CC BY
42
УДК 676.024.67
РАЗМОЛ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ В ЦЕЛЛЮЛОЗОБУМАЖНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГАРНИТУРЫ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ НОЖЕЙ
М.А. Карбышев, И.А. Воронин, Ю.Д. Алашкевич
ГОУ ВО Сибирский государственный технологический университет, 660049, Красноярск, (Россия), пр. Мира, 82., e-mail: sibstu@sibstu.kts.ru
В статье приведены экспериментальные исследования по определению времени размола в зависимости от конструкции рисунка гарнитуры, частоты вращения ротора и концентрации волокнистой суспензии.
Ключевые слова: Криволинейная форма ножей, ножевая гарнитура, размол, волокнистый полуфабрикат, дисковая мельница, технологические параметры размола.
The article presents experimental studies to determine the grinding time, depending on the design drawing of the headset, the rotational speed of the rotor and the concentration of the fibrous suspension.
Keywords: curved shape of knives, knife headset, grinding, the pulp, disk mill, grinding process parameters.
ВВЕДЕНИЕ
Объектом исследования в лаборатории МАПТ является размол волокнистых полуфабрикатов с использованием полупромышленной дисковой мельницы и установленной на ней гарнитуры с пространственным расположением ножей XYZ (рисунок 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 совмещённые ножи и канавки с постоянной шириной и с одинаковым углом наклона а к одной из боковых сторон сектора.
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 (рисунок 1,а). Поворачивая кольца на заданный угол, можно создать форму ножей похожую на елочку (рисунок 1,б). На данной гарнитуре изменяется рисунок ножевого диска поворотом одним, несколькими или всеми кольцами на любой заданный угол от 0 до 3 600 . Также можно перекрывать межножевые канавки соседнего кольца ножами следующего, в связи с этим течение волокна будет затрудненно, и волокнистая суспензия будет находиться в полости размола дольше. Конструктивно в данной гарнитуре предусмотрено изменение межножевой полости размола на три основных варианта (рисунок 1 - I, II, III).
II
III
I - коническая полость размола
II - волнообразная полость размола
III - плоская полость размола
Рисунок 1 - Ножевая размалывающая гарнитура с пространственным расположением ножей в трех плоскостях
б
I
а
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 (Размалывающая гарнитура..., 2007).
Сравнивая традиционные ножевые гарнитуры с представленной, можно обнаружить ряд недостатков, которые заключается в сложности обеспечения многовариантного исполнения рисунка её рабочей ножевой поверхности. Неразборное исполнение не позволяет решить данную задачу без значительных трудозатрат, требующихся при демонтаже устаревших, изготовлении новых ножей различной конфигурации и последующей установкой 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, для дисковых мельниц, по отношению к радиусу гарнитуры.
При определении поверхности размола F, в статическом положении рабочих органов ножевых машин углы установки ножей относительно радиуса учтены (Размалывающая гарнитура..., 2007), однако при определении секундной режущей длины, (Ь) они не учитываются (Легоцкий, 1990; Гаузе, 1975). 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.
Процесс размола 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 ста-торных 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 т.д., задаются на стадии настройки рисунка рабочих поверхностей на требуемое исполнение.
Это позволяет повысить размалывающую способность данной гарнитуры для различных видов волокнистых полуфабрикатов.
По сравнению с известными решениями, использование предлагаемой размалывающей гарнитуры дисковой мельницы, позволит:
- интенсифицировать процесс размола за счет обеспечения возможности настройки рисунка рабочей поверхности на требуемое исполнение, в зависимости от концентрации суспензии и вида материала;
- повысить эффективность и высокое качество размола за счет осуществления возможности выбора требуемого режима из широкого диапазона режимов траекторий движения волокнистого материала через рабочую ножевую полость;
- снизить энергозатраты за счет наиболее полного использования механической и гидродинамической энергии воздействия на волокнистый полуфабрикат;
- повысить производительность за лопродшесчет сокращения количества циклов прохождения волокнистого полуфабриката через межножевую полость в единицу времени, при сохранении качества размола.
Для подтверждения указанных 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 повышает 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 (Легоцкий,
1981). 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 и в 3,5 раза в сравнении с плоской полостью 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.
90 т
Время размола, мин
◊ - I коническая полость размола □ - II волнообразная полость размола А - III плоская полость размола
Рисунок 2 - Влияние конструктивных особенностей гарнитуры на градус помола волокна
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 имеющую плоскую полость размола.
а
л §
о
С £
и
5
т
о
У у
У /
* Р /
щ \ / У
/ / т Аж7
Г/У'
0 10 20 30 40 50
Время размола,мин
• - 2000 об/мин ■ - 1500 об/мин ▲ - 1000 об/мин
Рисунок 3 - Влияние частоты вращения ротора на градус помола волокна
30 10 50 6С
Время размола, мин - I коническая полость размола
- II волнообразная полость размола
- III плоская полость размола
■ - 1% концентрация ▲ - 2% концентрация • - 3% концентрация
Рисунок 4 - Влияние концентрации волокнистой суспензии и конструктивных особенностей гарнитуры на градус помола волокна
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 0,2мм. Из графика видно, что для достижения результата 50 градусов помола волокнистой массы концентрацией 1%, 2%, 3% и с полостями размола ЦЦП необходимо затратить от 4 до 33 минут. Необходимо 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 концен-
90
80
70
60
50
40
30
20
60
трации, 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.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:
Легоцкий, С. С. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы / С.С. Легоцкий, В.Н. Гончаров. М.: Лесн. пром-сть, 1990.- 224 с.
Алашкевич Ю.Д. и др. Машины для получения и размола волокнистой массы: Учебное пособие / Ю.Д. Алашкевич, В.П. Барановский, Ф.И. Мицкевич и др.- Красноярск: ЮГУ, 1980.-131 с.
Шитов Ф.А. Технология целлюлозно-бумажного производства/ Ф.А. Шитов. М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 382 с.
Набиева, А.А. Оценка влияния и совершенствование основных технологических параметров ножевых размалывающих машин [Текст]: дис. ...канд. техн. наук: 05.21.03: защищена 14.09.2004 /А.А. Набиева - Красноярск, 2004. - 182 с.
Лумиайнен, И. Новая теория может улучшить практику -[Текст] / И. Лумиайнен // Pulp and paper international - 1991. - № 11. - С. 26 - 28.
Размалывающая гарнитура дисковой мельницы автор(ы): Алашкевич Ю.Д, Ковалев В.И, Карбышев М. А, Кожухов В. А, Барановский В. П. № документа 02314380. Красноярск, - 2007 г.
Пашинский, В. Ф. Машины для размола волокнистой массы [Текст] / В. Ф. Пашинский. - М., 1972. - 160 с
Гаузе, А. А. Машины для размола и сортирования бумажной массы: Конспект лекций [Текст] / А. А. Гаузе, В. Н. Гончаров. - Л., 1975.
Легоцкий, С. С. Размол бумажной массы [Текст] / С. С. Легоцкий, Л. Н. Лаптев. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 89 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 26.12.13 Принята к печати 26.05.14
