Влияние вида макулатурного сырья на эффективность флотационной очистки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Шабалин, Михаил Евгеньевич

• Шабалин, Михаил Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шабалин, Михаил Евгеньевич

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Общая характеристика и перспективы развития мировой целлюлозно-бумажной промышленности.

1.2. Состояние и перспективы развития целлюлозно-бумажной промышленности России.

1.3. Сценарии развития целлюлозно-бумажной промышленности.

1.4. Энергетические показатели производства основных полуфабрикатов.

1.5. Общая характеристика переработки макулатуры.

1.5.1. Переработка макулатуры в мире.

1.5.2. Переработка макулатуры в странах CEPI.

1.5.3. Переработка макулатуры в России.

1.6. Общая характеристика вторичного волокнистого сырья.

1.7 Типовая схема подготовки макулатурной массы.

1.8. Взаимодействие целлюлозы с водными системами.

1.8.1. Влияние воды на релаксационное состояние целлюлозы.

1.8.2. Изменение релаксационного состояния целлюлозы при производстве и переработке бумаги.

1.8.3. Механизм расстекловывания целлюлозы под действием воды.

1.9. Флотационная очистка макулатурной массы.

1.9.1. Предварительная подготовка волокнистой суспензии.

1.9.2. Поверхностные явления.

1.9.3. Флотоагенты.

1.9.4. Печатная краска.

1.9.5. Печатные бумаги.

1.9.6. Взаимодействие печатной краски с бумагой.

1.9.7. Теория процесса флотации печатной краски.

1.9.8. Условия достижения эффективных результатов флотации.

1.9.9. Сущность процесса флотации.

1.9.10. Рабочие условия флотации.

1.9.11. Интеграция флотационных установок в технологическом потоке переработки макулатуры.

Выводы.

2. Методическая часть.

2.1. Важнейшие параметры беленых вторичных волокон.

2.2. Описание специализированного лабораторного оборудования.

2.3. Постановка эксперимента.

Выводы.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Объекты исследования.

3.2. Исследование индивидуальных марок макулатуры.

3.3. Исследование композиций макулатуры.

3.4. Влияние флотоагента.

3.5. Особенности взаимодействия бумаги и печатной краски.

3.6. Микроскопические исследования образцов макулатурной массы.

3.7. Анализ макулатуры на пригодность к флотационной очистке.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние вида макулатурного сырья на эффективность флотационной очистки»

Вторичное волокнистое сырье (макулатура) является одним из основных источников целлюлозосодержащего сырья для производства бумаги и картона в мире. В зависимости от вида готовой продукции содержание вторичного волокна в композиции достигает 100%. Большая часть макулатурного сырья, представленного в основном небелеными волокнами, используется для производства упаковочных видов бумаги и картона. Беленые вторичные волокна находят широкое применение в производстве газетной бумаги, бумаги санитарно-бытового назначения, суперкаландрированной бумаги, бумаги-основы для мелования.

Большинство вторичных волокон, пригодных для замещения беленых первичных полуфабрикатов существует в виде печатной продукции. Печатная краска является основной причиной низкой исходной белизны и высокой сорности массы. Наиболее перспективным и производительным технологическим решением данной задачи является флотация волокнистой массы, при которой происходит избирательное (селективное) удаление гидрофобных частиц (печатной краски) из массы.

Основные мощности по переработке макулатуры в России представлены предприятиями, выпускающими бумагу для гофрирования или картон для плоских слоев гофрокартона, использующими в качестве сырья небеленые вторичные волокна. Переработка беленых вторичных волокон с удалением печатной краски практически отсутствует или сводится к использованию дорогостоящих незапечатанных марок макулатуры.

Реконструкция предприятий с использованием оборудования для очистки макулатурной массы от печатной краски представляет собой одно из перспективных направлений модернизации технологических потоков отечественных предприятий. Получаемая очищенная масса представляет собой конкурентоспособный полуфабрикат для бумажной промышленности.

Прямое использование накопленного мирового опыта по удалению печатной краски из макулатурной массы невозможно вследствие различий в технологии производства некоторых видов бумаги в России и за рубежом, различий в уровне развития установленной технической базы, разной системы классификации макулатуры.

Замещение беленых полуфабрикатов вторичными волокнами позволяет значительно снизить себестоимость готовой продукции вследствие уменьшения энергетических и экономических затрат, что является одной из наиболее актуальных задач для промышленности в настоящее время.

Целью работы является исследование эффективности флотационной очистки отечественной и зарубежной газетно-журнальной макулатуры.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:

1. Анализ факторов, влияющих на эффективность удаления печатной краски их макулатурной массы.

2. Разработка методики исследования флотационной способности макулатуры.

3. Определение марок макулатуры для исследования.

4. Исследование процесса флотационной очистки индивидуальных марок и композиций макулатуры.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика исследования процесса удаления печатной краски из макулатурной массы.

2. Результаты исследования флотационной способности газетной и журнальной макулатуры.

3. Рекомендации по эффективному промышленному использованию флотационной очистки макулатурной массы в зависимости от композиционного состава и характера отделки поверхности сырья.

1. Литературный обзор

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Шабалин, Михаил Евгеньевич

Общие выводы

1. Проведен системный анализ физико-химических факторов, влияющих на эффективность удаления печатной краски при флотационной очистке макулатурной массы.

2. На специализированной лабораторной флотационной установке проведены сравнительные исследования флотационной способности различных видов отечественной и западноевропейской газетно-журнальной макулатуры. Характер взаимодействия печатной краски с волокном и причины изменения оптических показателей установлены при помощи оптической микроскопии.

3. Экспериментально установлены специфические особенности флотационной очистки российской и западноевропейской газетно-журнальной макулатуры. Показано, что эффективность удаления печатной краски увеличивается в ряду: газетная, суперкаландрированная, легкая мелованная бумага.

- Российская газетная макулатура марки МС-8В практически не обладает флотационной способностью. В ходе роспуска значительная часть краски продолжает оставаться на волокнах, что делает невозможным повышение белизны. С увеличением содержания газетной макулатуры в композиции флотационная способность массы значительно снижается.

- Западноевропейская газетная макулатура обладает существенной флотационной способностью (прирост белизны 8-10%).

- Журнальная макулатура марки МС-7Б обладает высокой флотационной способностью (прирост белизны 15-20%).

4. Различия в эффективности удаления печатной краски объяснены отличиями в технологии производства и структурой получаемой бумаги в России и Западной Европе, и, как следствие, отличиями в характере взаимодействия печатной краски и бумаги.

5. Наибольшая эффективность флотационной очистки макулатурной массы наблюдается в случае использования в качестве сырья легкой мелованной и суперкаландрированной бумаги. При этом прирост белизны составляет 1520%, что обусловлено спецификой локализации печатной краски на поверхности многослойного органоминерального целлюлозного композиционного материала и ее практически полным удалением при флотации.

6. На основании результатов проведенных исследований для систем подготовки массы, имеющих в составе технологической линии флотационную установку, разработаны рекомендации по выбору композиции макулатурной массы:

- использовать в качестве основного составляющего композиции бытовую журнальную макулатуру марки МС-7Б (суперкаландрированная и легкая мелованная бумаги), зарубежную газетную макулатуру;

- при необходимости повышения белизны в состав композиции включать промышленные полиграфические отходы, входящие в марку МС-7Б;

- ограничить использование в композиции газетной макулатуры (МС-8В) российского происхождения с высоким содержанием древесной массы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шабалин, Михаил Евгеньевич, 2007 год

1. World paper markets up to 2020. Executive report 2005 Text. / Jaakko Poyry consulting. - Jaakko Poyry, 2005. - 241 p.

2. Удальцова, H. Ближайшая перспектива и возможности развития ЦБП в России и мире Текст. / Н. Удальцова // Целлюлоза. Бумага. Картон. -2006. №8. - С. 24-28.

3. Brunila, A. Future of pulp and paper competitiveness Text. / A. Brunila // Technology for lifecycle results. Metso Paper, 2006. - P. 12-16.

4. Мировое производство и потребление бумаги в 2004 г. Текст. // Содружество бумажных оптовиков. 2005. - №1. - http://www.sbo-paper.ru/103.

5. Forest products industry technology roadmap. Final draft Text. American forest and paper association, 2006. - 78 p.

6. Raymond, D., Forest products biorefinery: technology for a new future Text. / D. Raymond, G. Closset // Solutions! 2004. - №9. - P. 48-56.

7. Heiningen, A. Converting a kraft pulp mill into an integrated forest products biorefinery Text. / A. Heiningen. -http://www.forestbioproducts.umaine.edu/documents/ForestBiorefinery.pdf.

8. A Strategic Research Agenda Text. European Commission, 2006. - 28 p.

9. Mensink, M. Paper recycling and energy Text. / M. Mensink // Energy efficient technologies and CO2 reduction potentials in the pulp and paper industry. CEPI, 2006. - P. 14.

10. Ahtila, P. Energy efficiency improvement in mechanical pulping Text. / P. Ahtila // Energy efficient technologies and CO2 reduction potentials in the pulp and paper industry. CEPI, 2006. - P. 10.

11. Heimonen, J. Lower production cost trough furnish optimization Text. / J. Heimonen // Technology for lifecycle results. Metso Paper, 2006. - P. 44-59.

12. Francis, D. Energy cost reduction in the pulp and paper industry Text. / D. Francis, M. Towers, T. Browne. PAPRICAN, 2002. - 30 p.

13. Friman, E. Cost simulation of effluent free deinking and thermomechanical pulp mills Text. / E. Friman, T. Lappalainen, M. Makinen. // The 47th Conference on Simulation and Modelling SIMS 2006 : proceedings. Helsinki, 2006.-P. 92-98.

14. Lindahl, J. How to meet the energy challenge Text. / J. Lindahl // Technology for lifecycle results. Metso Paper, 2006. - P. 18-23.

15. Переработка макулатуры Текст. / A. M Кряжев // Технология целлюлозно-бумажного производства : В 3 т. СПб.: Политехника, 2004. - Т. 1 : Сырье и производство полуфабрикатов. Ч. 3 : Производство полуфабрикатов. - 316 с.

16. Шабалин, М. Е. Флотация макулатурной массы Текст. / М. Е. Шабалин, Э. JI. Аким // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2006. - № 8. - С. 58-62.

17. CEPI Sustainability report Text., CEPI, 2005. - 36 p.

18. The limits of paper recycling Text. / COST 48, Brussels. http://www.cost-e48 .net/images/broschur.pdf.

19. Grossman, H Paper recovery and recycling issues Text. / H. Grossmann // Speed-up innovations. Forest based sector technology platform in action : proceedings. 2006. - 17 p.

20. Reiche, T. International recovered paper market development Text. / T. Reiche : editors G. Galland, E. Hanecker // 12th PTS-CTP Deinking symposium. PTS-CTP, 2006. - Ch. 1. - P. 8-21.

21. Special recycling 2004 statistics Text. CEPI, 2005. - 8 p.

22. Recovered paper data 2003 Text. FAO UN, 2004. - 42 p.

23. Geneva Timber and Forest Study Text. // FOREST PRODUCTS ANNUAL MARKET REVIEW, 2005-2006. UNITED NATIONS, New York and Geneva, 2006. - Part 21. - P. 75-85.

24. Аким, Э. JI. Практика использования флотационной очистки стоков на целлюлозно-бумажных предприятиях Текст. / Э. JI. Аким, А. М.

25. Смирнов, Т. А. Стебунова // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2005. - №1. -С. 48-54.

26. I.European declaration on paper recovery Text., CEPI, 2000. - 8 p.

27. EN643 European list of standard grades of recovered paper and board Text. -CEPI, 2002. 12 p.

28. Еигореап declaration on paper recycling 2006-2010 Text. CEPI, 2006. -8 p.

29. Council directive 199/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of waste Text. // Official journal of the European communities. European commission, 1999. -19 p.

30. Дулькин, Д. А. Ресурсы и качество макулатуры для производства бумаги и картона Текст. / Д. А. Дулькин [и др.] // Целлюлоза. Бумага. Картон. -2006.-№5.-С. 28-37.

31. Акежев, М. А. Проблемы и возможности переработки макулатуры в России Текст. / М. А. Акежев, А. М. Кряжев, Ф. В. Шпаков // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1997. - №7. - С. 16-19.

32. Пузырев, С. С. Облагороженная макулатурная масса: технология, свойства, применение Текст. / С. С. Пузырев [и др.] // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2006. №7. - С. 64-67.

33. Яблочкин, H. И., Макулатура в технологии картона Текст. / Н. И. Яблочкин, В. И. Комаров, И. Н. Ковернинский. Архангельск : Изд-во Арх. гос. техн. ун-та, 2004. - 252 с.

34. Carre, В. Overview of deinking technology Text. / В. Carre // The 4th advanced training course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. - Ch. 3. -16 p.

35. Пузырев, С. С. Ресурсосберегающая технология переработки макулатуры. Часть 1 Текст. / С. С. Пузырев // Леспром. Информ. 2006. - №3. - С. 104-109.

36. Пузырев, С. С. Ресурсосберегающая технология переработки макулатуры. Часть 2 Текст. / С. С. Пузырев // Леспром. Информ. 2006. - № 5. - С. 9097.

37. Akim, Е. L. Interaction of cellulose and other polysaccharides with water systems Text. / E. L. Akim // Chemistry of polysaccharides ; book editor G. E. Zaikov.-VSP, 2005-370 p.

38. Азаров, В. И., Химия древесины и синтетических полимеров : учеб. для вузов Текст. / В. И. Азаров, А. В. Буров, А. В. Оболенская. СПб. : СПбГЛТА, 1999. - 628 с.

39. Аким, Э. JI. Синтетические полимеры в бумажной промышленности Текст. / Э. Л. Аким. М.: Лесная пром-сть, 1986. - 248 с.

40. Тагер, А. А. Физико-химия полимеров Текст. / А. А. Тагер. М.: Химия, 1968.-536 с.

41. Аким, Э. Л. Обработка бумаги Текст. / Э. Л. Аким. М.: Лесн. пром-сть, 1979.-232 с.

42. Фляте, Д. М. Технология бумаги Текст. / Д. М. Фляте. М. : Лесная промышленность, 1988. - 439 с.

43. Иванов, С. Н. Технология бумаги : учеб. пособие для вузов. Изд. 3-е, перераб. Текст. / С. Н. Иванов. - М.: Школа бумаги, 2006. - 646 с.

44. Дулькин, Д. Научные основы переработки макулатуры Текст. // Технология переработки макулатуры : научн. труды 6-й международной научной технической конференции. - Караваево-Правда, 2005. - С. 8799.

45. Cochaux, A. Effect of recycling on fibre properties Text. / A. Cochaux // The 4th advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. - Ch. 29.-48 p.

46. Brun, J. Dissolved air flotation of process waters in deinking Text. / J. Brun // The 4 advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. -Ch. 19.-26 p.

47. Heindel, Т. The fundamentals of flotation deinking. Institute of paper science and technology Text. / T. Heindel // TAPPI Pulping conference. San Francisco, California, 1997. - 17 p.

48. Pitch control, wood resin and deresination Text. / book editor Ernst L. Back, Lawrence H. Allen. TAPPI PRESS, 2000. - 392 p.

49. Пузырев, С. С. Липкие загрязнения в макулатурной массе Текст. / С. С. Пузырев [и др.] // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2006. - №8. - С. 64-69.

50. Kemper, М. State-of-the-art and new technologies in flotation deinking Text. / M. Kemper // International journal of mineral processing. 1999. - №56. - P. 317-333.

51. Lassus, A. Deinking chemistry Text. / A. Lassus ; book editors L. Gottsching, H. Pakarinen // Recycled fiber and deinking : Papermaking science and technology : series of 19 books / series editor J. Gullichsen, H. Paulapuro. -Ch. 7.-P. 240-265.

52. Хорьков, В. Г. Облагораживание макулатурной массы в процессе роспуска вторичного сырья Текст. / В. Г. Хорьков, А. А. Комиссаренков // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2006. - №9. - С. 44-48.

53. Fabry, В. Pulping and ink detachment Text. / В. Fabry // The 4th advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. - Ch. 7. - 30 p.

54. Fabry, B. A new approach to characterize pulping process for deinking Text. / B. Fabry, B. Carre // Deinking symposium 2004. CTP-PTS, 2004. - Ch. 17. -24 p.

55. Евстратова, К. И., Физическая и коллоидная химия : учеб. для фарм. вузов и факультетов Текст. / К. И. Евстратова, Н. А. Купина, Е. Е. Малахова ; под ред. К. И. Евстратовой. М. : Высшая школа, 1990. - 487 с.

56. Zhao, Y. Roles of surfactants in flotation deinking Text. / Y. Zhao, Y. Deng, J. Zhu // Progress in paper recycling. 2004. - №14. - P. 41-45.

57. Шахкельдян, Б. H. Полиграфические материалы Текст. / Б. Н. Шахкельдян, Л. А. Загаринская ; ред. Т. Б. Зарченинова. М. : Книга, 1988.-328 с.

58. Раскин, А. Н. Технология печатных процессов Текст. / А. Н. Раскин [и др.]; под ред. А. Н. Раскина. М.: Книга, 1989. - 431 с.

59. Киппхан, Г. Энциклопедия по печатным средствам информации Текст. / Г. Киппхан. М.: Мое. гос. ун-т печати, 2003. - 1280 с.

60. В1ауо, A. Printing ink formulation Text. / A. Blayo // The 4th advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. - Ch. 6. - 33 p.

61. Williams, L. R. Paper & Ink Relationships Text. / L. R. Williams. -Mennonite Press, Newton, USA, 1988. 150 p.

62. Hermanies, E. Polygraphische Technik Text. / E. Hermanies. VEB Fachbuchverlag, Leipzig, Germany, 1978. - 628 p.

63. Вилсон, А. Что полиграфист должен знать о бумаге Текст. / А. Вилсон. -М.: Принт-Медиа, 2005. 376с.

64. Валенски, В. Бумага + печать Текст. / В. Валенски. М. : Дубль В, 1996. -325 с.

65. Стефанов, С. И. Путеводитель в мире полиграфии Текст. / С. И. Стефанов. М.: Унисерв, 1998. - 164 с.

66. Gregersen, О. An overview of some paper products and their structure as seen by SEM Text. / O. Gregersen. http://enchiridion.miun.se/aep/doc/Paperstructure.pdf.

67. Козаровицкий, JI. А. Бумага и краска в процессе печатания Текст. / Л. А. Козаровицкий ; под ред. акад. П. А. Ребиндера. М.: Книга, 1965 - 367 с.

68. Lachenal, D. Bleaching of recycled fibers. Basic principles Text. / D. Lachenal // The 4th advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999.-Ch. 21.-17 p.

69. Magnin, L. Bleaching of deinked pulp Text. / L. Magnin // The 4th advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. - Ch. 22. - 65 p.

70. Cilek, E. Estimation of flotation kinetics parameters by considering interactions of the operating variables Text. / E. Cilek // Minerals engineering. -2004.-№1.-P. 81-85.

71. Соковнин, О. M. Методология оценки и количественного расчета эффективности безынерционной флотации Текст. / О. М. Соковнин, Н.

72. B. Загоскина // Химическая промышленность. 2003. - Т. 80. - №10. - С. 46-54.

73. Amand, F. Ink removal by flotation&washing: hydrodynamic and technological aspects Text. / F. Amand // The 4th advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. - Ch. 10.-80 p.

74. Sarrot, V. Determination of the collision frequency between bubbles and particles in flotation Text. / V. Sarrot // Chemical engineering science. 2005. -№60.-P. 6107-6117.

75. Amand, F. Hydrodynamics of deinking flotation Text. / F. Amand // International journal of mineral processing. 1999. - №56. - P. 277-316.

76. Abrahamson, J. Collision rates of small particles in a vigorously turbulent fluid Text. / J. Abrahamson // Chemical Engineering Science. 1975. - No 30. - P. 1371-1379.

77. Pan, R. A global model for predicting flotation efficiencies: model results and experimental studies Text. / R. Pan [et al.] // Pulping Conference : proceedings. TAPPI, 1993. - P. 1155-1164.

78. Pan, R. A global model for predicting flotation efficiencies. Part II: Particle size and flotation rate predictions, and experimental studies and comparisons Text. / R. Pan [et al.] // Recycling Symposium : proceedings. TAPPI, 1994. -P. 291-301.

79. Пузырев, С. С. Переработка вторичного волокнистого сырья Текст. / С.

80. C. Пузырев и др.. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2007. - 467 с.

81. Фляте, Д. М. Свойства бумаги Текст. / Д. М. Фляте. М. : Лесн. пром-сть, 1986.-680 с.

82. Cochaux, A. Characterization of deinked pulp properties Text. / A. Cochaux // The 4th advanced trained course on deinking technology. CTP-PTS, 1999. -Ch. 4.-36 p.

83. Karlsson, H. Fibre guide Text. / H. Karlsson. AB Lorentzen&Wettre, 2006. -120 p.

84. Determination of dirt specks in visible range Text. / Voith Paper. Voith Paper Fiber Systems, Ravensburg, 2003. - 8 p.

85. Pauler, N. Paper optics Text. / N. Pauler. AB Lorentzen&Wettre, 2002. - 93 P

86. Джадц, Д. Цвет в науке и технике Текст. / Д. Джадд, Г. Вышецки. М.: Мир, 1978.-592 с.

87. Шабалин, М. Е. Исследование процесса флотации макулатурной массы Текст. / М. Е. Шабалин, Э. JI. Аким // Целлюлоза. Бумага. Картон. -2006.-№9.-С. 56-64.

88. ГОСТ 10700-97 Макулатура бумажная и картонная. Технические условия Текст. Минск : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации ; М.: Изд-во стандартов. - 2002. - 12 с.

89. Фролов, М. В. Структурная механика бумаги Текст. / М. В. Фролов. М. : Лесн. пром-сть, 1982. - 272 с.

90. Нильсен, А. Механические свойства полимеров и полимерных композиций Текст. / А. Нильсен ; пер. с англ. П. Г. Бабаевского. М. : Химия, 1978.-310 с.

91. Промышленные полимерные композиционные материалы Текст. / под ред. М. Ричардсона ; пер. с англ. П. Г. Бабаевского. М. : Химия, 1980. -472 с.

92. Справочник по композиционным материалам Текст. В 2 кн. Кн. 2 / под ред. Дж. Любина ; пер. с англ. Б. Э. Геллера. М. : Машиностроение. -1988.-580 с.

93. Полимерные смеси Текст. В 2 т. Т. 1 / под ред. Д. Пола, С. Ньюмена. -М.: Мир, 1981.-428 с.