно возрастает WRVобрат (при- мерно, 16 %); - по мере роста СП WRVобрат растет умеренно (примерно 9 %); - с увеличением WRVобрат возрастает; - с увеличением расхода WRVобрат возрастает; - с увеличением давления WRVобрат возрастает умеренно; |
30 … 40 |
|
Фнабух |
Продолжительность, ф Характер гидратации волокна: - гидрофильная (1) - гидрофобная (2) |
- в пределах интервала полного разволокнения: чем больше ф, тем больше WRVобрат; - (1) - увеличивает WRVобрат - (2) - уменьшает WRVобрат |
12 … 15 |
|
Фоблаг |
Кавитация, промывка, пероксидно-ферментативная обработка, отбелка ФОО |
- все виды облагораживания увеличивают WRVобрат |
6 … 8 |
|
Фхим |
Активная кислотность Применение ПАВ Оборотная вода |
- в интервале рН 7,0-8,5 WRVобрат увеличивается; - применение ПАВ увеличивает WRVобрат; - оборотная вода снижает WRVобрат примерно на 15 % |
4 … 6 |
|
Ффракц |
Длина волокна Дефлокулирование |
- длинноволокнистой массе характерно приращение WRVобрат; - коротковолокнистая масса снижает WRVобрат; - большее дефлокулирование увеличивает длину волокна и увеличивает WRVобрат |
3 … 5 |
|
Достигаемая WRVобрат прочности вторичного волокна 55 … 74 % |
В диссертации автор не приводит всей гаммы традиционных организаций производственных потоков, а дает концептуальный подход к проектированию и организации технологических схем производства конкретных видов продукции. Также приводятся разработанные инновационные технологии производства тест-лайнера, флютинга и бумаги для письма и печати конкретно для ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика». В приложениях к диссертации представлены характеристики рекомендуемого оборудования и процессов для разработанных и вновь создаваемых технологий. В табл. 14 и 15 приводятся потребительские свойства бумаги для гофрирования и тест-лайнера, которые обеспечиваются разработанными инновационными технологиями.
Ценность разработанных технологий заключается в следующем:
- являются инновационными, так как в них на основе результатов диссертационных исследований, использования и внедрения в производство сконцентрированы основные передовые идеи и мировые достижения;
- обладают гибкостью для успешной организации в условиях действующих предприятий;
- обеспечивают требуемое качество продукции, обладают экономическими и экологическими преимуществами в сравнении с действующими технологиями.
Таблица 14 Бумага для гофрирования. ТУ 5441-001-75472946-2007
Показатель |
Норма для марки Б-0 |
Норма для марки Б-1 |
|||||
1. Масса бумаги площадью 1 м2 , г |
112±6 |
125±6 |
140±8 |
112±6 |
125±6 |
140±8 |
|
2. Сопротивление плоскостному сжатию гофрированного образца (CMT30) шириной 15 мм, Н |
185 |
190 |
200 |
180 |
185 |
195 |
|
3. Сопротивление продавливанию, кПа (кгс/см2), не менее |
300 |
320 |
360 |
280 |
300 |
340 |
|
4. Сопротивление разрыву в машинном направлении, кН/м |
7,0 |
7,5 |
8,0 |
6,5 |
7,0 |
7,5 |
|
5. Сопротивление торцевому сжатию короткого образца (SCT), кН/м, |
1,05 |
1,20 |
1,40 |
0,90 |
1,05 |
1,25 |
|
6. Поверхностная впитываемость воды (Кобб30), в среднем по двум направлениям, г/м2 |
50 … 100 |
60 … 115 |
|||||
7. Воздухопроницаемость, мл |
400 … 1000 |
400 … 1000 |
|||||
8. Сопротивление торцевому сжатию короткого образца (SCTCD), кН/м |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
|
9. Влажность, % |
6,0 … 9,5 |
6,0 … 9,5 |
Таблица 15 Картон тест-лайнер. ТУ 5441-002-75472946-2007
Наименование показателя |
Норма для марки К-0, К-0К |
Норма для марки К-1, К-1К |
|||||
1. Масса картона площадью 1 м2 , г |
125±6 |
140±8 |
150±9 |
125±6 |
140±8 |
150±9 |
|
2. Толщина, мм |
0,22 |
0,25 |
0,27 |
0,22 |
0,25 |
0,27 |
|
3. Абсолютное сопротивление продавливанию, кПа (кгс/см2), не менее |
340 |
360 |
380 |
280 |
300 |
330 |
|
4. Поверхностная впитываемость воды (Кобб60), г/м2 |
15 … 60 |
15 … 60 |
|||||
5. Разрушающее усилие при сжатии кольца в поперечном направлении (RCT), Н |
125 |
145 |
165 |
115 |
135 |
140 |
|
6. Сопротивление торцевому сжатию короткого образца, (SCTCD), кН/м |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
|
7. Стойкость поверхности к выщипиванию по Деннисону |
14 … 15 |
14 … 15 |
|||||
8. Влажность, % |
6 … 9 |
6 … 9 |
Глава 10. ОСВОЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА
Результаты диссертационных исследований испытаны в промышленных условиях ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика», ООО «Сухонский целлюлозно-бумажный завод» и ОАО «Караваево» и осуществлен первый этап внедрения в ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика».
Научные и практические результаты диссертационных исследований положены в основу разработанного перспективного проекта создания в ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика» современного производства высококачественной бумаги из макулатуры для письма и изготовления гофротары на период 2006-2010 гг.
Научные и практические результаты диссертационных исследований подтверждены десятью актами опытно-промышленных испытаний и актом внедрения (прилагаются к диссертации).
Разработан проект новых отраслевых технических условий на бумагу для гофрирования и картон для плоских слоев, ставших базовым вариантом для создания единого всероссийского ГОСТа на тарный картон (прилагается).
Произведен технико-экономический расчет, в котором отражается экономический результат внедрения результатов диссертации: реальный экономический эффект от внедрения результатов диссертации за 1997-2006 гг. (первый этап освоения) составил 358,758 млн р., ожидаемый экономический эффект по завершении проекта перевода ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика» на инновационную технологию в 2007-2015 гг. (второй этап освоения) составит 286,099 млн р. Общий экономический эффект за 1997-2015 гг. - 644,857 млн р.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Научно обоснована методика разработки концепции инновационных технологий целлюлозно-бумажных материалов, выработанных на основе вторичного волокна из макулатуры.
2. Установлены параметры технологических режимов подготовки бумажной массы из вторичного волокна, позволяющие максимально восстанавливать его бумагообразующие свойства.
3. Получили дальнейшее развитие теоретические представления о процессах роспуска макулатуры, набухания волокна, его размола, фракционирования и облагораживания.
4. Установлены характеристики вторичного волокна, минимально достаточные для прогнозирования качества бумаги и картона: «критическая» длина волокна, водоудерживающая способность (WRV) и фракционный состав по длине волокна.
5. Научно обоснованы ежегодные ресурсы макулатуры в России, составляющие примерно 4,7 млн т, включая 0,4 млн т белых марок (используемые - 1,5 млн т, потенциальные - 3,2 млн т).
6. Разработана методика оперативного контроля эффективности работы технологического оборудования и изготовлен прибор, позволяющий осуществлять данный контроль на практике.
7. На основе научных исследований и созданной пилотной установки выдано техническое задание на изготовление промышленного фракционатора для технологического потока производства флютинга и тест-лайнера с целью повышения качества волокна. Конструкция фракционатора защищена патентом.
8. Установлено, что облагораживание макулатуры наиболее эффективно происходит при рН 7,7 … 9,0. Получены новые знания по облагораживанию вторичного волокна при кавитационной обработке, обработке пероксидно-фарментативной, дитионитом и флуоресцентными отбеливателями.
9. Разработан, испытан и освоен при производстве тест-лайнера, флютинга и писче-печатной бумаги новый проклеивающий состав на основе жидких АКД - «Далкен С», что позволило существенно повысить экономику производства.
10. Установлены различия в механическом поведении тарных картонов, произведенных из первичного или вторичного волокна. Выявлена корреляция между фундаментальными свойствами волокна и деформационными и прочностными характеристиками данных материалов, что позволило усовершенствовать технологические регламенты и получить новое качество продукции.
11. На основе проведенных научных исследований модернизировано производство тест-лайнера, флютинга и писче-печатной бумаги, что позволило увеличить производительность и качество продукции.
12. На основе полученных экспериментальных данных разработаны: стандарт предприятия «Прием и хранение макулатуры» СТП 10578065.11-2004, проект новых отраслевых технических условий на бумагу для гофрирования и картон для плоских слоев, ставших базовым вариантом для создания единого всероссийского ГОСТа на тарный картон.
13. Результаты исследований, представленные в диссертации, нашли практическое применение на 3 предприятиях: ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика», ООО «Сухонский целлюлозно-бумажный завод» и ОАО «Караваево».
Подобные документы
Общая характеристика целлюлозно-бумажной промышленности. Рассморение применения макулатуры в строительстве и в быту. Преимущества и недостатки использования макулатуры в качестве сырья. Изучение основных этапов и методов сбора и переработки бумаги.
курсовая работа [59,3 K], добавлен 26.02.2015Различие бумаги и картона, сырьевые материалы (полуфабрикаты) для их производства. Технологические этапы производства. Виды готовой продукции из бумаги и картона и области ее применения. Производственно-экономическая характеристика ООО "Гофротара".
курсовая работа [48,5 K], добавлен 01.02.2010Расчет показателей меловальной композиции. Основные показатели картона. Компоновочный состав и меловальное покрытие. Технологическая схема получения меловальной композиции. Узлы нанесения меловальной суспензии. Схема производства картона из макулатуры.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 05.02.2012Зависимость физико-механических и прочностных свойств бумаги от взаимодействия между волокнами. Добавление вторичного волокна, древесной массы, наполнителей с целью увеличения прочности в сухом состоянии. Значение количества гидроксильных связей.
презентация [1,8 M], добавлен 23.10.2013Производство бумаги и картона в мире. Рост емкости мирового рынка бумаги. Рост потребления различных видов бумаги в России. Изменение торгового баланса России. Содержание минеральных компонентов. Современные тенденции в технологии бумаги для печати.
презентация [11,5 M], добавлен 23.10.2013Рассмотрение ассортимента, особенностей производственного процесса и структурно-механических свойств картона. Описание принципа работы отдельных частей картоноделательной машины. Изучение технологических характеристик приборов для исследования бумаги.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 09.02.2010Основные виды деятельности целлюлозно-бумажного комбината, номенклатура выпускаемой продукции и источники инвестиций. Технические виды бумаги и картона, области их применения, особенности технологии производства, расчет материального и теплового баланса.
дипломная работа [310,6 K], добавлен 18.01.2013Виды, свойства, назначение и технологический процесс производства гофрированного картона. Классификация тары из гофрокартона. Устройства для нанесения печати по картону. Свойства получаемой продукции. Преимущества мелованного картона и его применение.
отчет по практике [446,0 K], добавлен 28.09.2012Изготовление, свойства, применение бумаги и бумажной упаковки. Жиронепроницаемая бумага, пергамин и пергамент. Методы получения бумажной массы. Изготовление, методы испытания, специальные виды обработки картона, виды картонной упаковки.
реферат [198,7 K], добавлен 09.04.2011Разработка и выбор материала для упаковки. Обзор программных продуктов САПР. Взаимосвязь автоматизированного проектирования и производства упаковки из картона. Технологии производства упаковки для пельменей. Расчет себестоимости полиграфической продукции.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 22.11.2010