CC BY
10
УДК 676.024.67
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗМОЛА ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ В УСТАНОВКЕ С ИНЕРЦИОННЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧИХ ТЕЛ
И.А. Воронин1, Ю.Д. Алашкевич2, А.И. Ларионова1, М.А. Карбышев1
1 ФГБОУ ВО Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82, Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: sibstu@sibstu.kts.ru.
2 Институт химии и химической технологии СО РАН, пр. К.Маркса, 42., Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: chem.@icct.ru
В данной работе представлены экспериментальные исследования влияния углов скрещивания режущих кромок ножей размольного тела и барабана с учетом концентрации обрабатываемой волокнистой суспензии и частоты вращения рабочих органов установки с инерционным движением размольных тел на расчет основных технологических параметров процесса размола.
Ключевые слова: Размол, инерционные тела, угол скрещивания, размольный барабан.
This paper presents the experimental study of the effect of crossing angles of the cutting edges of the grinding blades of the body and the drum in view of the concentration of the treated fiber suspension and the speed of the working unit with inertial movement of the grinding bodies on the calculation of the basic technological parameters of the grinding process.
Keywords: Grinding, the inertia of the body, crossing angle, the milling drum.
ВВЕДЕНИЕ
Размол бумажной массы является исключительно важным этапом технологии производства бумаги, в процессе которого стремятся придать волокнистому материалу необходимый фракционный состав с тем, чтобы обеспечить при отливе на бумагоделательной машине требуемую структуру и плотность бумажного листа.
Для обработки волокнистых полуфабрикатов применяется размольный аппарат с инерционным движением размольных тел (рисунок 1).
Размол волокнистого материала в таком аппарате производится путем перекатывания инерционного
тела по внутренней стенке размольного барабана под действием центробежной силы и силы трения, возникающей при вращении размольного стакана вокруг центрального вала и собственной оси.
Волокна обрабатываются между двумя рабочими поверхностями. Первая поверхность представляет собой инерционное тело, имеющие на боковой поверхности соответствующий зубчатый профиль, вторая - стенка барабана, имеющая наклонную накатку -насечку.
На экспериментальную установку получен патент на изобретение (Пат. № 2314381..., 2009).
Общий вид установки представлен на рисунке 1.
1 - корпус; 2 - двигатель; 3 - кожух; 4 - ременная передача; 5 - блок управления; 6 - тахогенератор Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной установки с инерционным движением размольных тел
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Оценка прироста степени помола волокнистой массы в зависимости от времени размола
Интенсивность прироста степени помола волокнистых полуфабрикатов позволяет судить о производительности размольной установки при определенном качестве помола и удельных затратах электроэнергии на размол. Экспериментальные исследования проводились с учетом различных конструктивных особенностях инерционных тел, концентрации обрабатываемой волокнистой суспензии и частоты вращения рабочих органов установки.
В размольной установке подвергалась размолу небеленая бисульфитная целлюлоза - полуфабрикат ООО «Енисейский ЦБК» с начальным градусом помола 18 °ШР (Шоппер-Риглера). Целлюлоза была изготовлена из хвойных пород древесины, таких как сосна, ель, пихта.
Особенностью конструкции инерционного тела является наличие на его боковой поверхности зубчатого профиля (рисунок 2).
В свою очередь, профиль внутренней поверхности размольного барабана имеет наклонную насечку с фиксированным постоянным углом а2 равным 350.
Схема углов установки режущих кромок ножей на инерционном теле относительно оси представлены на рисунке 3.
При углах установки ножей относительно оси на инерционных телах а1 равный 0°, 35°, 45° (135°), 55° и фиксированном угле наклона насечки барабана получены углы скрещивания аз равные, соответственно 35°, 0°, 80°, 20° (рисунок 3).
На рисунке 4 представлен график зависимости степени помола волокнистой массы от времени размола с учетом с учетом конструктивных особенностей рабочих поверхностей инерционных тел.
в г
Угол установки ножей относительно оси: а) 0 б) 35 в) 45 ° (135 °); г) 55°
Рисунок 2 - Инерционные тела с различной поверхностью зубчатого профиля
Размол целлюлозы осуществлялся до 70 °ШР, вращения инерционн концентрация волокнистой массы 5 % при частоте ых тел 228 об/мин.
Для изучения влияния угла скрещивания ножей инерционного тела с ножами барабана на процесс размола нами рассматривались зависимости прироста градуса помола от времени размола при различных значениях концентрации волокнистой суспензии и частоте вращения инерционного тела. Экспериментальные исследования показали, что наилучшими значениями частоты вращения инерционных тел является п=228 об/мин и концентрации волокнистой массы с = 5 %. (Воронин, 2011).
а) аг = 0°; б) аг = 35°; в) а = 45° (135°); г) а = 55°
Рисунок 3 - Схема углов установки режущих кромок ножей на инерционном теле относительно оси
б
а
70 60 50 40 30 20 10
■ 1
• 2
10
Время размола, мин
15
Углы скрещивания ножей инерционного тела с ножами барабана, град 1 - 0°; 2 - 20°; 3 - 35°; 4 - 80° Рисунок 4 - Зависимость прироста степени помола от времени размола
Как видно из рисунка, качественные зависимости кривых носят идентичных характер в не зависимости от конструктивных особенностей рабочей зоны инерционных тел. Все зависимости продолжают свой рост до 70 °ШР в отличие от зависимостей такого характера для ножевых размольных машин (Алашкевич, 1986). Интенсивность прироста степени помола снижается по мере увеличения углов установки ножей инерционного тела относительно его оси. Это можно объяснить тем, что увеличение угла установки ножей инерционного тела влечет за собой увеличение угла скрещивания ножей рабочих поверхностей размольной установки, а последнее обеспечивает значительное увеличение точек контакта ножей при их пересечении, а следовательно циклической элементарной длины L . Это обеспечивает в конечном счете сни-
ш.эл
жение производительности размольной установки, так как возрастает эффект рубки волокна при размоле, и при этом наблюдается снижение качества помола (Воронин, 2011).
Влияние концентрации волокнистой суспензии на процесс размола
Концентрация массы может служить вспомогательным управляемым фактором, однако на практике в процессе размола она в большинстве случаев постоянна (Иванов, 1970).
Повышение концентрации размалываемой массы приводит к увеличению толщины волокнистой прослойки между размалывающими ножами инерционного тела и размольного барабана, вследствие чего волокна подвергаются меньшим режущим воздействиям со стороны размольных тел. В этом случае вследствие усилия межволоконных сил трения повышается степень набухания, гибкость, пластичность, внутреннее и внешнее фибриллирование волокон.
В данной статье рассмотрено влияние концентрации массы на время размола при различной частоте вращения инерционных тел.
Эксперимент проводился в диапазоне скоростей инерционных тел от 114 до 228 об/мин с интервалом 57 об/мин. Концентрация волокнистой массы принималась от 1 до 7 % с интервалом 1 %. Масса размалывалась до 60 °ШР.
20
На рисунке 5 представлен график зависимости времени размола от концентрации массы для значения частоты вращения инерционных тел 228 об/мин. 18 16 §14
¡10
3 6
— 4 X, 4
2
0
— 1
—А-4
012345678 Концентрация, %
Углы скрещивания ножей инерционного тела с ножами барабана, град: 1 - 0°; 2 - 20°; 3 - 35°; 4 - 80°
Рисунок 5 - Зависимость времени затраченного на размол, от концентрации волокнистой массы при частоте вращения инерционного тела 228 об/мин.
Из рисунка 5 видно, что с повышением концентрации массы до 5 % наблюдается увеличение времени размола волокна не зависимо от конструкции поверхности инерционных тел и скорости их вращения.
При размоле волокнистой массы концентрацией выше 5 % время размола остается величиной постоянной, то есть размол волокон прекращается не зависимо от конструкции инерционных тел и скорости их вращения. Наилучшие значения времени размола наблюдаются при угле установки ножей 35 Это можно объяснить следующим образом. При угле установки ножей 35 ° образуется минимальный угол скрещивания равный 0 °, то есть наблюдается зеркальное расположение ножей. При этом угле скрещивания образуется минимальное количество точек пересечения (контактов) кромок ножей инерционного тела с кромками ножей барабана (Воронин, 2011). На волокна, при таком расположении ножей, действует в большей степени эффект фибрилляции волокна, что в дальнейшем ведет к повышению качества размалываемой массы и производительности установки.
ВЫВОДЫ
Интенсивность прироста степени помола снижается по мере увеличения углов установки ножей инерционного тела относительно его оси.
При размоле волокнистой массы концентрацией выше 5% время размола остается величиной постоянной, то есть размол волокон прекращается не зависимо от конструкции инерционных тел и скорости их вращения.
Наилучшее значение угла установки ножей на инерционном теле является угол равный 35°, что соответствует углу скрещивание ножей равным 0°. На волокна, при таком расположении ножей, действует в большей степени эффект фибрилляции во-
локна, что в дальнейшем ведет к повышению качества размалываемой массы и производительности установки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
Пат. № 2314381. Российская Федерация. МПК D21В 1/00, В02С 17/00. Центробежный размалывающий аппарат [Текст] / Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев, И.А. Воронин, В. Г. Васютин - № 2009103391. Заявл. 12 02.02.2009; Опубл.20.09.2009. Бюл. № 26. - 5 с. Алашкевич, Ю. Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых материалов в размольных маши-
нах [Текст]: дис. ... докт. техн. Наук / Ю. Д. Алашкевич.
- Красноярск, - 1986. - 361 с.
Воронин, И.А. Нетрадиционный способ обработки волокнистых суспензий с использованием инерционных тел в целлюлозно-бумажном производстве:автореф. дис. ... канд. тех. наук. Красноярск., 2011. 22 с. Воронин, И. А. Размол волокнистых материалов в установке с инерционным движением размольных тел [Текст] / И. А. Воронин, Ю. Д. Алашкевич, А. А. Дирацуян, Н. С. Решетова // Химия растительного сырья. - 2011.
- № 1 - С. 183-188.
Иванов, С. Н. Технология бумаги [Текст] / С.Н. Иванов. -Л.: Гослесбумиздат, 1970. - 695 с.
Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках государственного задания по теме «Закономерности процессов и совершенствование оборудования при заготовке древесины, глубокой химической переработке биомассы дерева и восстановление лесов Сибири» № государственной регистрации НИР: 114042140006.
Поступила в редакцию 10.03.14 Принята к печати 26.05.14
