Тема 3.1 Современная технология дефибрирования древесной

Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
1
СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЕФИБРЕРНОЙ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ
Весь процесс производства ПФВВ можно разбить на три стадии - предварительная подготовка древесины, получение массы и ее обработку.
1. Подготовка древесины для дефибрирования
Перед дефибрированием древесина распиливается на отрезки определенной
длины (в зависимости от ширины дефибрерного камня) и подвергается окорке.
Длина готового баланса должна быть на 50-100 мм меньше ширины камня, чтобы
избежать повышенного образования щепок.
Последовательность технологических операций подготовки древесины зависит от способа ее хранения. В штабелях и в воде древесина хранится в виде
длинника, распиловка и окорка при этих способах хранения происходит в древесном отделе. При кучевом хранении для древесномассных цехов древесина хранится в виде окоренного баланса требуемой длины. Хранение неокоренного баланса не допускается из-за быстрого загнивания и смерзания в зимних условиях.
Для распиловки, окорки и транспортировки балансовой древесины применяются оборудование и механизмы, используемые при подготовке древесины для
производства целлюлозы.
При кучевом хранении древесина подается системой механических транспортеров и гидролотков. С точки зрения технологии древесномассного производства предпочтительнее подача гидролотками т.к. баланс дополнительно увлажняется, удаляется грязь, сор, частицы коры.
Целесообразна подача лотками в промышленный бассейн, а к дефибрерам
баланс подается механическими транспортерами.
При транспортировке баланса из куч системой механических транспортеров
желательна установка в древесном отделе доокорочно-промывного барабана.
2. Технологическая схема производства ДДМ из балансов
Окоренные балансы поступают в дефибрерный отдел, где они загружаются
в шахту или прессовую коробку дефибрера 1 и прижимаются к быстровращающемуся дефибрерному камню, орошаемому водой. Тепло, образующееся при трении древесины о камень, способствует отделению волокон от древесины. Полученная волокнистая масса смывается с помощью воды из спрысков с поверхности
камня в ванну дефибрера, откуда переливается в массный канал, по которому самотеком поступает на сортирование.
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
2
Полученная на дефибрерах масса содержит большое количество щепок, лучинок, неразработанных пучков волокон, песка от которых ее необходимо отсортировать. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству ДМ, ее чистоте, схема сортирования может быть различной. Сортирование массы может быть
тонким и грубым.
Для грубого сортирования, при котором отделяются крупные включения
(щепа, осколки, лучины), применяются щеполовки, которые работают в одну ступень.
Отсортированная на щеполовках 2 масса поступает в приемный бассейн 3,
откуда центробежным насосом подается на сортировки первой ступени тонкого
сортирования 4. Основная задача тонкого сортирования - удаление костры и пучков волокон. Тонкое сортирование может быть одно-, двух-, или трехступенчатое.
Для улучшения сортирования применяется каскадная схема, или сортирование с
рециркуляцией отсортированной массы.
После тонкого сортирования масса центробежным насосом подается на дополнительную очистку от песка и других минеральных включений на гидроциклонные установки или центриклинеры 8 (двух или трехступенчатые). Очищенная
масса направляется на сгустители или дисковый фильтр 9, а затем в бассейн сгущенной массы 13, снабженный мешальными устройствами. Отходы центриглинеров содержат большое количество песка и обычно направляются в сток.
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
3
Оборотная вода со сгустителей собирается в особом сборнике 12, откуда
подается на спрыски дефибреров, сортировок, щеполовок, а также на разбавление
массы до определенной концентрации в потоке.
С целью более эффективного использования древесного сырья в схемах
производства ММ предусматривается переработка отходов сортирования с использованием их в основном потоке. Отходы щеполовок 2 транспортером подаются на измельчение в молотковую мельницу 5, откуда поступают в мешальный
бассейн (сборник отходов) 6, в который подаются отходы тонкого сортирования.
Из бассейна 6 смешанные отходы подаются на сгущение 10 и подвергаются размолу в дисковой мельнице 11 в одну или две ступени. Размолотые отходы собираются в бассейне размолотых отходов и направляются в бассейн под щеполовками 3.
3. Свойства механической массы
Механическая масса состоит из волокон различной степени измельчения и
очень неоднородна по своему составу. Наряду с волокнами нормальной длины
она содержит обрывки волокон с растрепанными концами, пучки волокон, слизь,
отдельные фибриллы.
Качество механической массы зависит от качества исходной древесины, от
факторов дефибрирования, непрерывно изменяющихся в процессе истирания древесины, от условий сортирования, рафинирования, от состояния системы оборотной воды.
Качество ММ определяется средней длиной волокон, соотношением длинноволокнистой к коротковолокнистой фракцией и свойствами элементов каждой
фракции (их тонкостью, степенью фибриллирования).
По характеру размола различают жирную и садкую массу.
Жирная масса обладает высокой прочностью, она характеризуется тонкими
волокнами с разработанными в виде бахромы концами, а также большим количеством тонких волокнистых элементов – фибрилл (фибриллированной мелочи).
Садкая грубая масса имеет низкую механическую прочность. Состоит из
неразработанных волокон, перерезанных поперек волокон и содержит небольшое
количество фибрилл. Такая масса характеризуется повышенной толщиной различных волокнистых фракций.
В садкой массе, как и в жирной, может быть большое количество мелких
волокон, но в отличие от мелочи жирной массы они представляют собой короткие
толстые обрезки волокон, не способные к взаимному сцеплению. Бумага из такой
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
4
массы получается рыхлая и непрочная, с малой объемной массой. Очень садкой
массой с низкой прочностью являются отходы сортирования ММ.
Для характеристики ММ применяют следующие показатели качества: степень помола, фракционный состав, механическая прочность отливок бумаги в сухом и во влажном состоянии, чистота массы (сорность).
Степень помола – показывает способность ММ к обезвоживанию и является важнейшим показателем, определяющим поведение ММ на сетке БДМ. Степень помола может выражаться в различных единицах, в отечественной промышленности принято выражать в градусах Шоппер-Риглера (ШР)
Принцип определения степени помола основан на разной скорости фильтрации воды через слой волокна определенной массы, но разной плотности и
структуры. Плотность и структура этого слоя зависит как от размерности волокон, так и от степени разработки (жирности или садкости). Если масса садкая, то
происходит быстрая фильтрация воды, а в случае жирной массы вода фильтруется
медленно.
Требование к степени помола ДМ зависят от ее назначения. Степень помола
массы: для картона 20…25 ШР; газетной бумаги 68…72 ШР; типографской
75…78ШР; обойной, обложечной 55…60 ШР.
Фракционный состав. Для ММ характерна большая размерная неоднородность составляющих ее волокнистых элементов, которая определяется сортированием через металлические сита разных номеров. Это позволяет оценить и ее
фракционный состав. Фракционный состав ММ выражается в %.
Механическая прочность ДМ. Для определения механической прочности
изготовляются отливки массой 100 г/м2. После кондиционирования до равновесного состояния при 65 % относительной влажности воздуха отливки испытывают
по показателям:
а) сопротивление разрыву (кГс) с пересчетом на разрывную длину (м);
б) сопротивление продавливанию, кПа (кГс/см2);
в) изгиб (число изгибов полоски бумаги на 90);
Разрывная длина при постоянном характере мелочи находится в прямой зависимости от степени помола. При разрыве бумаги из садкой ММ происходит вытаскивание волокон из толщи листа, и только незначительное количество волокон
при этом разрывается, поэтому разрывная длина получается низкая. По мере повышения степени помола ММ количество этих разрывов возрастает, и сильно
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
5
увеличивается разрывная длина, что указывает на рост сил сцепления между волокнами. Разрывная длина разных марок ДДМ колеблется в пределах от 1400 до
4000 м.
На сопротивление продавливанию ММ наличие фибриллированной мелочи оказывает примерно такое же влияние, как и на сопротивление разрыву. Поэтому на практике ограничиваются одним параметром, у нас - разрывная длина, в
зарубежной практике - сопротивление продавливанию.
Прочность ДМ на излом (число двойных перегибов) крайне низка (от 0 до
3-4). Поэтому для выражения гибкости массы вместо излома на 180 0С применяется показатель, получаемый при изгибе на 900 в условиях натяжения испытуемой
полоски бумаги с силой 0,3 кГс в специальном приборе. Число изгибов на 90 0 колеблется от 10 до 20 для грубой ДМ низкой прочности до 200-300 для длинноволокнистой ДМ средней и высокой прочности.
Чистота массы характеризуется сорностью, наличием спичек, пучков волокон, различных минеральных включений. Сорность выражается числом соринок на 1 м2 отливки.
В производственных условиях общее требование к качеству ДМ сводится к
выработке бумаги нужного качества и нормальной работе БДМ.
Согласно ГОСТ 10014 некоторые показатели ДДМ различных марок должны удовлетворять требованиям:
Показатели
Степень помола, ˚ШР, не более
Разрывная длина, не менее
Состав массы по длине волокон:
Содержание Ι фракции, %
Белизна,%
А
72
2900
20±3
72
Б
72
2900
20±3
Нормы марок
В
Г
К
72
Не нормируется
2600
2200
1900
20±3
Не нормируется
Не нормируется
Большая часть вырабатываемой ДММ (марки А, Б, и В) используется в газетной, типографской и писчей бумаге в композиции с беленной и небеленной
целлюлозой. ММ марки Г предназначена для низкокачественных бумаг (оберточной, шпульной и др.), к - для картона.
4. Дефибреры
В мировой практике промышленное применение находят следующие типы
дефибреров: 1). Периодического действия с гидравлической подачей древесины
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
6
к камню (трех, четырехпрессовые, магазинные - шахтные с двумя прессами, современные двухпрессовые дефибреры типа Грейт - Норзерн);
2). Непрерывного действия с механической подачей древесины к камню
(цепные, кольцевые).
Периодического действия
Прессовые дефибреры. Во всех прессовых дефибрерах давление балансов
на вращающейся камень осуществляется гидравлическим, т.е. путем подачи насосом воды (или масла) в цилиндр с поршнем, шток которого соединен с башмаком,
производящим требуемое давление древесины на камень.
Трех-, четырехпрессовые дефибреры имеют низкую производительность и
ограниченное применение. При работе дефибрера древесина прижимается к
камню чугунными плитами (башмаками) при помощи гидравлического поршня.
Когда вся древесина истирается, башмак отводится в заднее положение и коробка
загружается новой порцией балансов. Во время обратного хода процесс истирания древесины прекращается это приводит к падению производительности и колебанию нагрузки. Балансы загружаются вручную, т.к. загрузка в трех или четырех местах сбоку дефибрера не может быть автоматизированна.
В магазинных (шахтных) дефибрерах - загрузка осуществляется автоматически из высокой шахты, расположенной под камнем, что сокращает до минимума время холостого хода прессов и обеспечивает почти непрерывную работу
дефибрера. Однако при отводе одного из двух прессов нагрузка снижается на 50%
и ее трудно выравнивать регулятором, поэтому магазинные дефибреры устанавливаются так, чтобы два из них приводились одними двигателем.
Магазинные дефибреры бывают одно- и двухшахтные. Аппарат для насечки
камня в одношахтном дефибрере располагается в чугунной коробке над камнем
(внутри шахты).
Преимущества дефибреров - простота конструкции, механизация подачи и
загрузки балансов, малые расходы на ремонт оборудования. Недостатки - частое
заклинивание балансов в шахте, большое сопротивление столба балансов в шахте
дефибрера движению балансов в прессовой коробке.
Дефибреры непрерывного действия отличаются равномерной загрузкой
электродвигателя и получением более однородного качества древесной массы.
Большие распространения получили цепные дефибреры. Прижим балансов осуществляется двумя парами цепей, расположенными по бокам шахты. Скорость
движения цепей может регулироваться от 0 до 220 мм/мин.
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
7
Установлены два спрыска: на выходе камня из зоны истирания (задний) и при
входе камня в зону истирания (передний) струя воды из верхнего ряда отверстий
орошает камень, из нижнего разбавляет массу в ванне дефибрера в месте входа
камня в массу. Спрыски имеют большое значение для обеспечения нормальной
работы дефибрера и требует чистки. При забивке спрыска камень орошается неравномерно, что может вызвать подгар.
Из кольцевых дефибреров в нашей стране эксплуатируются дефибреры Робертса. Он представляет собой чугунный кожух, внутри которого на опорных катках установлено массивное кольцо, при вращении подающее древесину к камню.
Снаружи на кольцо одет зубчатый венец, с помощью которого оно получает вращательное движение от шестерни редуктора. Внутренняя поверхность кольца
сделана зубчатой для захвата древесины и прижима ее к камню. В кольце имеются окна, через которые ДМ попадает во внутреннюю полость и по ней двигается к
торцу камня, выливается в боковые каналы кожуха дефибрера.
Работа кольцевого дефибрера осуществляется следующим образом. Балансы
загружают в загрузочную камеру между быстровращающимся камнем и медленнодвижущимся (в том же направлении) подающим кольцом (0,5…0,7 м/мин.)
Оборотная вода подается в два спрыска, расположенные под камнем, и два в боковых карманах для разбавления массы.
Недостатками являются:
- разное давление по длине дуги истирания, которое растет от нуля в начале
соприкосновения древесины с камнем до большой величины в конце серповидного клина между поверхностью камня и кольца, что отрицательно сказывается на
однородности массы;
- неудобное расположение ковочного устройства (внутри кольца над камнем); трудоемкость замены камня, трудоемкость очистки камеры, ручная загрузка
балансов.
Достоинства: компактность; несложность конструкции; высокая производительность.
5. Дефибрерные камни
Дефибрерный камень является основным рабочим органом дефибрера. Камень имеет форму цилиндра с центральным отверстием для вала и закрепляется
на валу дефибрера с помощью шайб, зажимающих его с торцов. В настоящее время применяют следующие виды камней: кварцево-цементные, электрокорундовые
и керамические.
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
8
Кварцево-цементный представляет собой бетонный монолит, в котором
различают центральную часть - сердечник и рабочий слой толщиной 120-150 мм.
Абразивным материалом рабочего слоя является кварцевый песок, наждак или
электрокорунд, а связующим - портландцемент марки 500-600. Важное значение
имеет форма зерен абразива. Зерна должны иметь слегка затупленные, закругленные грани вершины, т.к. острые грани вызывают излишнее перерезание волокон.
Сердечник состоит из портландцемента марки 500-600, кварцевого песка с размером частиц 0,5-5,0 мм и 15% более мелких. Сердечник усилен стальной кольцевой
арматурой. Срок службы таких камней (при рабочем слое 120-150 мм) составляет
6 месяцев и зависит от вида вырабатываемой массы.
Керамический камень состоит из рабочего слоя и сердечника. Рабочий
слой содержит керамические сегменты, для изготовления которых применяют абразивы природного происхождения (корунд) и искусственные (электрокорунд и
карбид кремния). Электрокорунд в зависимости от содержания оксида алюминия
(Al2O3) делится на два основных вида: электрокорунд белый - корракс, содержащий не менее 96-99% оксида алюминия, и электрокорунд нормальный - алунд,
содержащий не менее 86-91% оксида алюминия. Карбид кремния (кристаллон,
или карборунд) бывает двух основных видов: зеленый, содержащий не менее 97%
SiC, и черный, содержащий не менее 95% SiC. Указанные абразивные материалы
имеют значительно большую твердость, чем кварцевый песок. Твердость сегмента определяется сопротивлением связующего материала к выкрашиванию зерен
абразивного материала. Керамические сегменты для дефибрерных камней обычно
изготавливаются от средней мягкости (СМ1, СМ2), до средней твердости (СТ1,
СТ2, СТ3).
В качестве связующего применяют следующие: связующее из глины и полевого шпата, бакепитовое и вулканитовое. Керамические сегменты имеют повышенную пористость, это создает более широкий доступ к абразивным зернам.
Толщина рабочего слоя керамического камня 65-75 мм. Сердечник керамического
камня железобетонный, состоит из портландцемента, минерального наполнителя
и содержит стальную арматуру. Керамические сегменты имеют шестиугольную, а
для крайних поясов пятиугольную форму. На стороне обращенной к камню, в
сегментах есть отверстия с кольцевыми канавками для их крепления. Сегменты
прикрепляются к сердечнику с помощью штырей, которые одним концом забетонированы в сердечнике, а другим - закрепляются в отверстиях сегментов с помо-
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
9
щью специального раствора. Пространство между сегментами заполняется мастикой, содержащей абразивные зерна.
Срок службы керамических камней (при рабочем слое 65-75 мм) составляет
 2 года, они реже подвергаются насечке, что повышает качество ДМ. В зависимости от типа дефибрера камни выпускают различных размеров, которые регламентированы отраслевой нормалью “Типаж дефибрерных камней”. Тип камня по
составу рабочего слоя обозначается буквами: П - кварцево-цементный, К - керамический, Э - электрокорундовые. Число зернистости в марке камня соответствует зернистости (мм) умноженной на 100. Марка 8-37-46-П-40 означает камень
d=1800 мм; рабочая ширина 1370 мм, наибольший размер по ширине под шайбу
1460 мм, кварцево-цементный с зернистостью 0,40 мм.
6. Гранулометрический состав дефибрерных камней
Рабочий слой содержит абразивные зерна разных размеров. В зависимости
от размеров зерна делятся на фракции. Для фракционирования применяют 8 номеров сит с отверстиями от 2 до 0,17 мм.
Важной характеристикой абразивов рабочего слоя является средняя зернистость камня.
Средняя зернистость иногда называется маркой камня. Марки 0,25-0,40
применяются для тонкой массы; 0,40-0,55 - для длинноволокнистой массы средней степени разработки; от 0,60-0,70 до 1,00-1,20 для различных видов картона.
7. Эксплуатация дефибрерных камней
На состояние и срок службы камня большое влияние оказывает транспортировка и хранение его на складе.
Выдержка цементного камня относительной влажности воздуха не ниже
80% должна составлять не менее 9-12 месяцев. Для полной гидратации цемента.
При транспортировании камень д.б. упакован в плотную бумагу для избежания высыхания и обшит досками для избежания трещин и ударов. Ниже 0С
транспортировка запрещена. Хранение на закрытых складах при t 4-20С, влажность 80-90%.
Перед упаковкой камень в течение 2 суток равномерно смачивают водой и
прогревают с медленным подъемом температуры. Обработка нового камня и ввоз
в режим производится по особому режиму. Температуру массы в ванне следует
поднимать медленно в течение 1-3 суток в зависимости от предварительного прогрева камня и принятой температуры дефибрирования. Увеличивать нагрузку
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
10
следует медленно и равномерно, доводя до необходимой в течение 3 суток. Камень нельзя внезапно резко охлаждать и нагревать.
8. Насечка поверхности камня
В процессе работы абразивные зерна выкрашиваются, притупляются, поверхность камня забивается волокном, смолой и становится гладкой. Это приводит к снижению производительности дефибрера, повышению УРЭ и жирности
массы.
Дефибрерные свойства поверхности камня в процессе его эксплуатации регулируется путем насечки специальным устройством - ковочным аппаратом.
Основным элементом ковочного аппарата является шарошка, устанавливаемая на стальной оси в проушинах суппорта. Суппорт передвигается по двум
направляющим, установленным строго параллельно оси вала. Движение суппорта
осуществляется при помощи гидравлического или электрического привода. При
насечке камня штурвалом шарошка медленно прижимается к поверхности вращающегося камня и при этом тоже начинает быстро вращаться. Одновременно
ковочный аппарат вместе с шарошкой продвигаются по ширине камня, оставляя
на поверхности камня насечку. Насечка камня вызывает обнажение острых ребер
и граней абразивного материала, оказывающих на волокна режущие действия.
9. Теоретические основы дефибрирования
Теория процесса дефибрирования изучает явления, которые происходят при
действии дефибрерного камня на древесный материал, и влияние на них структуры и состава древесины.
Процесс дефибрирования заключается в расщеплении древесной ткани зернистой поверхностью вращающегося камня. Несмотря на кажущуюся простоту
процесс этот сложен, т.к. зависит от большого количества взаимосвязанных и
практически трудноопределимых факторов.
Брехт и Мюллер рассматривали дефибрирование, как процесс трения.
Позднее Брехт и Шустер развили эту гипотезу и предложили рассматривать
его как двухсторонний процесс: 1 стадия - расщепление древесной ткани на волокна и 2 - размол отделившихся волокон.
Эта гипотеза была развита Клемом, который связал двухстадийность процесса с физико-химическими процессами пластификации лигнина в условиях высокой температуры в зоне дефибрирования.
Процесс дефибрирования разделяют на два процесса:
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
11
Первичный – заключается в отделении волокон от древесины в зоне дефибрирования и делится на предначальный и начальный.
Предначальный - заключается в предварительном размягчении межклеточного лигнина под воздействием тепла и пара, образующимся в зоне дефибрирования и в ослаблении связей между волокнами. Скорость и степень пластификации
зависит от температуры и времени воздействия тепла и пара (т.е. от окружной
скорости камня).
Начальный процесс состоит в отделении волокон от размягченного слоя
древесины под воздействием зерен вращающегося дефибрерного камня. Зависит
от размера зерен, строения и твердости камня, давления между древесиной и камнем. Масса, получаемая в результате предначального и начального процессов,
может быть названа первичной массой.
Вторичный – процесс заключается в размоле первичной ДМ между древесиной и поверхностью дефибрерного камня, а также в повторном перемалывании
массы, увлекаемой из ванны дефибрера в зону дефибрирования.
Количество повторно перемалываемой массы зависит от строения поверхности камня, его окружной скорости, глубины погружения камня в массу, концентрации массы, устройства и производительности спрысков.
Древесина – сложная морфологическая структура, состоящая из природных
кристаллических и аморфных полимеров. Во время дефибрирования древесина
как бы «абсорбирует» тепловую энергию. Особенно хорошо «абсорбирует» тепло
ее аморфная часть – лигнин и гемицеллюлозы в отличие от кристаллической части структуры древесины – микрофибрилл, содержащих целлюлозу. При достаточном количестве энергии, переданной древесине во время дефибрирования,
структура волокна размягчается, и прежде всего в том месте, где больше аморфного материала.
При дефибрировании баланс подается так, чтобы волокна древесины располагались в по перечном направлении относительно вращающего движения истирающей поверхности. На поверхности камня зерна образуют выступы, которые
создают в структуре древесины вибрационные поля напряжений. Частота этих
вибрационных полей напряжений (10...20 кГц) зависит от частоты вращения камня, состояния и качества его поверхности.
При движении поверхности камня относительно древесины в зоне контакта
выделяется тепло. Температура в контактном слое толщиной около 1 мм может
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
12
составлять 135...145 0С. Такая температура достаточна для размягчения аморфной
части древесины и от деления волокон.
Состояние поверхности камня имеет важное значение в процессе дефибрирования. Зерна дефибрерного камня при дефибрировании ослабляют и как бы соскабливают с поверхности древесины слой волокон (рис. 2).
Силу, действующую на древесину при дефибрировании, можно условно
разделить на две составляющие: пульсирующую силу сжатия и истирающую силу
трения, отделяющую волокна с поверхности размягченной древесины.
10. Факторы дефибрирования
1. Качество балансов и их загрузка
Смотри раздел качество исходного сырья. Наиболее пригодна древесина
влажностью 40-42% (не менее 30%). На предприятиях при переходе с выдержанного зимнего баланса (38-43%) на сплавной летний (48-53%) меняют режим дефибрирования: глубину насечки камня уменьшают на 0,1-0,2 мм; применяют камни меньшей средней зернистости; для насечки камня используют спиральные шарошки повышенного номера; повышают удельное давление древесины на камень.
Правильная загрузка дефибрера очень важна. Балансы должны быть параллельны оси камня. К цепям дефибрера не следует укладывать короткомерные и
кривые балансы. Укладка должна быть плотной. Нельзя допускать уменьшения
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
13
высоты загруженных в шахту бревен ниже установленного уровня, (ниже 0,5 м. от
пола второго этажа) в избежания заклинивания.
2. Окружная скорость дефибрерного камня
При постоянном давлении древесины на камень увеличение окружной скорости ведет к повышению потребляемой мощности и производительности. При
производительности дефибрера 40-45 т/сут окружная скорость камня должна
быть не ниже 23,5 м/с допускается до 30-50 м/с
При уменьшении диаметра камня от истирания и при постоянном числе
оборотов электродвигателя - окружная скорость снижается, следовательно, падает
производительность. Для обеспечения постоянства производительности нужно
увеличить удельное давление на камень или увеличить глубину насечки.
3. Удельное давление на поверхность камня находится в пределах от 6·10-4
до 36·10-4 Па. Между удельным давлением, нагрузкой двигателя и скоростью подачей балансов (производительностью) существует прямая зависимость. С увеличением скорости подачи балансов удельное давление и нагрузка возрастают. Степень помола массы и разрывная длина с повышением нагрузки снижаются, содержание мелкого волокна уменьшается, а грубого возрастает. При работе дефибрера удельное давление нужно подбирать так, чтобы мощность двигателя использовалась бы полностью.
4. Вид рабочей поверхности рабочего камня
Процесс дефибрирования зависит от формы и размеров абразивных зерен,
расщепления их на поверхности камня, свойств камня, характера обработки его
поверхности – насечки. Размеры абразивных зерен определяют зернистость дефиберного камня. Под зернистостью понимается средний размер зерен (диаметр)
преобладающей фракции абразивных зерен, выраженный в мм.
Первый период. В процессе работы поверхность камня подвергается обработке- насечке ковочным устройством. В результате на поверхности камня образуется спирально расположенные канавки. С увеличением глубины канавок эффективная поверхность дефибрирования снижается и возрастает удельное давление. В результате влияния кромок канавок усиливается режущее действие камня,
а в массе увеличивается содержание пучков волокон и щепочек, уменьшается
степень помола и механическая прочность массы, уменьшается удельный расход
энергии, а производительность дефибрера возрастает.
Во второй период режущее действие камня снижается размолом. Температура повышается, волокна становятся более гибкими и длинными.
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
14
Третий период характеризуется увеличением степени помола в сочетании с
повышением прочности отливок.
В заключительный четвертый период резко повышается жирность массы,
что сигнализирует о необходимости очередной насечки.
Кварцево – цементные камни насекают через 8-24 часа; керамические один
раз в 5-7 суток.
5. Температура и концентрация массы в ванне, температура оборотной
воды. Эти три параметра тесно связаны с температурой в зоне дефибрирования.
6. Увеличение концентрации массы в ванне при постоянной температуре.
Оборотной воды приводит к росту температуры зоны дефибрирования. При повышении концентрации массы в ванне должна быть обеспечена хорошая очистка
поверхности камня, т.к. возрастает унос волокна на повторное дефибрирование
следовательно увеличивается содержание мелочи, падает производительность,
растет УРЭ. Вместе с тем повышение температуры в зоне дефибрирования способствует пластификации лигнина следовательно (при хорошей очистке камня),
улучшению качества массы, росту производительности, снижению УРЭ. При постоянной концентрации массы в ванне температуру в зоне дефибрирования можно повысить за счет повышения температуры оборотной воды. Это более целесообразно, чем увеличение концентрации массы, т.к. происходит затруднение
очистки камня. Самые лучшие результаты достигаются при жидком горячем дефибрировании (концентрация менее 2,5%,70-750С), температура оборотной воды
при этом 55-650С.
7. Глубина погружения камня в массу
Дефибрирование древесины может осуществляться с погружением камня в
ванну и без погружения камня в массу (без ванный способ). При работе по первому способу глубина погружения существенно влияет на качество массы, производительность и УРЭ.
С увеличением глубины погружения повышается количество массы рециркулирующей в зону дефибрирования, что ведет к увеличению содержание мелочи,
степени помола и разрывной длины. Производительность падает, УРЭ растет.
Концентрация массы в ванне дефибрера и глубина погружения взаимосвязаны.
При недостаточной глубине погружения концентрация в зоне дефибрирования
может резко возрасти, в результате возможен подгар древесины. При понижении
концентрации массы глубина погружения камня обычно уменьшается, т.к. излишнее поступление жидкости в зону дефибрирования может снизить температу-
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
15
ру, в результате снижается качество массы. На практике глубина погружения
подбирается экспериментально. Давление в спрысках должно быть не менее
25*105 Па. Для того чтобы глубина погружения камня в массу по мере его износа
оставалась постоянной, необходимо систематически поднимать высоту порога в
ванне дефибрера на величину износа камня.
Более совершенный способ дефибрирования без ванный. Эффективная
очистка камня происходит при повышенном давлении в спрысках до 100·104 Па.
Температура спрысковой воды в зоне дефибрирования должна быть не менее
700С.
Существенное влияние на качество полуфабриката оказывает температура
массы в ванне дефибрера. Теоретические расчеты показали, что достижение температуры кипения массы (100 0С) приводит к резкому ухудшению качества полуфабриката и является не допустимым.
Повышение температуры кипения позволяет повысить температуру массы в
ванне без отрицательного влияния на качество массы. Дефибрирование под давлением – способ, позволяющий повысить температуру кипения массы. Повысить
температуру массы в ванне можно за счет повышения температуры спрысковой
воды. Расчеты показали, что увеличение давления при дефибрировании до 0,2
МПа позволяет использовать спрысковую воду с температурой на 20 0С выше,
чем при дефибрировании под давлением 0,1 МПа.
При производстве дефибрерной массы давления (ДМД – полуфабрикат, получаемый при дефибрировании балансов при температуре спрысковой воды
70…95 0С и давлении 2,5 кгс/см2) и дефибрерной массы давления супер (ДМД-С полуфабрикат, получаемый при дефибрировании балансов при температуре
спрысковой воды 95…120 0С и давлении 4,5 кгс/см2) древесное сырье подвергается не только гидролитической, но и термогидролитической обработке при температуре свыше 100 °С. При этом лигнин размягчается и переходит в вязкопластичное состояние, разрушается лигноуглеводньий комплекс и ослабевают межволоконные связи.
Чем выше температура и давление в процессе дефибрирования, тем интенсивнее проходит термогидролитическая обработка древесины и тем выше показатели механической прочности получаемого полуфабриката.
Термогидролитическая обработка способствует получению в процессе дефибрирования значительно более длинных волокон, структура волокна становится менее жесткой, разрыв волокон в поперечном направлении относительно мал.
Лекция 1. Современная технология дефибрирования др. массы.doc
16
Волокна отделяются друг от друга по срединной пластинке и преимущественно в
продольном направлении.
При производстве химической дефибрерной массы давления (ХДМД – химическая ДМД – полуфабрикат, получаемый по режиму ДМД, но с добавлением
химических реагентов со спрысковой водой при дефибрировании) или ХДМД-С
(полуфабрикат, получаемый по режиму ДМД-С, но с добавлением химических
реагентов со спрысковой водой при дефибрировании) древесное сырье в процессе
дефибрирования наряду с термогидролитической обработкой подвергается воздействию химических реагентов (Na2SO4, H2O2, Na2S2O4).
Применение химических реагентов позволяет снизить температуру пластификации лигнина, способствует переводу его в вязкопластичное состояние и
ослаблению связей между волокнами, что создает предпосылки для их разделения
без разрушения в процессе дефибрирования.
В результате применения химических реагентов волокна за счет разрушения связей между срединными пластинками приобретают гибкость и пластичность, что наряду с механическим воздействием позволяет осуществить внутреннюю фибрилляцию волокон.
Использование химических реагентов при производстве ХДМД и ХДМД-С
приводит к растворению 3...5 % компонентов древесины (экстрактивных веществ
и некоторой части низкомолекулярного углеводного комплекса), способствует
набуханию волокон и повышает содержание длинных эластичных волокон с хорошо развитой поверхностью, что обеспечивает тесное переплетение волокон
процессе формования бумажного полотна.