Предварительная обработка растительного сырья

Теоретические основы производства механической массы из щепы

Краткая характеристика основных промышленных видов ДМ из щепы

1. Рафинерная механическая масса (РММ).

Производство РММ включает подготовку древесного сырья (щепы), обработку (раздавливание) щепы в прессфайнере с целью ослабления межволоконных связей и частичного удаления экстрактивных веществ, размол щепы в две ступени, сортирование массы, снятие латентности, при необходимости отбелку массы.

Минусы: высокое содержание костры и неудовлетворительные бумагообразующие свойства.

2. Термомеханическая масса (ТММ) - получается из пропаренной щепы при 100-140⁰С и давлении 0,1-0,3 МПа в течение 0,5-3 мин. с последующим размолом в две ступени. Причем, если размол щепы проводится на первой ступени под давлением, на второй ступени при атмосферном давлении, получается ТММ. Затем процесс включает также операции, что и при производстве РММ. Предварительная пропарка щепы значительно улучшает качество ММ.

3. Химико-термомеханическая масса (ХТММ) получается путем измельчения щепы химикатами до или во время пропарки с последующим размолом под давлением в одну или две ступени. По свойствам ХТММ приближается к сульфитной целлюлозе. Технологическая схема производства ХТММ аналогична схеме при получении ТММ и отличается наличием дополнительного оборудования для обработки щепы химикатами.

4. Химико-механическая масса (ХММ) отличается от ХТММ пониженным выходом (80-90%), что объясняется более интенсивной обработкой щепы химическими реагентами.

Процесс производства ММ из щепы (ТММ, ХТММ и ХММ) состоит из двух основных стадий:

1. Предварительная обработка растительного сырья;

2. Механическая обработка (размол) в волокнистый полуфабрикат с определенными бумагообразующими свойствами.

Подготовка щепы включает в себя сортирование (фракционирование), промывку и очистку.

Свойства щепы. Качество готовой продукции в сильной степени зависит от характеристик сырья и с трудом поддается корректировке. Из свойств щепы, влияющих на качество механической массы, следует отметить следующие:

Влажность щепы, поступающей на переработку, должна быть не ниже точки насыщения, т.е. обычно не ниже 30 %. Сухая древесина недостаточно пластична и дает слабо разработанные малофибриллированные волокна. Наилучшие результаты дает использование щепы из свежесрубленной древесины. В некоторых случаях приходится прибегать к искусственному увлажнению.

Размеры щепы и однородность по фракционному составу оказывают существенное влияние как на процессы предварительной обработки, так и на размол. Крупная щепа медленнее прогревается при термогидролитической обработке, хуже пропитывается растворами реагентов, может затруднять поступление в дисковую мельницу. Большая доля мелкой фракции может привести к некоторому снижению средней длины волокон, ухудшению белизны и прочностных показателей механической массы. Оптимальными считаются следующие размеры щепы: длина 20 мм, толщина 4...5 мм. При этом на долю нормальной фракции (длина 15...30 мм, толщина 4...5 мм) должно приходиться не менее 90 % щепы.

Чистота щепы предполагает отсутствие коры, гнили, минеральных включений. Все эти загрязнения повышают сорность механической массы, снижают ее белизну. Наличие гнили также существенно отражается на выходе и прочности полуфабрикатов. От чистоты щепы зависит степень износа и срок службы размольного оборудования. Посторонними примесями, загрязняющими щепу, являются камни, металлические предметы, уголь, песок. Попадание этих твердых включений в мельницы влечет за собой быстрый износ и разрушение размалывающей гарнитуры, выход из строя и необходимость замены ее, а для этого остановы мельниц и падение производительности.

Хранение щепы в кучах уменьшает в ней содержание экстрактивных веществ и снижает расход энергии на размол. Однако хранение щепы в кучах более 2 месяцев приводит к ухудшению механических показателей полуфабрикатов и снижению белизны массы. Поэтому длительное хранение щепы в кучах нецелесообразно.

Сортирование (фракционирование) щепы. Механические сортировки сейчас являются основным устройством для фракционирования благодаря надежности конструкции и простоте эксплуатации. Рабочий орган сортировок этого типа - набор сортирующих сит. Для равномерного распределения щепы по поверхности сита и облегчения фракционирования сортирующий узел совершает колебания. Механические сортировки подразделяют на барабанные и плоские, а последние в свою очередь - на вибрационные (с круговыми или эллиптическими колебаниями сит в вертикальной плоскости) и гирационные (с круговыми колебаниями сит в горизонтальной плоскости).

Промывка и очистка щепы играют очень важную роль, так как случайно попавшие мелкие камни, песок, металлические и другие инородные включения не только загрязняют механическую массу, но также вызывают повышенный износ и сокращают срок службы размалывающей гарнитуры дисковых мельниц. Кроме того, в процессе промывки отделяются опилки, пыль, частички гнили, повышаются влажность и температура щепы.

Обработка щепы перед размолом. Целью предварительной обработки щепы является создание благоприятных условий для ее размола в дисковых мельницах, т.е.:

- ослабление межволоконных связей;

- размягчение лигнина и перевод его в вязкопластичное состояние;

- частичное разрушение лигноуглеводного комплекса;

- снижение температуры размягчения лигнина и придание волокнам гибкости и пластичности.

Предварительная обработка щепы может включать такие операции, как продувка паром, пропитка водой, термогидролитическая обработка (пропарка), химикотермогидролитическая обработка (неглубокая химическая обработка или варка с растворами реагентов). Целью предварительной обработки является:

- ослабление межволоконных связей;

- размягчение лигнина и перевод его в вязкопластичное состояние;

- частичное разрушение лигноуглеводного комплекса;

- снижение температуры размягчения лигнина и придания волокнам гибкости и пластичности.

Продувку паром применяют для вытеснения воздуха и частичного удаления летучих компонентов смолы. Удаление воздуха делает последующую пропитку древесины водой или растворами реагентов более быстрой, глубокой и равномерной.

Пропитка водой пластифицирует компоненты древесины, что благоприятно отражается на качестве массы и снижает расход энергии на размол. Эта операция особенно важна при длительном хранении древесины на открытом складе.

Термогидролитическая обработка щепы (пропарка) размягчает лигнин срединной пластинки настолько, что волокна могут быть отделены от лигнинной матрицы при минимальном повреждении. Пропарка является обязательной подготовительной операцией при производстве ТММ.

Большое влияние на показатели механической прочности ТММ оказывает температура пропарки щепы. Показатели механической прочности ТММ, полученной при высокой температуре пропарки, выше, чем у ТММ, прошедшей обработку при более низкой температуре. Это обусловлено тем, что масса, полученная из щепы при более высокой температуре, содержит больше длинных гибких волокон.

При температуре 100...125 °С достигается достаточное размягчение щепы для получения ТММ, пригодной для большинства видов бумажной продукции.

Подъем температуры свыше 140 °С нецелесообразен, так как при этой температуре начинается переход лигнина в вязкотекучее состояние. С одной стороны, это приводит к более легкому разделению древесины на волокна, увеличению производительности мельницы и снижению удельного расхода энергии, с другой - частично расплавленный лигнин покрывает поверхность волокон тонкой сплошной пленкой. Последующее охлаждение и стеклование лигнина делает поверхность волокон жесткой и гидрофобной, что препятствует их набуханию и фибрилляции.

Химико-термогидролитическая обработка щепы обеспечивает снижение температуры пластификации лигнина, перевод его в вязкопластичное состояние и ослабляет граничные слои между волокнами, что дает возможность разделить древесину на волокна без их разрушения. Кроме того, химическая обработка придает волокнам гибкость и пластичность. Использование химических реагентов способствует повышению белизны полуфабриката, а также снижению содержания экстрактивных веществ, особенно при обработке в щелочной среде и последующей промывке отжимом.

Следует отметить, что если пластификация лигнина при термогидролитической обработке – это обратимый процесс (при охлаждении волокна лигнин твердеет, и волокна покрываются твердым лигнинным чехлом), то пластификация при воздействии химических реагентов необратима.

В основе производства ХТММ лежит неглубокая химическая обработка. Использование химических реагентов при получении ХТММ приводит к растворению 3...5 % компонентов древесного сырья, способствует набуханию волокон, оказывает значительное влияние на свойства полуфабриката: повышается содержание длинных эластичных волокон с хорошо развитой поверхностью, обеспечивающей их тесное переплетение в процессе формирования бумажного полотна.

При получении ХММ применяют варку с растворами реагентов, при которой химикаты более интенсивно воздействуют на древесное сырье, чем при производстве ХТММ. Это достигается ужесточением условий обработки древесины - повышением температуры, увеличением продолжительности обработки и расхода реагентов.

Применение химических агентов, прежде всего, обеспечивает снижение температуры размягчения лигнина, способствует переводу его в вязкоэлластичное состояние, а также ослабляет связи между волокнами, что создает предпосылки для разделения их без разрушения при дальнейшей механической обработки.

2.5.4.2 Механическая обработка (размол) щепы. Основным процессом в производстве механической массы из щепы является размол на дисковых мельницах. Рассматривается он как процесс, включающий две фазы:

1) расщепление древесины на волокна;

2) рафинирование, т.е. придание волокнам бумагообразующих свойств.

Расщепление на волокна и пучки волокон происходит в зоне первичного измельчения. При отсутствии термогидролитической обработки (например, при выработке РММ) лигнин не размягчается, срединная пластинка остается жесткой и разрушение волокна идет, главным образом, в поперечном направлении. При этом масса может содержать до 30 % костры и значительное количество мелочи, причем то и другое образуется на стадии расщепления. При достаточной пластификации (при выработке ТММ и, особенно, ХТММ и ХММ) содержание костры в полуфабрикатах снижается до 1 % и менее, значительно увеличивается количество длинных волокон.

Рафинирование имеет сходный характер с вторичным дефибрированием и массным размолом. В этой фазе волокна подвергаются внешнему и внутреннему фибриллированию, при этом повышается их гибкость и пластичность, увеличивается удельная поверхность, улучшаются бумагообразующие свойства.

В промышленности наиболее часто применяют двухступенчатый размол, при котором выше названные фазы осуществляются в разных, последовательно установленных мельницах. Это позволяет гибко управлять технологическим процессом. На первой ступени размола происходит расщепление древесины (зона первичного измельчения), разделение пучков и частичное фибриллирование волокон (зона грубого размола). Вторая ступень представляет собой выделенную зону тонкого размола. При такой организации размола становится возможным выбор гарнитуры и условий, оптимальных для каждой фазы.

Размол щепы в дисковых мельницах осуществляется в присутствии воды, что приводит к развитию тех же физико-механических процессов, что и при дефибрировании на дефибрерном камне, а именно: идет пластификация лигнина, происходит частичный гидролиз компонентов древесины, нарушается кристаллическая структура целлюлозы, изменяются вязкоупругие свойства древесины.

Дата добавления: 2017-01-13