Реологическое поведение суспензии макулатуры в бумажном производстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Санников, Сергей Петрович

• Санников, Сергей Петрович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Санников, Сергей Петрович

Введение.

1. Аналитический обзор научно-технической литературы.

1.1. Проблемы переработки макулатуры.

1.1.1. Технологии переработки макулатуры.

1.1.2. Особенности переработки влагопрочной макулатуры.

1.2. Работы по реологии волокнистых суспензий.

1.2.1. Исследования реологических характеристик на ротационных вискозиметрах.

1.2.2. Исследования реологических характеристик на трубных вискозиметрах и некоторые другие работы, посвященные реологии

1.3. Работы посвященные реологическим исследованиям суспензий макулатуры. Гидродинамические особенности волокнистых суспензий макулатуры.

1.4. Выводы и постановка задачи.

2. Теоретические исследования реомеханики волокнистых суспензий макулатуры.

2.1. Теоретический анализ роспуска макулатуры в гидроразбивателе

2.2. Реологическое уравнение суспензии макулатуры.

2.3. Реологические модели суспензии макулатуры в технологических процессах.

3. Экспериментальные исследования.

3.1. Исследование способности макулатуры к роспуску.

3.1.1. Методика эксперимента.

3.1.2. Установки для изучения роспуска и набухания макулатуры.

3.1.3. Результаты эксперимента и их обсуждение.

3.2. Изучение бумагообразующих свойств суспензии макулатуры

3.2.1. Методика, приборы для определения бумагообразующих свойств суспензии макулатуры.

3.2.2. Результаты экспериментов и их обсуждение. Оценка достоверности результатов экспериментов

3.3. Реологические исследования суспензии макулатуры.

3.3.1. Методика и аппаратура для экспериментов.

3.3.2. Исследования реологических свойств суспензии макулатуры на ротационном вискозиметре.

3.3.3. Исследования поверхностных свойств волокон макулатуры

3.3.3.1. Фильтрационные свойства суспензии макулатуры.

3.3.3.2. Влияние физико-механических свойств на процесс фильтрации суспензии макулатуры.

4. Практическое применение полученных результатов.

4.1. Определение параметров реологических свойств суспензии макулатуры с использованием ПЭВМ.

4.2. Расчет процесса перемешивания суспензии макулатуры с использованием ее реологических свойств.

4.3. Оптимизация процесса отлива картона на листоформующей машине Покровской картонной фабрики.

4.4. Использование реологической характеристики для оценки эффективности работы гидравлического оборудования.

4.5. Оценка условий формования бумаги на сеточном столе бумагоделательной машины.

4.6. Разработка технологической схемы роспуска влагопрочной ламинированной макулатуры и технико-экономические результаты

Выводы.

Список используемой литературы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Реологическое поведение суспензии макулатуры в бумажном производстве»

Вторичное волокно, получаемое из макулатуры, до недавнего времени в ряде регионов использовалось из экономических соображений, где не хватало первичных волокнистых полуфабрикатов. Это, в первую очередь, связано с тем, что по свойствам вторичное волокно отличается от первичного волокна. В последнее время мировые тенденции развития производства и потребление вторичного волокна меняются на его увеличение. Это связано с экологическими проблемами. Их две. Первая - это производство первичного целлюлозного волокна, с использованием химических, энергетических и водных ресурсов в большом количестве. При ежегодном увеличении потребности в этом сырье по оценочным данным на 0,25%, плюс полуцеллюлозы, которой частично замещают целлюлозу в композиции бумаг, на 1,5%. Вторая проблема связана с утилизацией использованной бумаги и картона. С другой стороны законодательные акты некоторых стран предписывают в той или иной мере использовать вторичное волокно в композициях бумаг и картона, как это например, рекомендовано в США использовать вторичное волокно во всех вида продукции, или в Германии (1991 г) принят закон, который предписывает сбор упаковки розничной торговли.

Бумажная и картонная упаковка, особенно пищевых продуктов, содержит некоторое количество первичного целлюлозного волокна. Сжигать или закапывать на городских мусорных полигонах не целесообразно и это может сэкономить 3-4 м древесины.

Ламинированные виды макулатуры (марки МС-9) не находят большого спроса, так как требуют значительных затрат на переработку в сравнении с газетной и книжной, на отделение волокна от пленки, удаление пленки из бумажной массы с последующей переработкой. 6

Вторичное волокно отличается по своим свойствам от первичного волокна, так как проходит ряд технологических операций по фибриллированию, проклейке, сушке и претерпевает физические, механические изменения. Свойства реологического поведения в машинах, аппаратах, транспортирование по массопроводам, напуск на сеточный стол и формование бумажного полотна макулатурной суспензии изучено не достаточно.

Целью диссертационной работы является изучение поведения бумажной массы из вторичного волокна в гидродинамических процессах производства бумаги. Изучение возможности роспуска макулатуры, в том числе ламинированной влаго- паронепроницаемыми пленками. Для достижения этих целей в работе решаются следующие задачи:

- изучение тиксотропных свойств макулатурной массы;

- изучение поверхностных явлений в суспензии макулатуры;

- исследование реологических характеристик при помощи ротационного вискозиметра;

- изучение условий наилучшего роспуска влагопрочной макулатуры на волокно;

- разработка технологии утилизации влагопрочной ламинированной макулатуры, с использованием реологических свойств в основных технологических процессах. 7

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Санников, Сергей Петрович

129 ВЫВОДЫ

1. Получены реологические характеристики суспензии макулатуры, учитывающие тиксотропные свойства. Показано, что они подчиняются основному реологическому уравнению для волокнистых суспензий.

2. Установлена возможность теоретического и экспериментального анализа роспуска влагопрочной макулатуры в гидродинамическом поле аппаратов для роспуска первичных волокон.

3. Исследованы закономерности формования и обезвоживания бумажного полотна на сеточном столе из суспензии макулатурной.

4. Разработана технологическая схема роспуска влагопрочной макулатуры, которая включает в себя сухое измельчение (рубка), обработку ультразвуком или пропарку в пропарочном аппарате, роспуск в гидроразбивателе с отсортировыванием полимерных включений и дальнейшей утилизацией.

5. Установлено, что влагопрочную макулатуру, от упаковки жидких пищевых, продуктов можно использовать в бумажном производстве и получать высококачественные виды бумаг.

130

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Санников, Сергей Петрович, 2000 год

1. Фляте Д.М. Бумагообразующие свойства волокнистых материалов. М.: Лесн. прм-сть, 1990.- 136 с.

2. Маслов В.А., Манук Я.Е., Лысенко В.М. Свойства макулатурной массы для облицовочного картона. // Бумажная промышленность М.: Лесная промышленность, № 12, 1982, С. 17 - 19.

3. Мудрик Х.И., Арбузова Г.А. Производство обесцвеченной макулатурной массы. Обзорная информация. М., 1980, 52 с. (ВНИПИЭИлеспром).

4. Макулатура: композиция будущего // Целлюлоза бумага картон. М.: Экология, 1992. - 36-46.

5. Макаренко A.A., Спиридонов В.А., Секашева Л.И. Использование бумаги и картона, содержащих макулатуру, для упаковки пищевых продуктов: Обзор, информ. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1988. - С. 1-21, табл. - (Целлюлоза, бумага и картон; Вып. 1).

6. A.c. 1124067 (СССР). Способ изготовление бумагоподобного материала/ Агеев А.Я., Леканов Л Л. и др./, заявл. 28.06.83, № 3611117/29-12, опубл. в Б.И. 1984, №42.

7. Методические указания по оценке технического уровня и качества промышленной продукции/РД 50-149-79. М.: Издательство стандартов. -1979. - 76 с.

8. Методические рекомендации по проведению патентных исследований/ М.: ВНИИПИ. НПО Поиск,- 1984. - 194 с.

9. ГОСТ 10700-89. Макулатура бумажная и картонная. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1989. 9 с.

10. Андерсен С. Современный уровень сбора макулатуры в США и перспективы его увеличения к 2000 г. ТАППИ, 1997, № 4, С. 59-62.

11. Гетшинг Г. Влияние циклов использования макулатуры на свойства вырабатываемой из нее газетной бумаги. (Дармштадский институт бумаги).131

12. Юропиан Пейпермейкер", 1997, № 2, С. 28-30.

13. Uhe effects of recycling on paper guality. R.C. Howard."Journal of Pulp & Paper, 1990, t/16, N 5, p. 143-149.

14. Мувундамина M., Ли M. Новый способ фракционирования волокон смешанной макулатуры. ТАППИ, 1997, № 2, С. 149-153.

15. Мишина Т.А., Охоткин С.М. и др. Новые полимерно-бумажные композиционные упаковочные материалы.//Бумажная промышленность. М.: Лесная промышленность. - 1990. -№11.- С.29-30.

16. Полная регенерация картона для упаковки напитков./Щеллюлоза, бумага и картон (экспресс информация). М.: ВНИПИЭИ леепром. - 1992. - вып. 12.

17. Macoto Iwasak:/ Japan Pulp & Paper. 1990. - v.28. - N 3, p. 35-45.

18. Durst R.E., Ienees L.G. The flow properties of paper pulp stocks. Part I. // Tappi. 1954. - v. 37. - No. 10.-p. 417-423.

19. Дж. Роберте. Производство гильзового картона из макулатуры на финском предприятии. "Палп энд Пайпер Европа", 1997, N 2, с.22-24

20. Шайдуров Г.Ф. О вязкости и упругости бумажной массы// Коллоидный журнал. 1995.- т. 17,- вып.5.- С. 397-402.

21. Белкин И.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов. М.: Машиностроение. - 1968. -272 с.

22. Durst R.E., Iennes L.G. The flow properties of paper pulp stocks. Pars I.// Tappi. 1954. - v. 37.- No 10,- p. 417-423.

23. Durst R.E., Iennes L.G. The flow properties of paper pulp stocks. Part II.// Tappi. 1955. - v. 33,- No 4,- p. 193-198.

24. Рейзинь Р.Э. Изучение структурно-механических свойств суспензий технической беленой целлюлозы. Вопросы гидролиза, химии древесины и лесохимии//Труды института лесохозяйственных проблем и химии древесины АН Латв. ССР. Рига. - 1959. - т. 17. -С. 121-133.

25. Рейзинь Р.Э. Влияние химических добавок на прочность структуры132волокнистых суспензий. Вопросы химии и технологии древесины//Труды КПП и ХД АН Латв. ССР. Рига. - 1953. - т. 25. -С. 186-194.

26. Дмитриева H.A., Рейзинь Р.Э. Вискозиметрические исследования напряжений сдвига в суспензиях древесных волокон, подвергнутых гидротермической обработке// Химия древесины. -1971,- т. -9. С. 153-161.

27. Ребиндер П.А., Володовец И.Н. Физико-химическая механика пористых и волокнистых дисперсных структур// Проблемы физико-химической механики волокнистых и пористых дисперсных структур и материалов. Рига. - 1967. -С. 3-29.

28. Терентьев O.A. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлюлозно-бумажном производстве. М.: Лесная промышленность. - 1980. - 248 с.

29. Тотухов Ю.А. Влияние реологической характеристики волокнистой суспензии на эффективность работы напорного ящика бумагоделательной машины. Дисс. канд. техн. наук. Л.: ЛТИ ЦБП. 1978. - 105 с.

30. Бабин А.И. Экспериментальные и теоретические исследования релаксационных свойств бумажных масс для оценки эффективности работы гидравлического оборудования целлюлозно-бумажного производства. Дисс. канд. техн. наук. Л.: ЛТИ ЦБП. 1979. - 98 с.

31. Смирнова Э.А. Учет нормальных напряжений при оценке реологических характеристик волокнистых суспензий// Машины и аппараты целлюлозно-бумажного производства; Межвуз. сб. научн. тр. ЛТА,- Л.- 1982. вып. 10.-С.9-13.

32. Смирнова Э.А. Разработка моделей комплексной реологической характеристики бумажной массы с целью практического использования при133оптимизации режимов работы гидравлического оборудования ЦБП. Дисс. канд. техн. наук. - Л.: ЛТИ ЦБП. - 1983,- 234 с.

33. Бабурин С.В., Киприанов А.И. Реологические основы процессов целлюлозно-бумажного производства. М.: Лесная промышленность. - 1983.191 с.

34. Grey J.L., Van den Akker J. A. The mechanism of flow of paper stock in pipes // Paper trade journal. 1944. - v. 118. - No 17.- p. 29 - 34.

35. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. -M.: Мир, 1971.- 536 с.

36. Агеев А.Я. Теоретические основы и практика формования и обезвоживания бумажного листа из асбестовых волокон. Дисс.док.техн. наук. Свердловск: УЛТИ. 1986. - 533 с.

37. Кузнецов А.Р., Агеев А.Я., Шумейко И.А. Исследование течения асбестовой суспензии на линейных участках трубопроводов. // Машины и аппараты целлюлозно-бумажного производства: Межвуз.сб.тр. Л. - 1985. Вып. 13.-С. 7-9.

38. Bugliarello G., Daily J.W. Rheological models and laminar shear flow of fiber suspension // Tappi. 1961. - v. 44. - No 12. - p. 881-891.

39. Климов В.И. Пневмо- и гидротранспорт в целлюлозно-бумажном производстве. Учебное пособие. - Л.: ЛТИ ЦБП. - 1975,- 219 с.

40. Федоров O.K. Проблемы моделирования течения волокнистых суспензий в машинах и аппаратах целлюлозно-бумажного производства. Дисс. докт. техн. наук. - Л. - ЛТИ ЦБП. - 1981. - 202 с.

41. Виноградов Г.В., МалкинА.Я. Реология полимеров. -М.: Химия. 1977. -438 с.

42. Coldsmith H.L., Mason S.G. The microrheology of dispertions. In: Rheology. Theory and applications. Ed. By F.R. Eirich // Academic Press. v. - 1967. - p. 86 -246.

43. Фляте Д.М. Свойства бумаги. M.: Лесная промышленность. - 1970. - 456 с.134

44. Форгес О.А., Робертсон А.А., Мэзон С.Г. Гидравлическое поведение волокон, применяемых для выработки бумаги// Основные представления о волокнах, применяемых в бумажном производстве. Материалы симпозиума. -М.: 1962.- С. 458-492.

45. Климов В.И. Гидротранспорт волокнистых материалов в целлюлозно-бумажном производстве. М: Лесная промышленностью - 1971. - 279 с.

46. Уоллис Г. Одномерное двухфазное течение. М.: Мир, 1972.- 440 с.

47. Ray U., Wahren D. An experimental investigation of paper pulp stock flow in a straigh pipe // Svensk Papperstidning. 1964. - v. 67. - No. 5,- p. 186-195.

48. Moller K., Duffy G.G., Titchener A.L. The laminar plug flow of paper pulp suspension in large diameter pipes // Svensk Papperstidning. 1972. - v. 75. - No. 8,-p. 165.

49. Moller К., O'Sullivan M.J. Annules formation in plug flow of paper pulp suspension in large diameter pipes // Svensk Papperstidning. 1972. - v. 75. - No. 8,-p. 311-316.

50. Daily J.W., Bugliarello G. Basic data for dilute fiber suspensions in uniform flow with shear // Tappi. 1961.- v. 44. - No. 7,- p. 497-512.

51. Mih W., Parker J. Velocity profile measurement and plunomenological discription of turbulent fiber suspension pipe flow // Tappi. 1967,- v. 50. No. 5. p. 237-246.

52. Sanders H.T., Meger H. Consistency distribution in turbulent tube flow of fiber suspensions // Tappi. 1971. - v. 54,- No. 5. p. 722-730.

53. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука. - 1973.- 847 с.

54. Бабкин В. А. Стержневое течение волокнистой суспензии . Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа. 1972.- № 4.- С. 65-71.

55. Бабкин В. А. Сопротивление при стержневом течении волокнистой суспензии в трубе // Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа. 1974.- № 1.-С. 88-93.135

56. Бабкин В.А. Потери напора на трение при смешанном течении волокнистой суспензии в трубе // Изв. вузов, Лесной журнал. 1974. - № 4. -С. 109-112.

57. Куров B.C. Разработка критериев подобия основных режимов течения бумажной массы. Дисс. канд. техн. наук. - Л.- ЛТИ ЦБП.- 1983,- 197 с.

58. Халтурин В.М. Исследование энергетических характеристик потоков бумажных масс. Дисс. канд. техн. наук. - Л.- ЛТИ ЦБП,-1976,-106 с.

59. Панфилов А.Н. Оптимизация режимов транспортирования бумажных масс в трубопроводах производственного назначения. Дисс. канд. техн. наук. - Л. - ЛТИ ЦБП. - 1979. - 186 с.

60. Шумейко И.А. Разработка методики расчета потерь энергии при движении волокнистой суспензии в проточных каналах оборудования ЦБП. Дисс. канд. техн. наук. - Л. - ЛТИ ЦБП. - 1983. - 162 с.

61. Богомол Г.М. Формование многослойного картона. М.: Лесная промышленность. - 1982. - 263 с.

62. Peterson R.M. Two-dimentional flow of incompressible fluids through deformable porous media // Tappi. 1970. - v. 53.- No. 1.- p. 71-77.

63. Вайсман Л.М. Структура бумаги и методы ее контроля. М.: лесная промышленность. - 1973,- 150 с.

64. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидродинамика и аэродинамика (основы механики жидкости). М.: Стройиздат. -1975. -327 с.

65. Терентьев O.A., Федоров O.K., Гаузе A.A. Расчет структуры скоростей в ванне гидроразбивателя. В кн.: Машины и оборудование ЦБП// Межвузовский сб., вып. 1. Л.: ЛТИ ЦБП, 1974.

66. Кочкарев А.Я. Гидродинамические передачи. Л., 1971.

67. Гаузе A.A. Исследование процесса роспуска полуфабрикатов для бумаги в гидроразбивателях. Автореферат дис. На соиск.уч.степ.канд. техн.наук. - Л.: ЛТИЦБП, 1972.

68. Гончаров В.Н., Гаузе A.A., Аликин В.П. Машины для роспуска и136безножевого размола бумажной массы. JL: ЛТИЦБП, 1979, С. 31.

69. Агеев А.Я. О второй составляющей реологического уравнения волокнистой суспензии O.A. Терентьева// Изв. высш. учеб. заведений, Лесной журнал, 1996.

70. Санников С.П., Залевский В.Г., Агеев А.Я. Реологические характеристики макулатурной суспензии. // Машины и аппараты целлюлозно-бкмажного производства: Межвуз.сб.науч.тр./СПб ГТУРП. СПб., 1998, С. 30-34.

71. Бабин А.И., Терентьев O.A., Агеев А.Я., Кузнецов А.Р. О выборе параметров ротационного вискозиметра для волокнистых суспензий. -Уральский лесотехнический институт, Свердловск, 1985, 6 с. Деп. в ВНИИПИЭИлеспром 26.02.85, № 1418 лб.

72. A.c. 114405 (СССР). Способ определения реологических характеристик волокнистых суспензий. / Агеев А.Я., Бабин А.И., Кузнецов А.Р., Терентьев O.A./. —звявл. 20.10.83, № 3654074, опубл. в Б.И. 1985, № 9, с. 154.

73. Калоша В.К., Лобко С.И., Чиркова Т.С. Математическая обработка результатов эксперимента. -Минск, Высшая школа, 1982. -103 с.

74. Касандрова О.Н, Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. \ М.: Наука, 1970. -104 с.

75. Кузнецов А.Р. Оптимизация отлива листа из асбестовых волокон на бумагоделательных машинах. -Дисс. канд. техн. наук. -Л. 1986. - 183 с.

76. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1971. -303 с.

77. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. -Минск, БГУ, 1982. -302 с.

78. Агеев А.Я., Халтурин В.М., Кузнецов А.Р. Исследование гидродинамического режима в ванне листоформовочной машины асбокартонной фабрики им. Коминтерна. -УЛТИ. -Свердловск, 1984, Деп. в ВНИИПИЭИлеспром 07.01.85, № 1397 лб.

79. Санников С.П., Бабин А.И. Ротационный вискозиметр // Проблемы137лесопромыпшенного производства, транспорта и дорожного строительства: Екатеринбург, УГЛТА, 1997, С. 64 66.

80. Залевский В.Г., Агеев М.А., Санников С.П., Балеева Н.А., Агеев АЛ. Метод численного расчета поля скоростей между двумя параллельными пластинами. // Машины и аппараты целлюлозно-бкмажного производства: Межвуз.сб.науч.тр./СПб ГТУРП. СПб., 1998, С. 17-21.

81. Иванов С.Н. Технология бумаги. -М.: Лесная промышленность, 1970. -696 с.

82. Агеев А.Я., Кузнецов А.Р., Бабин А.И., Быков А.И. Оптимизация режима работы листоформовочной машины асбофабрики им. Коминтерна. УЛТИ, Свердловск, 1984, 15 с. Деп. в ВНИИПИЭИлеспром 01.07.85, № 1398 лб.

83. Кузнеов А.Р., Агеев А.Я., Кугушев И.Д. Оптимизация скорости листоформовочной машины. Уральский лесотехнический институт. -Свердловск, 1984,6 с. Деп. в ВНИИПИЭИлеспром 07.01.85, К« 1390 лб.

84. Агеев А.Я., Кузнецов А.Р., Лалетин А.В. Опытная выработка асбестового картона для тепло- и электроизоляции // Химия и технология бумаги: Межвуз. Сб. научных тр.- Л,- 1985.-С. 63-65.

85. А.с. 640204 (СССР). Устройство для автоматического контроля прочности волокнистой суспензии./ А.Я. Агеев, А.И. Бабин, А.Н. Панфилов/, зявл. 14.04.76, № 2346131/28-12, опубл. в Б.И. 1979, № 48.

86. Чистяков В.П. Курс теории вероятностей: Учеб.- 3-е изд., испр.-М.: Наука. Гл. ред.физ.-мат.лит. 1987. - 240 с.

87. Финкелыптейн Г.Э., Фляте Д.М. Структура бумаги. -М.: Лесная промышленность. -1969. —57 с.

88. Пен Р. 3. Статистические методы моделирования и оптимизации процессов целлюлозно-бумажного производства: Учеб. пособие. Красноярск: Из-во КГУ, 1982. - 192 с.

89. Агеев А.Я. Влияние времени наблюдения на величину напряжений в волокнистых суспензиях. // Изв. высш. учеб. заведений, Лесной журнал, 1996.

90. Фляте Д.М. Бумагообразующие свойства волокнистых материалов. М.: Лесн. прм-сть, 1990.- 136 с.140