CC BY
40
Химия растительного сырья. 2012. №3. С. 213-217.
УДК 676.024.67
РАЗМОЛ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ В ЦЕЛЛЮЛОЗНОБУМАЖНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГАРНИТУРЫ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ НОЖЕЙ
© М.А. Карбышев1", В.А. Кожухов1, Ю.Д. Алашкевич1,2
1 Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск, 660049 (Россия), e-mail: [email protected]
2Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок,
Красноярск, 660036 (Россия)
В статье приведены экспериментальные исследования по определению времени размола в зависимости от конструкции рисунка гарнитуры, частоты вращения ротора и концентрации волокнистой суспензии.
Ключевые слова: размол, коническая полость размола, волнообразная полость размола, плоская полость размола, волокнистая суспензия, секундная режущая длина,
Введение
Объектом исследования в лаборатории МАПТ является размол волокнистых полуфабрикатов с использованием полупромышленной дисковой мельницы и установленной на ней гарнитуры с пространст-венным расположением ножей XYZ (рис. 1).
Предлагаемая размалывающая гарнитура с пространственным расположением ножей включает закрепленные на дисках ряды взаимозаменяемых между собой концентрических колец (конических и прямолинейных) с ножами. Суммарная рабочая площадь колец разделена на секторы, на которых равномерно распределены совмещенные ножи и канавки с постоянной шириной и с одинаковым углом наклона а к одной из боковых сторон сектора.
Рис. 1. Ножевая размалывающая гарнитура с пространственным расположением ножей в трех плоскостях ХУ2: I - коническая полость размола;
II - волнообразная полость размола; III - плоская полость размола
КарбышевМихаилАлександрович - аспирант, e-mail: [email protected] КожуховВиктор Анатольевич - старший преподаватель, e-mail: [email protected] Алашкевич Юрий Давыдович - заведующий кафедрой МАПТ, профессор, доктор технических наук, тел. (3912) 27-34-53, e-mail: [email protected]
Общий вид рисунка, создаваемый концентрическими кольцами, разнообразен, можно создать прямолинейную форму ножей от входа к выходу волокнистой массы, после чего необходимо зафиксировать рисунок для работы (рис. 1а). Поворачивая кольца на заданный угол, можно создать форму ножей, похожую на елочку (рис. 16). На данной гар-
* Автор, с которым следует вести переписку,
нитуре изменяется рисунок ножевого диска поворотом одним, несколькими или всеми кольцами на любой заданный угол от 0 до 360°. Также можно перекрывать межножевые канавки соседнего кольца ножами следующего, в связи с этим течение волокна будет затруднено, и волокнистая суспензия будет находиться в полости размола дольше. Конструктивно в данной гарнитуре предусмотрено изменение межножевой полости размола на три основных варианта (рис. 1, НИ).
Данная гарнитура решает задачу обеспечения возможности многовариантного исполнения рисунка рабочей ножевой поверхности гарнитуры на базе имеющихся концентрических колец без предварительного демонтажа старых, изготовления и последующей установки новых.
Технический результат заключается в обеспечении эффективности, высокого качества размола и широкого диапазона режимов траектории движения волокнистого материала через рабочую ножевую полость в зависимости от концентрации волокнистой суспензии и природных свойств волокна [6].
Сравнивая традиционные ножевые гарнитуры с представленной, можно обнаружить ряд недостатков, которые заключаются в сложности обеспечения многовариантного исполнения рисунка ее рабочей ножевой поверхности. Неразборное исполнение не позволяет решить данную задачу без значительных трудозатрат, требующихся при демонтаже устаревших, изготовлении новых ножей различной конфигурации и последующей установке их на диске.
Как известно, на основные технологические характеристики ножевых размольных машин оказывают влияние конструктивные параметры гарнитуры, среди которых геометрические размеры ножей и ширина ячеек, а также углы установки ножей по отношению к оси ротора и статора или по отношению к радиусу гарнитуры для дисковых мельниц.
При определении поверхности размола ^ в статическом положении рабочих органов ножевых машин учтены углы установки ножей относительно радиуса [7], однако при определении секундной режущей длины они не учитываются [1, 8]. И, к сожалению, неизвестно, какое влияние будут оказывать углы установки ножей гарнитуры на основные технологические показатели работы ножевых размалывающих машин в динамике процесса размола.
Видимые противоречия очень ярко характеризуют проблему выбора тех или иных конструктивных решений. Поэтому очень важно четко знать, какие из конструктивных и технологических параметров позволят установить необходимый режим процесса размола для достижения требуемого качества конечного продукта.
Процессразмола волокнистых полуфабрикатов с использованием гарнитуры с пространственным расположением ножей
Волокнистая суспензия поступает под давлением в межножевую рабочую полость через входные окружные кромки. Ножи роторных колец захватывают массу и отбрасывают в межножевые канавки статорных колец. При этом на волокнистую суспензию оказывается ударное воздействие о боковые поверхности статорных ножей.
Скоростной напор преобразовывается в статическое давление, которое способствует перемещению волокнистой суспензии через межножевую рабочую полость. В зависимости от концентрации суспензии и природных свойств волокна в предлагаемой размалывающей гарнитуре, в отличие от известных решений, режим движения массы в рабочей межножевой полости, раскладка нормальных и касательных составляющих окружных скоростей и усилий в точках пересечения режущих кромок ножей ротора и статора, углы их пересечения, наклона к радиусу и другие параметры, задаются на стадии настройки рисунка рабочих поверхностей на требуемое исполнение. Это позволяет повысить размалывающую способность данной гарнитуры для различных видов волокнистых полуфабрикатов.
Для установления особенностей представленной гарнитуры в лаборатории МАПТ проведены исследования по определению времени размола в зависимости от конструкции рисунка гарнитуры, частоты вращения ротора и концентрации волокнистой суспензии.
На рисунке 2 представлена зависимость времени размола волокнистой массы концентрацией 2% от конструкции гарнитуры с частотой вращения ротора 2000 об/мин.
Одним из важных факторов является время размола, с которым связано изменение основных свойств массы и бумаги. С увеличением времени размола повышается степень помола массы, происходит большее укорочение и расщепление волокон, но при этом снижается производительность размалывающего аппарата.
В аппаратах непрерывного действия этот процесс проходит в течение нескольких секунд. Путем подпора массы на выходе из размалывающего аппарата (дросселирование) можно увеличить время нахождения массы в
мельнице, что, в свою очередь, усиливает воздействие размалывающей гарнитуры на волокна. В результате степень помола массы повышается, происходит дальнейшее расщепление и укорачивание волокон. Однако при этом, как и при размоле в ролле, производительность мельницы снижается [9]. Проще всего удлинить время пребывания массы в размалывающем устройстве, многократно пропуская ее через тот же аппарат.
В нашем случае можно настроить гарнитуру на максимальное пребывание волокнистой массы в дисковой мельнице, не снижая существенно производительность аппарата.
Из рисунка 2 видно, что гарнитура с конической полостью размола интенсивнее обрабатывает волокнистую массу в 1,5 раза, чем волнообразная, ив 3,5 раза в сравнении с плоской полостью размола. Это объясняется тем, что ножевая гарнитура с конической и волнообразной полостями размола имеют более высокое значение секундной режущей длины и размалывающей поверхности по сравнению с гарнитурой, имеющей плоскую полость размола.
Производственная практика показала, что по мере повышения окружной скорости размалывающего устройства при условии, что удельный расход энергии остается неизменным, снижается укорочение волокон и возрастает жирность массы.
Как видно из рисунка 3, при увеличении частоты вращения ротора ножевой гарнитуры уменьшается время размола волокнистой суспензии. Это достигается за счет возрастания эффекта гидроразмола.
/ У
/
т 1 / х
/ /
г//~
Время размола, мин
Рис. 2. Влияние конструктивных особенностей гарнитуры на градус помола волокна: 0 - I коническая полость размола; □ - II волнообразная полость размола;
А - III плоская полость размола
Рис. 3. Влияние частоты вращения ротора на градус помола волокна: • - 2000 об/мин; ■ - 1500 об/мин; ▲ - 1000 об/мин
Рис. 4. Влияние концентрации волокнистой суспензии и конструктивных особенностей гарнитуры на градус помола волокна: ■ - 1% концентрация; ▲ - 2% концентрация; • - 3% концентрация; РЯЯЯЯЯЯШ -1 коническая
полость размола;__________- II волнообразная
полость размола; - III плоская
полость размола
Время размола, мин
На рисунке 4 показано влияние концентрации волокнистой суспензии и конструктивных особенностей гарнитуры на градус помола волокна при частоте вращения ротора 2000 об/мин и зазоре 0,2 мм. Из графика видно, что для достижения результата 50 градусов помола волокнистой массы концентрацией 1, 2, 3% и с полостями размола I, II, III необходимо затратить от 4 до 33 мин. Следует помнить, что при повышении концентрации от 1 до 3% производительность аппарата увеличивается в 3 раза.
Из рисунка 4 видно, что гарнитура с конической полостью размола интенсивнее обрабатывает волокнистую массу концентрацией 1% в 1,75; 2% в 1,5; 3% в 1,25 раза, чем волнообразная, и 1% в 4; 2% в 3,5; 3% в 3 раза в сравнении с плоской полостью размола. На существенное снижение роста градуса помола влияет увеличение концентрации волокнистой массы и конструктивных характеристик гарнитур, особенно полость размола. Что же касается концентрации, то основное значение придается ее постоянству. Важно не допускать больших колебаний в концентрации массы. Существует правило, что для получения жирных помолов массы размол следует вести при высокой концентрации, а при тощих помолах концентрация должна быть ниже.
Влияние концентрации массы при размоле на прочностные свойства бумаги очень велико. Снижение концентрации вызывает утончение слоя массы между торцевыми гранями ножей и ускоряет тем самым процесс укорочения волокон. При тощем помоле изменяется характер массы и снижается разрывная длина.
Выводы
Ножевая гарнитура с пространственным расположением ножей по сравнению с традиционными гарнитурами позволила:
- повысить эффективность и высокое качество размола за счет правильного выбора режима траектории пути прохождения волокнистого полуфабриката через рабочую межножевую размольную полость;
- интенсифицировать процесс размола за счет возможности настройки рисунка рабочей поверхности на требуемое исполнение в зависимости от концентрации суспензии и вида материала;
- снизить энергозатраты за счет наиболее полного использования механической и гидродинамической энергии воздействия на волокнистый полуфабрикат;
- повысит производительность за счет сокращения количества циклов прохождения волокнистого полуфабриката через межножевую полость в единицу времени при сохранении качества размола.
Список литературы
1. Легоцкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование иподготовка бумажной массы. М., 1990. 224 с.
2. Алашкевич Ю.Д., Барановский В.П., Мицкевич Ф.И. и др. Машины для получения и размола волокнистой массы : учебноепособие. Красноярск, 1980. 131 с.
3. Шитов Ф.А. Технология целлюлозно-бумажного производства. М., 1978. 382 с.
4. Набиева A.A. Оценка влияния и совершенствование основных технологических параметров ножевых размалывающих машин : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2004. 182 с.
5. Лумиайнен И. Новая теория может улучшить практику // Pulp and paper international. 1991. №11. C. 26-28.
6. Патент №2314380 (РФ). Размалывающая гарнитура дисковой мельницы / Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев,
М.А. Карбышев, В.А. Кожухов, В.П. Барановский / 2008.
7. Пашинский В.Ф. Машины для размола волокнистой массы. М., 1972. 160 с.
8. Гаузе A.A., Гончаров В.Н. Машины для размола и сортирования бумажной массы. Л., 1975.
9. Легоцкий С.С., Лаптев Л.Н. Размол бумажной массы. М., 1981. 89 с.
Поступило в редакцию 7 июня 2012 г.
Karbyshev M.A.1*, Kozhukhov V.A.1, Alashkevich Yu.D.12 A GRINDING OF FIBROUS MATERIALS IN INSTALLATION WITH INERTIAL MOVEMENT OF RAZMOLNY BODIES
1Siberian State Technological University, Mira st., 82, Krasnoyarsk, 660049 (Russia), e-mail: [email protected] 2Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036 (Russia)
In Article theoretical and pilot studies by definition of time of a grinding depending on a design of drawing of a font, frequency of rotation of a rotor and concentration of fibrous suspension. The purpose of researches is definition of time of a grinding depending on a design of drawing of a font, frequency of rotation of a rotor and concentration of fibrous suspension. In article the results of theoretical pilot studies showing dependence of quality indicators of fibrous weight and ready otlivka from time of a grinding depending on a design of drawing of a font, frequency of rotation of a rotor and concentration of fibrous suspension are presented.
Keywords: grinding, conic cavity of a grinding, wavy cavity of a grinding, flat cavity of a grinding, fibrous suspension, second cutting length.
References
1. Legotskii S.S., Goncharov V.N. Razmalyvaiushchee oborudovanie i podgotovka bumazhnoi massy. [Grinding equipment and preparation of paper pulp]. Moscow, 1990, 224 p. (in Russ.)
2. Alashkevich Iu.D., Baranovskii V.P., Mitskevich F.I. etc. Mashiny dlia polucheniia i razmola voloknistoi massy. [Machines for grinding and pulp]. Krasnoyarsk, 1980, 131 p. (in Russ.)
3. Shitov F.A. Tekhnologiia tselliulozno-bumazhnogo proizvodstva. [Technology Pulp and Paper Production]. Moscow, 1978, 382 p. (in Russ.)
4. Nabieva A.A. Otsenka vliianiia i sovershenstvovanie osnovnykh tekhnologicheskikh parametrov nozhevykh razmalyvaiushchikh mashin: dis. ... kand. tekhn. nauk. [Impact assessment and improvement of the main technological parameters of knife grinding machine: PhD thesis]. Krasnoyarsk, 2004, 182 p. (in Russ.)
5. Lumiainen I. Pulp and paper international, 1991, no. 11, pp. 26-28. (in Russ.)
6. Patent 2314380 (RU). 2008. (in Russ.)
7. Pashinskii V.F. Mashiny dlia razmola voloknistoi massy. [Grinding machines for pulp]. Moscow, 1972, 160 p. (in Russ.)
8. Gauze A.A., Goncharov V.N. Mashiny dlia razmola i sortirovaniia bumazhnoi massy. [Machines for grinding and screening of pulp]. Leningrad, 1975. (in Russ.)
9. Legotskii S.S., Laptev L.N. Razmol bumazhnoi massy. [Grinding paper pulp]. Moscow, 1981, 89 p. (in Russ.)
Received June 7, 2012
* Corresponding autor.
