Теория процесса дефибр-ния древ-ны

Процесс дефибр-ния закл-ся в расщеплении древесной ткани зернистой пов-тью вращающегося камня камня в вол-тую массу в присутствии воды.Казалось бы картина простая, однако под влиянием множ-ва переменных ф-ров она знач-но осложн-ся.На процесс влияет:1)св-во древесины;2)сост.камня;3)Т в ванне и в зоне дефибрирования;4)давление древесины на камень;5)глубина погружения камня в массу;6)конц.массы;7) темп-ра и кол-во спрысковой воды.

Процесс измел-ия м/т происходить по разным слоям древ-ны,т.е. либо по слою по межклеточному в-ву,либо по слою P;M;S1;S2.

M-содержит ЛГ+ГЦ(мало); Р-ЛГ(мало)+ГЦ;S1-ГЦ+Ц(мало); S2-Ц+ГЦ(мало); S3-Ц. Мы д. вести процесс так, чтобы разделить отдельные вол-на и стенки отдельных вол-н фибрилировать.

Древесномассовое произв-во имеет более 100-летнее развитие и в проц-е его развития разраб-лись разные теории. 1ми учёными были Брехт и Мюллер(Фрикционная теория).Они рассм-ли проц. дефибрирования подобный простому процессу трения. Под действием давления частицы камня истирают древ-ну при этом возникают упругие и неупругие напряжения. Они ввели коэффициент μ₀ – число истирания, которое представляет сумму

μ0= μ1+ μ2; μ1–коэфф-нт трения,опред-ет упругие деформации; μ1–коэфф-нт царапанья,опред-ет неупругие деформации.

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

Кольманн заявил, что процесс дефибрирования необх. рассм-ть как процесс диспергирования пов-ти древесины в рез-те «многочисленных актов линейной агрессии» образивных частиц, внедряющихся в древ-ну. По этой теории диспергирования – главное это глубина внедрения образивных частиц и это з-т от давления. Но эта теория не объясняет ни фибриллирование, не влияния на процесс др. ф-ров, тем более,что факт-кая затрата энергии на дефибр-ние в 1000 раз превосходит пов-ной энергии древ-ны.

Кембел предложил усталостную теорию, в кот-ой сказал, что такой большой расход энергии необх. не только и не столько для преодоления пов-ной энергии древ-ны и разделения её на части, сколько на то,чтобы превратить эти вол-на в способные обр-ть ДМ в которой они обладают др-ми силами.

Эту теорию подтвердил Брехт,Шустер,Клем; Они выдвинули теорию 2-х фазности процессов. По этой теории для дефибр-ния хар-ны 2-а явления:1)расчепления древесной ткани на вол-на;2)размол отделившихся вол-он. И в соотв-вии с этим он проц-ы назвал: 1)первичный;2) вторичный процесс.

1)состоит из:а)предначальной и б) начальной. а)включает размягчение межклет-го Л под действием пара и тепла в зоне дефибр-ния, ослабление связей; б)начальный проц.,состоит в отделении вол-он от размягчённого слоя древ-ны под действием выступов в камне.2)закл-ся в размоле м/ду древ-ной и пов-тью камня, а также повторному перемеш-ию массы вовлекаемой из ванны в зону дефибрирования.

Эта теория называется теорией пластификации Л. Сейчас признана как наиб. правильно описывающая процесс. Этой теорией м/б привлечены все ф-ры из кот-ых темп-ра м/т считаться самой главной. Чем выше темп-ра, тем более пластиф-ся Л, тем легче древ-на разд-ся на вол-на, но тем меньше эти вол-на фибрилированы и наоборот.

Современная теория: дефибрир-ние приводит к увелич-ию эластичности и пластичности природного вол-на, вследствии частичного разрыва ковалентных и межмол-ных связей.Возникающие мягкие гидролитические проц-ы разм-ния Л под действием бол-го кол-ва повтор-ся циклов:сжатие-скольжение; сжатие-царапания, приводят к скалыванию вол-тых эл-ов с посл-щим рафинированием массы. При этом разл-ют внешнее и внутр-е фибриллирование вол-он. Внешнее – увел-ют реакц-ную спос-ть только пов-ти вол-он, а внутр-е обычно сопровожд-ся набуханием клеточной стенки, от деление от них фибрилл; делает в целом не только вол-на реакц-но способными, но и способными уплотнятся,примыкать др. к др. плотнее и образ-ть новые водор-ые связи и силы Ван-дер-Ваальса. При этом сближению вол-он в бум-ом листе знач-но спос-ет силы поверхн-го натяжения воды, кот. возн-ют при испарении воды.

2. Реакции ЛГ и УВ при СФИ варке. Осн. р-цией сфи варки явл-ся сульфон-ние Л, т. е. присоед-ние сфи S к Л с образ-ием лигносульфоновой к-ты. В рез-те суль­фонирования Л приобретает св-ва растворимости в кис­лом вар-ом р-ре при высокой темп-ре.

Р-ция бисульфита, ведущую к образ-нию твердой лигносульфоновой кислоты:

Кроме того м. протекать р-ции нуклеофильного замещения:

Др. возм-тью взаим-вия со свободным фенольным гидроксилом явл-ся протекание сульфонирования ч/з обра­з-ие в кач-ве промеж-го продукта хинонметида:

Гл. сульфонирующим агентом с­фи вар-ой к-ты признается анион бисульфита. Однако устан-но, что в р-ции сульфонирования при­нимает активное участие растворенный S0₂. Мех-зм р-ции для этого случая м. б. представлен след-им обр.:

Разрушение легкогидролизуемых углеводов при сфи варке начинается одновременно с началом делигнификации и прод-ся затем примерно с такой же скоростью, как и уда­ление Л. Последующее извлечение трудногидролизуемых гемиЦ (глюкоманнана, глюкуроноксилана и др.), на­против, происходит относ-но медленно, отставая по скоро­сти от проц-са делигнификации. По мере удаления из древесного остатка гемиЦ они обнаруживаются в Щ в виде простых сахаров. Превращение полисахари­дов древесины в моносахариды явл-ся следствием гидролизующего возд-вия вар-го р-ра, и р-цию гидролиза гликозидных связей следует рассм-ть как основную р-­цию углеводов при сфи варке.

В рез-те возд-вия на ГЦ ионом бисульфита происходит их превращение в альдоновые кис­лоты:

Мех-зм этой р-ции следующий:на 1ой стадии образ-ся альдегид-бисульфитное соед-ие или а-оксисульфонат (1), который затем окисл-ся бисульфитом в неустой­чивый кетосульфонат (2); в рез-те гидролиза последнего образ-ся альдоновая кислота (3):

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2) Дальнейшим развитием идеи применения подкладочной сетки под сукно является прессовый вал с чулком из пластической сетки. В этой конструкции на нижний обрезиненный

вал (без вакуум-камеры) надевают пластмассовую сетку сравнительной грубой структуры. Ячейки этой сетки воспринимают воду, отжимаемую из бумажного полотна и сукна, которая затем удаляется из сетки выдуванием струей воздуха из воздушного шабера, установлен­ного с нижней стороны вала под некоторым углом к касательной вала:

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

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

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

Поиск по сайту: