Delist.ru

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

Автор: Васин Алексей Яковлевич

Электропроводности суспензии,

Мутности жидкой фазы.

Из-за высокой концентрации анионных мешающих веществ в бумажной массе возможна широкая вариация значений не только степени проклейки, но и удержания мелкого волокна и наполнителя, прочности в сухом и влажном состоянии, что приводит к повышенной обрывности в мокрой части. При этом возможны два явления:

а) флуктуация эффективности химических продуктов в мокрой части,

б) флуктуация заряда частиц волокна и наполнителя.

В первом случае напрямую возрастает холостой ход в мокрой части, а отложения в мокрой части и сушке со временем все в большей мере влияют на эффективность работы машины; во втором- низкая начальная прочность полотна во влажном состоянии вследствие нестабильности связей, как между волокнами, так и между волокнами и химикатами, ухудшает процесс проводки полотна в прессовой части, приводит к коллоидной неустойчивости различных “смоляных” частиц и их укрупнению по размерам – к агломерации на прессах и в сушильной части, что в конечном итоге также ведет к росту числа обрывов. Поэтому химические добавки несбалансированной системы удержания могут сдвигать процесс образования отложений от мокрой части машины к сушке.

На основе выполненных исследований взаимосвязи электрокинетических параметров бумажной массы с химико-технологическими процессами разработаны принципы повышения производительности машин.

Принципы повышения производительности

Предварительная обработка массы фиксирующим агентом, контроль отложений.

Применение приспособленной системы удержания волокна и наполнителя, продуктов проклейки и упрочнения, обеспечение стабильных условий формования.

Выбор наилучших точек подачи химикатов с учетом особенностей технологической схемы.

Обеспечение совместимости химикатов и позитивного синергизма их действия.

Процессы фиксации, удержания, упрочнения, обезвоживания и формования представлены в зависимости от параметров электрокинетического состояния бумажной массы. Одновременно изменение этих параметров показано во взаимосвязи с различными машинными и технологическими факторами. Рассмотрены механизмы упрочнения структуры бумаги и картона, в том числе с использованием новых синтетических добавок на основе поливиниламина (ПВАм), процессы деаэрирования и проклейки массы. Представлен анализ факторов с примерами из практики, влияющих на результаты проклейки с клеями на основе алкилкетендимеров (АКД), выполнены исследования реакции АКД с различными волокнистыми композициями.

Из анализа работы предприятий по уровню катионной потребности (в мг ПолиДАДМАК / л) волокнистая суспензия разделена на четыре класса:

низкая - до 200 мг/л

средняя - 200 – 500 мг/л

высокая - 500 – 1000 мг/л

очень высокая - свыше 1000 мг/л

Для достижения одного и того же уровня удержания на сетке машины мелкого волокна при разной концентрации мешающих веществ требуется разный расход полимеров (Рисунок 2).

Показано, что для повышения производительности машин требуется выполнение ряда обязательных технологических условий (Таблица 2).

Таблица 2

Технологические условия для повышения производительности машин.

Представлен общий принцип нейтрализации и фиксирования анионных загрязнений применением полимеров-фиксаторов. По этой концепции начальное взаимодействие имеет место между поликатионным фиксирующим агентом и полианионным мешающим веществом с формированием полиэлектролитного комплекса с положительным зарядом. Далее этот комплекс фиксируется на волокне (Рисунок 3). Правильный выбор фиксатора по плотности заряда, молекулярной массе и химической структуре обеспечивает достаточную прочность связей фиксирования на потоках машин.

Рисунок 2: Расход полимеров и удержание мелкого волокна

в зависимости от уровня катионной потребности массы.

Показано, если дозировать фиксирующий агент с постепенным повышением его расхода и измерять прозрачность дисперсионной среды в каждом варианте дозировки, то на диаграмме”прозрачность фильтрата – расход фиксирующего агента” до определенной дозировки происходит снижение прозрачности, а затем скачкообразное ее повышение (Рисунок 4).

Полиэлектролитный Поверхность Зафиксированный

комплекс волокна комплекс

Рисунок 3:Механизм фиксирования полиэлектролитного комплекса на волокне.

Такой характер диаграммы означает, что на первом этапе происходит формирование полиэлектролитного комплекса, а далее его фиксирование на дисперсной фазе. Следующим этапом после фиксирования должно быть удержание образованного комплекса в бумажном полотне так, чтобы не происходило его разрушение с последующими отложениями на разных участках машины. Сложившаяся подобранная двух – трехкомпонентная система процессных химикатов позволяет стабилизировать электрокинетические параметры массной суспензии, соответственно, условия формования в мокрой части машин и качество готовой продукции, создать предпосылки для снижения холостого хода машин (Рисунок 5).

Рисунок 4: Изменение мутности фильтрата массы в процессе

внедрения новой химической технологии.

Рисунок 5: Стабилизация катионной потребности массы из напорного ящика.

Одновременно из графиков исследований можно сделать вывод, что при внедрении новой технологии есть период времени до начала эффективного действия системы химикатов. В зависимости от схемы водооборота предприятия, его продолжительность по данным практики может составлять от одних до семи суток. Рассмотрен процесс удержания мелкого волокна и наполнителя во взаимосвязи с электрокинетическими характеристиками, мостиковый и мозаичный механизмы удержания, методы оценки обезвоживания массы при использовании различных химических продуктов и их сочетаний. На основе понятия энергии когезии химических групп вспомогательных веществ обоснован выбор химикатов для технологии, в том числе многокомпонентных систем для высокоскоростных машин. Поскольку одновременно со снижением молекулярной массы уменьшается и энергия когезии функциональных групп химикатов, для компенсации необходимо найти продукты с энергетически более активными химическими группами и плотностью заряда. Наиболее эффективно использовать сочетания разных по свойствам химических добавок, разной химической структуры. Причем если продукты имеют функциональные группы с высокой энергией когезии и низкую молекулярную массу, они обладают большей активной поверхностью взаимодействия с частицами массной композиции, в том числе анионными мешающими веществами, массным клеем, крахмалом, мелким волокном, также улучшая связи в формирующемся полотне с лучшим просветом. В результате самой эффективной может быть как минимум двухкомпонентная система средств фиксации – удержания. Рекомендованы принципы выбора химических продуктов фиксации - удержания по плотности заряда и молекулярной массе для технологии при разных условиях производства. Менее интенсивное флокулирование волокон и агломерирование присутствующих анионных веществ способствует в данном случае лучшей адсорбции цепочек ПАА прежде всего на мелких фракциях волокна и вытеснению-перегруппировке ассоциатов воды с их поверхности.

Рисунок 6: Взаимосвязь молекулярной массы и плотности заряда химических

вспомогательных веществ с формованием бумажного полотна.

В аналогичных условиях при тестах с катионными ПАА, у которых линейные цепи имеют связи между собой,- поэтому нельзя известными способами измерить молекулярную массу полимера,- так что молекулы более устойчивы к высокой электропроводности массы, но не к высокой катионной потребности, выявился тренд лучшей водоотдачи массы при использовании продуктов с более высокой плотностью заряда. Вероятно, причина в том, что флокулы более однородны по размерам, адсорбция такого типа ПАА выше и прочнее на длинноволокнистых фракциях, а “мостики” с частицами волокна простираются гораздо дальше, чем у ПАА с линейными макромолекулами.

Показано влияние молекулярной массы и плотности заряда химических вспомогательных веществ на процесс формования полотна как следствие удержания, флокулирования и обезвоживания (Рисунок 6).

Предложена методика оценки обезвоживающей способности массной суспензии. Вместо обычного метода с выстраиванием диаграммы зависимости ”время ?, сек = f ( объем отобранного фильтрата V, мл)” предложено использовать зависимость V = f (?). Из результатов обработки практических измерений такие графики с помощью компьютерной программы MathCAD с достоверностью 95% описываются при положительных значениях аргумента полиномом третьей степени типа V = к? ? ? + к? ? ? + к? ?. Определив производную dV / d? из соответствующего уравнения-полинома, строятся графики изменения скорости водоотдачи по вычислениям данных на БДМ / КДМ при применении сочетаний полимеров. По таким графикам можно оценить скорость как в начальной стадии обезвоживания массы, так и далее в динамике. Другой формой диаграммы может быть график dV/d? = f (V) (Рисунок 7). В уравнении Козени-Кармана, характеризующем скорость фильтрования через фильтрующую перегородку,  производная dV / d? зависит от режима работы оборудования и параметров волокнистого слоя, в значительной степени от его пористости, уменьшение которой резко повышает сопротивление обезвоживанию, а также от свойств сжимаемости слоя. Таким образом, по данным статистики и выполненным диаграммам можно судить о влиянии сочетаний химических добавок по всей мокрой части машины на эффект водоотдачи массой и в целом обезвоживания.

Качественное формование означает получение микрофлокул бумажной массы; флокулянты и другие удерживающие/обезвоживающие химические продукты имеют при этом как положительное, так и отрицательное влияние. При микрофлокулировании можно получить дополнительный эффект обезвоживания в прессовой части. Если полотно содержит макрофлокулы твердой фазы, то под давлением в зонах прессования идет их сжатие, а после снятия давления силы упругости волокна стремятся вернуть форму флокул, которые впитывают воду и воздух в полотно. Такой неоднократно повторяющийся процесс может значительно влиять на качество конечной продукции. Задача: химикаты должны обеспечивать качественное формование. Для экспресс-анализа водоотдачи массы предложены диаграммы относительной водоотдачи массы в координатах “ ?н / ?т - Vi, мл”, где

загрузка...