Опишите технологический процесс отлива бумаги приложив схему бумагоделательной машины бдм

ФОРМОВАНИЕ И ОБЕЗВОЖИВАНИЕ БУМАЖНОГО ПОЛОТНА НА СЕТОЧНОМ СТОЛЕ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ОТЛИВА БУМАЖНОГО ПОЛОТНА, УСТРОЙСТВО ДЕТАЛЕЙ СЕТОЧНОГО СТОЛА И ЕГО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ — ЧАСТЬ 1

Отлив бумаги представляет собой процесс соединения волокон в бумажное полотно с образованием на сетке такого слоя растительных волокон вместе с наполняющими, проклеивающими и окрашивающими веществами, который по массе 1 м2 абс. сухого вещества и расположению волокон соответствовал бы виду изготовляемой бумаги. Одновременно из этого слоя на сеточном столе должно быть отведено стеканием, отсосом или отжатием основное количество воды, удаляемой на бумагоделательной машине.

На рис. 40 представлена типичная схема сеточной части столовой бумагоделательной машины. Эта часть включает напорный ящик и сеточный стол. Масса из напорного ящика через напускное устройство 1 поступает на горизонтальную ветвь движущейся бесконечной сетки 9, поддерживаемой от провисания рядом валиков, называемых регистровыми. На быстроходной бумагоделательной машине первые по ходу сетки валики 2 обычно имеют на своей поверхности желобки. Последующие регистровые валики 4 имеют гладкую поверхность. Между валиками помещены дефлекторы 3— пластины, предотвращающие забрасывание регистровыми валиками воды на нижнюю сторону сетки. Вода проходит через ячейки сетки в подсеточный желоб, откуда поступает в сборник регистровой воды, используемой в дальнейшем в технологическом потоке в качестве оборотной воды для разбавления бумажной массы. На сетке же образуется влажный слой волокон, подвергаемый дальнейшему обезвоживанию на отсасывающих ящиках 5, в которых с этой целью создается вакуум. Вода отсасывающих ящиков собирается также в соответствующем месте технологического потока в качестве оборотной.

После отсасывающих ящиков находящееся на сетке влажное бумажное полотно содержит еще очень много влаги, часть которой удаляется через перфорированную рубашку отсасывающего вала 6, называемого гауч-валом. Внутри отсасывающего вала создается более глубокий вакуум, чем в отсасывающих ящиках. Далее бумажное полотно непрерывно снимается с сетки (на схеме не показано) и переходит для последующего обезвоживания и уплотнения в прессовую часть машины. Сетка же через поворотный сетковедущий вал

7 и несколько сетковедущих валиков 8 образует оборотную ветвь и у груд-‘ ного вала 10 вновь переходит в горизонтальное положение. Движение сетки осуществляется от приводного вала, которым обычно является гауч-вал, а иногда и поворотный сетковедущий вал 7. Все регистровые и сетковедущие валики приводятся в движение от сетки.

Рассмотрим более подробно устройство деталей сеточного стола. Сеточная часть бумагоделательной машины начинается с грудного вала. Примерно над ним расположена выпускная щель напорного ящика. На грудном валу обратная ветвь сетки переходит в прямую ветвь, непрерывно воспринимая при этом из выпускной щели бумажную массу в количестве, соответствующем при заданной скорости движения сетки виду изготовляемой бумаги.

При работе машины поверхность грудного вала непрерывно промывается водой из спрыска и очищается шабером от приставших волокон. Для того чтобы при своем вращении грудной вал не нагнетал увлекаемый им воздух в бумажную массу и для удаления воздуха из ячеек сетки, иногда у грудного вала устанавливают вакуумную камеру, как показано на рис. 41. Вакуум в камере поддерживается на уровне 400—500 Па.

Так как в самом начале сеточного стола сетка не покрыта еще слоем волокон, задерживающим через нее фильтрацию воды, на этом участке сеточного стола скорость удаления воды из бумажной массы велика, чему способствует и относительно большой (от 0,4 до 1,0 м) диаметр грудного вала, необходимый для предотвращения крутого перегиба сетки и вследствие

этого быстрого ее износа.

При выработке санитарнобытовых видов бумаги из массы садкого помола основное. требование к изготовляемой бумаге заключается в получении пухлого бумажного полотна с высокой впитывающей способностью. При этом не предъявляются особые требования к равномерности просвета бумаги. Для ускорения обезвоживания бумажной

массы в этом случае может быть использован грудной вал отсасывающего типа с двумя вакуумными камерами и с удалением воды из бумажной массы через отверстия рубашки вала.

В большинстве же случаев в начале сеточного стола стремятся не ускорить, а замедлить процесс обезвоживания. Это
особенно необходимо осуществлять на быстроходных бумагоделательных машинах, когда из-за чрезмерно сильного обезвоживания через сетку удаляется значительное количество проклеивающих, наполняющих и окрашивающих веществ, а также мелких волокон, что приводит к ухудшению качества изготовляемой бумаги и увеличению промоя используемых веществ.
Одним из средств для замедления обезвоживания в начале сеточного стола служит установка между грудным валом и первым регистровым валиком формующей доски или

формующего ящика шириной 400—800 мм. Это устройство одновременно предотвращает провисание сетки на указанном участке сеточного стола.

Скорость обезвоживания бумажной массы над формующим ящиком можно регулировать, изменяя количество воды, отводимой из ящика. На рис. 42 показана установка формующей доски (ящика), регистровых валиков и отражателей воды, препятствующих ее забрасыванию на нижнюю сторону сетки вращающимися регистровыми валиками. Планки формующего ящика изготовляют из высокомолекулярного полиэтилена, оксидной керамики или дерева (металла), облицованных тефлоном или резиной, корпус ящика — из нержавеющей стали.

Рис. 41. Вакуумная камера у грудного вала:
1 — вакуумная камера; 2 — лабиринтовое уплотнение; 3 — грудной вал

На участке между формующим ящиком и первым отсасывающим ящиком устанавливаются регистровые валики, поддерживающие горизонтальную часть сетки от провисания и способствующие обезвоживанию бумажной массы. Схема работы регистрового валика показана на рис. 43. Как видно из рисунка, отсос воды происходит между валиком и сеткой на участке ее схода с валика. Этот отсос происходит под действием вакуума, создаваемого вращающимся валиком, а также

под действием сил сцепления воды с поверхностью регистрового валика. При входе же сетки на регистровый валик создается зона повышенного давления.

Рис. 42. Формующий ящик, регистровые валики и отражатели (дефлекторы):
1 — формующий ящик; 2 — регистровый валик: 3 —сдвоенный отражатель; 4, 5 —одинарные отражатели

Рис. 43. Схема работы регистрового валика:
1 — регистровый валик; 2— пленка воды; 3 —сетка; 4 — слой бумажной массы; 5 — противодавление; 6 — направление движения сетки; 7 — отсасывающее действие; 8 — удаляемая вода

Валики изготовляются обычно из стальных труб и имеют облицовку медной рубашкой или резиной. Резиновая облицовка способствует хорошему смачиванию валика водой и предохраняет его от коррозии. Диаметр валиков зависит от ширины машины и находится в пределах от 80 до 500 мм.

Для замедления обезвоживания в начале сеточного стола, кроме формующей доски (ящика), применяют также установку нескольких первых регистровых валиков, имеющих боковую поверхность не гладкую, а с желобками. Вследствие захвата

желобками воздуха снижается вакуум в зоне схода сетки с валика и уменьшается количество воды, отводимой с сетки.

При высокой скорости бумагоделательной машины и в особенности при большом диаметре регистровых валиков последние могут вызвать дефекты формования бумажного полотна вследствие всплесков массы на валиках в зоне повышенного давления, а также из-за интенсивного удаления мелких волокон, проклеивающих веществ и наполнителей. На рис. 44 показано сравнение величин возникающего давления и вакуума у регистрового валика при различной скорости бумагоделательной машины. Из рисунка видно, что давление, оказываемое на бумажное полотно водой, с нижней стороны сетки над верхней точкой регистрового валика резко снижается и переходит в высокий по величине, но кратковременно действующий вакуум, который и приводит к потере мелких волокон, проклеивающих веществ и наполнителей. Чем выше скорость бумагоделательной машины, тем больше перепады соответствующего давления и вакуума.

Рис. 44. Положительные и отрицательные давления на поверхности регистрового валика в зависимости от скорости сетки, м/мин:
а—152; б — 304; в —456; г — 609; д — 762

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.