WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Повышение качества бумаги для гофрирования из макулатуры

На правах рукописи

ЮЖАНИНОВА Людмила Анатольевна

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА

БУМАГИ ДЛЯ ГОФРИРОВАНИЯ

ИЗ МАКУЛАТУРЫ

Специальность 05.21.03 – Технология и оборудование химической переработки

биомассы дерева; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Архангельск - 2008

Работа выполнена на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства

ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук

Дулькин Дмитрий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Смолин Александр Семенович;

кандидат технических наук, доцент

Ковалева Ольга Петровна

Ведущая организация – ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности» (ОАО «ВНИИБ»),

Санкт-Петербург

Защита состоится " 27 " сентября 2008 года

в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212. 008. 02.

в Архангельском государственном техническом университете по адресу:

163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан "___"____________2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Т.Э. Скребец ______________

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важным условием роста производства тарного картона, т.е. совокупности составляющих видов картона и бумаги – картона для плоских слоев гофрированного картона (картона-лайнера) и бумаги для гофрирования (флютинга), предназначенных для изготовления картонной тары, является использование в качестве сырья макулатуры. Производство этих видов бумаги и картона в последнее десятилетие входит в число наиболее развивающихся секторов мировой целлюлозно-бумажной промышленности. По-видимому, такая тенденция сохранится в ближайшие полтора десятилетия. В России выпуск тарного картона за период с 1995 г. по 2005 г. увеличился в 2,7 раза, а удельный вес тарного картона в общем объеме производства картона вырос с 64 до 72,9 %. В то же время отечественная промышленность не удовлетворяет полностью спрос российского рынка на тару из гофрокартона, имеет место импорт данной продукции. Кроме того, российский рынок с трудом переходит на мировые стандарты оценки качества целлюлозно-бумажной продукции. Повышение требований, предъявляемых к упаковке продукции, заставляет производителей тары совершенствовать как технологию, так и методы испытаний. Поэтому, установление взаимосвязи технологических параметров с характеристиками деформативности и прочности является важной научной и производственной задачей. Таким образом, заслуживает внимания проблема научно-обоснованного регулирования технологических параметров основных процессов подготовки вторичного волокна к отливу на бумагоделательной машине и формирования структуры бумаги для гофрирования.

Цель и задачи исследования. Цель работы - исследование взаимосвязи технологических параметров производства бумаги для гофрирования из макулатуры с характеристиками деформативности и прочности для оперативного управления качеством.

Для реализации указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

1) выявить показатели, характеризующие бумагообразующие свойства вторичного волокна и деформативность бумаги для гофрирования из макулатуры, позволяющие прогнозировать качество;

2) установить отличия в механическом поведении различных образцов бумаги для гофрирования, изготовленных из первичного или вторичного волокна;

3) исследовать влияние вариации параметров основных технологических процессов на стандартные характеристики качества бумаги для гофрирования;

4) установить взаимосвязь вариации средней длины вторичного волокна с деформационными и прочностными характеристиками бумаги для гофрирования;

5) установить влияние основных технологических параметров отдела массоподготовки и бумагоделательной машины на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрирования;

6) разработать, используя полученные экспериментальные данные, рекомендации по совершенствованию технологии бумаги для гофрирования из макулатуры с целью повышения ее качества.

Научная новизна. Получены новые данные о влиянии технологических параметров на деформационные свойства бумаги для гофрирования из макулатуры, позволяющие усовершенствовать технологию данной бумаги с более высокими деформативностью или прочностью, в зависимости от запросов потребителей. Развиты научные представления о возможности использования характеристики водоудерживающей способности волокна (WRV) для контроля деформационных свойств бумаги для гофрирования из макулатуры. Показано, что для прогнозирования механического поведения бумаги для гофрирования необходимо в нормативные документы ввести следующие характеристики: модуль упругости (Et) или жесткость при растяжении (St); деформация (t); время релаксации напряжения (n0); жесткость при изгибе (EI); работа деформирования при растяжении (Аt).

Практическая значимость. Предложенная в данной диссертационной работе концепция по совершенствованию технологии бумаги для гофрирования из макулатуры, использующая данные, применена при разработке плана модернизации производства, реализация которого привела к увеличению производительности и повышению качества. Реальный экономический эффект составил 35 913 720 руб. (акты о внедрении результатов исследований представлены в приложении к диссертационной работе). Разработанная и согласованная нормативно-техническая документация на бумагу для гофрирования из макулатуры используется при работе по пересмотру общероссийского стандарта на бумагу для гофрирования.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих конференциях: международных научно-технических конференциях: «Теория и технология бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья» (Караваево-Правда, 2004); «Технология переработки макулатуры» (Караваево-Правда, 2005); «Современные научные основы и инновационные технологии бумажно-картонных материалов с использованием вторичного волокна из макулатуры» (Караваево, 2006); «Новое в технологии и оборудовании для производства гофрокартона и гофротары» (Санкт-Петербург, 2007); «Современные технологии и оборудование промывки, сортирования и размола волокнистых масс в целлюлозно-бумажной промышленности» (Санкт-Петербург, 2007), а также научно-технической конференции в Архангельском государственном техническом университете (2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе монография «Особенности технологии бумаги-основы для гофрирования из макулатуры и требования к ее потребительским свойствам» и обзор «Научные основы переработки макулатуры». В журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ, опубликовано 3 научных труда.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения; аналитического обзора; главы – «объекты и методы исследований»; экспериментальной части, включающей 4 раздела; общих выводов; четырех приложений (акты производственных испытаний). Содержание работы изложено на 139 страницах, включая 47 рисунков и 52 таблицы, библиография содержит 110 наименований. Приложений 4.

Автором выносятся на защиту следующие основные результаты диссертационной работы:

- анализ экспериментальных данных о природе различного механического поведения бумаги для гофрирования, произведенной из первичного или вторичного волокна;

- экспериментальные данные о влиянии вариации технологических параметров, наблюдаемой в производственных условиях, на стандартные характеристики бумаги для гофрирования;

- исследования взаимосвязи водоудерживающей способности (WRV) вторичного волокна с деформационными и прочностными свойствами бумаги для гофрирования;

- анализ влияния параметров основных технологических процессов на деформационные и прочностные свойства бумаги для гофрирования;

- анализ возможности повышения качества бумаги для гофрирования и практические рекомендации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение. В этом разделе обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель работы и задачи исследования, указаны положения, выносимые на защиту.

Аналитический обзор. Обобщены сведения о гофрокартоне и его составляющих – картоне для плоских слоев и бумаги для гофрирования. Показано влияние свойств бумаги для гофрирования на образование гофрированного слоя на гофроагрегате. Рассмотрены особенности технологии бумаги для гофрирования из макулатуры. Проведено сравнение свойств бумаги для гофрирования, произведенной из первичного или вторичного волокна. Проанализированы методы оценки качества компонентов тарного картона в системах стандартов ГОСТ, ISO, TAPPI, EN, SCAN и DIN.

Объекты и методы исследования. В работе использовались образцы бумаги для гофрирования лабораторного и производственного изготовления. В качестве объекта исследований выбрана одна из отечественных БДМ.

При проведении эксперимента использовали как стандартные, так и оригинальные методы испытаний, в частности: комплексная оценка механического поведения испытуемого материала при приложении растягивающей нагрузки; определение сопротивления торцевого сжатия короткого участка в плоскости листа по методу SCT в соответствии со стандартом ISO 9895; определение вязкости разрушения в соответствии со стандартом SCAN-P77:95 и др. Для оценки стабильности и точности определяемых характеристик были использованы методы статистической обработки результатов исследования и планирования эксперимента.

Экспериментальная часть состоит из 4 разделов:

  1. Исследование деформационных и прочностных характеристик

бумаги для гофрирования различных производителей.

Свойства бумаги для гофрирования во многом зависят от качества полуфабрикатов, применяемой технологии и установленного в технологическом потоке оборудования. Вырабатываемая на ООО «Сухонский ЦБК» бумага не удовлетворяла производителей по качеству, которое было ниже по сравнению с импортными образцами и образцами некоторых российских производителей. Кроме того, характеристики, используемые согласно нормативным документам для оценки качества (удельное разрушающее усилие, абсолютное сопротивление продавливанию, разрушающее усилие при сжатии кольца), не позволяют реально оценить потребительские свойства данной продукции.

Необходимость расширения характеристик для оценки качества тарного картона обоснована в ряде работ. Прежде всего, это касается характеристик, получаемых при испытании на растяжение и изгиб, так как эти виды нагрузок воздействуют на структуру материала при его переработке и потреблении.

С целью оценки механического поведения образцов бумаги для гофрирования, произведенной из первичного и вторичного волокна на различных предприятиях, были испытаны одиннадцать видов бумаги, (рисунок 1).

Известны два фундаментальных факта: во-первых, процесс разрушения материала определяется разрушением химических связей, а процесс деформирования – преодолением сил межмолекулярного взаимодействия; во-вторых, разрушение и деформирование связаны с различными компонентами тензора разрушения (разрушение – с нормальным растягивающим напряжением, а деформирование – со сдвиговыми напряжениями).

На большинстве предприятий отрасли (в том числе на ООО «Сухонский ЦБК» в период проведения эксперимента) технологические режимы отработаны на получение продукции с заданными прочностными свойствами. При наличии избирательного влияния технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики необходимо изучение взаимосвязей конкретных параметров и характеристик на каждой БДМ отдельно.

Анализ теоретических и экспериментальных данных, представленных в данной главе, позволяет сделать следующие обобщения. Для успешной переработки на гофроагрегате бумага для гофрирования должна иметь определенные вязкоупругие свойства, которые в первом приближении характеризуются модулем упругости и временем релаксации напряжения.

Начальный модуля упругости (E1) бумаги для гофрирования из вторичного волокна колеблется в пределах 2300…4150 МПа, а бумаги из первичного и первичного + вторичного волокна в пределах 3500…4450 МПа. Время релаксации напряжения (n) в точке начала развития пластических деформаций (П) соответственно 14,1…21,3 с и 17,0…23,8 с. Таким образом, у бумаги из вторичного волокна отношение E1 min/E1 max составляет 0,55, а из первичного и первичного + вторичного – 0,79, отношение n0 min/n0 max соответственно – 0,66 и 0,71. Процесс релаксации напряжения во многом обусловлен геометрическими размерами и формой волокна, но в основном межволоконными связями. Деформация разрушения бумаги из вторичного волокна колеблется в пределах 1,32…2,18 %, из первичного и первичного + вторичного – 1,48…2,30 %, т.е. разбег этой характеристики обоих видов бумаги достаточно велик и обусловлен существующей технологией. Отметим, что бумага с меньшей деформацией разрушения более хрупкая.

На рисунке 2 представлены изменения величин, характеризующих вязкоупругие свойства бумаги для гофрирования, в процессе деформирования до разрушения образца. Ход кривых, характеризующих изменения исследуемых характеристик, в процессе деформирования практически идентичен.

В таблице 1 представлены характеристики, определяющие жесткость бумаги для гофрирования. Жесткость при растяжении, обусловленная модулем упругости и толщиной образца, имеет высокую вариацию как образцов из вторичного волокна, так и из первичного и первичного + вторичного. Более жесткое вторичное волокно дает и большую вариацию толщины бумаги. Энергия, поглощаемая при растяжении (TEA), является мерой вязкоупругости бумаги, влияющей на жесткость при растяжении бумаги. Разница в толщине бумаги из вторичного волокна достигает 2,7 раза, TEA – 2,9 раза, в то время как бумаги из первичного волокна – 1,5 и 4,0 раза соответственно. Отсюда можно предположить, что жесткость при растяжении бумаги из вторичного волокна определяется главным образом жесткостью отдельного волокна, а бумаги из первичного волокна – его прочностью.

Отметим, что в большинстве исследуемых случаев приведенная жесткость при изгибе (Sb) образцов из вторичного волокна была выше. Обобщая вышеизложенное, отметим, что весь комплекс деформационных и прочностных характеристик бумаги для гофрирования в сильной степени зависит от проявления вязкоупругих свойств в зоне деформации, ограниченной точками 1–2 на кривой зависимости «–», которые, в свою очередь, зависят от межволоконных связей и жесткости отдельного волокна.

Бльшая жесткость вторичного волокна и меньшая способность к образованию межволоконных связей обуславливают отличие в механическом поведении бумаги для гофрирования из вторичного волокна по сравнению с бумагой из первичных полуфабрикатов. Бумага для гофрирования, являющаяся объектом данного исследования (производимая на ООО «Сухонский ЦБК»), по ряду характеристик уступает бумагам, производимым из вторичного волокна на отечественных предприятиях, поэтому актуальной является и задача приближения свойств бумаги из вторичного волокна к бумаге из первичного волокна.

Таблица 1 – Физико-механические свойства бумаги для гофрирования массой 125 г/м2

(испытанные в машинном направлении)

Производитель бумаги* , мкм , г/см2 L, м St, Н/м SCTCD, кН/м Sb, Н·м Eизг, МПа Sb, Н·м TEA, Дж/м2
1 212 0,59 6700 825 4,03 1,84 2200 0,11 66,55
2 239 0,53 6000 740 4,47 2,36 2300 0,06 66,73
3 246 0,53 6350 745 - 1,78 1450 0,10 72,01
4 228 0,57 7750 945 4,29 1,80 1850 0,13 83,01
5 250 0,49 3860 645 2,63 1,77 670 0,10 41,63
6 241 0,51 5050 607 - 1,17 875 0,03 64,36
7 200 0,59 6650 635 1,54 1,25 1963 0,06 120,43
8** 202 0,54 6600 710 3,70 1,37 1595 0,01 47,87
9 225 0,54 7050 875 4,42 1,54 1520 0,14 73,98
10 198 0,62 7450 800 4,23 1,61 2425 0,05 96,96
11 216 0,57 11700 955 - 1,66 1775 0,02 190,01

* Обозначения соответствуют принятым на рисунке 1;

** 8 – Производитель «Светогорский ЦКК».

В связи с тем, что бумагообразующие свойства вторичного волокна во многом зависят от технологических параметров и эта взаимосвязь на каждом предприятии индивидуальна, необходима оптимизация технологических параметров.

2. Статистическая оценка технологических параметров

и характеристик бумаги для гофрирования

Технологические процессы целлюлозно-бумажного производства имеют стохастическую природу, что обусловливает вариацию характеристик качества технической целлюлозы, бумаги и картона. Поэтому статистический контроль должен использоваться как для регулирования хода технологических процессов, так и для оценки качества готовой продукции.

При проведении эксперимента оценивалась вариация контролируемых согласно технологическому регламенту характеристик поступающей на фабрику макулатуры, параметров размольно-подготовительного отдела и бумагоделательной машины, характеристик бумаги для гофрирования. Для получения достоверных результатов сбор данных и формирование выборки проводили в течение календарного года по журналам технологического контроля. Статистическую обработку данных осуществляли поквартально и в целом за год. Отдельной задачей эксперимента являлась оценка, насколько значимо влияют контролируемые параметры на качество продукции.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что повышенной нестабильностью обладают такие характеристики макулатуры, как влажность (v = 2…21 %), зольность (v = 23…65 %) и степень помола (v = 4…23 %). Значительные различия наблюдаются в вариациях характеристик по кварталам. Степень помола волокна после процесса разволокнения имеет v = 11,8 %, а поступающая на размол v = 6,8 %, степень помола бумажной массы после размола v = 8,0 %. Вариация объемов массы в массных бассейнах составляет 20 %, что свидетельствует о большой разнице в продолжительности взаимодействия волокна с водой.

Известно, что чем выше продолжительность взаимодействия, тем в большей степени снижается прочность первичного волокна целлюлозы. В случае использования вторичного волокна эта проблема усложняется особенностями взаимодействия с водой волокон с ороговевшей поверхностью. Необходимо решить вопрос не только о стабильности этого параметра, но и об оптимальном объеме массы в массных бассейнах. Высокая вариация концентрации массы, поступающей на размол, приводит к высоким колебаниям степени помола бумажной массы, что отрицательно влияет на качество продукции.

В таблицах 2 и 3 представлены данные о вариации технологических параметров БДМ и характеристик вырабатываемой продукции, которые свидетельствуют о высокой нестабильности работы машины и, как следствие, нестабильности качества бумаги для гофрирования. (Жирным шрифтом в таблицах выделены значимые коэффициенты вариации.)

Таблица 2 – Статистическая оценка вариации параметров БДМ,

вырабатывающей бумагу для гофрирования (среднегодовая)

Характеристика Единица измерения Xср x Xmin Xmax v, %
VБДМ м/мин 112,5 8,9 94,0 129,0 7,9
0,9 0,0 0,8 1,0 4,6
сНЯ % 0,7 0,1 0,5 0,8 7,3
СПНЯ ШР 44 3,0 38,0 53,0 6,8
ТНЯ С 26,2 4,7 19,0 37,0 17,9
PВОЯ МПа 0,026 0,0073 0,013 0,039 28,4
PВГВ МПа 0,053 0,0207 0,0132 0,066 39,2
PУДП1 Н/см2 32 5 24 35 15,6
Т1 С 60,05 7,6 44 81 13,1
Т2 С 125 11,3 82 143 9,0
Т3 С 119,4 12,5 89 146 10,5

Таблица 3 – Статистическая оценка вариации характеристик качества

бумаги для гофрирования (среднегодовая)

Характеристика Единица измерения Xср x Xmin Xmax v, %
RCT Н 119,1 8,0 103,0 147,0 6,7
PУД кН/м 7,5 0,6 6,5 9,2 8,0
П кПа 344,1 41,4 283,0 463,0 12,0
г/м2 65,8 15,7 8,5 102,0 23,9
W % 7,1 0,6 5,9 8,2 8,0
m г/м2 125,8 3,9 120,0 143,0 3,1

Корреляционный анализ показал, что из 41 контролируемого параметра значимое влияние на сопротивление продавливанию оказывают только 10: зольность макулатурного сырья марки МС 5Б/1 (ЗБ/1), средняя длина волокна макулатуры марки МС 5Б/1-2 (lБ/1-2), степень помола макулатурной массы, поступающей на размол (СПМП) и после размола (СПМР), условия подачи и расход проклеивающих химических добавок (VКР и QКР), скорость БДМ (VБДМ), а также температура сушильных цилиндров в первом и втором периодах сушки.

Сопротивление продавливанию было выбрано для примера, как имеющее самый высокий коэффициент вариации. Было получено эмпирическое уравнение взаимосвязи сопротивления продавливанию (П) с технологическими параметрами, значимо влияющими на ее изменчивость:

(1)

где X1 – зольность поступающей макулатуры марки МС 5Б/1 (ЗБ/1), %; X2 – средняя длина волокна макулатуры марки МС 5Б/1-2 (lБ/1-2), мм; X3 – степень помола поступающей на размол массы (СПМП), °ШР; X4 – степень помола размолотой массы (СПМР), °ШР; X5 – скорость истечения крахмального клея (VКР), л/мин; X6 – расход крахмального клея, кг/т; X7 – расход клея (QКЛ), кг/т; X8 – скорость БДМ (VБДМ), м/мин; X9, X10– температура сушильных цилиндров в первый и второй период сушки соответственно (T1, T2), °С.

Средняя относительная достоверность аппроксимации составила 0,9 %. Это свидетельствует, что контролируются не всегда те параметры, высокая вариация которых значимо влияет на качество производимой продукции. Было показано, что если технологические параметры поддерживать в рамках заданных регламентом, то значение сопротивления продавливанию можно повысить на 14,4 %.

Таким образом, для прогнозирования качества бумаги для гофрирования необходимо установление характеристик сырья и параметров производства, позволяющих делать это с высокой вероятностью. Необходима стабилизация технологических параметров.

3. Исследование влияния технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрирования

Исследование влияния процесса разволокнения на свойства макулатурной массы. Взаимосвязь продолжительности взаимодействия макулатуры с водой при разволокнении и водоудерживающей способности макулатурной массы представлена на рисунках 3 и 4. Макулатурная масса содержала 10 % макулатуры МС-5Б/1; 10 % – МС-5Б/1-2 и 80 % – МС-5Б/3.

Из рисунков 3 и 4 следует, что водоудерживающая способность вторичного волокна данной композиции возрастает до продолжительности взаимодействия с водой равной 80 мин, при этом не наблюдается изменения степени помола макулатурной массы. Зависимость WRV от степени помола нелинейная, точка перегиба на кривых соответствует примерно 35…45 ШР (размол проводили в лабораторном ролле, рисунок 4). Таким образом, водоудерживающая способность и степень помола, определенная по методу Шоппер-Риглера, – характеристики невзаимозаменяемые.

 Влияние продолжительности взаимодействия вторичного волокна-4
Рисунок 3 – Влияние продолжительности взаимодействия вторичного волокна с водой на WRV (1) и степень помола ШР (2) Рисунок 4 – Взаимосвязь степени помола с WRV вторичного волокна при разной продолжительности взаимодействия с водой: 1 – 40; 2 – 50; 3 – 60; 4 – 70; 5 – 80; 6 – 90 мин

Повышение способности вторичного волокна к размолу наблюдается при водоудерживающей способности равной 120…125 %, т.е. после взаимодействия с водой в течение 70…80 мин. С увеличением WRV в исследуемых пределах (92…170 %) характеристики E1, р, St и P не размолотого волокна изменялись незначительно, а Sb и Aр имели тенденцию к снижению.

Исследование влияния процесса размола макулатурной массы на деформационные и прочностные свойства. Данный эксперимент проводили в производственных условиях. Было отобрано 3 серии образцов (изменение концентрации массы и производительности мельницы приведены на рисунке 5). При исследовании каждого образца нагрузка на мельнице изменялась и составляла 0,30; 0,35; 0,40; и 0,45 МВт·ч/т.

Из рисунка 5 следует, что ход кривых зависит от параметров процесса размола. Это свидетельствует, что характеристика степени помола по Шоппер-Риглеру недостаточно адекватно прогнозирует процессы, происходящие в мокрой части БДМ.

При построении зависимости y = f(WRV), представленной на рисунке 6, где y – характеристика деформативности или прочности (определялось по 6 таких характеристик), было установлено, что в случае каждой отдельной характеристики ход кривых различен и зависит от данной совокупности параметров процесса размола. Установлено избирательное воздействие параметров размола на деформативность и прочность. В первом случае закономерности имеют криволинейный характер, во втором – прямолинейный.

Исследование влияния процесса фракционирования на физико-механические свойства бумажной массы из вторичного волокна. При проведении эксперимента использовалась центробежная напорная сортировка типа СЦН-09, модернизированная для выполнения функции фракционатора и установленная в технологическом потоке. Предварительные опыты показали, что оптимальное соотношение получаемых коротко- и длинноволокнистой фракции составляет 2/3, т.е. 40 и 60 %. После соответствующего размола фракций прирост стандартных характеристик бумаги составил порядка 6 %.

Затем был произведен планированный эксперимент (планировались три фактора: x1 – количество отбираемой длинноволокнистой фракции (QДВФ); x2, x3 – давление и концентрация на входе во фракционатор (Pвх и cвх ), который позволил установить взаимосвязь между деформационными и прочностными характеристиками бумаги и фундаментальными свойствами волокна. Была получена математическая модель (аппроксимирующий полином адекватно описывает процесс Fрасч< Fтабл), позволившая рассчитать оптимальные параметры фракционирования, таблица 4.

Таблица 4 – Параметры фракционирования для получения фракции с максимально возможными характеристиками

Характеристика Единица измерения Фракция Максимальное значение Факторы планирования
QДВФ, % Pвх, МПа cвх, %
E1 МПа КВФ 2500 49,91 0,40 2,74
ДВФ 1800 49,91 0,40 2,74
St Н/м КВФ 425 49,91 0,40 2,74
ДВФ 255 49,91 0,40 2,74
р % КВФ 2,05 49,91 0,51 2,06
ДВФ 1,68 49,91 0,51 2,06

Окончание таблицы 4

Характеристика Единица измерения Фракция Максимальное значение Факторы планирования
QДВФ, % Pвх, МПа cвх, %
Sb Н · м КВФ 0,35 49,91 0,54 2,06
ДВФ 0,49 49,91 0,60 2,74
мДЖ КВФ 42,2 49,91 0,40 2,06
ДВФ 37,5 49,91 0,40 2,06
Fсв МПа КВФ 1,03 60,00 0,40 2,06
ДВФ 1,49 70,09 0,60 2,06
0 МПа КВФ 80,7 49,91 0,40 2,74
ДВФ 78,3 70,09 0,40 2,74

Проведенное сравнение методик расчета средней длины волокна показало, что наиболее приемлемой является методика расчета средневзвешенной длины волокна. Получены поверхности отклика, отражающие совместное влияние фундаментальных свойств волокна на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрирования. На рисунке 7 представлены примеры, которые являются подтверждением избирательного влияния этих свойств на деформативность и прочность.

Исследование влияния основных технологических параметров бумагоделательной машины. Исследование влияния: концентрации бумажной массы в напорном ящике (сНЯ), коэффициента напуска бумажной массы на сетку (KН), сухости бумажного полотна после прессования (KСУХ), температуры поверхности сушильных цилиндров на физико-механические свойства бумаги для гофрирования позволило установить:

во-первых, избирательность влияния сНЯ и KН на деформационные и прочностные характеристики: величина сНЯ – изменялась в пределах 0,6…0,9 %, а K – 0,93…1,16 (рисунке 8);

во-вторых, характеристики деформативности и прочности бумаги для гофрирования имеют повышенные значения при сухости 47…48 % после прессов БДМ (при изменении сухости бумажного полотна с 46,6 до 49,1 %, рисунок 9).

Эксперимент показал, что изменение температуры греющей поверхности сушильных цилиндров 1-й сушильной группы в большей степени, по сравнению со 2-й и 3-й группами, влияет на свойства бумаги (таблица 5), причем возрастание температуры до 82 С повышает значения характеристик от 11 % у начального модуля упругости (E1) до 58 % у разрушающего усилия при сжатии кольца (RCT).

При проведении эксперимента степень анизотропии структуры бумаги (TSIMD/CD) изменялась от 1,75 до 2,80. Увеличение степени анизотропии приводит к значительному снижению характеристик деформативности и прочности при испытании образцов в направлении CD, т.е. в этом случае снижаются потребительские свойства гофрокартона.

Таблица 5 – Влияние температуры поверхности сушильных цилиндров

в первой сушильной группе на свойства бумаги для гофрирования

Характеристика Средняя температура поверхности, С
69 71 78 82
E1, МПа 2750 2880 3020 3060
р, % 1,49 1,56 1,81 1,76
St, кН/м 2,0 2,1 2,2 2,3
Р, Н 108 115 130 135

4. Анализ возможности повышения качества бумаги для гофрирования и практические рекомендации

Для повышения качества бумаги для гофрирования в условиях ООО «Сухонский ЦБК» с учетом полученных экспериментальных данных необходимо провести следующие мероприятия:

Усовершенствовать технологический контроль. Во-первых, для оценки качества поступающей макулатуры, контроля процессов разволокнения и размола использовать характеристику WRV; во-вторых, внести в разрабатываемые Всероссийские технические условия на бумагу для гофрирования перспективные характеристики, позволяющие с большой вероятностью прогнозировать ее перерабатываемость на гофроагрегате и потребительские свойства, (E1, St, р, n0, Sb); в-третьих, для контроля процесса фракционирования ввести характеристику – критическая длина волокна (lк).

В размольно-подготовительном отделе фабрики разволокнение и набухание волокна должно проходить в течение 70…80 мин. Повысить эффективность разволокнения можно, если использовать смачиватель-пассиватор; заменить фракционатор СЦН-09 на AFT MacroFlowTM и разработать техническое задание АСУТП.

При модернизации бумагоделательной машины необходимо: выбрать конструкцию напорного ящика, позволяющего получать бумагу с заданной степенью анизотропии, и снизить вариацию этой характеристики по ширине машины; увеличить число сушильных цилиндров до 40 и разработать режим сушки; оптимизировать температуру поверхности сушильных цилиндров в данных зонах сушки; получить бумагу с заданной степенью анизотропии и снизить вариацию этой характеристики по ширине БДМ.

Научная поддержка производства. Вопрос о прогнозировании качества картона, гофрокартона и гофротары является актуальным. При оценке потребительских свойств гофротары одним из самых сложных остается вопрос выбора характеристик, наиболее точно отражающих качество компонентов гофротары. Остается открытым вопрос о комплексной оценке влияния вариации характеристик полуфабрикатов, технологических параметров на стабильность качества выпускаемой продукции. Представляется целесообразным продолжить исследования по влиянию технологических параметров на свойства бумаги для гофрирования и организовать совместные исследования производителей тарного картона, гофрокартона и гофротары. Необходимо продолжить работу над созданием ТУ для тарного картона, предпологающую глубокое изучение физической основы характеристик, предлагаемых для контроля качества.

Практические рекомендации по повышению качества бумаги для гофрирования, разработанные в процессе работы над диссертацией, были использованы при модернизации производства БДМ на ООО «Сухонский ЦБК» и частично при модернизации производства на ОАО «Полотняно-заводская БФ». Оценка эффективности предложенных мероприятий представлена в актах, приведенных в Приложениях А, Б, В и Г диссертационной работы.

Общие выводы

  1. Установлено влияние основных технологических факторов на деформационные и прочностные свойства бумаги для гофрирования из макулатуры, что позволило усовершенствовать технологию, повысить производительность и качество продукции.
  2. Установлено различие в механическом поведении бумаги из вторичного, первичного и вторичного + первичного волокна, которое определяется такими характеристиками (рисунок 2), как: модуль упругости (E1 = 2300…3500 МПа); деформация (п = 1,32…2,00 %); работа деформирования (Ап = 50…95 мДж); время релаксации напряжения (n0 = 13…15,5 с). В случае первичного волокна значения этих характеристик выше.
  3. Показана необходимость, наряду с характеристиками прочности, введения в отечественный стандарт на бумагу для гофрирования характеристик деформативности, которые позволяют более точно оценивать ее потребительские свойства.
  4. Показано, что продолжительность взаимодействия с водой при разволокнении поступающей макулатуры должна обеспечивать достижение водоудерживающей способности равное 125…130 %.
  5. Установлено влияние фундаментальных свойств вторичного волокна короткой и длинноволокнистой фракций, полученных при фракционировании, на деформационные и прочностные свойства бумаги для гофрирования из макулатуры. Получены регрессионные модели, позволяющие обоснованно регулировать качество бумаги для гофрирования.
  6. Полученные экспериментальные данные использованы в разработке проекта новых отраслевых технических условий на бумагу для гофрирования, которые используются для создания единого Всероссийского ГОСТа на тарный картон.
  7. Реальный экономический эффект от внедрения научных результатов диссертационной работы на ООО «Сухонский ЦБК» за период 2003 – 2007 гг. составил 35 913 720 руб.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

В журналах, рекомендованных ВАК РФ:

  1. Дулькин, Д.А. Научные основы переработки макулатуры [Обзор] / Д.А. Дулькин, Л.А. Южанинова, В.Г. Миронова, В.А. Спиридонов // Изв. вузов. Лесн. журн. – 2005. – № 1-2. – С. 104–122.
  2. Дулькин, Д.А. Интенсификация процессов разволокнения макулатуры и по-следующего размола полученной массы [Текст] / Д.А. Дулькин, Л.А. Южанинова, В.Г. Миронова, О.И. Блинушова // Изв. вузов. Лесн. журн. – 2005. – № 1-2. – С. 172–177.
  3. Южанинова, Л.А. Сравнение методик оценки длины волокна макулатурной массы [Текст] / Л.А. Южанинова, Е.Ю. Ларина, В.И. Комаров // Изв. вузов. Лесн. журн. – 2008. – № 4. – С.

Научные труды:

  1. Южанинова, Л.А. Особенности технологии бумаги-основы для гофрирования из макулатуры и требования к ее потребительским свойствам [Монография] / Л.А. Южанинова, В.И. Комаров, Д.А. Дулькин, В.А. Спиридонов. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2007. – 103 с.
  2. Дулькин, Д.А. Использование макулатуры – направление сокращения зависимости целлюлозно-бумажной промышленности от обеспеченности первичным волокнистым сырьем [Текст] / Д.А. Дулькин, Л.А. Южанинова, В.Г. Миронова, О.И. Блинушова // Технология переработки макулатуры: науч. тр. 6-й Междунар. науч.-техн. конф. – Караваево-Правда, 2005. – С. 100–112.
  3. Дулькин, Д.А. Усиление научного обоснования – путь повышения эффективности использования вторичного волокна [Текст] / Д.А. Дулькин, В.Г. Миронова, Л.А. Южанинова // Теория и технология бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья: науч. тр. 5-й Междунар. науч.-техн. конф. – Правда-Караваево, 2004. – С. 23–27.
  4. Дулькин, Д.А. Исследование водоудерживающей способности волокнистой массы по методу G. Jayme [Текст] / Д.А. Дулькин, В.Г. Миронова, Л.А. Южанинова // Теория и технология бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья: науч. тр. 5-й Междунар. науч.-техн. конф. – Правда-Караваево, 2004. – С. 27–31.
  5. Южанинова, Л.А. Эффективность ножевой и энтштипирующей гарнитуры дисковых мельниц при размоле макулатурной массы [Текст] / Л.А. Южанинова, Д.А. Дулькин, В.И. Комаров, Л.А. Блинова // Современные научные основы и инновационные технологии бумажно-картонных материалов с использованием вторичного волокна из макулатуры: науч. тр. 7-й Междунар. науч.-техн. конф. – Караваево, 2006. – С. 25–30.
  6. Дулькин, Д.А. Особенности производства бумаги для гофрирования из макулатуры [Текст] / Д.А. Дулькин, Д.А. Южанинова, В.А. Спиридонов, В.И. Комаров // Новое в технологии и оборудовании для производства гофрокартона и гофротары: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. – СПб, 2007. – С. 37–41.
  7. Дулькин, Д.А. Особенности сортирования макулатурной массы при повышенной концентрации [Текст] / Д.А. Дулькин, Л.А. Южанинова // Современные технологии и оборудование промывки, сортирования и размола волокнистых масс в целлюлозно-бумажной промышленности: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. – СПб, 2007. – С. 50–58.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

– среднее значение характеристики;

0 – собственная прочность волокна (нулевое разрушающие напряжение), МПа;

t – текущая деформация, %;

x – среднеквадратическое отклонение;

р – деформация разрушения, %;

р – разрушающее напряжение, МПа;

EI – жесткость при изгибе, мНсм2;

Fсв – адгезионная способность (межволоконные силы связи) волокна, МПа;

KН – коэффициент напуска массы на сетку;

Kсух – сухость бумажного полотна поле прессов, %;

L – разрывная длина, м;

n0 – время релаксации напряжений, с;

Q – производительность, м3/ч;

RCT – разрушающее усилие при сжатии кольца, Н;

Sb – приведенная жесткость при изгибе, Нм;

SCT – сопротивление сжатию короткого участка образца вдоль плоскости, кН/м;

St – жесткость при растяжении, Н/м;

TSIMD/CD – степень анизотропии;

v – коэффициент вариации, %

VБДМ – скорость БДМ, м/мин;

W – влажность, %;

WRV – водоудерживающая способность волокна, %;

Xmax – максимальное значение характеристики;

Xmin – минимальное значение характеристики;

– продолжительность, мин;

Аt – текущая работа, мДж;

Ар – работа разрушения, мДж;

ДВФ – длинноволокнистая фракция, %;

Е1 – начальный модуль упругости, МПа;

Еt – текущий модуль упругости, МПа;

Еизг – модуль упругости при изгибе, МПа;

КВФ – коротковолокнистая фракция, %;

П – сопротивление продавливанию, кПа;

Р – разрушающее усилие, Н;

Р УД – удельное разрушающее усилие, кН/м;

РВГВ – давление в камерах гауч-вала, МПа;

РВОЯ – давление в отсасывающих ящиках, МПа;

РУДП1 – удельное давление на прессах, Н/см2;

с – концентрация, %;

сНЯ – концентрация массы в напорном ящике, %;

СПНЯ – степень помола, ШР;

Т1, Т2, Т3– температура сушильных цилиндров соответственно в первый, во второй и в третий период сушки, С;

ТЕА – энергия, поглощаемая при растяжении образца до разрушения, Дж/м2;

ТНЯ – температура массы в напорном ящике, С;

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой пе­чатью и подписями просим направлять по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, АГТУ, дис­сертационный совет Д 212. 008. 02.

Сдано в произв. __.__.2008. Подписано в печать __.__.2008.

Формат 60 х 84/16. Бумага писчая. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 1,0.

Уч.- изд. л. 1,0. Заказ № ___. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Архангельского

государственного технического университета.

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.