Что такое подготовка материала в процессе производства бумаги?

Подготовка массы служит важным операционным мостом между переработкой целлюлозы и бумагоделательной машиной. Операторы фабрик повсеместно признают этот этап сердцем бумажной фабрики. Он превращает сырую различную целлюлозу в однородную, готовую к машинной обработке массу. Когда этот этап работает неэффективно, фабрики сразу же страдают от плохого формирования листов, чрезмерного потребления энергии, большого количества химических отходов и увеличения количества разрывов полотна бумагоделательных машин. Эти эксплуатационные сбои напрямую ухудшают качество продукции и работоспособность машины.

Понимание и оптимизация системы подготовки бумажной массы является обязательным условием для современного производства бумаги. В этом техническом руководстве рассказывается, как оценивать, устранять неполадки и модернизировать эти системы на заводе. Вы узнаете, как максимизировать выход волокна, сократить затраты энергии и гарантировать стабильное качество конечного продукта посредством точной механической и химической обработки.

• Подготовка массы определяет конечные свойства бумаги посредством точной механической обработки (рафинирования) и химического смешивания, прежде чем бумажная масса достигнет системы подачи.

• Нефтепереработка является наиболее энергоемкой стадией; современные системные оценки должны отдавать приоритет низкоинтенсивным технологиям нефтепереработки и автоматизированному контролю консистенции.

• Переход от первичного к переработанному волокну требует специальных конфигураций сортировки и очистки, чтобы справиться с повышенным содержанием загрязнений без чрезмерной потери волокна.

• Модернизация системы подготовки бумаги требует тщательной интеграции с существующими распределенными системами управления (РСУ), чтобы сократить время простоев и обеспечить единообразный учет.

Роль подготовки массы в процессе изготовления бумаги

Определение точных производственных границ подготовки массы — это первый шаг для любого инженера завода, планирующего модернизацию. Этот процесс начинается сразу после того, как целлюлозный завод или измельчитель вторичного волокна разгружают свою загрузку. Он заканчивается в бункере машины, непосредственно перед тем, как система подходящего потока начинает доставлять сильно разбавленную смесь в напорный ящик.

Определение границы процесса

Подготовка массы фундаментально отличается от предшествующей варки целлюлозы и последующих систем потоков. При производстве целлюлозы на первом этапе основное внимание уделяется химическому или механическому извлечению волокон из древесной щепы или первоначальному измельчению переработанных тюков. Система подходящего потока обеспечивает окончательное массовое разбавление (часто падение концентрации ниже 1%) и гидравлическую подачу массы в напорный ящик бумагоделательной машины. Подготовка сырья находится между этими двумя этапами. Он берет сырую, некалиброванную суспензию (обычно с консистенцией от 3% до 6%) и превращает ее в тщательно контролируемую, готовую к машинной обработке композицию. Этот переход включает в себя тщательно контролируемое механическое срезание, удаление загрязнений и точное дозирование химикатов.

Основные цели: достижение однородной суспензии волокон

Абсолютной необходимостью этого процесса является преобразование разнообразной сырой массы в однородную гомогенную суспензию. Сырая целлюлоза, поступающая из варочного котла или измельчителя, содержит неразрывные пучки волокон, различные уровни влажности и совершенно непостоянную длину волокон. Если отправить эту массу непосредственно в машину, получится лист, полный слабых мест, комков и дыр. Система должна нейтрализовать эти изменения. Основные физические цели включают полную дисперсию волокон, изменение свойств посредством механической фибрилляции, агрессивное удаление загрязнений и строгий контроль консистенции. Фибрилляция физически изменяет стенки волокон, увеличивая площадь поверхности, поэтому волокна могут более эффективно образовывать водородные связи во время формирования листов на проволоке.

Базовые показатели качества и критерии успеха

Операторы заводов полагаются на достоверные данные и конкретные ключевые показатели эффективности для измерения успеха в области подготовки массы. Целевые значения канадской стандартной помола (CSF) и значения Шоппера-Риглера (°SR) указывают на скорость обезвоживания целлюлозы, которая определяет, насколько быстро может работать бумагоделательная машина. Соотношения прочности на растяжение и разрыв определяют физическую долговечность конечного продукта. Приемлемое количество загрязнений обеспечивает визуальную и структурную целостность бумаги.

Различные сорта бумаги для конечного использования определяют специфическую настройку и агрессивный характер линии подготовки массы. Мы регулируем интенсивность рафинирования и размеры ячеек сортировки в зависимости от того, что машина производит в этот день.

Ключевые этапы системы подготовки бумажной массы

Современная линия подготовки массы состоит из последовательных узкоспециализированных единичных операций. На каждом этапе применяются определенные механические силы и химические воздействия для очистки суспензии волокон перед тем, как они попадут в камеру машины.

Отталкивание и расслоение

Процесс начинается с насильственного механического разрушения тюков первичной целлюлозы, товарной целлюлозы или поломки машины. В депульпаторах используются массивные роторы и мощные гидравлические сдвиговые силы, которые разрывают сырье на части и создают перекачиваемую суспензию. После репульпирования суспензия неизбежно содержит неразрывные пучки волокон или хлопья, покинувшие ротор измельчителя.

Дефлакеры вмешиваются, чтобы разделить эти упрямые связки. Они применяют интенсивный гидродинамический сдвиг посредством зацепления зубчатых статоров и роторов, чтобы разбить хлопья, не разрезая и не повреждая отдельные волокна. Это гарантирует, что каждое волокно будет отделено и доступно для последующей обработки и склеивания.

1. Тюки или сыпучая масса подаются в ванну измельчителя по конвейеру.

2. Вода для разбавления добавляется для достижения заданной консистенции целлюлозы (обычно 4-8% для низкой консистенции и до 15% для высокой консистенции).

3. Ротор создает вихрь, втягивающий материал в зону сдвига.

4. Шлам проходит через экстракционную пластину с отверстиями определенного размера для удержания крупных неизмельченных кусков.

5. Принятый материал перекачивается в мусорный ящик перед подачей через устройство для удаления хлопьев для окончательного разделения пачек.

Очистка и проверка

После удаления шелушения заготовку необходимо тщательно очистить. Центробежные очистители, широко известные как гидроциклоны, удаляют загрязнения исключительно за счет разницы удельного веса. Передние очистители удаляют материалы высокой плотности, такие как песок, стекло, песок и металлические фрагменты. Тяжелый мусор выбрасывается к внешней стенке и выпадает из нижнего наконечника отбраковки. Обратные очистители нацелены на загрязнения низкой плотности, такие как пластик, воск, пенопласт и липкие вещества, втягивая их в центральную часть для отбраковки.

После центробежной очистки сырье проходит через ситовые цилиндры под давлением. В этих ситах используются прорези или отверстия точного размера, а также вращающаяся фольга для отделения пригодных для использования волокон от негабаритного мусора. Правильный размер пазов защищает последующие рафинеры от повреждений, сводит к минимуму потери полезного волокна в потоке отходов и обеспечивает однородность листа.

Рафинирование и фибрилляция

При переработке раскрывается реальный потенциал волокна в производстве бумаги. Он изменяет морфологию волокна для повышения прочности соединения. Рафинеры применяют механическое давление и сдвиг к волокнам, когда они проходят между вращающимися и неподвижными пластинами с желобками. Это действие вызывает внутреннюю фибрилляцию, расслаивая стенки волокон и делая волокна более гибкими, поэтому они сжимаются в плотный лист. Это также вызывает внешнюю фибрилляцию, распутывая микрофибриллы на поверхности волокна, что значительно увеличивает площадь поверхности, доступную для водородных связей.

Операторам приходится постоянно находить критический компромисс между резкой волокна и фибрилляцией. Чрезмерная обрезка укорачивает волокна, что снижает прочность на разрыв и замедляет дренаж машины. Правильная фибрилляция увеличивает прочность на разрыв, прочность на разрыв, непрозрачность и объем.

Смешивание, разбавление и химическое добавление

Последний этап перед машинным ящиком включает в себя смешивание различных типов волокон в смесительном ящике. Операторы смешивают длинноволокнистую древесину хвойных пород (для прочности полотна и устойчивости к разрыву) с коротковолокнистой твердой древесиной (для гладкости и формирования поверхности). Белая вода, получаемая из сеточной ямы бумагоделательной машины, обеспечивает разбавление всей системы для точного контроля консистенции сырья.

В этой зоне происходит точное дозирование функциональных добавок и технологических химикатов. Проклеивающие вещества (например, АКД или канифоль) контролируют водостойкость печатных марок. Смолы, обладающие влагопрочностью, повышают долговечность полотенец и упаковочных материалов. Наполнители, такие как осажденный карбонат кальция (PCC), улучшают непрозрачность и яркость, одновременно снижая затраты на волокно. Удерживающие средства помогают удерживать мелкие частицы и наполнители в листе, а не просачиваться через сетку, а пеногасители предотвращают попадание пузырьков воздуха, которые вызывают образование микропор и кавитацию в насосе.

Оценка и выбор системы подготовки бумаги

Инженерам заводов и группам по закупкам необходима структурированная, основанная на данных структура для оценки нового оборудования или планирования общесистемных обновлений. Оценка этих систем требует пристального внимания к энергопотреблению, выходу волокна, точности управления и возможностям автоматизации. Вы не можете просто купить готовые компоненты; они должны быть спроектированы с учетом вашего конкретного материала и скорости машины.

Энергоэффективность и оптимизация переработки

Традиционные нефтеперерабатывающие заводы потребляют огромное количество электроэнергии, на которую часто приходится до 30% всей потребляемой мощности завода. Решение проблемы высокого удельного энергопотребления (SEC) является главным приоритетом для современных заводов, пытающихся сохранить рентабельность. Переход на рафинирующие пластины низкой интенсивности, которые имеют более тонкий рисунок стержней и более узкие канавки, может значительно снизить энергопотребление, сохраняя при этом оптимальную обработку волокна. Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) обеспечивают еще один важный уровень эффективности. ЧРП позволяют операторам регулировать скорость двигателя рафинера в зависимости от требований процесса в режиме реального времени и целевых показателей помола, напрямую снижая показатели кВтч/тонну и снижая эксплуатационные затраты во время смены сортов или замедления работы машины.

Выход волокна и контроль загрязнений

Масштабируемость системы жизненно важна для обработки материалов разного качества. Отрасль быстро переходит к более высокому содержанию переработанной бумаги, включая старые контейнеры из гофрированного картона (OCC) и смешанные офисные отходы. Эти материалы несут в себе тяжелые и непредсказуемые загрязняющие вещества. Оценка систем обработки отходов имеет важное значение. Цель состоит в том, чтобы сбалансировать максимальное удаление загрязнений с минимальной потерей полезного волокна.

• Установите многоступенчатые петли скрининга (первичный, вторичный, третичный) для извлечения хорошего волокна из потоков брака.

• Используйте компакторы непрерывного действия, чтобы выжимать воду и остатки волокна из конечного мусора, прежде чем он отправится в мусорный контейнер.

• Внедрите легкие очистители отходов, специально предназначенные для улавливания микролипостей до того, как они слипнутся в одежде машины.

Контроль консистенции, разбавление и точность дозирования

Строгий контроль консистенции предотвращает колебания плотности бумаги на бумагоделательной машине. Если консистенция колеблется хотя бы на 0,1%, клапан базового веса будет колебаться, вызывая появление то толстых, то тонких пятен на конечном рулоне. Встроенные датчики необходимы для непрерывного измерения консистенции, помола и длины волокна. Эти датчики передают данные в режиме реального времени в систему управления, которая мгновенно регулирует клапаны разбавляющей воды.

Точность дозирующего насоса и массового расходомера одинаково важны для химических добавок. Они поддерживают строгие соотношения химикатов и волокон, основанные на потоке сухой массы сырья. Неточная дозировка химикатов приводит к потере дорогостоящих добавок, ухудшению качества листа и нестабильному химическому составу мокрой части, что приводит к разрыву листа.

Системы автоматизации, интеграции РСУ и управления

Современные линии подготовки массы в значительной степени полагаются на автоматизацию для поддержания стабильности. Интеграция средств управления подготовкой сырья в комплексную распределенную систему управления (DCS) завода позволяет автоматически изменять сортность и прогнозировать корректировки. Когда оператор машины выбирает новую марку, DCS автоматически регулирует загрузку рафинера, соотношение компонентов смеси и скорость дозирования химикатов. Такая интеграция снижает необходимость ручного вмешательства и сводит к минимуму время перехода от одного сорта бумаги к другому, связанному с потерей качества. Хорошо спроектированный человеко-машинный интерфейс (HMI) обеспечивает операторам четкую видимость. Мониторинг в режиме реального времени уровней в камерах, скорости потока, удельной энергии переработки и положений клапанов гарантирует, что система работает с максимальной эффективностью без постоянной ручной настройки.

Риски реализации и стратегии их смягчения

Модернизация инфраструктуры подготовки запасов связана с практическими реалиями, рисками внедрения и необходимостью тяжелого обслуживания. Правильное планирование и проектирование снижают эти риски и обеспечивают плавный переход от старого оборудования к новому.

Интеграция с существующими системами потоков подходов

Сочетание нового высокопроизводительного оборудования для подготовки запасов с устаревшими трубопроводами сопряжено со значительными рисками. Гидравлическая нестабильность, колебания консистенции и проблемы с пульсацией могут дестабилизировать напорный ящик бумагоделательной машины. Чтобы снизить эти риски, инженерные группы должны провести комплексное гидравлическое моделирование перед установкой. Балансировка контура оборотной воды и проверка емкости уравнительных баков также необходимы, чтобы обеспечить плавную интеграцию нового оборудования с существующей инфраструктурой без переполнения баков или отказа насосов.

Управление временем простоя во время обновлений

Замена больших резервуаров, рафинеров или сортировочных контуров часто требует длительных остановок мельниц. Потери производственного времени напрямую влияют на прибыльность завода. Поэтапный ввод в эксплуатацию является проверенной стратегией смягчения последствий. Предварительная сборка модульных салазок за пределами площадки сокращает время установки. Использование параллельных байпасных линий позволяет частям старой системы работать, пока новые компоненты подключаются и тестируются, что значительно сводит к минимуму общее время простоя во время окончательного отключения электроэнергии.

Техническое обслуживание и срок службы изнашиваемых деталей

Ускоренный износ пластин рафинера, ситовых корзин и конусов очистителей приводит к резкому снижению качества сырья и высоким эксплуатационным расходам. Изношенная сетчатая корзина пропускает пыль и липкие частицы прямо в машину.

Внедрение анализа вибрации и мониторинга падения давления позволяет проводить профилактическое обслуживание. Такой подход позволяет группам технического обслуживания заменять детали во время плановых простоев, а не реагировать на неожиданные катастрофические сбои в 2:00 ночи.

Заключение

Высокооптимизированная установка подготовки материала является неоспоримой для достижения заданного качества бумаги, минимизации разрывов полотна и контроля затрат на электроэнергию. Чтобы немедленно улучшить свою деятельность, предпримите следующие шаги:

• Инициировать комплексный аудит системы, включая составление карт удельного энергопотребления (SEC) на всех нефтеперерабатывающих заводах для выявления потерь электроэнергии.

• Проведите анализ морфологии волокон, чтобы определить, не вызывают ли нынешние рафинирующие пластины чрезмерное разрезание волокон вместо фибрилляции.

• Оцените текущую интеграцию РСУ, чтобы выявить узкие места в автоматизированных контурах контроля консистенции и дозирования химикатов.

• Проведите аудит своей системы обработки отходов, чтобы точно подсчитать, сколько пригодного к использованию волокна ежедневно отправляется на свалку.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: В чем разница между варкой целлюлозы и подготовкой массы?

Ответ: При производстве целлюлозы сырое волокно извлекается из древесной щепы или переработанных тюков с помощью агрессивной химической обработки или механического измельчения. При приготовлении массы эта сырая, некалиброванная целлюлоза подвергается механической очистке, очистке, просеиванию и смешиванию для создания однородной, строго контролируемой массы, специально предназначенной для бумагоделательной машины.

Вопрос: Почему рафинирование считается наиболее важным этапом подготовки сырья?

Ответ: При рафинировании волокна механически модифицируются путем расслаивания клеточных стенок, увеличения их площади поверхности и гибкости. Этот процесс фибрилляции напрямую определяет прочность на разрыв, объем и непрозрачность конечной бумаги, что делает его единственным наиболее влиятельным механическим этапом для качества продукции.

Вопрос: Как система подготовки бумаги контролирует однородность?

Ответ: Система контролирует консистенцию, добавляя точное количество регенерированной белой воды в густую пульпу. Линейные датчики сдвига или микроволновые датчики непрерывно измеряют концентрацию волокна и автоматически регулируют клапаны разбавления с помощью DCS для поддержания точной целевой консистенции.

Вопрос: Каковы основные потребители энергии в процессе подготовки массы?

Ответ: Нефтеперерабатывающие заводы и целлюлозно-бумажные заводы являются основными потребителями энергии. Механическое сдвиговое действие, необходимое для разрушения сырья и фибриллированных волокон, требует огромных затрат электроэнергии от мощных двигателей, поэтому оптимизация энергопотребления в этих конкретных областях имеет решающее значение для прибыльности завода.

Вопрос: Как липкие вещества и загрязнения влияют на эффективность подготовки массы?

A: Липкие вещества, которые представляют собой остатки клея и пластика из переработанной бумаги, корзин с глухими сетками, засоренных конусов очистителя и отложений на тканях бумагоделательных машин. Они серьезно снижают эффективность оборудования, вызывают простои при техническом обслуживании из-за выкипания и вызывают дыры или разрывы полотна в конечном листе.

Вопрос: Какую роль играет смесительный ящик в производстве бумаги?

A: Камера для смешивания действует как центральный смесительный узел перед камерой машины. Он объединяет различные типы волокон, восстановленные волокна и химические добавки в идеально однородную смесь, обеспечивая точное соответствие бумажной массы физическим и химическим характеристикам, необходимым для текущего сорта бумаги.