Delist.ru

Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона (30.01.2008)

Автор: Васин Алексей Яковлевич

растительных полимеров

На правах рукописи

Осипов Павел Васильевич

Эффективное использование химических вспомогательных

веществ в производстве бумаги и картона

05.21.03- технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров и ЗАО «БАСФ»(г.Москва).

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Смолин Александр Семенович

доктор химических наук, профессор

Боголицын Константин Григорьевич

доктор технических наук, доцент

Дубовый Владимир Климентьевич

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится «____»__________ 2008г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.231.01 при ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, по адресу: 198095, г. Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУРП.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 198095, г. Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, д. 4.

Автореферат разослан: «____»___________2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Швецов Ю.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современное бумажное производство немыслимо без эффективного использования различных химических продуктов в связи с повышением единичной мощности бумаго- и картоноделательных машин (БДМ/КДМ), с переходом на производство продукции в нейтральной и слабощелочной среде, в том числе с карбонатом кальция. Это требует разработки новых решений по применению клеев на основе канифоли, по удержанию наполнителя и мелкого волокна, повышению зольности бумаги. По прогнозам, составляющая химических продуктов в бумаге существенно возрастет уже в ближайшие 10 – 15 лет с развитием многофакторной научной теории химической технологии бумажного производства и расширением ее практического использования как аксиомы, без знания которой невозможно добиться высокой рентабельности. В 2006 году в России химические добавки, без учета сернокислого алюминия и крахмала, составляли около 0,05% в пересчете на содержание сухого вещества в продуктах от составляющих бумажной продукции. В технологии преобладает использование сернокислого алюминия и различных видов крахмала. Недостаточное финансирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в отрасли, отсутствие направленного развития производства химикатов для целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) не позволяют надеяться на коренное изменение в кратчайшие сроки в том числе в технологии производства. Вместе с тем разработка новых эффективных технологий и новых видов продукции– в настоящее время одна из актуальных задач российской ЦБП для того, чтобы повысить конкурентоспособность и эффективность производства в целом с улучшением экологических параметров и использованием более дешевых полуфабрикатов. Трудности реализации цели заключаются также в отсутствии отечественной литературы, научных обоснований и рекомендаций по этим вопросам, поскольку и в зарубежной науке по бумажной промышленности новые подходы начали провозглашаться только в последние 10-15 лет. Объединенные в термин ”химия мокрой части” машины,- а правильнее, “коллоидная и физическая химия бумажного производства”, поскольку аналогичный подход справедлив и для технологий поверхностной обработки и облагораживания бумаги,- они должны означать комплексную, рациональную разработку технологических процессов с учетом машинных факторов и межмолекулярных взаимодействий компонентов массной композиции для всестороннего улучшения функционирования машин как по производительности, так и по качеству готовой продукции, учитывая экологические требования к производству.

Снижение массоемкости бумажной продукции и переработка макулатуры,- важные текущие задачи ЦБП, но чтобы максимально снизить зависимость машин от неоднородности вторичного сырья, потерь механической прочности волокнистых материалов, различного рода отложений и смоляных затруднений, эту задачу можно решать только с учетом знания изменений конкретных условий на всем потоке и в мокрой части БДМ/КДМ,

с учетом особенностей деятельности каждого предприятия. Поскольку новые мощности в ЦБП практически не строятся, прирост выработки продукции возможен благодаря новому отношению к химическим продуктам и внедрению новых технологий с их использованием на БДМ / КДМ, их превращению в реальный активный фактор в общей технологии производства.

Целью работы является разработка новых эффективных многокомпонентных систем химических вспомогательных веществ, новых технологий с их использованием на потоках БДМ / КДМ с учетом электрокинетических параметров массной суспензии и практическое внедрение результатов исследований на предприятиях ЦБП. Исходя из этого, следовало выполнить следующие задачи:

Установление взаимосвязи электрокинетических явлений и основных химико-технологических процессов производства с применением химических продуктов, разработка принципов выбора и применения химических продуктов для управления электрокинетическими и технологическими параметрами функционирования машин.

Разработка принципов снижения массоемкости продукции из макулатуры без потери или с улучшением качества готовой продукции применением химических вспомогательных веществ.

Разработка и практическое применение многокомпонентных систем вспомогательных химических веществ в целях экономии различных материалов и ресурсов путем приспособления систем химикатов к конкретным технологическим условиям функционирования машин.

Разработка способов снижения смоляных затруднений на машинах.

Выявление принципов повышения эффективности процесса проклейки в массе клеями на основе канифоли и алкилкетендимеров.

Разработка и внедрение химической технологии производства ряда видов бумажной продукции на основе разработанных принципов новой технологии использования систем вспомогательных химических веществ на низкоскоростных и высокоскоростных БДМ / КДМ.

Научная новизна. Разработаны основы новой методологии оценки основных параметров химической технологии производства, позволяющей значительно повысить производительность машин и всесторонне улучшить эффективность их функционирования использованием взаимосвязи электрокинетических параметров бумажной массы и технологических процессов на машинах.

Получены электрокинетические характеристики бумажной массы из первичного сырья и макулатуры, установлены принципы их регулирования применением химических вспомогательных веществ.

Предложены новые сочетания процессных химикатов с высокой энергией когезии химических групп и многокомпонентные системы химикатов на основе модифицированных полиэтилениминов (ПЭИ), полиаминов (ПАм), поливиниламинов (ПВАм), полиакриламидов (ПАА) с линейной структурой макромолекул и с химическими связями между линейными цепями, разной молекулярной массы и катионной плотности заряда, разработаны принципы их подбора применительно к конкретным технологическим условиям функционирования машин.

Основные методические положения работы. Разработка систем химических вспомогательных веществ для химической технологии проводилась с использованием основных закономерностей электрокинетики коллоидных систем и гидродинамики волокнистых суспензий, а также современных методов статистики. Основываясь на характеристике межмолекулярных взаимодействий полимеров - энергии когезии,- зависящей от молекулярной массы, химической структуры, наличия в полимере активных функциональных групп, выбраны для исследований и применены на практике химические продукты, способные образовывать прочные связи в первую очередь за счет водородных связей и дипольных взаимодействий отдельно либо совместно. Для усиления таких эффектов были определены значимые факторы электрокинетического состояния бумажной массы, влияющие на энергию когезии химических продуктов, с целью управления этими факторами, в том числе выполнен анализ точек и методов, очередности подачи химических добавок на машинах. Применительно к высокоскоростным БДМ/КДМ разработаны многокомпонентные системы для процессов фиксации - удержания - обезвоживания - упрочнения с многофункциональными добавками, устанавливающими прочные связи с частицами массы после воздействия усилий сдвига в процессе массоподготовки. Для этого выявлялись конкретные, технологически обоснованные уровни катионной потребности, дзета-потенциала и потенциала течения, электропроводности и мутности массы и жидкой фазы для каждой машины на предприятиях.

Измерения и автоматическое регулирование электрокинетических характеристик массы выполнены с использованием современного инструментария, нового для предприятий СНГ, в том числе установленного на машинах. Предложена методика оценки водоотдачи и обезвоживания массной суспензии и эффективности химических добавок с целью повышения скорости машин. Снижение содержания воздуха в массных композициях выполнено применением класса деаэраторов с дозировкой в массу средней концентрации.

Практическая значимость работы. Разработаны новые эффективные, сбалансированные многокомпонентные системы химических вспомогательных веществ с всесторонней экономией материальных и энергетических ресурсов на потоках БДМ / КДМ, со снижением массоемкости, повышением скорости и снижением холостого хода машин, улучшением экологических параметров деятельности предприятий. С использованием современных методов статистического анализа обработаны результаты лабораторных и промышленных испытаний новых химических продуктов и новой химической технологии для выявления основных факторов, влияющих на производительное функционирование машин в конкретных условиях. Воспроизводимость результатов показана практическими испытаниями на 57 машинах 30 предприятий ЦБП в России и на Украине и внедрением новой технологии полностью или частично на большинстве предприятий.

Предложены новые процессные химикаты с высокой энергией когезии химических групп, практически решена проблема смоляных затруднений на машинах с использованием химической технологии по новой методологии.

загрузка...