НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ БУМАГИ И УСТРОЙСТВО ПРЕССОВОЙ ЧАСТИ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ — ЧАСТЬ 1

После сеточного стола, когда сухость бумажного полотна достигает 18—21 %, для дальнейшего обезвоживания бумаги необходимо приложить усилия, более интенсивные, чем на сеточном столе. Это осуществляется в прессовой части бумаго-делательной машины, по мере прохождения которой одновременно с повышением механической прочности бумажного полотна усиливается и допустимое воздействие на него, способствующее дальнейшему обезвоживанию вплоть до достижения полотном бумаги сухости 25—42 %, (иногда даже до 45 %). Одновременно в процессе прессования изменяются многие свойства. бумаги, связанные с ее уплотнением и упрочнением: повышается ее плотность и прозрачность, снижаются пористость, воздухопроницаемость и впитывающая способность.

При выработке большинства видов бумаги прессовая часть бумагоделательной машины состоит из двух-трех последовательно установленных прессов. Иногда число прессов возрастает до четырех и даже до пяти (при выработке жиронепроницаемых видов бумаги). В отдельных случаях, при выработке пухлых видов бумаги санитарно-гигиенического назначения, изготовляемых из массы садкого помола, бумагоделательная машина оборудуется всего лишь одним прессом.

По числу валов, составляющих пресс, прессы бывают двух-вальные или трехвальные (сдвоенные). Двухвальные прессы могут быть прямыми, обратными и сглаживающими (офсетными). Схема установки таких двухвальных прессов показана на рис. 62.

На рис. 63 схематически изображено устройство обычного прямого двухвального пресса. Из рис. 63 видно, что пресс состоит из верхнего 1 и нижнего 2 валов, несколько смещенных один относительно другого. Бумага вместе с поддерживающим ее сукном 5 проходит между валами пресса, а отжатая вода поступает в корыто 3. Удельное давление между валами пресса регулируется присадочным механизмом 4. Сукно проходит по сетковедущим валикам, среди которых имеется сукнонатяжной 7 и правительный валик 9. Очистка сукна от приставших к нему волокон, клеевых частиц и наполнителей осуществляется в сукномоечном устройстве 8.

На рис. 63 показана вальцовая сукномойка, однако сукномойки бывают и других типов, например типа Виккери, осуществляющие промывку сукна теплой водой и последующую его осушку с помощью вакуума (до 330 кПа). Используют

также для очистки сукон отсасывающие ящики и сукномойки трубчатого типа и др.

Верхний вал пресса диаметром в зависимости от ширины машины 500—1100 мм изготовляют из гранита, стонита, мик-ророка или чугуна. Основанием гранитного вала служит стальной сердечник, на котором цилиндр из гранита укрепляется бетоном и стальными шайбами. Основанием стонитового вала

является металлическая труба, на которую наносится толщиной около 20 мм стонитовое покрытие. По мере износа это покрытие или покрытие микророком может быть возобновлено.

К поверхности гранитного или стонитового вала бумага менее прилипает, чем к поверхности чугунного, что служит существенным преимуществом указанных валов по сравнению с чугунным. Для облегчения стока отжимаемой из бумаги воды на первом прессе верхний вал смещают по отношению к нижнему навстречу движению бумаги на величину 50—120 мм. На последующих прессах величину относительного смещения валов уменьшают. Чем больше скорость бумагоделательной машины и диаметр прессовых валов, тем больше абсолютная величина смещения вала. Длина верхнего прес-сового вала больше ширины мокрой бумаги на 150—200 мм. Над верхним прессовым валом установлен шибер, снимающий приставшие к валу волокна и различные загрязнения, а также бумажное полотно, если почему-либо оно пристанет к верхнему валу и начнет на него наматываться.

Нижние валы прессов могут быть сплошными или отсасывающими. Сплошной (обычный) вал изготовляется из чугуна и

имеет резиновую облицовку толщиной 25—30 мм. Так как удельное давление между валами пресса от пресса к прессу повышают в соответствии с возрастанием прочности изготовляемой бумаги, то и твердость резиновой облицовки нижних прессовых валов также от пресса к прессу должна возрастать. Назначение резиновой облицовки — снизить маркировку на бумаге от прессового сукна, увеличить срок службы сукон, обеспечить эластичность зоны прессования и равномерность распределения давления в этой зоне по длине прессовых валов, что необходимо для получения одинаковой влажности бумажного полотна по всей его ширине. Впрочем, одной только резиновой облицовкой вала нельзя получить абсолютную равномерность распределения давления в зоне прессования. Дело в том, что валы прогибаются и тем в большей степени, чем шире бумагоделательная машина. Поэтому для компенсации прогиба валов обычно нижним валам придают бомбировку путем их шлифовки с некоторой выпуклостью посередине. На широких машинах бомбировке подвергают не только нижний, но и верхний вал с тем, чтобы общая величина бомбировки распределялась на два вала.

Рис. 62. Типичные схемы расположения двухвальных прессов:
а — два прямых 1, 2; б — два прямых 1,2 и обратный 3; в — два прямых 1, 2, перевернутый (обратный) 3 и сглаживающий 4

Рис. 63. Двухвальный прямой пресс:
1 — верхний вал; 2— нижний вал; 3 — корыто для отжатой воды; 4 — присадочное устройство; 5—сукно; 6 — спрыск; 7 — сукнонатяжной валик; 8 — вальцовая сукномойка; 9 —
сукноправительный валик

Величина бомбировки, т. е. разность между диаметрами вала посередине и его концам, зависит от длины и диаметра вала, а также от давления в зоне прессования. Однако расчетные данные величины бомбировки валов обычно расходятся с практически необходимыми, так как невозможно точно учесть влияние при этом твердости резиновой облицовки, да и значение входящего в расчетную формулу модуля упругости чугуна не является постоянной величиной. Поэтому расчетные данные корректируются практически по значениям величин влажности по ширине выходящего из пресса бумажного полотна. При чрезмерной бомбировке середина бумажного полотна окажется более сухой, чем его края. При недостаточной же бомбировке середина бумажного полотна будет более влажной, чем его края.

Правильность бомбировки валов можно практически проверить различными способами: пропуском в зазор между прессовыми валами листа копировальной бумаги между двумя листами белой бумаги с оценкой прижима валов по полученному отпечатку; направлением струи воды из спрыска в зазор между валами пресса, работающего без сукна, и наблюдением прохождения воды на обратную сторону пресса; наблюдением за положением контрольной нитки прессового сукна во время работы пресса с установлением недостаточной бомбировки в случае отставания средней части контрольной нитки от ее краев и чрезмерно большой бомбировки при отставании краев контрольной нитки от середины.

С целью существенного уменьшения величины требуемой бомбировки вала (но не полной ее ликвидации) вначале стали применять так называемые «непрогибаемые» валы или валы,

закрепленные только посередине на участке длиной 300— 600 мм сквозного стального сердечника. Однако использованием этих валов не был снят вопрос возможного изменения величины бомбировки вала в процессе его работы, когда по тем или иным причинам необходимо изменять давление’ прессования. Задача была полностью решена, когда были разработаны валы с регулируемым прогибом. Из известных конструкций таких валов фирм «Блэк-Клаусон», «Беллойт» и

«Кюстерс» наибольшее распространение получили валы с регулируемым прогибом фирмы «Кюстерс» (ФРГ). Такой вал, называемый также «плавающим», схематически представлен на рис. 64. Это название вал получил потому, что рубашка вала во время работы опирается в основном на слой масла в камере 4, в котором она как бы плавает. Часть масла, подаваемого насосом в камеру 4, проходит через уплотнения 2 и 6, поступает в камеру 5 и оттуда возвращается к насосу. Регулируя давление масла в камере 4, можно в процессе работы нижнего вала изменять величину его бомбировки соответственно давлению прессования.

Рис. 64. «Плавающий» вал фирмы Кюстерс с регулируемым прогибом:
1 — рубашка вала; 2 — уплотнительные рейки; 3 — сердечник; 4 — верхняя камера; 5 — нижняя камера; 6 — уплотнения

Бумагоделательная машина. Устройство и принцип работы

Бумагоделательная машина представляет собой объединение производственных секций непрерывного действия, в результате работы которых из волокнистой суспензии получается бумага и картон. Различают два вида этого агрегата: столовые (с плоской сеткой) и цилиндровые (с круглой сеткой).

Более распространена столовая бумагоделательная машина , с помощью которой изготавливаются основные виды бумаги.

Основными секциями этой конструкции являются: сеточная, прессовая, сушильная и отделочная части.

Сеточная часть

Сеточная часть представляет собой бесконечную сетку, изготовленную из синтетических материалов или различных медных сплавов. В этой секции формуется бумажное полотно из сильно разбавленной суспензии и устраняется первая часть излишней воды. Эти этапы происходят вследствие свободного стекания взвеси и отсасывающего воздействия регистровых валиков. В дальнейшем обезвоживание осуществляется с помощью специальных вакуумных насосов.

Прессовая часть

После прохождения сеточной секции бумажное полотно с процентом сухости приблизительно 18–22% попадает в прессовую секцию. Здесь происходит удаление лишней воды механическим отжимом. Бумага пропускается через последовательно расположенные 2–3 вальцовых пресса под одновременным воздействием вакуума и давления. При этом увеличивается ее объемная масса и прочность, а впитывающая способность и пористость, наоборот, снижаются. Процесс прессования происходит между сукнами из шерсти, которые впитывают влагу и транспортируют полотно, а также выполняют немаловажную функцию защиты слабого бумажного полотна от разрушения. Для того чтобы добиться увеличения плотности и гладкости бумаги часто устанавливают дополнительные сглаживающие прессы.

Сушильная часть

В сушильную часть полотно бумаги поступает с сухостью около 45%. Эта секция бумагоделательной машины состоит из вращающихся цилиндров, расположенных в шахматном порядке и обогреваемых паром. На этом этапе производства бумажное полотно с помощью сукон придавливается к разогретым цилиндрам, что предотвращает его сморщивание и коробление. Движение его происходит с нижнего цилиндра на верхний, затем снова на нижний, расположенный рядом и т. д. Бумага в сушильной части высушивается до влажности 5–7%.

Отделочная часть

В отделочной секции находятся 5–10 чугунных отбеленных валов, расположенных друг над другом. Предварительно увлажненная холодной водой бумага движется сверху вниз между валами. После прохождения этого этапа бумажное полотно приобретает ровную, гладкую поверхность и равномерную толщину. Для предотвращения смятия полотно на накате наматывается в рулоны. При необходимости выпуска бумаги повышенной гладкости над накатом устанавливают дополнительное увлажняющее оборудование. Полученные рулоны далее поступают на продольно-разрезной станок, где разрезаются на части с необходимыми параметрами.

Специальное оборудование

Бумагоделательная машина также снабжена большим количеством автоматических приборов, обеспечивающих ее непрерывную работу. Задача этого дополнительного оборудования регулировать технологические параметры всего процесса. Для изготовления различных видов бумажного полотна устанавливаются свои технически обоснованные параметры, а именно рабочая скорость и ширина машины. Бумагоделательная машина может быть узкой и широкой.

Узкие машины с шириной полотна от 1,6 до 4,2 м в основном предназначаются для изготовления специальных технических, высококачественных документных бумаг. Широкие машины с шириной полотна более 6 м используются для производства мешочной и газетной бумаги. Рабочая скорость бумажной машины при производстве газетных и санитарно-гигиенических бумаг значительно превышает скорость при изготовлении высококачественных видов бумаг. Наличие специального оборудования и автоматических приборов способствует точности работы бумагоделательной машины и позволяет сократить количество обслуживающих ее рабочих до 3–8 человек.

Усовершенствование процесса производства

Для дальнейшего усовершенствования процесса производства бумаги необходимо изменение технологии выработки, увеличение производительности машины за счет ширины и скорости, модернизация устройства машины и ее узлов.

Увеличить производительность бумагоделательной машины за счет скорости и ширины помогут:

• специальные скоростные потокораспределители, выпускающие волокнистую суспензию на сетку с той скоростью, которая необходима при возросшей скорости движения сетки;
• гидропланки и регистровые валики, увеличивающие удаление влаги;
• различные виды прессов, такие как горячие и многовальные прессы, прессы с широкими отсасывающими камерами;
• закрепленные посередине отсасывающие валы, желобчатые рифленые валы, отсасывающие вакуумные сукномойки;
• накаты периферического типа с пневматическим прижимом бумажного полотна, используемые для намотки рулона 2200–2500 мм в диаметре.

Для сушильной секции бумагоделательной машины также успешно могут применяться: сифонное устранение конденсата, новые схемы расположения парораспределителей, более высокое паровое давление, замена сушильных сукон на сушильные сетки. В настоящее время идет активный поиск новых видов сушки, с целью замены традиционного вида на более усовершенствованный, который позволил бы повысить равномерность сушильного процесса и значительно уменьшить рабочую площадь сушильной секции. Такие новые виды сушки, как инфракрасное облучение, обдув горячим воздухом, диэлектрическая сушка и сушка под вакуумом имеют хорошие перспективы в будущем.

Принцип действия бумагоделательной машины

Бумагоделательная машина служит для изготовления бумаги из волокнистой массы путем отлива слоя волокон с последующим обезвоживанием, прессованием и намоткой в рулон. В царской России такие агрегаты начали использоваться со второй половины ХIX века. Они отличались низкой производительностью, слабым водоотделением, ручным управлением. Для ремонта требовалась остановка машин, но они обладали высокой надежностью и простотой конструкции. На Славутской бумажной фабрике такой агрегат был установлен в 1864 году и проработал до конца ХХ века.

Принцип действия машины

Существует 2 вида бумагоделательной машины: столовая — волокнистая масса распределяется на плоской бесконечной сетке и цилиндровая — с круглой сеткой. В основном используются столовые агрегаты, на цилиндровых изготавливается картон и некоторые виды бумаги. Машина выполнена по принципу последовательно установленных непрерывно действующих секций:

Кроме этого, имеется много вспомогательных систем и механизмов, обеспечивающих и контролирующих непрерывный цикл изготовления бумаги. Скорость движения бумажного полотна изменяется от 40 м/мин при производстве тонкой конденсаторной бумаги, до 1000 м/мин — газетной. Это очень энергоемкий агрегат, который потребляет до 30 МВт электроэнергии и 45 т пара. Для управления технологическим процессом используется АСУТП. При таких скоростях производить ручной контроль и регулировку параметров невозможно.

Процесс изготовления бумаги начинается с этапа подготовки сырья. Для этого используется смесительная камера, в которую поступают измельченные и предварительно очищенные от посторонних предметов, не участвующих в процессе (металл, камни, скотч и т. д.) компоненты бумаги — макулатура, ветошь. Если используется дерево, то предварительно подготовленную щепу варят в растворе едких веществ до полного растворения.

Готовая масса перекачивается насосами из смесительной части в бассейн бумагоделательной машины. Концентрация поступившей среды составляет 3-4 %. В емкости происходит постоянное перемешивание раствора для поддержания однородного состояния бумажной массы по всему объему. Подачей оборотной воды, содержащей включения целлюлозы, доводят концентрацию подготавливаемого раствора до 0,15-1.5 %, он направляется на очистную аппаратуру. Для этого используются узлоуловители, центрискрины и другие. После этого бумажная масса через напускное устройство поступает на сетку.

Качество изготавливаемого материала зависит от синхронности скоростей движения сетки и истечения суспензии. Отставание перемещения массы от сетки не должно превышать 5-10 %. Отклонение параметров в ту или другую сторону приводит к неравномерному распределению волокон по площади сетки и их ориентации в сторону движения полотна. Это отражается на плотности, однородности и прочности изготавливаемой продукции.

Формирование бумаги

Отлив листа — это процесс фильтрации, при котором по мере удаления воды, образуется волокнистый слой. После прохождения регистровой части сеточного стола образуется полотно с концентрацией массы около 3 %. При достижении таких значений заканчивается «зеркало залива» и вводятся понятия «бумага, бумажное полотно» и его сухость. Процесс отлива наиболее интенсивно проходит в регистровой части, расположенной в первой трети стола. Погрешности, допущенные на этой стадии, уже не смогут быть исправленными во время изготовления бумаги и будут являться дефектом продукции.

Качество отлива бумаги и положение волокон относительно направления движения потока зависят от характера и концентрации массы, скорости движения сетки и истекания коллоидного раствора, интенсивности фильтрации воды. В свою очередь, эти параметры зависят и определяются назначением изготавливаемой продукции.

В некоторых случаях возникает необходимость увеличить скорость обезвоживания полотна, например, для предотвращения флокуляции, то есть образования сгустков волокон. На протекание этого процесса в значительной мере влияет концентрация массы. При низких значениях происходит активная фильтрация воды, что в значительной степени снижает вероятность возникновения флокуляции.

С другой стороны, слишком обильное водоотделение приводит к вымыванию волокон, особенно мелких фракций. Интенсивно этот процесс происходит в начальной стадии листообразования. В конечном счете это приводит к уменьшению содержания наполнителя в нижней (сеточной) стороне листа. Этот дефект устраняется уменьшением скорости фильтрации.

Изменение интенсивности водоотделения происходит с увеличением толщины листа и сопротивления фильтрации. Это приводит к необходимости применения принудительных методов обезвоживания волокнистого слоя. Для этого применяются отсасывающие ящики. В них специальными насосами создается вакуум, позволяющий удалять влагу, которая не успела стечь в начальной стадии бумагообразования.

Сеточный стол заканчивается устройством, которое называется отсасывающим гауч-валом. В его камере поддерживается вакуум 30-70 кПа, что дает возможность эффективно отсасывать влагу. Под гауч-валом расположена ванна, в которую идет слив воды и сброс так называемого мокрого брака. Это — отсеченные кромки бумажного полотна, срывы с прессовой части, содержимое сеточного стола при обрыве бумаги. Мешалка, расположенная в ванне, передает смесь на перекачивающие насосы, которые возвращают раствор в приемный бак на повторную переработку.

Прессовая часть

После гауч-вала бумажное полотно с сухостью 15-20 %, вакуум-пересасывающим устройством передается в прессовую часть бумагоделательной машины для дальнейшего механического обезвоживания. Она обычно состоит из 2-3 двухвальных прессов. Верхний вал выполнен из гранита, нижний — металлический, облицованный резиной. Между ними, вместе с бумажным полотном, движется сукно, защищающее поверхность мокрой бумаги от повреждений.

Конструкция прессового механизма позволяет использовать последовательное прохождение разных сторон полотна между валами. Это обеспечивает равномерное сглаживание обеих сторон бумаги. Для удаления прилипших к полотну волокон применяется сукномойка. После последовательного прохождения прессовой части, сухость бумаги составляет 30-40%.

В этой секции машины происходит не только обезвоживание, но и уплотнение полотна. При этом увеличивается площадь соприкосновения и сцепление между волокнами. Кроме того, изменяются свойства бумаги: увеличивается прочность, уменьшается пористость, повышается прозрачность и т.д. Прессовая часть должна работать с полной нагрузкой, так как увеличение сухости на 1 % позволяет уменьшить расход пара на обогрев сушильного цилиндра на 5 %. Интенсификация этих процессов позволяет значительно снизить общее энергопотребление, что в конечном счете сказывается на стоимости выпускаемой продукции.

Сушка бумажного полотна в прессовой части в 10 раз дешевле, чем в сушильной. Из общего объема удаленной воды около 95 % приходится на сеточную часть, 3-4 % на прессовую, а остальное — на сушильную. Поэтому первые 2 части называются мокрыми. Чтобы удалить оставшиеся 1-2 % влаги, затрачивается большая часть энергии, предназначенной для обезвоживания бумажного полотна.

Сушильная часть

Эта секция машины состоит из 2 рядов последовательно разложенных в шахматном порядке цилиндров, охватываемых сушильным сукном. Устройство сушильного цилиндра представляет собой полую цилиндрическую емкость, обогреваемую изнутри паром. Давление рабочей среды — 0,35 МПа. Диаметр сушильного цилиндра составляет 1500 или 1800 мм и зависит от вида изготавливаемой бумаги.

Количество цилиндров зависит от вида выпускаемой продукции и скорости машины. Для изготовления конденсаторной бумаги устанавливают 5-8 барабанов, а для газетной и мешочной — 50-80. Сушильные цилиндры объединяются в 3-5 самостоятельных групп, что позволяет осуществлять раздельное регулирование и поддержание температуры в отдельных блоках. Схема движения бумаги и сукон обеспечивает нагрев и испарение влаги не только при ее контакте с греющей поверхностью сушильного цилиндра, но и во время свободного хода. Использование индивидуального привода для каждой из групп, позволяет синхронизировать скорости соседних блоков для обеспечения безобрывного движения бумажного полотна.

В каждой группе предусмотрена установка сушильного цилиндра для сукон, предназначенных не только для впитывания влаги, но и транспортировки бумажного полотна по этой части агрегата. В машинах с большой скоростью движения бумаги, сушильная часть полностью накрыта колпаком, позволяющим сохранять тепло без дополнительного использования энергии. Он оборудован системой принудительной вентиляции и теплообменниками-рекуператорами. Нагретый влажный воздух, прежде чем будет выброшен в атмосферу, своим теплом нагревает подаваемую среду, которая догревается на теплообменнике и поступает на обдув полотна.

В зависимости от типа производимой бумаги, температура цилиндров 80-115 °С. В процессе сушки из 1 кг бумаги удаляется до 2,5 л влаги, что в 60-80 раз меньше, чем на сеточной и прессовой частях машины. Увеличение показателя нагрева барабанов ускоряет процесс сушки, поэтому его надо проводить при максимальных значениях данного параметра, не влияющего на качество готовой продукции. В сушильных колпаках высокоскоростных машин применяется сопловой обдув полотна нагретым воздухом. Это ускоряет процесс обезвоживания и уменьшает затраты энергии.

Отделочная часть состоит из каландра и наката.Установлен он между сушильной частью и накатом и состоит из 5-8 горизонтально расположенных валов. Нижние являются приводными и обеспечивают проход бумаги между ними. При этом она дополнительно уплотняется и разглаживается. На накате бумага формируется в рулоны по весу или диаметру и в дальнейшем отправляется на резку.

На этом процесс производства бумаги заканчивается. Применение передовых технологий и автоматизация процесса изготовления, при скоростях движения полотна 1000 м/мин и более, позволило сократить обслуживание агрегата до 5-8 человек.