Перечень вопросов для государственного экзамена 2020-2021 уч. год 1. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства технической целлюлозы сульфитным периодическим способом. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов варки на скорость процесса, выход и качество целлюлозы. Рисунок 1. Схема сульфитного производства 1 – рубительная машина; 2 – циклон; 3 – вибросортировки;4- бункер; 5 - варочный котел; 6 – циклонная серная печь; 7 – полый скруббер; 8 – селеновая камера; 9 – холодильник для охлаждения газов; 10 – насадочный абсорбер; 11 – регенерационная цистерна; 12 – сцежа (выдувной резервуар); 13 - промывной фильтр; 14 - сортировка; 15 - центриклинер; 16 - сгуститель; 17 - бассейн целлюлозы Варка сульфитной целлюлозы осуществляется периодическим способом в вертикальных котлах. Котел загружают щепой из бункера, заливают варочной кислотой и герметически закрывают. Затем содержимое котла нагревают паром до температуры 105…110 0С (заварка) и выдерживают при этой температуре для завершения пропитки щепы кислотой. Далее нагрев продолжают до конечной температуры – до 128…155 С. Время варки зависит от необходимого качества целлюлозы и колеблется от 5 до 12 часов. В процессе варки из котла периодически производят «сдувки», то есть удаляют из верхней части котла водяной пар и сернистый газ в систему регенерации, где они смешиваются с сырой кислотой, образуя варочную. Ход варки контролируется варщиком по показаниям приборов и по анализу варочной жидкости. Отработанная варочная жидкость носит название сульфитного щелока. По окончании варки котел опоражнивают в сцежу способом вымывки или выдувки. При выдувке давление в котле снижают до 0,15…0,25 МПа и целлюлозная масса остаточным давлением выдувается из котла в закрытую сцежу или выдувной резервуар. Продолжительность выдувки 10…20 минут. Варочную кислоту получают путем продувания «сырой кислоты» продуктами сдувок из варочного котла в процессе варки древесины. От «сырой» кислоты варочная кислота отличается высоким содержанием SО2, меньшим содержанием основания и наличием некоторого количества органических кислот, образовавшихся в результате распада древесины. Сцежи должны иметь объем, достаточный для вмещения всего со-держимого котла. В нижней части сцежи устраивают фильтрующее дно, которое задерживает целлюлозные волокна, но пропускает воду щелок. Для котлов опоражниваемых выдувкой, сцежи должны быть закрытыми, так как при выдувке выделяется большое количество пара и сернистого газа из щелока. Объем сцеж для выдувки в 2…2,5 раза больше объема котла. Сцежа должна иметь большую поверхность фильтрующего дна, так как от этого зависит скорость фильтрации воды и щелока сквозь образующийся слой массы. При опорожнении котла выдувкой отбор щелока на использование, как и весь процесс последующей ступенчатой промывки целлюлозы, проводится в сцеже. Чтобы не разбавлять отбираемый на использование щелок водяную подушку в сцеже заменяют на подушку щелоком из бака крепких щелоков, и на зонт в момент выдувки также подают крепкий щелок. Общая картина явлений при сульфитной варке Производственный цикл варочного котла состоит из следующих операций: 1. Заполнение котла щепой; 2. Заполнение котла варочной кислотой; 3. Пропитка; 4. Заварка и собственно варка; 5. Выпуск из котла газа (режим сдувок) и отбор щелока; 6. Окончание варки и опорожнение котла; 7. Осмотр и текущий ремонт котла. Факторы сульфитной варки 1. Влияние температуры. Повышение температуры приводит к сокращению времени варки и снижению выхода целлюлозы. Снижение выхода объясняется ухудшением избирательности варочного процесса, так как ускоряется гидролиз углеводов, что приводит к снижению физикомеханических показателей. 2. Концентрация в кислоте свободного SO2. Повышение содержания свободного SO2 в кислоте повышает содержание свободных ионов водорода, ускоряет реакцию сульфонирования и гидролиза, значительно ускоряет варку. 3. Вид основания. Роль основания. Присутствие основания в варочном растворе обеспечивает: - полноту реакции сульфонирования лигнина; - устраняет опасность конденсации лигнина; - дает возможность применять повышенную температуру для ускорения варки; - снижает концентрацию ионов водорода за счет своих буферных свойств; - позволяет поддерживать активную кислотность науровне исключающем разрушение целлюлозы. Появление кислоты вызывает выпадение гипса, что выводит из раствора катионы кальция и снижает буферность варочного раствора, повышает зольность, затрудняет пропитку щепы, приводит к забиванию трубопроводов и насосов. 4. Порода древесины. Хвойные породы. Для сульфитной варки стараются использовать малосмолистые породы ель и пихту. 5. Гидромодуль или жидкостный модуль. Под гидромодулем понимается объем варочной жидкости, приходящийся на 1 т абсолютно сухой щепы. Изменение гидромодуля может сказываться на скорости процесса и результатах варки. При низком гидромодуле ухудшается качество пропитки как жидкостной, так и диффузионной, быстрее расходуется бисульфит что приводит к падению рН во второй половине варки, также снижается выход целлюлозы из древесины и ухудшаются прочностные показатели целлюлозы. 6. Влияние конечной температуры на результаты варки. Повышение температуры в связи с ускорением гидролиза ведет к снижению механической прочности целлюлозы, однако сокращение продолжительности варки на конечной температуре оказывает положительное влияние и понижение прочностных свойств оказывается незначительным. При повышении температуры варки удельный расход серы повышается вследствие усиления разложения варочной кислоты и снижения выхода целлюлозы. 2. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства технической целлюлозы сульфатным периодическим способом. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов варки на скорость процесса, выход и качество целлюлозы. В практике варки сульфатной целлюлозы есть два принципиально отличных направления ведения процесса – быстрая и медленная варки. Отличительными чертами быстрой варки являются: непродолжительная заварка, часто с применением предварительной пропарки щепы и прямого нагрева; повышенный расход щелочи; повышенная конечная температура варки; выдувка массы с полного давления. Медленная варка предназначена для получения высококачественной равномерно проваренной целлюлозы с увеличенным выходом при минимальных затратах щелочи и пара. Для медленной варки характерна невысокая температура 165…168 °С. Рисунок 1. Схема производства сульфатной целлюлозы: 1 – варочный котел; 2 – выдувной резервуар; 3 – сучколовитель; 4 – вакуум-фильтр; 5 – сортировка; 6 – центриклинер; 7 – сгуститель; 8 – бассейн; 9 – бак для щелока; 10 – выпарной аппарат; 11 – печь для сжигания щелока; 12 – растворитель; 13 – каустизатор; 14 – бак для белого щелока. В производстве сульфатной целлюлозы применяют вертикальные стационарные котлы емкостью от 70 до 200 м3, а для варки с предгидролизом – котлы емкостью до 300 м3. Варочные котлы могут иметь днища конической и сферической формы. Котлы со сферическим днищем считаются предпочтительнее, так как при такой конструкции улучшается вытеснение щелока и, кроме того, обеспечивается выгрузка массы из котла при более высокой концентрации. Внутренние стенки современного котла облицованы нержавеющей сталью, а наружные для уменьшения потери тепла в окружающую среду покрыты изоляцией. Целлюлоза варится с непрямым подогревом щелока, поэтому котлы оборудованы циркуляционно-подогревательными устройствами. Этапы варки: Осмотр котла Загрузка котла щепой. Для хранения и замера варочных щелоков (белого и черного) устанавливают баки мерники. Температура при заливке равна 50…60 - для белого щелока, 60…80°С - для черного щелока. Удаление воздуха из котла (Способ предварительной пропитки щепы, Пропарка щепы, Метод вакуумизации.) Нагрев котла. После заливки щелоков котел закрывают и приступают к нагреву содержимого котла (в зависимости от вида целлюлозы 1…5 часов). Сдувки. Сдувки из котла в процессе варки в зависимости от назначения подразделяют на терпентинные и конечные. Сдувки проводят в период заварки при температуре 120…125° С. При этом из котла удаляются посторонние газы и образующиеся летучие продукты: скипидар, метиловый спирт и метилсернистые соединения. Варку щепы производят при температуре 165…175 °С и давлении 7…10 атм. В процессе сульфатной варки активная щелочь (белым щелоком), в состав которой входят NaOH и Na2S вступает в реакцию с растительным сырьем. Опорожнивание котла. Проводят только по методу выдувки в сцежу, где масса хранится перед промывкой. Перед промывкой отделяются сучки на вибрационном или центробежном сучколовителе. В процессе промывки целлюлозы происходит отделение отработанного щелока от сваренной целлюлозной массы. Сортировка. Промытая целлюлоза сортируется от непровара и различных примесей на центробежных сортировках. Далее следует отбелка, облагораживание, если это необходимо. Если получают товарную целлюлозу, то после сортирования и отбелки она отливается на сеточной части сушильной машины в непрерывное полотно, высушивается на цилиндрах, обогреваемых паром или горячим воздухом, разрезается на листы, упаковывается и отправляется заказчику. Основной задачей процесса регенерации химикатов из отработанного черного щелока является максимальное восстановление использованных для варки минеральных веществ при одновременном получении тепловой энергии от сжигания органической части щелока. К факторам варки относятся переменные процессы, изменение которой оказывает влияние на скорость делигнификации и качество получаемого полуфабриката. Наиболее существенными факторами являются: Расход активной щелочи. Чем мягче мы варим целлюлозу, тем больше составляет расход активной щелочи. Повышение расхода активной щелочи уменьшает продолжительность варки, повышает содержание αцеллюлозы за счет разрушения гемицеллюлоз. Влияние концентрации активной щелочи. Скорость варки можно изменить в зависимости от концентрации активной щелочи в пределах концентрации от 30 до 90 Na2O/л щелока, повышение ее в 2 раза ускоряет процесс варки вдвое. Однако повышение концентрации щелочи усиливает деструкцию углеводов, понижает выход целлюлозы, ее механическая прочность. Влияние температуры варки. Температура варки является основным фактором, влияющим на продолжительность варки. При повышении температуры на 10 °С в интервале от 140 до 180 °С увеличивается скорость варки в 2…3 раза. Повышение температуры до 200 °С ведет к понижению выхода целлюлозы на 1…3 %, увеличивая при этом количество непровара. Влияние породы древесины. Могут применяться любые породы древесины, но результаты варок будут не одинаковы из-за отличия в химическом составе и морфологическом строении древесины. Практикуют совместные варки различных пород, но выход целлюлозы при этом ниже, а степень провара ухудшается. Влияние качества щепы. При варке щепы неравномерной по размерам, особенно по толщине, повышается количество непровара. Толщина щепы должна быть равна 3…5 мм, 90 % щепы должно иметь нормальную длину (15…25 мм) Влияние сульфидности щелока. Оптимальная сульфидность зависит от расхода щелока. Повышение сульфидности имеет ряд нежелательных моментов: усиливается коррозия оборудования, повышается образование дурнопахнущих летучих соединений, целлюлоза после варки имеет более темный цвет и труднее поддается отбелке. Влияние добавки черного щелока. Добавка черного щелока до 50 % от общего количества жидкости в котле ускоряет варку, улучшает провар целлюлозы, снижает белизну после варки. Влияние присутствия других натриевых соединений в щелоке. Карбонат натрия (Nа2СО3) считается полезным, смягчающим деструктирующее действие гидрооксида натрия на углеводы. Влияние применения принудительной циркуляции. Имеет особое значение в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса. Применение данной системы выравнивает температуру и концентрацию щелочи во всем объеме котла и способствует получении равномерно проваренной целлюлозы с повышенным выходом. 3. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства технической целлюлозы сульфатным непрерывным медленным способом. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов варки на скорость процесса, выход и качество целлюлозы. НЕПРЕРЫВНАЯ ВАРКА СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ По сравнению с варкой в котлах периодического действия варка в непрерывных установках имеет следующие преимущества: возможность постоянного контроля процесса варки и его регулирования; компактность системы регенерации тепла вследствие проведения непрерывных сдувок и выдувки массы; равномерный расход щепы, щелока, пара; получение более равномерного качества цел-люлозы при постоянном контроле процесса варки; большая производительность оборудования в результате исключения операций загрузки щепы в котел и выгрузки массы; меньшая потребность в производственных площадях; меньший расход пара на варку вследствие более низкого гидромодуля в котле; меньшая численность обслуживающего персонала. Медленная варка. Наибольшее распространение получили установки для медленной варки типа Камюр. Основным узлом установки Камюр является вертикальный цилиндрический варочный котел. Щепа и варочный щелок поступают в верхнюю часть котла, в котором создается гидравлическое давление 1…1,2 МПа, препятствующее вскипанию жидкости, и в разных точках котла по высоте поддерживается различная требуемая технологическим режимом температура (°С). Другой особенностью этого способа варки является то, что продолжительность процесса соответствует продолжительности варки в котлах периодического действия. В более поздних конструкциях предусмотрена выдувка массы при температуре, ниже температуры вскипания. Эффективным усовершенствованием конструкции установки явилось осуществление в варочном аппарате противоточной горячей диффузионной промывки, что позволило сократить на одну ступень промывку целлюлозы на вакуум-фильтрах. В состав установки входят дозирующее устройство, питатель низкого давления, пропарочная камера, питатель высокого давления, вертикальный варочный котел, устройство для выгрузки массы, контрольная аппаратура и регулирующие приборы. Основным элементом установки является варочный котел цилиндрической формы производительностью 450...500 т в сутки; диаметр котла 4,7 м, общая высота 45 м. В варочном котле установлены ситовые пояса. По высоте котла различают три температурные зоны: - заварки - варки - диффузионной промывки Питатель высокого давления осуществляет питание котла щепой и одновременно является запорным клапаном, разделяющим область высокого давления в котле (1,0...1,2 МПа) от области низкого давления в пропарочной камере (0,07...0,15 МПа). Этапы варки: В начале варки температура поддерживается 110...115 °С (поступает пропаренная щепа и горячий щелок). По мере продвижения щепы к ситовому поясу температура повышается до 150 °С за счет нагрева в подогревателе непрерывно циркулирующего через него щелока. Щелок забирается насосом из сит и, пройдя подогреватель, возвращается в эту же зону. До конечной темпертуры варки 170...172 °С постоянно циркулирующий щелок нагревается в другом подогревателе. Щелок забирается насосом. Для промывки целлюлозной массы в нижнюю часть котла подается слабый черный щелок с температурой не выше 80 °С, который движется снизу вверх навстречу спускающейся массе. Слабый щелок, вытесняя крепкий черный щелок, постепенно укрепляется и нагревается. Целлюлозная масса внизу варочного котла охлаждается слабым щелоком до температуры 80...85 °С, варка прекращается, и при концентрации 14...16 % через разгрузочное устройство целлюлоза поступает в выдувное устройство и далее в выдувной резервуар. К факторам варки относятся переменные процессы, изменение которой оказывает влияние на скорость делигнификации и качество получаемого полуфабриката. Наиболее существенными факторами являются: Расход активной щелочи. Чем мягче мы варим целлюлозу, тем больше составляет расход активной щелочи. Повышение расхода активной щелочи уменьшает продолжительность варки, повышает содержание αцеллюлозы за счет разрушения гемицеллюлоз. Влияние концентрации активной щелочи. Скорость варки можно изменить в зависимости от концентрации активной щелочи в пределах концентрации от 30 до 90 Na2O/л щелока, повышение ее в 2 раза ускоряет процесс варки вдвое. Однако повышение концентрации щелочи усиливает деструкцию углеводов, понижает выход целлюлозы, ее механическая прочность. Влияние температуры варки. Температура варки является основным фактором, влияющим на продолжительность варки. При повышении температуры на 10 °С в интервале от 140 до 180 °С увеличивается скорость варки в 2…3 раза. Повышение температуры до 200 °С ведет к понижению выхода целлюлозы на 1…3 %, увеличивая при этом количество непровара. Влияние породы древесины. Могут применяться любые породы древесины, но результаты варок будут не одинаковы из-за отличия в химическом составе и морфологическом строении древесины. Практикуют совместные варки различных пород, но выход целлюлозы при этом ниже, а степень провара ухудшается. Влияние качества щепы. При варке щепы неравномерной по размерам, особенно по толщине, повышается количество непровара. Толщина щепы должна быть равна 3…5 мм, 90 % щепы должно иметь нормальную длину (15…25 мм) Влияние сульфидности щелока. Оптимальная сульфидность зависит от расхода щелока. Повышение сульфидности имеет ряд нежелательных моментов: усиливается коррозия оборудования, повышается образование дурнопахнущих летучих соединений, целлюлоза после варки имеет более темный цвет и труднее поддается отбелке. Влияние добавки черного щелока. Добавка черного щелока до 50 % от общего количества жидкости в котле ускоряет варку, улучшает провар целлюлозы, снижает белизну после варки. Влияние присутствия других натриевых соединений в щелоке. Карбонат натрия (Nа2СО3) считается полезным, смягчающим деструктирующее действие гидрооксида натрия на углеводы. Влияние применения принудительной циркуляции. Имеет особое значение в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса. Применение данной системы выравнивает температуру и концентрацию щелочи во всем объеме котла и способствует получении равномерно проваренной целлюлозы с повышенным выходом. 4. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства технической целлюлозы сульфатным непрерывным быстрым способом. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов варки на скорость процесса, выход и качество целлюлозы. НЕПРЕРЫВНАЯ ВАРКА СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ По сравнению с варкой в котлах периодического действия варка в непрерывных установках имеет следующие преимущества: возможность постоянного контроля процесса варки и его регулирования; компактность системы регенерации тепла вследствие проведения непрерывных сдувок и выдувки массы; равно-мерный расход щепы, щелока, пара; получение более равномерного качества целлюлозы при постоянном контроле процесса варки; большая производительность оборудования в результате исключения операций загрузки щепы в котел и вы-грузки массы (так называемое «мертвое время»); меньшая потребность в производственных площадях; меньший расход пара на варку вследствие более низкого гидромодуля в котле; меньшая численность обслуживающего персонала. Быстрая варка. При быстрой варке щепа поступает непосредственно в зону варки. Варка проходит при температуре 175…190 °С. Продолжительность нахождения массы менее 60 минут. Перемещение массы осуществляется при помощи шнековых транзисторов. Известны несколько типов установок для быстрой варки, однако большее распространение получили установки типа Пандия. Они представляют собой многотрубные установки, в которых можно варить древесину любой породы в виде щепы, опилок, а также однолетние растения (тростник, солома). Варку можно производить сульфатным, бисульфитным, нейтрально-сульфитным способом. Принципиальная схема установки «Пандия» представлена на рисунке 11. Установка состоит из варочных труб, оборудованных винтовыми транспортерами. Трубы расположены горизонтально одна над другой в вертикальной плоскости. Число варочных труб зависит от вида вырабатываемого полуфабриката и производительности установки и составляет 2...8 шт. Диаметр труб 0,6...1,2 м, длина 6...12 м. В установках «Пандия» щепа из бункера 1, пройдя дозатор 8, питателем высокого давления винтового типа 2 подается в пропиточную трубу 3. Винтовой пи-татель по направлению к загрузочному патрубку пропиточной трубы сужается, за счет чего щепа уплотняется и исключает прорыв пара из трубы в питатель, сюда же подается белый щелок на пропитку из бака белого щелока 5. Спрессованная щепа (пробка) попадает в пропиточную трубу, где, перемещаясь к противоположному концу трубы, под действием винта, пара и щелока рассыпается, хорошо смешивается с циркулирующим щелоком, подающимся из бака 4 и пропитывается. Проходя затем последовательно варочные трубы, щепа проваривается и через разгрузочное устройство 6 передувается в выдувной резервуар. Температура варки во всех варочных трубах поддерживается 160...180 °С, продолжительность варки 15...60 мин. щепа подвергнется паровому нагреву. К факторам варки относятся переменные процессы, изменение которой оказывает влияние на скорость делигнификации и качество получаемого полуфабриката. Наиболее существенными факторами являются: Расход активной щелочи. Чем мягче мы варим целлюлозу, тем больше составляет расход активной щелочи. Повышение расхода активной щелочи уменьшает продолжительность варки, повышает содержание αцеллюлозы за счет разрушения гемицеллюлоз. Влияние концентрации активной щелочи. Скорость варки можно изменить в зависимости от концентрации активной щелочи в пределах концентрации от 30 до 90 Na2O/л щелока, повышение ее в 2 раза ускоряет процесс варки вдвое. Однако повышение концентрации щелочи усиливает деструкцию углеводов, понижает выход целлюлозы, ее механическая прочность. Влияние температуры варки. Температура варки является основным фактором, влияющим на продолжительность варки. При повышении температуры на 10 °С в интервале от 140 до 180 °С увеличивается скорость варки в 2…3 раза. Повышение температуры до 200 °С ведет к понижению выхода целлюлозы на 1…3 %, увеличивая при этом количество непровара. Влияние породы древесины. Могут применяться любые породы древесины, но результаты варок будут не одинаковы из-за отличия в химическом составе и морфологическом строении древесины. Практикуют совместные варки различных пород, но выход целлюлозы при этом ниже, а степень провара ухудшается. Влияние качества щепы. При варке щепы неравномерной по размерам, особенно по толщине, повышается количество непровара. Толщина щепы должна быть равна 3…5 мм, 90 % щепы должно иметь нормальную длину (15…25 мм) Влияние сульфидности щелока. Оптимальная сульфидность зависит от расхода щелока. Повышение сульфидности имеет ряд нежелательных моментов: усиливается коррозия оборудования, повышается образование дурнопахнущих летучих соединений, целлюлоза после варки имеет более темный цвет и труднее поддается отбелке. Влияние добавки черного щелока. Добавка черного щелока до 50 % от общего количества жидкости в котле ускоряет варку, улучшает провар целлюлозы, снижает белизну после варки. Влияние присутствия других натриевых соединений в щелоке. Карбонат натрия (Nа2СО3) считается полезным, смягчающим деструктирующее действие гидрооксида натрия на углеводы. Влияние применения принудительной циркуляции. Имеет особое значение в связи с относительно небольшой продолжительностью процесса. Применение данной системы выравнивает температуру и концентрацию щелочи во всем объеме котла и способствует получении равномерно проваренной целлюлозы с повышенным выходом. 5. Структура древесно-подготовительного отдела целлюлозно-бумажного предприятия. Основные операции при подготовке древесины к переработке. На ЦБП поступают балансы длиной 1.25…1.5 метров. Возможна рубка в щепу на лесной бирже, тогда древесина поступает в виде щепы на древесно-подготовительное производство. В древесноподготовительном цехе производится мокрая окорка, рубка короткомерной древесины на щепу, сортировка щепы по фракционному составу, обезвоживание, измельчение и отжим коры. Балансы направляются на окорку в корообдирочные барабаны. Древесные балансы подаются с торца барабана и за счет его вращения, ударяясь о стенки и друг о друга, продвигаются к противоположному выгрузочному концу. При таком характере передвижения балансов происходит интенсивное разрушение, и сдирание с них коры. В производстве механической массы из балансов окоренные балансы сразу направляются на дефибреры. Для получения технической целлюлозы или механической массы из щепы балансы направляют в рубительную машину для получения технологической щепы. Транспортерная связь склада щепы и коры с варочным цехом, а также загрузка бункеров осуществляется системой ленточных транспортеров. Рубка балансов в щепу. Задачей рубки является измельчение окоренных балансов в щепу, однородную по размерам и с гладким отрубом. Повсеместно на целлюлозных заводах балансы измельчают дисковыми многоножевыми рубительными машинами (рис. 2.4). Рабочим органом рубительной машины является стальной диск с радиально расположенными ножами. Балансы по наклонно расположенному (угол наклона от 45 до 50° к горизонту) питательному патрону один за другим подаются к диску и попадают под удары ножей. Схема дисковой многоножевой рубительной машины (а) и принцип измельчения балансов (б): 1 – стальной диск; 2 – ножи; 3 – всасывающий воздухопровод;4 – прорезь в диске; 5 – патрубок; 6 – питающий патрон; 7 – кожух; 8 – лопатка;9 – привод; 10 – диск-маховик; 11 – баланс; 12 – упорный нож Щепа с рубительной машины выбрасывается в циклон, где, поступая по касательной к цилиндрической стенке, теряет скорость и падает в нижнюю часть циклона. Из циклона щепа попадает на ленточный транспортер и направляется на сортировку. Несортированная щепа подается в приемный накопитель и распределяется по поверхности верхнего сита. Благодаря наклону сортировки и ее колебательным движениям щепа, продвигаясь вдоль поверхности сит, просеивается, разделяясь на фракции, которые остаются в верхнем, среднем, нижнем ситах и поддоном коробе. Сортирование, транспортирование и хранение щепы. В процессе рубки наряду с нормальной щепой образуются мелочь и крупные куски, которые отделяются от нее сортированием. Щепа сортируется на плоских сортировках. Устройство состоит из металлического короба, установленного под углом 20° к горизонту, в котором одно над другим укреплены три сита: верхнее с отверстиями 30 х 30 мм, среднее – 10 x 10 мм и нижнее – 5 x 5 мм (рис. 2.5). Схема устройства плоской сортировки:1 – приемный карман; 2 – металлический короб; 3 – сита; 4 – циклон Нормальная и мелкая щепа объединяются в общий поток и ленточным транспортером подаются в варочный цех. Крупная щепа своим транспортером подается на дезинтегратор, после чего возвращается на сортирование. Опилки и пыль с поддона короба направляются на утилизацию. Отсортированная щепа из древесно-подготовительного цеха поступает в бункеры варочного цеха, в промежуточные наземные бункеры-силосы, в которых запас обычно обеспечивает суточную работу целлюлозного завода, или на кучевое хранение. 6. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства механической (древесной) массы из балансов. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов дефибрирования на выход и качество механической (дефибрерной) массы. Окоренные балансы поступают в дефибрерный отдел, где они загружаются в шахту или прессовую коробку дефибрера и прижимаются к быстровращающемуся дефибрерному камню, орошаемому водой. Тепло, образующееся при трении древесины о камень, способствует отделению волокон от древесины. Полученная волокнистая масса смывается с помощью воды из спрысков с поверхности камня в ванну дефибрера, откуда переливается в массный канал, по которому самотеком поступает на сортирование. Полученная на дефибрерах масса содержит большое количество щепок, лучинок, неразработанных пучков волокон, песка от которых ее необходимо отсортировать. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству ММ, ее чистоте, схема сортирования может быть различной. Сортирование массы может быть тонким и грубым. Для грубого сортирования, при котором отделяются крупные включения (щепа, осколки, лучины), применяются щеполовки, которые работают в одну ступень. Отсортированная на щеполовках масса поступает в приемный бассейн, откуда центробежным насосом подается на сортировки первой ступени тонкого сортирования. Основная задача тонкого сортирования – удаление костры и пучков волокон. Для улучшения сортирования применяется каскадная схема, или сортирование с рециркуляцией отсортированной массы. После тонкого сортирования масса центробежным насосом подается на дополнительную очистку от песка и других минеральных включений на гидроциклонные установки или центриклинеры. Очищенная масса направляется на сгустители или дисковый фильтр, а затем в бассейн сгущенной массы, снабженный мешальными устройствами. Отходы центриклинеров содержат большое количество песка и обычно направляются в сток. Оборотная вода со сгустителей собирается в особом сборнике, откуда подается на спрыски дефибреров, сортировок, щеполовок, а также на разбавление массы до определенной концентрации в потоке. Оборудование для производства древесной массы 1.В мировой практике промышленное применение находят следующие типы дефибреров: Периодического действия с гидравлической подачей древесины к камню. Прессовые дефибреры. Во всех прессовых дефибрерах балансы подаются к вращающемуся камню гидравлически, т.е. путем подачи насосом масла в цилиндр с поршнем, шток которого соединен с башмаком, производящим требуемое давление древесины на камень. Трех-, четырехпрессовые дефибреры имеют низкую производительность и ограниченное применение. В магазинных (шахтных) дефибрерах – загрузка осуществляется автоматически из высокой шахты, расположенной под камнем, что сокращает до минимума время холостого хода прессов и обеспечивает почти непрерывную работу дефибрера. Преимущества дефибреров – простота конструкции, механизация подачи и загрузки балансов, малые расходы на ремонт оборудования. Недостатки – частое заклинивание балансов в шахте, большое сопротивление столба балансов в шахте дефибрера движению балансов в прессовой коробке. Непрерывного действия с механической подачей древесины к камню (цепные, кольцевые). Отличаются равномерной загрузкой электродвигателя и получением более однородного качества древесной массы. Большие распространения получили цепные дефибреры. Прижим балансов осуществляется двумя парами цепей, расположенными по бокам шахты. Скорость движения цепей может регулироваться от 0 до 220 мм/мин. Из кольцевых дефибреров наибольшее распространение получил дефибрер Робертса. Недостатками являются: - разное давление по длине дуги истирания, которое растет от нуля в начале соприкосновения древесины с камнем до большой величины в конце серповидного клина между поверхностью камня и кольца, что отрицательно сказывается на однородности массы; - неудобное расположение ковочного устройства (внутри кольца над камнем); трудоемкость замены камня, трудоемкость очистки камеры, ручная загрузка балансов. Достоинства: компактность; несложность конструкции; высокая производительность. 2.Дефибрерные камни. Дефибрерный камень является основным рабочим органом дефибрера. Камень имеет форму цилиндра с центральным отверстием для вала и закрепляется на валу дефибрера с помощью шайб, зажимающих его с торцов. В настоящее время применяют следующие виды камней: кварцево-цементные и керамические. Кварцево-цементный представляет собой бетонный монолит, в котором различают центральную часть - сердечник и рабочий слой толщиной 120…150 мм. Абразивным материалом рабочего слоя является кварцевый песок, наждак или электрокорунд, а связующим - портландцемент марки 500…600. Срок службы таких камней (при рабочем слое 120…150 мм) составляет 6 месяцев и зависит от вида вырабатываемой массы. Керамический камень состоит из рабочего слоя и сердечника. Рабочий слой содержит керамические сегменты, для изготовления которых применяют абразивы природного происхождения (корунд) и искусственные (электрокорунд и карбид кремния). Указанные абразивные материалы имеют значительно большую твердость, чем кварцевый песок. Срок службы керамических камней (при рабочем слое 65…75 мм) составляет 2 года, они реже подвергаются насечке, что повышает качество ДМ. 3. Факторы дефибрирования 1. Качество балансов и их загрузка. Наиболее пригодна древесина влажностью 40…42 % (не менее 30 %). Правильная загрузка дефибрера очень важна. Балансы должны быть параллельны оси камня. 2. Окружная скорость дефибрерного камня. При постоянном давлении древесины на камень увеличение окружной скорости ведет к повышению потребляемой мощности и производительности. При уменьшении диаметра камня от истирания и при постоянном числе оборотов электродвигателя – окружная скорость снижается, следовательно, падает производительность. 3. Удельное давление на поверхность камня. С увеличением скорости подачи балансов удельное давление и нагрузка возрастают. Степень помола массы и разрывная длина с повышением нагрузки снижаются, содержание мелкого волокна уменьшается, а грубого возрастает. При работе дефибрера удельное давление нужно подбирать так, чтобы мощность двигателя использовалась бы полностью. 4. Вид рабочей поверхности рабочего камня. Процесс дефибрирования зависит от формы и размеров абразивных зерен, распределения их на поверхности камня, свойств камня, характера обработки его поверхности – насечки. Размеры абразивных зерен определяют зернистость дефиберного камня. Кварцево-цементные камни насекают через 8…24 часа; керамические один раз в 5…7 суток. 5. Температура и концентрация массы в ванне, температура оборотной воды. Эти три параметра тесно связаны с температурой в зоне дефибрирования. 6. Увеличение концентрации массы в ванне при постоянной температуре оборотной воды приводит к росту температуры зоны дефибрирования. Вместе с тем повышение температуры в зоне дефибрирования способствует пластификации лигнина, улучшению качества массы, росту производительности, снижению УРЭ- удельный расход энергии. 7. Глубина погружения камня в массу Дефибрирование древесины может осуществляться с погружением камня в ванну и без погружения камня в массу (без ванный способ). При работе по первому способу глубина погружения существенно влияет на качество массы, производительность и УРЭ. 7. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства белой механической (древесной) массы из балансов. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов дефибрирования на выход и качество белой механической (дефибрерной) массы. Окоренные балансы поступают в дефибрерный отдел, где они загружаются в шахту или прессовую коробку дефибрера и прижимаются к быстровращающемуся дефибрерному камню, орошаемому водой. Тепло, образующееся при трении древесины о камень, способствует отделению волокон от древесины. Полученная волокнистая масса смывается с помощью воды из спрысков с поверхности камня в ванну дефибрера, откуда переливается в массный канал, по которому самотеком поступает на сортирование. Полученная на дефибрерах масса содержит большое количество щепок, лучинок, неразработанных пучков волокон, песка от которых ее необходимо отсортировать. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству ММ, ее чистоте, схема сортирования может быть различной. Сортирование массы может быть тонким и грубым. Для грубого сортирования, при котором отделяются крупные включения (щепа, осколки, лучины), применяются щеполовки, которые работают в одну ступень. Отсортированная на щеполовках масса поступает в приемный бассейн, откуда центробежным насосом подается на сортировки первой ступени тонкого сортирования. Основная задача тонкого сортирования – удаление костры и пучков волокон. Для улучшения сортирования применяется каскадная схема, или сортирование с рециркуляцией отсортированной массы. После тонкого сортирования масса центробежным насосом подается на дополнительную очистку от песка и других минеральных включений на гидроциклонные установки или центриклинеры. Очищенная масса направляется на сгустители или дисковый фильтр, а затем в бассейн сгущенной массы, снабженный мешальными устройствами. Отходы центриклинеров содержат большое количество песка и обычно направляются в сток. Оборотная вода со сгустителей собирается в особом сборнике, откуда подается на спрыски дефибреров, сортировок, щеполовок, а также на разбавление массы до определенной концентрации в потоке. Оборудование для производства древесной массы 1.В мировой практике промышленное применение находят следующие типы дефибреров: Периодического действия с гидравлической подачей древесины к камню. Прессовые дефибреры. Во всех прессовых дефибрерах балансы подаются к вращающемуся камню гидравлически, т.е. путем подачи насосом масла в цилиндр с поршнем, шток которого соединен с башмаком, производящим требуемое давление древесины на камень. Трех-, четырехпрессовые дефибреры имеют низкую производительность и ограниченное применение. В магазинных (шахтных) дефибрерах – загрузка осуществляется автоматически из высокой шахты, расположенной под камнем, что сокращает до минимума время холостого хода прессов и обеспечивает почти непрерывную работу дефибрера. Преимущества дефибреров – простота конструкции, механизация подачи и загрузки балансов, малые расходы на ремонт оборудования. Недостатки – частое заклинивание балансов в шахте, большое сопротивление столба балансов в шахте дефибрера движению балансов в прессовой коробке. Непрерывного действия с механической подачей древесины к камню (цепные, кольцевые). Отличаются равномерной загрузкой электродвигателя и получением более однородного качества древесной массы. Большие распространения получили цепные дефибреры. Прижим балансов осуществляется двумя парами цепей, расположенными по бокам шахты. Скорость движения цепей может регулироваться от 0 до 220 мм/мин. Из кольцевых дефибреров наибольшее распространение получил дефибрер Робертса. Недостатками являются: - разное давление по длине дуги истирания, которое растет от нуля в начале соприкосновения древесины с камнем до большой величины в конце серповидного клина между поверхностью камня и кольца, что отрицательно сказывается на однородности массы; - неудобное расположение ковочного устройства (внутри кольца над камнем); трудоемкость замены камня, трудоемкость очистки камеры, ручная загрузка балансов. Достоинства: компактность; несложность конструкции; высокая производительность. 2.Дефибрерные камни. Дефибрерный камень является основным рабочим органом дефибрера. Камень имеет форму цилиндра с центральным отверстием для вала и закрепляется на валу дефибрера с помощью шайб, зажимающих его с торцов. В настоящее время применяют следующие виды камней: кварцево-цементные и керамические. Кварцево-цементный представляет собой бетонный монолит, в котором различают центральную часть - сердечник и рабочий слой толщиной 120…150 мм. Абразивным материалом рабочего слоя является кварцевый песок, наждак или электрокорунд, а связующим - портландцемент марки 500…600. Срок службы таких камней (при рабочем слое 120…150 мм) составляет 6 месяцев и зависит от вида вырабатываемой массы. Керамический камень состоит из рабочего слоя и сердечника. Рабочий слой содержит керамические сегменты, для изготовления которых применяют абразивы природного происхождения (корунд) и искусственные (электрокорунд и карбид кремния). Указанные абразивные материалы имеют значительно большую твердость, чем кварцевый песок. Срок службы керамических камней (при рабочем слое 65…75 мм) составляет 2 года, они реже подвергаются насечке, что повышает качество ДМ. 3. Факторы дефибрирования 1. Качество балансов и их загрузка. Наиболее пригодна древесина влажностью 40…42 % (не менее 30 %). Правильная загрузка дефибрера очень важна. Балансы должны быть параллельны оси камня. 2. Окружная скорость дефибрерного камня. При постоянном давлении древесины на камень увеличение окружной скорости ведет к повышению потребляемой мощности и производительности. При уменьшении диаметра камня от истирания и при постоянном числе оборотов электродвигателя – окружная скорость снижается, следовательно, падает производительность. 3. Удельное давление на поверхность камня. С увеличением скорости подачи балансов удельное давление и нагрузка возрастают. Степень помола массы и разрывная длина с повышением нагрузки снижаются, содержание мелкого волокна уменьшается, а грубого возрастает. При работе дефибрера удельное давление нужно подбирать так, чтобы мощность двигателя использовалась бы полностью. 4. Вид рабочей поверхности рабочего камня. Процесс дефибрирования зависит от формы и размеров абразивных зерен, распределения их на поверхности камня, свойств камня, характера обработки его поверхности – насечки. Размеры абразивных зерен определяют зернистость дефиберного камня. Кварцево-цементные камни насекают через 8…24 часа; керамические один раз в 5…7 суток. 5. Температура и концентрация массы в ванне, температура оборотной воды. Эти три параметра тесно связаны с температурой в зоне дефибрирования. 6. Увеличение концентрации массы в ванне при постоянной температуре оборотной воды приводит к росту температуры зоны дефибрирования. Вместе с тем повышение температуры в зоне дефибрирования способствует пластификации лигнина, улучшению качества массы, росту производительности, снижению УРЭ- удельный расход энергии. 7. Глубина погружения камня в массу. Дефибрирование древесины может осуществляться с погружением камня в ванну и без погружения камня в массу (без ванный способ). При работе по первому способу глубина погружения существенно влияет на качество массы, производительность и УРЭ. Основная цель отбелки механической массы – придание ей стабильного белого цвета за счет обесцвечивания компонентов, в частности экстрактивных веществ и лигнина, исключая распад его на низкомолекулярные фракции и удаление из полуфабриката. При этом должны сохраняться высокий выход и относительно низкая загруженность сточной воды. Полуфабрикат подается на установку из бассейна для хранения небеленой массы. После тщательного перешивания масса поступает в сборник для выравнивания концентрации и затем подается в башню с потоком вверх при помощи дроссельного клапана и дозатора отбеливающий реагент подается в насос. Беленая масса поступает в башню для хранения и направляется на бумагоделательную машину. Промывка беленой массы не производится. 8. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства механической массы из щепы. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов рафинирования на выход и качество механической массы. Подготовка щепы к размолу включает в себя сортирование (фракционирование), промывку и очистку. Сортирование (фракционирование) щепы. Рабочий орган сортировок механического типа - набор сортирующих сит. Для равномерного распределения щепы по поверхности сита и облегчения фракционирования сортирующий узел совершает колебания. Механические сортировки подразделяют на барабанные и плоские (вибрационные и гирационные). Промывка и очистка щепы играют очень важную роль, так как случайно попавшие мелкие камни, песок, металлические и другие инородные включения не только загрязняют механическую массу, но также вызывают повышенный износ и сокращают срок службы размалывающей гарнитуры дисковых мельниц. Механическая обработка (размол) щепы. Основным процессом в производстве механической массы из щепы является размол на дисковых мельницах. Рассматривается он как процесс, включающий две фазы: 1) расщепление древесины на волокна; 2) рафинирование, т.е. придание волокнам бумагообразующих свойств. Расщепление на волокна и пучки волокон происходит в зоне первичного измельчения. При отсутствии термогидролитической обработки лигнин не размягчается, срединная пластинка остается жесткой и разрушение волокна идет в поперечном направлении. При этом масса может содержать до 30 % костры и значительное количество мелочи. При достаточной пластификации содержание костры в полуфабрикатах снижается до 1 % и менее, значительно увеличивается количество длинных волокон. Рафинирование . В этой фазе волокна подвергаются внешнему и внутреннему фибриллированию, при этом повышается их гибкость и пластичность, увеличивается удельная поверхность, улучшаются бумагообразующие свойства. На первой ступени размола происходит расщепление древесины (зона первичного измельчения), разделение пучков и частичное фибриллирование волокон (зона грубого размола). Вторая ступень представляет собой выделенную зону тонкого размола. Размол щепы в дисковых мельницах осуществляется в присутствии воды, что приводит к развитию тех же физико-механических процессов, что и при дефибрировании на дефибрерном камне: идет пластификация лигнина, происходит частичный гидролиз компонентов древесины, нарушается кристаллическая структура целлюлозы, изменяются вязкоупругие свойства древесины. Факторы размола Породный состав сырья. Из хвойных пород лучшим сырьем является еловая древесина. Все виды механической массы из нее вырабатываются с наименьшими затратами энергии на размол и химических реагентов на отбелку и при этом имеют наивысшие показатели прочности. Для производства ХТММ и ХММ применяют осину, березу и тополь. Более высокий расход энергии на размол щепы лиственных пород в сравнении с хвойными компенсируется меньшей стоимостью лиственной древесины. Свойства щепы. Влажность щепы, поступающей на переработку, должна быть не ниже точки насыщения, т.е. обычно не ниже 30 %. Размеры щепы и однородность по фракционному составу оказывают существенное влияние как на процессы предварительной обработки, так и на размол. Оптимальными считаются следующие размеры щепы: длина 20 мм, толщина 4...5 мм. Чистота щепы предполагает отсутствие коры, гнили, минеральных включений. Все эти загрязнения повышают сорность механической массы, снижают ее белизну. Температура и концентрация массы. В большинстве случаев температура массы в зоне размола находится в интервале 105... 130 °С. Качество фибриллирования лучше, а затраты энергии меньше при более высокой концентрации массы при размоле. Оборудование для производства механических масс из щепы Размалывающее оборудование. Основным типом размалывающего оборудования в настоящее время являются дисковые мельницы различных конструкций – рафинеры. При создании дисковых мельниц большой мощности приходится решать ряд инженерных задач. Важнейшие из них: оптимизация площади рабочих поверхностей, удаление пара, параллельность дисков, устройство подшипников, уменьшение центробежных сил. Гарнитура дисковых мельниц. Размалывающая гарнитура – основной рабочий орган мельницы. Рабочая поверхность гарнитуры характеризуется числом, размерами и расположением ножей. Параметры гарнитуры определяют качество массы, транспортирующую способность мельницы и ее технико-экономические показатели. 9. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства термомеханической массы из щепы. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов рафинирования на выход и качество термомеханической массы. ТММ – термомеханическая масса, получаеется в результате термогидролитической обработки (пропарки) (Р = 100...300 кПа; Т = 100...130 °С) и размола щепы в 1…3 ступени на дисковых мельницах под давлением. Термомеханический процесс производства позволяет получать массу (ТММ) с более высокой прочностью. В нем используется как нагрев щепы перед размолом (пропарка), так и давление в рафинере. ТММ является наиболее распространенным видом механической массы из щепы, широко используемой в композиции газетной бумаги. Успешное развитие производства ТММ объясняется тем, что термомеханический процесс отвечает требованиям сегодняшнего дня: работа с ограниченной сырьевой базой, необходимость соблюдения мероприятий по охране окружающей среды. Подготовка щепы к размолу включает в себя сортирование (фракционирование), промывку и очистку. Сортирование (фракционирование) щепы. Рабочий орган сортировок механического типа - набор сортирующих сит. Для равномерного распределения щепы по поверхности сита и облегчения фракционирования сортирующий узел совершает колебания. Механические сортировки подразделяют на барабанные и плоские (вибрационные и гирационные). Промывка и очистка щепы играют очень важную роль, так как случайно попавшие мелкие камни, песок, металлические и другие инородные включения не только загрязняют механическую массу, но также вызывают повышенный износ и сокращают срок службы размалывающей гарнитуры дисковых мельниц. Обработка щепы перед размолом. Предварительная обработка щепы может включать следующие операции: - продувка паром, пропитка водой, пропаривание (термогидролитическая обработка); - неглубокая химическая обработка растворами реагентов (химикотермогидролитическая обработка); - варка с растворами реагентов. Продувку паром применяют для вытеснения воздуха и частичного удаления летучих компонентов смолы. Удаление воздуха делает последующую пропитку древесины водой или растворами реагентов более быстрой, глубокой и равномерной. Пропитка водой пластифицирует компоненты древесины, что благоприятно отражается на качестве массы и снижает расход энергии на размол. Процесс пропитки водой при нормальных условиях протекает относительно медленно. Для ускорения процесса используют принудительную пропитку. Пропаривание щепы проводят при температуре 140 °С и давлении до 0,3 Мпа. Пропаривание является обязательной подготовительной операцией при производстве ТММ. Механическая обработка (размол) щепы. Основным процессом в производстве механической массы из щепы является размол на дисковых мельницах. Рассматривается он как процесс, включающий две фазы: 1) расщепление древесины на волокна; 2) рафинирование, т.е. придание волокнам бумагообразующих свойств. Расщепление на волокна и пучки волокон происходит в зоне первичного измельчения. При отсутствии термогидролитической обработки лигнин не размягчается, срединная пластинка остается жесткой и разрушение волокна идет в поперечном направлении. При этом масса может содержать до 30 % костры и значительное количество мелочи. При достаточной пластификации содержание костры в полуфабрикатах снижается до 1 % и менее, значительно увеличивается количество длинных волокон. Рафинирование . В этой фазе волокна подвергаются внешнему и внутреннему фибриллированию, при этом повышается их гибкость и пластичность, увеличивается удельная поверхность, улучшаются бумагообразующие свойства. На первой ступени размола происходит расщепление древесины (зона первичного измельчения), разделение пучков и частичное фибриллирование волокон (зона грубого размола). Вторая ступень представляет собой выделенную зону тонкого размола. Размол щепы в дисковых мельницах осуществляется в присутствии воды, что приводит к развитию тех же физико-механических процессов, что и при дефибрировании на дефибрерном камне: идет пластификация лигнина, происходит частичный гидролиз компонентов древесины, нарушается кристаллическая структура целлюлозы, изменяются вязкоупругие свойства древесины. Факторы размола Породный состав сырья. Из хвойных пород лучшим сырьем является еловая древесина. Все виды механической массы из нее вырабатываются с наименьшими затратами энергии на размол и химических реагентов на отбелку и при этом имеют наивысшие показатели прочности. Для производства ХТММ и ХММ применяют осину, березу и тополь. Более высокий расход энергии на размол щепы лиственных пород в сравнении с хвойными компенсируется меньшей стоимостью лиственной древесины. Свойства щепы. Влажность щепы, поступающей на переработку, должна быть не ниже точки насыщения, т.е. обычно не ниже 30 %. Размеры щепы и однородность по фракционному составу оказывают существенное влияние как на процессы предварительной обработки, так и на размол. Оптимальными считаются следующие размеры щепы: длина 20 мм, толщина 4...5 мм. Чистота щепы предполагает отсутствие коры, гнили, минеральных включений. Все эти загрязнения повышают сорность механической массы, снижают ее белизну. Температура и концентрация массы. В большинстве случаев температура массы в зоне размола находится в интервале 105... 130 °С. Качество фибриллирования лучше, а затраты энергии меньше при более высокой концентрации массы при размоле. Оборудование для производства механических масс из щепы Размалывающее оборудование. Основным типом размалывающего оборудования в настоящее время являются дисковые мельницы различных конструкций – рафинеры. При создании дисковых мельниц большой мощности приходится решать ряд инженерных задач. Важнейшие из них: оптимизация площади рабочих поверхностей, удаление пара, параллельность дисков, устройство подшипников, уменьшение центробежных сил. Гарнитура дисковых мельниц. Размалывающая гарнитура – основной рабочий орган мельницы. Рабочая поверхность гарнитуры характеризуется числом, размерами и расположением ножей. Параметры гарнитуры определяют качество массы, транспортирующую способность мельницы и ее технико-экономические показатели. 10. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства химико-термомеханической массы из щепы. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Влияние основных факторов рафинирования на выход и качество химикотермомеханической массы. ХТММ – химико-термомеханическая масса, получается путем совместной химической и термогидролитической обработки и размола щепы в две ступени под давлением. Подготовка щепы к размолу включает в себя сортирование (фракционирование), промывку и очистку. Сортирование (фракционирование) щепы. Рабочий орган сортировок механического типа - набор сортирующих сит. Для равномерного распределения щепы по поверхности сита и облегчения фракционирования сортирующий узел совершает колебания. Механические сортировки подразделяют на барабанные и плоские (вибрационные и гирационные). Промывка и очистка щепы играют очень важную роль, так как случайно попавшие мелкие камни, песок, металлические и другие инородные включения не только загрязняют механическую массу, но также вызывают повышенный износ и сокращают срок службы размалывающей гарнитуры дисковых мельниц. Обработка щепы перед размолом. Предварительная обработка щепы может включать следующие операции: - продувка паром, пропитка водой, пропаривание (термогидролитическая обработка); - неглубокая химическая обработка растворами реагентов (химикотермогидролитическая обработка); - варка с растворами реагентов. Продувку паром применяют для вытеснения воздуха и частичного удаления летучих компонентов смолы. Удаление воздуха делает последующую пропитку древесины водой или растворами реагентов более быстрой, глубокой и равномерной. Пропитка водой пластифицирует компоненты древесины, что благоприятно отражается на качестве массы и снижает расход энергии на размол. Процесс пропитки водой при нормальных условиях протекает относительно медленно. Для ускорения процесса используют принудительную пропитку. Пропаривание щепы проводят при температуре 140 °С и давлении до 0,3 Мпа. Неглубокая химическая обработка древесины лежит в основе производства ХТММ. Цель обработки – увеличение пластификации компонентов, главным образом лигнина и сделать ее необратимой. Механическая обработка (размол) щепы. Основным процессом в производстве механической массы из щепы является размол на дисковых мельницах. Рассматривается он как процесс, включающий две фазы: 1) расщепление древесины на волокна; 2) рафинирование, т.е. придание волокнам бумагообразующих свойств. Расщепление на волокна и пучки волокон происходит в зоне первичного измельчения. При отсутствии термогидролитической обработки лигнин не размягчается, срединная пластинка остается жесткой и разрушение волокна идет в поперечном направлении. При этом масса может содержать до 30 % костры и значительное количество мелочи. При достаточной пластификации содержание костры в полуфабрикатах снижается до 1 % и менее, значительно увеличивается количество длинных волокон. Рафинирование. В этой фазе волокна подвергаются внешнему и внутреннему фибриллированию, при этом повышается их гибкость и пластичность, увеличивается удельная поверхность, улучшаются бумагообразующие свойства. На первой ступени размола происходит расщепление древесины (зона первичного измельчения), разделение пучков и частичное фибриллирование волокон (зона грубого размола). Вторая ступень представляет собой выделенную зону тонкого размола. Размол щепы в дисковых мельницах осуществляется в присутствии воды, что приводит к развитию тех же физико-механических процессов, что и при дефибрировании на дефибрерном камне: идет пластификация лигнина, происходит частичный гидролиз компонентов древесины, нарушается кристаллическая структура целлюлозы, изменяются вязкоупругие свойства древесины. Факторы размола Породный состав сырья. Из хвойных пород лучшим сырьем является еловая древесина. Все виды механической массы из нее вырабатываются с наименьшими затратами энергии на размол и химических реагентов на отбелку и при этом имеют наивысшие показатели прочности. Для производства ХТММ и ХММ применяют осину, березу и тополь. Более высокий расход энергии на размол щепы лиственных пород в сравнении с хвойными компенсируется меньшей стоимостью лиственной древесины. Свойства щепы. Влажность щепы, поступающей на переработку, должна быть не ниже точки насыщения, т.е. обычно не ниже 30 %. Размеры щепы и однородность по фракционному составу оказывают существенное влияние как на процессы предварительной обработки, так и на размол. Оптимальными считаются следующие размеры щепы: длина 20 мм, толщина 4...5 мм. Чистота щепы предполагает отсутствие коры, гнили, минеральных включений. Все эти загрязнения повышают сорность механической массы, снижают ее белизну. Температура и концентрация массы. В большинстве случаев температура массы в зоне размола находится в интервале 105... 130 °С. Качество фибриллирования лучше, а затраты энергии меньше при более высокой концентрации массы при размоле. Оборудование для производства механических масс из щепы Размалывающее оборудование. Основным типом размалывающего оборудования в настоящее время являются дисковые мельницы различных конструкций – рафинеры. При создании дисковых мельниц большой мощности приходится решать ряд инженерных задач. Важнейшие из них: оптимизация площади рабочих поверхностей, удаление пара, параллельность дисков, устройство подшипников, уменьшение центробежных сил. Гарнитура дисковых мельниц. Размалывающая гарнитура – основной рабочий орган мельницы. Рабочая поверхность гарнитуры характеризуется числом, размерами и расположением ножей. Параметры гарнитуры определяют качество массы, транспортирующую способность мельницы и ее технико-экономические показатели. 11. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса переработки макулатурной массы. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Основной целью переработки макулатуры является получение волокнистой массы, которую целесообразно использовать в композиции бумаги и картона, максимально замещая первичные волокнистые полуфабрикаты: целлюлозу или механическую древесную массу. Основной задачей процесса переработки макулатуры является удаление из макулатурной массы загрязнений как можно ранее по технологическому потоку, при максимальном восстановлении её бумагообразующих свойств. Процесс переработки макулатуры – облагораживание – состоит из четырёх стадий: I стадия – разволокнение (роспуск) макулатуры, грубая очистка, грубое сортирование и дополнительное разволокнение макулатурной массы. Разволокнение (роспуск) макулатуры – технологическая операция, при которой вторичное сырьё – макулатура в кипах – превращается в высококонцентрированную суспензию – волокнистую массу, способную к транспортировке центробежными насосами. Для разволокнения макулатуры применяются гидроразбиватели , имеющие сита с круглыми отверстиями или щелями, через которые проходит волокнистая суспензия при удалении всех видов грубых загрязнений, задерживаемых на ситах. Грубая (предварительная) очистка и сортирование макулатурной массы. Задачей данных операций является удаление из макулатурной массы крупных включений при дальнейшем разволокнении кусочков бумаги и пучков волокон. Удаление тяжелых включений производится на вихревых очистителях, остальных загрязнений – на напорных сортировках (сортировках, работающих под давлением) или в сепараторах. Вихревые конические очистители. Удаление тяжелых включений на очистителях предотвращает поломку и быстрый износ следующих далее по потоку сортировок и другого оборудования. II стадия – тонкая очистка, сортирование, промывка и фракционирование макулатурной массы, её дополнительный размол и/или диспергирование. Тонкая очистка предназначена для удаления мелких тяжелых и легких включений. После тонкой очистки масса поступает в систему тонкого сортирования, оборудованную ситами со шлицами размером 0,15–0,35 мм. Дополнительный размол и диспергирование. Макулатурную массу необходимо подвергать размолу для восстановления её бумагообразующих свойств, чтобы показатели механической прочности макулатурной массы приблизить к соответствующим показателям исходных волокнистых материалов. Диспергирование макулатурной массы. Для достижения гомогенности массы необходимо диспергировать неразволокненные фрагменты макулатуры до отдельных волокон. III стадия – удаление из макулатурной массы типографской краски путём флотации и промывки.При замкнутом водообороте происходит концентрирование липких веществ (примесей). Известны два способа их удаления: 1. удаление грубодисперсных включений с помощью эффективного сортирования; 2.удаление тонкодисперсных коллоидных включений внутренней очисткой оборотной воды . IV стадия – отбелка или обесцвечивание макулатурной массы. Третья и четвертая стадии значительно повышают белизну макулатурной массы, но она не достигает белизны первичных полуфабрикатов. 3-ю и 4-ю стадии переработки макулатуры можно условно квалифицировать как химическое облагораживание макулатурной массы, подчёркивая, что при проведении данных стадий используются химические реагенты. На 3-й и 4-й стадиях переработки макулатуры волокна макулатурной массы заметно улучшают бумагообразующие свойства: наряду с повышением белизны в определённой степени увеличиваются показатели механической прочности. 12. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства бумаги. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Опишите принцип действия обезвоживающих элементов сеточного стола . Одной из важнейших технологических операций этого производства является размол, перед которым сухие (товарные) волокнистые полуфабрикаты предварительно распускаются водой в гидроразбивателях, далее они смешиваются в определенном соотношении в регуляторах композиции. Затем бумажная масса может сразу направляться на отлив, или же в ее композицию (в зависимости от назначения бумаги) дополнительно вводят проклеивающие вещества, наполнители, красители и др. Для осаждения на волокнах добавляемых компонентов применяют сернокислый алюминий, полиакриламид или другие добавки. Подготовленную бумажную массу регулируют по концентрации, аккумулируют в массных или машинных бассейнах. Перед подачей бумажной массы на бумаго- или картоноделательную машину ее разбавляют оборотной водой, очищают от узелков и посторонних включений и подают через специальные потокораспределители в напорное устройство и далее – на формующее устройство машины. Последнее состоит из одной или нескольких движущихся бесконечных сеток или вращающихся перфорированных цилиндров, обтянутых сеткой, где происходит удаление основной части воды и формование (или отлив) необходимой структуры бумажного или картонного полотна, которое далее в других частях машины подвергается прессованию, сушке, охлаждению, машинной отделке и намотке. В зависимости от требований к готовой продукции, она может подвергаться дополнительному каландрированию на суперкаландре. Готовую бумагу и картон разрезают на рулоны заданного формата, упаковывают и направляют на склад готовой продукции. В случае необходимости бумага и картон могут дополнительно разрезаться на бобины или листы. Они могут подвергаться мелованию, тиснению, гофрированию, крепированию и другой отделке. Бумажный и картонный брак (мокрый и сухой), образующийся в процессе производства, снова превращается в бумажную массу и в строгой дозировке опять возвращается в технологический процесс. Отходящие от машины оборотные воды, содержащие большое количество волокна, а также проклеивающие вещества, наполнители и другие ценные компоненты, вводимые в бумажную массу, используются для разбавления массы перед очисткой, роспуска сухих полуфабрикатов и оборотного брака. Условно сеточный стол можно разделить на регистровую часть иногда подвергаемой тряске, зону отсасывающих ящиков и гауч-пресс (гауч-вал). Разбавленная бумажная масса (конц. 0,3…1,2 % в зависимости от вида вырабатываемой бумаги) непрерывным потоком вытекает из напорного ящика на движущуюся бесконечную сетку. На сеточном столе масса теряет большую часть содержащейся в ней воды, превращаясь в бумажное полотно, которое при сухости около 20…25 % передается с сетки в прессовую часть для дальнейшего уплотнения и механического обезвоживания. Таким образом, на сетке происходят одновременно два основных процесса – обезвоживание и формование бумажного полотна. Сетка натянута между двумя основными валами, грудным и гауч-валом. Чаще всего, гауч-вал является приводным. Он вращается от электродвигателя и приводит в движение сетку за счет возникающих между его поверхностью и сеткой сил трения. Грудной вал. Это первый вал сеточного стола. Над ним, установлен напорный ящик для подачи бумажной массы. Поверхность вала покрывают медной рубашкой толщиной 3…4 мм или слоем твердой резины. Грудной вал не имеет отдельного привода и вращается сеткой. Для очистки поверхности вала от приставших к ней волокон под сеткой устанавливают шабер и водяной спрыск. После грудного вала обычно устанавливают формующую доску. Она устраняет провисание сетки и улучшает формование, за счет замедления обезвоживания в начале сеточного стола. После формующей доски устанавливают обезвоживающие элементы. Дальнейшее обезвоживание ведут принудительным способом, под вакуумом на отсасывающих ящиках и отсасывающем гауч-вале. Отсасывающие ящики сверху покрывают крышкой из продольных брусков шириной 20…40 мм, располагаемыми на расстоянии 20…40 мм друг от друга, либо сплошной перфорированной крышкой с отверстиями диаметром 13…18 мм, расположенными в шахматном порядке. В этих ящиках создают небольшое разряжение. Разрежение обычно составляет 30…300 мм вод. ст. Применение подобных отсасывающих ящиков в зоне формования позволяет повысить степень разбавления массы при отливе на машине почти в два раза, уменьшить длину сеточного стола, улучшить формование и значительно повысить прочность бумаги. После отсасывающих ящиков, дальнейшее обезвоживание бумажного полотна происходит на отсасывающем гауч-вале. Отсасывающий гауч-вал представляет собой перфорированную трубу со стенкой толщиной 25…50 мм, в которую вставлена неподвижная вакуумная камера шириной 180…230 мм. Диаметр вала 600…1100 мм. Для уплотнения вакуумной камеры она прижимаются к внутренней стенке вала пневматически, при помощи надувных шин.Главный фактор обезвоживания бумажного полотна на отсасывающем гауч-вале – величина вакуума. С ее увеличением, возрастает интенсивность обезвоживания и прочность влажного полотна.С гауч-вала бумажное полотно передают в прессовую часть, а сетка, обогнув нижний вал гауч-пресса, возвращается к грудному валу. При обратном движении сетка, направляемая несколькими сетковедущими валиками, промывается водой при помощи водяных спрысков, и снова подходит к регистровой части сеточного стола. Оборотная вода от регистровой части машины по желобам и сливам отводится в сборник оборотной воды. Для обрезания неровных кромок сырого бумажного полотна перед гауч-прессом устанавливают две краевые отсечки (водяные ножи). 13. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства бумаги. Дайте характеристику основного технологического оборудования. Опишите принцип работы сушильной части . Одной из важнейших технологических операций этого производства является размол, перед которым сухие (товарные) волокнистые полуфабрикаты предварительно распускаются водой в гидроразбивателях, далее они смешиваются в определенном соотношении в регуляторах композиции. Затем бумажная масса может сразу направляться на отлив, или же в ее композицию (в зависимости от назначения бумаги) дополнительно вводят проклеивающие вещества, наполнители, красители и др. Для осаждения на волокнах добавляемых компонентов применяют сернокислый алюминий, полиакриламид или другие добавки. Подготовленную бумажную массу регулируют по концентрации, аккумулируют в массных или машинных бассейнах. Перед подачей бумажной массы на бумаго- или картоноделательную машину ее разбавляют оборотной водой, очищают от узелков и посторонних включений и подают через специальные потокораспределители в напорное устройство и далее – на формующее устройство машины. Последнее состоит из одной или нескольких движущихся бесконечных сеток или вращающихся перфорированных цилиндров, обтянутых сеткой, где происходит удаление основной части воды и формование (или отлив) необходимой структуры бумажного или картонного полотна, которое далее в других частях машины подвергается прессованию, сушке, охлаждению, машинной отделке и намотке. В зависимости от требований к готовой продукции, она может подвергаться дополнительному каландрированию на суперкаландре. Готовую бумагу и картон разрезают на рулоны заданного формата, упаковывают и направляют на склад готовой продукции. В случае необходимости бумага и картон могут дополнительно разрезаться на бобины или листы. Они могут подвергаться мелованию, тиснению, гофрированию, крепированию и другой отделке. Бумажный и картонный брак (мокрый и сухой), образующийся в процессе производства, снова превращается в бумажную массу и в строгой дозировке опять возвращается в технологический процесс. Отходящие от машины оборотные воды, содержащие большое количество волокна, а также проклеивающие вещества, наполнители и другие ценные компоненты, вводимые в бумажную массу, используются для разбавления массы перед очисткой, роспуска сухих полуфабрикатов и оборотного брака. После прессовой части мокрое бумажное полотно, с сухостью 30…45 % поступает в сушильную часть бумагоделательной машины, где удаляется оставшаяся после отжима на прессах влага в количестве 1,5…2,5 кг на 1 кг бумаги. Сушильная часть бумагоделательной машины состоит обычно из двух рядов вращающихся сушильных цилиндров обогреваемых изнутри паром. Движущееся бумажное полотно прижимается к нагретой поверхности цилиндров при помощи сушильных сеток, улучшающих теплопередачу и предотвращающих коробление и сморщивание поверхности бумаги при сушке. Обычно, продолжительность сушки бумаги в сушильной части машины в пределах 20…40 сек и зависит от скорости БДМ. Для сушки бумаги применяется контактный метод, при котором тепло, необходимое для ее нагрева и испарения влаги, передается от горячей поверхности сушильных цилиндров, обогреваемых насыщенным паром.Сушильный процесс на БДМ состоит из ряда отдельных повторяющихся циклов, количество которых равно количеству сушильных цилиндров. В первой фазе каждого цикла сушки бумажное полотно получает тепло от нагретой поверхности цилиндра и расходует его на повышение температуры бумаги и испарение влаги из нее. Во второй фазе этого цикла, влага испаряется с обеих сторон бумаги благодаря теплу, накопленному в первой фазе процесса. Во втором цикле, в первой фазе за счет накопленного тепла влага испаряется с обеих сторон бумаги, во второй фазе бумажное полотно охлаждается при прохождении расстояния между сушильными цилиндрами. Большая часть воды, испаряемой из бумаги, переходит в сушильные сетки в виде пара, который, при недостаточной воздухопроницаемости сеток частично конденсируется в них. Таким образом, процесс сушки бумаги на БДМ, состоящий из повторяющихся циклов, представляет собой комбинированную сушку с прерывистым режимом, состоящую из контактной сушки на нагретой поверхности сушильных цилиндров и конвективной сушки на свободных участках между сушильными цилиндрами. В первом цикле сушка протекает более интенсивно при постоянном подводе тепла, а во втором – менее интенсивно без подвода тепла, лишь за счет тепла, накопленного бумагой при ее прохождении через сушильные цилиндры. А т.к. в этом цикле нет подвода тепла, поэтому бумага охлаждается. Сушильная часть обычно разделяется на 3…5 групп. Каждая группа включает определенное число бумагосушильных цилиндров, охватываемых сушильным сукном, сукносушильных цилиндров и сукноведущие, сукнонатяжные и сукноправильные валики. Разделением сушильной части на группы достигается возможность регулирования температуры поверхности цилиндров каждой группы и, следовательно, обеспечение необходимого режима сушки в зависимости от вида вырабатываемой бумаги. Индивидуальный привод каждой группы или двух групп цилиндров облегчает согласование скоростей соседних групп цилиндров для обеспечения безобрывности в сушильной части. Схема прохождения бумаги в сушильной части бумагоделательной машины представлена на рис. 2.40. 14. Перечислите основные технологические процессы изготовления бумаги на бумагоделательной машине их назначение и характеристика Перед поступлением на сетку бумагоделательной машины массу концентрацией 2,5…3,5% разбавляют оборотной водой до концентрации 0,1…1,3%, освобождающейся на ее сеточной части при обезвоживании бумажного полотна. Разбавление происходит в смесительном насосе. Разбавленная волокнистая суспензия подводится к напорному устройству (напорному ящику), с помощью которого равномерным потоком выпускается на движущуюся бесконечную сетку. На сетке происходит обезвоживание и формование бумажного полотна. Выпуск массы на сетку бумагоделательной машины. Выпуск бумажной массы на сетку машины осуществляется напорными устройствами (напорными ящиками) разного типа. Назначение этих устройств в том, чтобы диспергированную массу выпустить на сетку со скоростью, приближающейся к скорости сетки. Напорное устройство должно обеспечивать регулирование толщины слоя массы, вытекающего на сетку, по всей ширине машины, а также регулирование ширины выпускной щели и, следовательно, напора, от которого зависит скорость истечения массы. Скорость истечения бумажной массы при выходе на сетку должна быть приблизительно равна скорости движения сетки. Наиболее удовлетворительное формирование бумаги происходит при коэффициенте скорости массы 0,95…1,1. Большое значение для формования бумажного листа имеет угол, под которым струя, вытекая из выпускной щели, ложится на сетку. Этот угол должен приближаться к нулю. Напорные ящики можно разделить на следующие типы: напорные ящики открытого типа, закрытого типа и гидродинамического типа. Открытый напорный ящик представляет собой массивный ящик, в нижней части которого со стороны сетки находится выпускная щель, образуемая двумя пластинами, из которых нижняя, горизонтальная, неподвижна, а верхняя, наклонная к первой под углом подвижная. Она закреплена шарнирно в боковой стенке напорного ящика. Другой ее конец удерживается рядом винтов, закрепленных на поворотном валу, с механизмом для поднятия и опускания. Ящик обеспечивает необходимые напор и скорость вытекания массы на сетку. Винты, удерживающие верхнюю линейку, снабжены маховичками для местного подъема или опускания верхней линейки для местного, тонкого регулирования толщины бумажного полотна. Для лучшего диспергирования массы перед выходом ее на сетку внутри ящика перед выпускной щелью устанавливается небольшой перфорированный валик, вращающийся от небольшого приводного двигателя. Напорные ящики закрытого типа с воздушной подушкой в этом случае напор массы, и, следовательно, скорость истечения массы складывается из гидростатического напора массы в напорном ящике (обычно он постоянен в пределах 0,3…0,4 м) и давления воздуха в воздушном пространстве над массой. Так как статический напор массы практически постоянен, то общий напор регулируется изменением давления в воздушном пространстве. Для поддержания волокон в дисперсном состоянии на всем пути от приемного коллектора напорного ящика до выпускной щели волокнистая суспензия подвергается перемешиванию с помощью перфорированных валиков, скорость вращения которых можно регулировать. Напорные ящики гидродинамического типа. Такие напорные ящики устанавливают на высокоскоростных БДМ. В таких напорных ящиках бумажная масса вытекает из выпускной щели под гидродинамическим напором, создаваемым смесительным насосом, работающим с постоянным числом оборотов. Разбавленная бумажная масса (конц. 0,3…1,2 % в зависимости от вида вырабатываемой бумаги) непрерывным потоком вытекает из напорного ящика на движущуюся бесконечную сетку. На сеточном столе масса теряет большую часть содержащейся в ней воды, превращаясь в бумажное полотно, которое при сухости около 20…25 % передается с сетки в прессовую часть для дальнейшего уплотнения и механического обезвоживания. Таким образом, на сетке происходят одновременно два основных процесса – обезвоживание и формование бумажного полотна. Сеточная часть бумагоделательной машины. Условно сеточный стол можно разделить на регистровую часть иногда подвергаемой тряске, зону отсасывающих ящиков и гауч-пресс (гауч-вал). Разбавленная бумажная масса (конц. 0,3…1,2 % в зависимости от вида вырабатываемой бумаги) непрерывным потоком вытекает из напорного ящика на движущуюся бесконечную сетку. На сетке происходят одновременно два основных процесса – обезвоживание и формование бумажного полотна. Грудной вал. Это первый вал сеточного стола. Над ним, установлен напорный ящик для подачи бумажной массы. Поверхность вала покрывают медной рубашкой толщиной 3…4 мм или слоем твердой резины. Грудной вал не имеет отдельного привода и вращается сеткой. Для очистки поверхности вала от приставших к ней волокон под сеткой устанавливают шабер и водяной спрыск. После грудного вала обычно устанавливают формующую доску. Она устраняет провисание сетки и улучшает формование, за счет замедления обезвоживания в начале сеточного стола. После формующей доски устанавливают обезвоживающие элементы. Дальнейшее обезвоживание ведут принудительным способом, под вакуумом на отсасывающих ящиках и отсасывающем гауч-вале. Сетковедущие валики. Кроме грудного и регистровых валиков, в сеточной части машины имеется еще несколько сетковедущих валиков, по которым движется сетка при своем обратном движении. 15. Перечислите основные технологические процессы и их назначение при подготовке бумажной массы для отлива на бумагоделательной машине (массный размол, проклейка, наполнение, крашение бумаги). Массный размол – это воздействие на волокна, находящиеся между подвижными и неподвижными планками, в присутствии воды. В процессе размола волокна фибриллируются, разрезаются, раздавливаются и укорачиваются, на их поверхности появляются волоски или фибриллы. Волокна становятся набухшими и размягченными, а площадь их поверхности возрастает для лучшего контакта и установления связей в процессе изготовления бумаги. Имеется два типа систем подготовки бумажной массы. Одна – более старая, ванная система, которая использует комбинацию массного ролла и конической мельницы. Другая, более новая, непрерывная система, используемая крупнотоннажными фабриками, состоит из дискового рафинера и следующих за ним конических мельниц. Современной разновидностью массного ролла можно назвать цилиндрический рафинер. Термин «проклейка бумаги» характеризует процесс, при котором в бумагу вводятся различные вещества, придающие ей специфические свойства в зависимости от её назначения: либо чернило- и водонепроницаемость, либо сомкнутость структуры, увеличение механической прочности и сопротивления истиранию поверхностного слоя, либо снижение деформации при увлажнении или же прочность во влажном состоянии. В некоторых случаях в бумагу вводятся вещества, препятствующие проникновению в нее молока, масла, различных жидкостей. По степени проклейки бумаги делятся на три группы: - неклеёные; - слабоклеёные; - сильноклеёные. Все применяемые вещества делятся по своим свойствам: - на проклеивающие: канифоль, парафин, модифицированный канифольный клей. Эти вещества придают гидрофобность, но прочность бумаги не изменяется, а иногда даже снижается; - на связующие: крахмал, битум, крахмальный клей, карбоксиметилцеллюлоза. Эти вещества придают не очень высокую гидрофобность, однако прочность бумаги повышается, так как они склеивают волокна бумаги. Крашение бумаги. Различают три основных способа крашения бумаги: в массе, погружением и крашение с поверхности. Кращение в массе – наиболее распространенный способ. Краску в виде раствора или дисперсий вводят в суспензию бумажной массы до ее формования. Обычно это осуществляют в ролле, в смесительных бассейнах или непрерывно через массоподготовительную централь. Крашение погружением. При этом способе полотно бумаги пропускают через водный раствор краски, отжимают его между валами, крепируют, если это необходимо, и сушат. Крашение с поверхности. Растворы или дисперсию красок наносят на поверхность бумаги с помощью одного или нескольких вальцов, прижимом суконных или резиновых валиков, а также с помощью щеточных красильных машин, станков для нанесения покрытий воздушным шабером или употребляемыми в полиграфии специальными методами нанесения печати. Подцветку производят преимущественно для устранения желтизны различных видов бумаги для письма и печати и придания им подсиниванием видимой белизны. К числу преимуществ окраски бумаги с поверхности нужно отнести возможность совмещения этого процесса с другими видами поверхностной обработки бумаги. Для окраски бумаги применяют различные красители, которые можно разделить на неорганические (естественные и искусственные), используемые в настоящее время редко, и органические. 16. Перечислите способы доставки, хранения и подготовки древесины для производства волокнистых полуфабрикатов. Доставка, выгрузка и учет древесного сырья. Заготовленные в лесу балансы в виде долготья (длина бревен 4,5...6 м) или коротья (длина бревен 1,25...1,5 м), а также технологическая щепа и дрова из соответствующих лесозаготовительных или деревообрабатывающих предприятий доставляются на целлюлозно-бумажные комбинаты водным, железнодорожным или автомобильным транспортом. Хранение древесного сырья осуществляется на лесных складах (биржах), представляющих собой открытую сухую (незатопляемую) площадку, по возможности ровную, расположенную на невысоком берегу реки с прямой береговой линией и примыкающей тихой акваторией. Существует четыре способа хранения древесного сырья: Открытым способом. В штабелях могут храниться неокоренные и окоренные балансы в виде долготья и коротья. Существует несколько способов укладки балансов в штабель: плотный, плотно-рядовой и пачковый. В кучах. Хранение балансов и технологических дров в кучах обеспечивает лучшее использование складских помещений и высокую степень механизации. Балансы хранятся только в окоренном виде в свободно насыпаемых кучах высотой до 30 м и шириной в основании до 100 м. Хранение в воде. При водном методе хранение древесины в зимнее время осуществляют в специально устроенных незамерзающих рейдах. Подготовка древесины к переработке, получение технологической щепы и ее сортирование Дальнейшие операции по подготовке балансов к переработке сводятся к распиловке, окорке, рубке балансов в щепу, сортировке щепы и дополнительному измельчению крупной щепы. Рубка балансов в щепу. Задачей рубки является измельчение окоренных балансов в щепу, однородную по размерам (длина 16...20 мм, ширина 20...25 мм, толщина 2...3 мм) и с гладким отрубом. Повсеместно на целлюлозных заводах балансы измельчают дисковыми многоножевыми рубительными машинами. Сортирование, транспортирование и хранение щепы. В процессе рубки наряду с нормальной щепой образуются мелочь и крупные куски, которые отделяются от нее сортированием. Сортирование щепы осуществляется при помощи плоских сортировок. Сортировка состоит из металлического короба, установленного под углом 20° к горизонту, в котором одно над другим укреплены три сита: верхнее с отверстиями 30 х 30 мм, среднее – 10 x 10 мм и нижнее – 5 x 5 мм. Отсортированная щепа из поступает в бункеры цеха производства механической массы, варочного цеха или в промежуточные наземные бункеры-силосы, в которых запас обычно обеспечивает суточную работу завода. Щепа на производство подается ленточными транспортерами, ковшовыми элеваторами или пневматическими установками. 17. Простые эфиры целлюлозы. Виды простых эфиров целлюлозы. Получение алкилцеллюлозы. Простые эфиры целлюлозы являются производными целлюлозы, в которых атомы водорода гидроксильных групп замещены на углеводородные радикалы. Различают следующие виды простых эфиров целлюлозы: алкилцеллюлозы (метил-, этилцеллюлоза и др.); аралкилцеллюлозы (бензилцеллюлоза); гидроксиалкилцеллюлозы (гидроксиэтилцеллюлоза); эфиры, содержащие в алкильном заместителе другие группы, помимо гидроксильных, например, карбоксильные и другие (карбоксиметилцеллюлоза); смешанные простые эфиры целлюлозы. В зависимости от природы заместителя, степени замещения и молекулярного веса изменяются и свойства простых эфиров и область их применения. Растворимые в органических растворителях термопластичные простые эфиры целлюлозы применяют для производства пластмасс и лаков. К простым эфирам целлюлозы, растворимым в воде относятся метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза и смешанные эфиры на их основе. Простые эфиры целлюлозы получают методами О -алкилирования целлюлозы, активированной набуханием в щелочи (мерсеризацией). Именно на стадии мерсеризации (щелочной обработки целлюлозных волокон) формируются такие главнейшие свойства продукта, как вязкость, растворимость, равномерность распределения заместителей и степень замещения. В качестве исходного сырья для получения простых эфиров применяют как хлопковую, так и высокооблагороженную древесную целлюлозу. 18. Способы получения простых эфиров (этилцеллюлоза, метилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза). Промышленное назначение. Простые эфиры целлюлозы, из которых наибольшее распространение получили этил-, бензил- и карбоксиметилцеллюлоза, получают О-алкилированием целлюлозы. В качестве алкилирующего агента могут использоваться алкилсульфаты, алкилгалогениды, эфиры ароматических сульфокислот и другие соединения. Однако наибольшее применение на практике находят алкилгалогениды. Реакцию проводят в присутствии оснований, повышающих нуклеофильную активность гидроксильных групп целлюлозы. Механизм реакции - нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерода Большее техническое применение имеют водорастворимые МЦ, применяемые в качестве пенообразователей и эмульгаторов, клеёв, шлихтующих препаратов в текстильной промышленности, для склеивания и мелования бумаги, в косметической и фармацевтической областях промышленности. ЭЦ хорошо совмещается с пластификаторами, плёнки из неё прочны и эластичны. Применяется ЭЦ при изготовлении радиодеталей, конденсаторов; для плёнок, паст, типографических покрытий, литьевых и прессовочных этролов; для консервации металлических деталей; в качестве съёмного защитного покрытия, наносимого из расплава. Очищенная КМЦ применяется в производстве клеёв(основа паст для обоев, связующее и суспендирующий агент при изготовлении керамики), зубных паст; загуститель красок; шлихтующий препарат для нитей и тканей; добавка в производстве синтетических моющих средств. 19. Сложные эфиры целлюлозы (нитраты, ксантогенаты, ацетаты). Способы получения сложных эфиров. Промышленное назначение. Сложные эфиры целлюлозы, получаемые по различным реакциям этерификации, можно разделить на две группы: эфиры неорганических и органических кислот. Этерификация заключается во взаимодействии гидроксильных групп целлюлозы с кислотами или их ангидридами в присутствии катализаторов. При этом полярные гидроксильные группы заменяются на другие нуклеофильные группы. При этерификации разрываются полностью или частично водородные связи между гидроксилами целлюлозы, что приводит к изменениям в ее надмолекулярной структуре. Сырьем для производства сложных эфиров целлюлозы являются хлопковая целлюлоза и древесная целлюлоза для химической переработки. Нитраты целлюлозы – сложные эфиры целлюлозы и азотной кислоты. Нитраты целлюлозы получают реакцией этерификации целлюлозы азотной кислотой, называемой реакцией нитрования Целлулоид – пластмасса на основе нитрата целлюлозы, пластифицированного камфорой. По существу, это твердый раствор нитрата целлюлозы в камфоре. Широко применяется для изготовления галантерейных изделий, игрушек, мячей для настольного тенниса. Однако из-за высокой горючести его применение постепенно сокращается, как и нитроцеллюлозного этрола. Нитролаки – растворы нитрата целлюлозы в растворителях, обычно в смесях растворителей, содержащие пластификаторы. На основе нитролаков изготавливают нитрокраски, нитроэмали. Ксантогеновые кислоты – кислые сложные эфиры дитиоугольной кислоты. Кислоты угольная, дитиоугольная и ксантогеновые неустойчивы и в свободном виде практически не существуют. Устойчивы лишь их соли, в том числе соли ксантогеновых кислот – ксантогенаты. Ксантогенат целлюлозы служит промежуточным продуктом в производстве вискозного волокна и пленки – целлофана. Сырьем является вискозная целлюлоза. Ацетат целлюлозы (ацетилцеллюлоза) сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты. Получают его реакцией ацетилирования целлюлозы с более активным, чем уксусная кислота, ацетилирующим реагентом уксусным ангидридом: [C6H7O2(OH)3]n + 3п (СН3СО)2О → [С6Н7О2 (ОСОСН3)3]п + 3пСН3СООН. Реакция эта необратима и идет до получения полностью замещенного продукта триацетата целлюлозы. Ацетаты целлюлозы являются термопластами, обладающими также хорошими волокнообразующими и пленкообразующими свойствами. Их применяют в производстве искусственных волокон, магнитной ленты, электроизоляционных пленок этролов, лаков. Ацетатные волокна получают из вторичного (ацетатное волокно) и первичного (триацетатное волокно) ацетата. Волокна формуют испарением растворителя из растворов соответственно в смесях ацетон вода и метилен- хлорид этанол метанол. Волокна используют для изготовления шелковых тканей, трикотажных изделий и для технических целей. 20. Сложные эфиры целлюлозы и неорганических кислот. Получение нитратов целлюлозы. Свойства нитратов целлюлозы и их применение. Сложные эфиры целлюлозы, получаемые по различным реакциям этерификации, можно разделить на две группы: эфиры неорганических и органических кислот. Этерификация заключается во взаимодействии гидроксильных групп целлюлозы с кислотами или их ангидридами в присутствии катализаторов. При этом полярные гидроксильные группы заменяются на другие нуклеофильные группы. При этерификации разрываются полностью или частично водородные связи между гидроксилами целлюлозы, что приводит к изменениям в ее надмолекулярной структуре. Сырьем для производства сложных эфиров целлюлозы являются хлопковая целлюлоза и древесная целлюлоза для химической переработки. Нитраты целлюлозы – сложные эфиры целлюлозы и азотной кислоты. Нитраты целлюлозы получают реакцией этерификации целлюлозы азотной кислотой, называемой реакцией нитрования Реакция эта обратима, поэтому ее проводят в присутствии водоотнимающих средств. В промышленности для нитрования используют смесь HNO3 – Н2SО4 – Н2О. Серная кислота не только связывает воду, но и вызывает набухание целлюлозы и тем самым ускоряет диффузию азотной кислоты в ее кристаллическую часть. При нитровании протекают побочные реакции целлюлозы: гидролитическая деструкция под действием воды (катализатор Н2SО4) и окислительная деструкция под действием HNO3. Нитраты целлюлозы представляют собой термопласты. В зависимости от степени замещения, оцениваемой по содержанию азота, их подразделяют на коллоксилины (содержание азота 10,5–12,2 %) и пироксилины (содержание азота 12,3–13,7 %). Теоретическая массовая доля азота в тринитрате целлюлозы составляет 14,14 %. Нитраты целлюлозы горючи, легко воспламеняются и при высоком содержании азота способны взрываться. Пироксилины и коллоксилины с высоким содержанием азота применяют в производстве бездымного пороха, динамита, твердого ракетного топлива и других взрывчатых веществ. Коллоксилин используют в производстве этролов, целлулоида, лаков, клеев. Этрол представляет собой термопластичный материал, получаемый на основе пластифицированного нитрата целлюлозы с минеральными и органическими наполнителями, и применяется для различных деталей технических изделий и предметов ширпотреба. Ранее из нитратов целлюлозы получали фотои кинопленку, но из-за легкой воспламеняемости производство такой пленки прекращено. Нитроцеллюлозная пленка вытеснена негорючей ацетилцеллюлозной пленкой. Целлулоид – пластмасса на основе нитрата целлюлозы, пластифицированного камфорой. По существу, это твердый раствор нитрата целлюлозы в камфоре. Широко применяется для изготовления галантерейных изделий, игрушек, мячей для настольного тенниса. Однако из-за высокой горючести его применение постепенно сокращается, как и нитроцеллюлозного этрола. Нитролаки – растворы нитрата целлюлозы в растворителях, обычно в смесях растворителей, содержащие пластификаторы. Основу лака составляет коллоксилин. На основе нитролаков изготавливают нитрокраски, нитроэмали, нитромастики. 21. Сложные эфиры целлюлозы и неорганических кислот. Получение ксантогенатов целлюлозы. Свойства ксантогенатов целлюлозы и их применение. Сложные эфиры целлюлозы, получаемые по различным реакциям этерификации, можно разделить на две группы: эфиры неорганических и органических кислот. Этерификация заключается во взаимодействии гидроксильных групп целлюлозы с кислотами или их ангидридами в присутствии катализаторов. При этом полярные гидроксильные группы заменяются на другие нуклеофильные группы. При этерификации разрываются полностью или частично водородные связи между гидроксилами целлюлозы, что приводит к изменениям в ее надмолекулярной структуре. Сырьем для производства сложных эфиров целлюлозы являются хлопковая целлюлоза и древесная целлюлоза для химической переработки. Ксантогеновые кислоты – кислые сложные эфиры дитиоугольной кислоты. Кислоты угольная, дитиоугольная и ксантогеновые неустойчивы и в свободном виде практически не существуют. Устойчивы лишь их соли, в том числе соли ксантогеновых кислот – ксантогенаты. Ксантогенат целлюлозы служит промежуточным продуктом в производстве вискозного волокна и пленки – целлофана. Сырьем является вискозная целлюлоза (один из видов древесной целлюлозы для химической переработки). Процесс получения вискозного волокна начинается со стадии мерсеризации. Целлюлозу обрабатывают 18%-ным водным раствором гидроксида натрия. Целлюлоза набухает, растворяются примеси гемицеллюлоз, и образуется химическое производное целлюлозы, называемое щелочной целлюлозой. Щелочную целлюлозу измельчают и выдерживают на воздухе для предсозревания. Происходит частичная окислительная деструкция целлюлозы. Это необходимо для снижения вязкости и улучшения фильтруемости прядильного раствора. Затем проводят реакцию ксантогенирования, для чего щелочную целлюлозу обрабатывают сероуглеродом: Характерным и наиболее важным свойством этого соединения, которое определило возможность и целесообразность его широкого промышленного применения, является растворимость в воде и в разбавленных растворах щелочей. В 4–6%-номрастворе гидроксида натрия ксантогенаты целлюлозы как высокой, так и сравнительной низкой степени этерификации полностью растворяются, образуя вязкие концентрированные растворы. Растворы ксантогената целлюлозы в разбавленной щелочи носят название вискозы. Путем переработки вискозы получают гидратцеллюлозное вискозное волокно и гидратцеллюлозную пленку. Если учесть, что путем переработки вискоз было получено в 1970 г. более 3000 тыс. искусственного волокна и пленок, то становятся очевидными масштабы практического использования дитиоугольных эфиров. 22. Сложные эфиры целлюлозы и органических кислот. Получение смешанных сложных эфиров целлюлозы их свойства и применение. Сложные эфиры целлюлозы, получаемые по различным реакциям этерификации, можно разделить на две группы: эфиры неорганических и органических кислот. Этерификация заключается во взаимодействии гидроксильных групп целлюлозы с кислотами или их ангидридами в присутствии катализаторов. При этом полярные гидроксильные группы заменяются на другие нуклеофильные группы. При этерификации разрываются полностью или частично водородные связи между гидроксилами целлюлозы, что приводит к изменениям в ее надмолекулярной структуре. Сырьем для производства сложных эфиров целлюлозы являются хлопковая целлюлоза и древесная целлюлоза для химической переработки. Ацетат целлюлозы (ацетилцеллюлоза) сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты. Получают его реакцией ацетилирования целлюлозы с более активным, чем уксусная кислота, ацетилирующим реагентом уксусным ангидридом: [C6H7O2(OH)3]n + 3п (СН3СО)2О → [С6Н7О2 (ОСОСН3)3]п + 3пСН3СООН. Реакция эта необратима и идет до получения полностью замещенного продукта триацетата целлюлозы. Для ускорения диффузии уксусного ангидрида в целлюлозу необходима ее активация ледяной уксусной кислотой, вызывающей набухание целлюлозы и переход ее аморфных участков из стеклообразного состояния в высокоэластическое. Однако сама реакция ацетилирования медленная. Для ее ускорения применяют катализаторы сильные минеральные кислоты: серную H2SO4 или хлорную НСlО4. В ацетилирующую смесь, кроме ацетилирующего агента и катализатора, входит растворитель (гомогенный способ ацетилирования) или разбавитель (гетерогенный способ). При ацетилировании получают первичный ацетат (триацетат целлюлозы), содержащий 60–61,5 % связанной уксусной кислоты. Он не растворим в ацетоне и этилацетате – наиболее широко применяющихся в технике растворителях. Частичным гидролизом разбавленной серной кислотой первичный ацетат переводят во вторичный, содержащий 52–56% связанной уксусной кислоты (СЗ около 2,5). Он растворим в ацетоне и этилацетате. Ацетаты целлюлозы являются термопластами, обладающими также хорошими волокнообразующими и пленкообразующими свойствами. Их применяют в производстве искусственных волокон, трудногорючей фото- и кинопленки, магнитной ленты, электроизоляционных пленок этролов, лаков. Ацетатные волокна получают из вторичного (ацетатное волокно) и первичного (триацетатное волокно) ацетата. Волокна формуют испарением растворителя из растворов соответственно в смесях ацетон вода и метилен- хлорид этанол метанол. Волокна используют для изготовления шелковых тканей, трикотажных изделий и для технических целей. 23. Отбелка и облагораживание волокнистых полуфабрикатов. Химические реагенты для отбелки. Назначение и методы отбелки. Беленая целлюлоза для производства некоторых специальных видов бумаги, картона и целлюлоза для химической переработки (кроме отбелки) подвергается облагораживанию путем обработки горячим или холодным раствором щелочи, главным образом, с целью повышения содержания α-целлюлозы, что в этих случаях является совершенно необходимым. Задачи отбелки целлюлозы: 1. завершение процесса ее делигнификации; 2. повышение степени белизны; 3. придание беленой целлюлозе определенных физико-химических свойств. Носителем цветности в небеленых целлюлозах является в основном остаточный лигнин, содержащий различные хромофорные группы (главным образом хинонные). Способы отбелки подразделяются: 1. с использованием хлора и его соединений; 2. без использования молекулярного хлора (ECF); 3. без использования хора и его соединений (ТСF). Современная отбелка целлюлозы представляет собой многоступенчатый технологически процесс, при котором на каждой отдельной стадии для обработки целлюлозы используются различные отбельные реагенты, специфически проявляющие свое действие. Типовой аппаратурой для проведения отдельных ступеней отбелки являются вертикальные отбельные башни непрерывного действия, через которые масса при определенной концентрации (от 3 до 18 %) проходит сверху вниз или снизу вверх. Современные схемы отбелки делятся на две стадии: делигнификацию (облогораживание), которую можно рассматривать как продолжение варки, и собственно отбелку (добелку). Отбелку можно провести при использовании: 1. Хлорирование – X (газ Сl2, хлорная вода); 2. Щелочение – Щ (водный раствор гидроксида натрия); 3. Гипохлоритная обработка – Г (раствор гипохлорита натрия, кальция NaOCl); 4. Диоксид хлора – Д (газ, или раствор СlO2); 5. Пероксид водорода – П (водный раствор); 6. Горячее облагораживание – ГО (водный раствор гидроксида натрия горячий); 7. Холодное облагораживания – ХО (водный раствор гидроксида натрия холодный); 8. Кислородно-щелочная отбелка – КЩО (газ – кислород, раствор гидроксида натрия); 9. Озонирование – О3 (газ – озон); 10. Отбелка кислородом – О2 (газ – кислород); 11. Пероксикислоты – ПУК, ПУМ (водные растворы пероксиуксусной или пероксимуравьиной кислот). 12. Кисловка – К (водный раствор SО2, либо слабые растворы органических или минеральных кислот); 13. Обработка комплексонами (хелатами) – Q (растворы -трилон Б, ЭДТА,:НТФ,-ИОМС); 14. Обработка биологическими агентами (ферментами, энзимами) - Э (бе-лые гнилостные грибы, ферменты). Кислородно-щелочная обработка целлюлозы Процесс кислородно-щелочной обработки основан на способности лигнина небеленой целлюлозы легко окисляться в щелочной среде молекулярным кислородом с образованием растворимых продуктов. В зависимости от назначения и технологических параметров кислородно-щелочная обработка может быть подразделена следующим образом: -кислородно-щелочная делигнификация, целью которой является удаление лигнина из полуфабрикатов высокого выхода; - кислородно-щелочная отбелка, в процессе которой кроме удаления лигнина повышается белизна целлюлозы; - кислородно-щелочное облагораживание, целью которого кроме удаления лигнина и отбелки целлюлозы является повышение содержания α-целлюлозы и регулирование других физикохимических свойств целлюлозы для химической переработки. Принципиальная технологическая схема установки кислородно-щелочной обработки целлюлозы: 1 – баки фильтрата; 2 – вакуумфильтры; 3 – паровой смеситель; 4 – реактор кислороднощелочной обработки; 5 – разгрузочная емкость; 6 – промывной двух-барабанный пресс; 7 – смеситель массы средней концентрации; 8 – насос массы средней концентрации 24. Назначение и общие принципы сортирования и очистки волокнистых полуфабрикатов. Очисткой и сортированием волокнистых целлюлозных суспензий называют выделение целевой фракции волокон и отделение её от посторонних и нежелательных включений. К числу таких включений относят: 1. Непровар – плохо проварившиеся щепочки и сучки. Их отделяют грубым сортированием. 2. Мелкий сор – образуется за счет отщепления плохо проваренных волокон от непровара и сучков, за счет непроварившихся частиц коры и пучков волокон, костры и постороннего сора. Мелкий сор удаляют при тонком сортировании. 3. Минеральные частицы, попадающие в котел со щепой в виде песка, глины, керамики, металла, окалины, угля. Минеральные частицы значительно тяжелее воды, поэтому отделение их основано на использовании силы тяжести или центробежной силы при очистке. 4. Смола и мелкое волокно. Средством снижения смолистости является удаление из массы «нулевого» волокна. Очистка массы должна удалить загрязняющие примеси, непригодные для последующего использования – отходы очистки. К таким загрязнениям относятся минеральные включения и остатки разрушенной коры в виде мелкого точечного темноокрашенного сора не волокнистой формы. Сортирование предполагает отделение от волокнистой массы таких включений, которые могут быть переработаны и возвращены в производство. Сортирование целлюлозы обычно проводят после промывки массы. При производстве сульфатной целлюлозы возможно сортирование перед промывкой (горячее сортирование). Фракционирование – удаление мелкого «нулевого» волокна. Общая схема очистного отдела Задачей процесса очистки является более полное освобождение целлюлозой массы от сопровождающих ее после варки и промывки нежелательных включений и загрязнений. Типовая схема очистки складывается из операций: 1 – грубое сортирование (отделение сучков, непровара); 2 – тонкое сортирование (отделение костры); 3 – отделение минеральных включений и «точечного» сора на вихревых очистителях; 4 – сгущение отсортированной массы; 5 – хранение отсортированной массы; 6 – использование отборной воды; Помимо основных операций, в очистном отделе предусматривается переработка отходов грубого и тонкого сортирования, состоящая из предварительного размола сучков и непровара, сортирования грубой массы, сгущения и хранения этой массы, которая используется для выработки картона или оберточной бумаги. Грубое сортирование целлюлозы Вибрационные сучколовители устанавливаются до и после промывных установок. Центробежные сучколовители, являются аппаратами закрытого типа, работающими под давлением, устанавливаются до промывной установки. В этих аппаратах при промывке сульфатной целлюлозы почти полностью исключается пенообразование. Тонкое сортирование. Для тонкого сортирования применяют три основных типа аппарата центробежные, вибрационные (плоские и барабанные) и вертикальные сортировки давления. Дополнительная очистка. Проводится для отделения песка, металлических включений на вихревых очистителях (циклонах). 25. Дайте характеристику конструкциям дефибреров и укажите принцип их работы. В мировой практике промышленное применение находят следующие типы дефибреров: Периодического действия с гидравлической подачей древесины к камню (трех, четырехпрессовые, магазинные – шахтные с двумя прессами, современные двухпрессовые дефибреры типа Грейт-Норзерн); Непрерывного действия с механической подачей древесины к камню (цепные, кольцевые). Дефибреры периодического действия Прессовые дефибреры. Во всех прессовых дефибрерах балансы подаются к вращающемуся камню гидравлически, т.е. путем подачи насосом масла в цилиндр с поршнем, шток которого соединен с башмаком, производящим требуемое давление древесины на камень . Трех-, четырехпрессовые дефибреры имеют низкую производительность и ограниченное применение из-за низкой автоматизации процесса загрузки. В магазинных (шахтных) дефибрерах – загрузка осуществляется автоматически из высокой шахты, расположенной под камнем, что сокращает до минимума время холостого хода прессов и обеспечивает почти непрерывную работу дефибрера. Магазинные дефибреры бывают однои двухшахтные. Аппарат для насечки камня в одношахтном дефибрере располагается в чугунной коробке над камнем (внутри шахты). Преимущества дефибреров – простота конструкции, механизация подачи и загрузки балансов, малые расходы на ремонт оборудования. Недостатки – частое заклинивание балансов в шахте, большое сопротивление столба балансов в шахте дефибрера движению балансов в прессовой коробке. Дефибреры непрерывного действия отличаются равномерной загрузкой электродвигателя и получением более однородного качества древесной массы Большие распространения получили цепные дефибреры. Прижим балансов осуществляется двумя парами цепей, расположенными по бокам шахты. Рис. 4. Схема цепного дефибрера: 1- ванна; 2 – спрысковая труба; 3 – ковочный аппарат; 4 – дефибрерный камень; 5 – главный вал; 6 – электродвигатель привода цепей дефибрера; 7 – цепь дефибрера; 8 – шахта; 9 – механизм подъема шахты; 10 – станина На выходе камня из зоны истирания и при входе камня в зону истирания установлены два спрыска. Струя воды из верхнего ряда отверстий орошает камень, из нижнего разбавляет массу в ванне дефибрера в месте входа камня в массу. Спрыски имеют большое значение для обеспечения нормальной работы дефи-брера и требуют чистки. При забивке спрыска камень орошается неравномерно, что может вызвать подгар древесины. Из кольцевых дефибреров наибольшее распространение получил дефибрер Робертса (рис. 5). Он представляет собой чугунный кожух, внутри которого на опорных катках установлено массивное кольцо, при вращении подающее древесину к камню. Снаружи на кольцо одет зубчатый венец, с помощью которого оно получает вращательное движение от шестерни редуктора. Внутренняя поверхность кольца сделана зубчатой для захвата древесины и прижима ее к камню. В кольце имеются окна, через которые ДМ попадает во внутреннюю полость и по ней двигается к торцу камня, выливается в боковые каналы кожуха дефибрера. Рис. 5. Схема кольцевого дефибрера Робертса: 1 – стальное сдвоенное кольцо; 2 – дефибрерный камень; 3 – клинообразное пространство; 4 – баланс; 5 – ограждение; 6 – червячная передача Работа кольцевого дефибрера осуществляется следующим образом. Балансы загружают в загрузочную камеру между быстровращающимся камнем и медленнодвижущимся (в том же направлении) подающим кольцом (0,5…0,7 м/мин.) Оборотная вода подается в два спрыска, расположенные под камнем, и два в боковых карманах для разбавления массы. Недостатками являются: - разное давление по длине дуги истирания, которое растет от нуля в начале соприкосновения древесины с камнем до большой величины в конце серповидного клина между поверхностью камня и кольца, что отрицательно сказывается на однородности массы; - неудобное расположение ковочного устройства (внутри кольца над камнем); трудоемкость замены камня, трудоемкость очистки камеры, ручная загрузка балансов. Достоинства: компактность; несложность конструкции; высокая производительность. 26. Дайте характеристику конструкциям дисковых мельниц для получения механических масс и укажите принцип их работы. Основным типом размалывающего оборудования в настоящее время являются дисковые мельницы различных конструкций – рафинеры (рис. 3). Принцип действия всех мельниц одинаков. Щепа проходит в узком зазоре между поверхностями двух соосно расположенных дисков, один из которых вращается, а второй либо неподвижен, либо вращается в противоположном направлении. Поверхности обоих дисков, обращенные друг к другу, имеют сложный профиль, называемый гарнитурой. Рабочими элементами гарнитуры служат ножи – узкие длинные выступы, оказывающие разрушающее воздействие нащепу. Удаление пара. В зоне размола образующийся пар имеет наибольшее давление, причем он как стремится навстречу поступающей в мельницу щепе, так и двигается вместе с удаляемой массой. Конструкция рафинера должна обеспечить удаление образующегося пара таким образом, чтобы его поток не препятствовал подаче щепы на размол. Параллельность дисков чрезвычайно важна для качества получаемого полуфабриката. Конструкция мельницы должна исключать изгиб дисков при любых возможных нагрузках. Центробежная сила, действующая на вращающийся диск, пропорциональна радиусу диска и частоте вращения. По конструктивным признакам дисковые мельницы принято делить на три типа : однодисковые, сдвоенные, двухдисковые. Однодисковые рафинеры – это мельницы, один диск которых вращается от встроенного или присоединенного двигателя со скоростью 1500...1800 об/мин, второй – стационарный. Сдвоенные мельницы имеют два неподвижных диска и один вращающийся, расположенный между ними. Гарнитура находится на обеих сторонах вращающегося диска. Такая конструкция как бы объединяет в себе две однодисковые мельницы, что обеспечивает большую рабочую площадь диска при приемлемом его диаметре. Регулирование расстояний между вращающимся и неподвижными дисками осуществляется под действием гидравлической системы и позволяет обходиться без опорных подшипников. Двухдисковые мельницы имеют одну зону размола между двумя дисками, вращающимися в противоположные стороны. Каждый из дисков установлен на консольном валу и приводится во вращение от индивидуального электродвигателя. Принцип действия двухдисковых мельниц аналогичен однодисковым. Гарнитура дисковых мельниц. Размалывающая гарнитура – основной рабочий орган мельницы (рис. 5). Рабочая поверхность гарнитуры характеризуется числом, размерами и расположением ножей. Параметры гарнитуры определяют качество массы, транспортирующую способность мельницы и ее технико-экономические показатели. 27. Дайте характеристику конструкциям гидроразбивателей для разволокнения при переработке макулатуры и укажите принцип их работы. Гидроразбиватели бывают открытого и закрытого типов, однороторные, двухроторные и многороторные (до четырех роторов). Эти машины могут использоваться для роспуска чистых и загрязненных материалов (макулатуры). Под роспуском понимается процесс разделения волокнистого материала в водной среде на отдельные волокна. По конструкции устройств для отвода массы различают гидроразбиватели, оснащенные ситом, и без сита. Бесситовой отвод массы обычно применяется при периодической работе в гидроразбивателях небольших размеров. Наличие сита позволяет осуществлять первичное сортирование и очистку от грубых включений. Рис. 1. Схема гидроразбивателя открытого типа: 1 - ванна; 2 — переливной ящик; 3 - ротор; 4 - электродвигатель привода ротора; 5 - сита;6 — неподвижные направляющие лопасти; 7 жгут; 8 - жгутовытаскиватель; 9 – грязевик для сборе тяжелых загряз-нений; 10- выпускной патрубок отвода готовой массы Гидроразбиватель (рис. 1) состоит из ванны 1 с переливным ящиком 2, ротора с лопастями 3 и электродвигателя привода ротора 4. Принцип работы гидроразбивателя заключается в следующем: в ванну подается вода и подлежащий роспуску волокнистый материал, в результате механического воздействия лопастей ротора и гидродинамического воздействия движущейся среды происходит разделение материала на отдельные волокна. Получающаяся волокнистая масса проходит через отверстия сита 5 и далее направляется в переливной ящик 2, служащий для регулировки уровня массы в ванне гидроразбивателя. За переливным ящиком обычно устанавливается насос для дальнейшей транспортировки массы. В некоторых конструкциях переливной ящик отсутствует, а насос подключается к выпускному патрубку гидроразбивателя 10. Для направления движения массы на днище или стенках ванны имеются неподвижные направляющие лопасти 6. Ротор гидроразбивателя 3 представляет собой массивный диск, на поверхности которого расположены лопасти, обеспечивающие циркуляцию массы в ванне и роспуск волокнистого материала. При роспуске макулатуры, содержащей различные загрязнения, гидроразбиватель выполняет функцию мокрой очистки материала. Для очистки массы от вьющихся загрязнений проволоки, веревок и т.п. применяется жгут 7. Перед началом роспуска в ванну гидроразбивателя опускают конец веревки с закрепленными в нем кусками проволоки, а второй конец закрепляется между валиками лебедки жгутовытаскивателя 8. В результате вращательного движения массы загрязнения навиваются на опущенный конец веревки, образуя плотно скрученный жгут, который периодически или непрерывно вытягивается из ванны и обрезается. Тяжелые загрязнения (камни, металлические предметы и т.п.) отбрасываются лопастями ротора и, двигаясь по днищу, попадают в грязевик 9, из которого периодически удаляются. Гидроразбиватели закрытого типа (сортирующие гидроразбиватели) или турбосепараторы применяются в современных технологических схемах подготовки макулатурной массы с целью повышения эффективности роспуска, качества сортирования и очистки массы Гидроразбиватель сортирующий. Для разволокнения макулатуры применяются гидроразбиватели (рис. 2), имеющие сита с круглыми отверстиями или щелями, через которые проходит волокнистая суспензия при удалении всех видов грубых загрязнений, задерживаемых на ситах. Принцип действия гидроразбивателей основан на том, что вращающийся ротор приводит в интенсивное турбулентное движение содержимое ванны и отбрасывает его к периферии, где волокнистый материал, ударяясь о неподвижные ножи, установленные на переходе между днищем и корпусом гидроразбивателя, разбивается на кусочки, пучки и отдельные волокна. Вода с материалом, проходя вдоль стенок ванны гидроразбивателя, постепенно теряет скорость и опять засасывается в центр гидравлической воронки, образуемой ротором. Благодаря такой интенсивной циркуляции происходит разволокнение материала на волокна. Для интенсификации этого процесса на внутренней стенке ванны устанавливают специальные планки, о которые масса, ударяясь, подвергается дополнительно высокочастотным колебаниям, что также способствует её разволокнению. Получаемая при этом волокнистая суспензия удаляется через кольцевое сито, расположенное вокруг ротора. В нижней части ванны находится сборник загрязнений, предназначенный для улавливания крупных и тяжелых включений, которые из него периодически (через 1–4 ч) удаляются. Сборник загрязнений имеет запорные задвижки и линию подачи воды для промывки отходов. С помощью жгутовытаскивателя из ванны работающего гидроразбивателя непрерывно удаляют посторонние включения, способные по своим размерам и свойствам закручиваться в жгут (веревки, тряпье, проволока, упаковочная лента, полимерные пленки больших размеров и пр.). При разволокнении макулатуры уже в гидроразбивателе начинается ступенчатая очистка массы от тяжелых и легких включений. При этом мелкие тяжелые включения в виде песка, скрепок, скобок и пр., удаляются вместе с разволокненной массой. Наличие их в макулатурной массе, подвергающейся последующей обработке, приводит к порче оборудования или быстрому износу деталей. 28. Дайте характеристику варочным котлам непрерывного и периодического действия. Варочные установки периодического действия. В производстве сульфатной целлюлозы применяют вертикальные стационарные котлы емкостью от 70 до 200 м3, а для варки с предгидролизом – котлы емкостью до 300 м3. Варочные котлы могут иметь днища конической и сферической формы. Котлы со сферическим днищем считаются предпочтительнее, так как при такой конструкции улучшается вытеснение щелока и, кроме того, обеспечивается выгрузка массы из котла при более высокой концентрации. Варочные котлы большой емкости, предназначенные для варки целлюлозы с холодной выгрузкой массы из котла и рекуперацией тепла черного щелока, имеют циркуляционные сита в цилиндрической части котла. Внутренние стенки современного котла облицованы нержавеющей сталью, а наружные для уменьшения потери тепла в окружающую среду покрыты изоляцией. Целлюлоза варится с непрямым подогревом щелока, поэтому котлы оборудованы циркуляционно-подогревательными устройствами. Непрерывные аппараты Варочный аппарат представляет собой вертикально расположенный сосуд, работающий под давлением 1,0...1,2 МПа. В верхней части аппарата расположено одно или два загрузочных устройства, через которые производится питание варочного аппарата щепой. Загрузочные устройства котлов могут быть вертикального или наклонного типа. В варочных котлах с одной линией загрузки верхняя часть выполняется конической формы, которая обеспечивает лучшее перемещение щепы и предотвращает ее зависание. Корпус изготавливается из обычной или двухслойной стали. Внутренний слой, толщиной 3...5 мм, выполняется из легированной стали, имеющей в своем составе 17,5 % хрома, 12,5 % никеля и 2,8 % молибдена. Толщина стенок цилиндрической части котла составляет 19...25 мм, верхнего днища около 25 мм, а нижнего около 30 мм. Котлы, оборудованные зоной горячей диффузионной промывки, на 8...12 м выше обычных. Вверху варочного котла имеется штуцер для сдувок паров и газов, которые идут в пропиточную камеру. Внутри котла имеются циркуляционные сита, через которые забирается из него и подается внутрь варочный щелок, а на корпусе котла с внешней стороны проходят концентрические трубопроводы для подачи варочного и черного щелока в соответствующие зоны котла. В варочном котле по центру расположены опущенные до определенной зоны четыре трубы. В центральной части расположена осевая труба. Для выгрузки массы внизу котла имеется разгрузочное устройство. Оно состоит из донного шабера с приваренными к нему лопастями и центральной трубы, на конце которой имеется распределитель подаваемого через нее черного щелока. Скапливающаяся на дне котла масса приводится в движение шабером, который вращается с частотой 1,6...6,0 мин. 29. Дайте характеристику сеточной части бумагоделательной машины. Укажите основные обезвоживающие элементы сеточного стола и принцип их работы. Условно сеточный стол можно разделить на регистровую часть иногда подвергаемой тряске, зону отсасывающих ящиков и гауч-пресс (гауч-вал). Разбавленная бумажная масса (конц. 0,3…1,2 % в зависимости от вида вырабатываемой бумаги) непрерывным потоком вытекает из напорного ящика на движущуюся бесконечную сетку. На сеточном столе масса теряет большую часть содержащейся в ней воды, превращаясь в бумажное полотно, которое при сухости около 20…25 % передается с сетки в прессовую часть для дальнейшего уплотнения и механического обезвоживания. Таким образом, на сетке происходят одновременно два основных процесса – обезвоживание и формование бумажного полотна. Сетка натянута между двумя основными валами, грудным и гауч-валом. Чаще всего, гауч-вал является приводным. Он вращается от электродвигателя и приводит в движение сетку за счет возникающих между его поверхностью и сеткой сил трения. Грудной вал. Это первый вал сеточного стола. Над ним, установлен напорный ящик для подачи бумажной массы. Поверхность вала покрывают медной рубашкой толщиной 3…4 мм или слоем твердой резины. Грудной вал не имеет отдельного привода и вращается сеткой. Для очистки поверхности вала от приставших к ней волокон под сеткой устанавливают шабер и водяной спрыск. После грудного вала обычно устанавливают формующую доску. Она устраняет провисание сетки и улучшает формование, за счет замедления обезвоживания в начале сеточного стола. После формующей доски устанавливают обезвоживающие элементы. Дальнейшее обезвоживание ведут принудительным способом, под вакуумом на отсасывающих ящиках и отсасывающем гауч-вале. Отсасывающие ящики сверху покрывают крышкой из продольных брусков шириной 20…40 мм, располагаемыми на расстоянии 20…40 мм друг от друга, либо сплошной перфорированной крышкой с отверстиями диаметром 13…18 мм, расположенными в шахматном порядке. В этих ящиках создают небольшое разряжение. Разрежение обычно составляет 30…300 мм вод. ст. Применение подобных отсасывающих ящиков в зоне формования позволяет повысить степень разбавления массы при отливе на машине почти в два раза, уменьшить длину сеточного стола, улучшить формование и значительно повысить прочность бумаги. После отсасывающих ящиков, дальнейшее обезвоживание бумажного полотна происходит на отсасывающем гауч-вале. Отсасывающий гауч-вал представляет собой перфорированную трубу со стенкой толщиной 25…50 мм, в которую вставлена неподвижная вакуумная камера шириной 180…230 мм. Диаметр вала 600…1100 мм. Для уплотнения вакуумной камеры она прижимаются к внутренней стенке вала пневматически, при помощи надувных шин.Главный фактор обезвоживания бумажного полотна на отсасывающем гауч-вале – величина вакуума. С ее увеличением, возрастает интенсивность обезвоживания и прочность влажного полотна.С гауч-вала бумажное полотно передают в прессовую часть, а сетка, обогнув нижний вал гауч-пресса, возвращается к грудному валу. При обратном движении сетка, направляемая несколькими сетковедущими валиками, промывается водой при помощи водяных спрысков, и снова подходит к регистровой части сеточного стола. Оборотная вода от регистровой части машины по желобам и сливам отводится в сборник оборотной воды. Для обрезания неровных кромок сырого бумажного полотна перед гауч-прессом устанавливают две краевые отсечки (водяные ножи). 30. Дайте характеристику прессовой части бумагоделательной машины. Назначение и принцип действия. После сеточной части бумажное полотно поступает в прессовую часть, которая служит для дальнейшего механического обезвоживания полотна бумаги после сеточного стола. В большинстве бумагоделательных машин прессовая часть состоит из 2…3 двухвальных прессов. Машины, предназначенные для выработки бумаги из массы жирного помола, имеют 4…5 прессов. Обычный пресс имеет два вала: верхний – гранитный или стонитовый, и нижний – металлический, облицованный резиной (рис. 2.39). Интенсивность обезвоживания в прессе регулируется давлением между валами, создаваемым прижимом или вылегчиванием одного из валов. В каждом прессе имеется сукно, охватывающее один из валов. Сукно устанавливается и поддерживается в рабочем положении при помощи сукноведущих, сукнонатяжных, сукноразгонных и сукноправильных валиков. Основное назначение сукон – предохранение структуры полотна бумаги от раздавливания во время прессования, впитывание влаги, транспортирование непрочного (слабого) сырого полотна в прессе и его передача в следующий пресс. Для промывки прессовых сукон применяются сукномойки. При проходе пресса бумага одной стороной лежит на сукне и получает от него маркировку, а другой – соприкасается с верхним гладким валом. В результате одна сторона бумаги сглаживается, а другая нет. Для сглаживания ее поверхности часто устанавливают обратный пресс, в котором сторона бумаги, соприкасавшаяся в предыдущем прессе с сукном, контактирует с гладким валом пресса. Для интенсификации процесса прессования бумаги вместо обычных прессов устанавливают отсасывающие и сдвоенные прессы. Каждый из этих прессов приводится в движение индивидуальным приводом. На прессах бумажное полотно последовательно обезвоживается до сухости 30…42 %. Для интенсификации обезвоживания полотна в прессовой части применяют прессы с желобчатыми валами и повышенным линейным давлением между ними. Бумажное полотно, сформованное в сеточной части, автоматически вакуумпересасывающим устройством передается на сукно прессовой части. Современные конструкции комбинированных многовальных прессов обеспечивают прохождение бумаги без свободных участков, что обеспечивает безобрывную проводку бумаги в прессовой части. Прессовать бумажное полотно нужно при постепенно возрастающем линейном давлении от 176 до 784 Н/см. Это обеспечит сохранение его структуры. При повышении скорости машины длительность прессования сокращается, и степень обезвоживания бумажного полотна уменьшается. Во время прессования бумажное полотно не только обезвоживается, но и уплотняется. При этом увеличиваются площадь контакта и силы сцепления между волокнами. Кроме того, изменяется ряд свойств бумаги: растет плотность, снижается пористость, воздухопроницаемость, впитывающая способность, увеличивается механическая прочность на разрыв и др. 31. Назначение и принцип работы пересасывающего устройства. В зависимости от вида изготовляемой бумаги и свойств исходной бумажной массы сухость бумажного полотна после гауч-вала достигает 16…22 %. При этой сухости на тихоходных бумагоделательных машинах снятие бумажного полотна с сетки и перевод его в прессовую часть машины осуществляют на узкой (50…70 мм) полосе полотна вручную или с помощью струи сжатого воздуха под давлением 380…580 кПа. На быстроходных бумагоделательных машинах, а также при выработке тонких видов бумаги применяют метод вакуум-пересоса (рис. 2.38). На сеточном столе устанавливают поворотный сетковедущий вал 4, являющийся вторым приводным валом сетки. К наклонному участку сетки примыкает находящийся в сукне вакуум-пересасывающий вал 3, в котором создается вакуум 40…53 кПа. Под воздействием вакуума бумажное полотно пересасывается с сетки на нижнюю поверхность съемного сукна и таким образом транспортируется в прессовую часть бумагоделательной машины. При установке пересасывающего вала с двумя вакуумными камерами в первой из них для отрыва бумажного полотна с сетки и передачи его на сукно создается вакуум 59…69 кПа, а во второй для удерживания полотна на съемном сукне величина вакуума составляет 39…49 кПа. 32. Дайте характеристику сушильной части бумагоделательной машины. Назначение и принцип действия. После прессовой части мокрое бумажное полотно, с сухостью 30…45 % поступает в сушильную часть бумагоделательной машины, где удаляется оставшаяся после отжима на прессах влага в количестве 1,5…2,5 кг на 1 кг бумаги. Сушильная часть бумагоделательной машины состоит обычно из двух рядов вращающихся сушильных цилиндров обогреваемых изнутри паром. Движущееся бумажное полотно прижимается к нагретой поверхности цилиндров при помощи сушильных сеток, улучшающих теплопередачу и предотвращающих коробление и сморщивание поверхности бумаги при сушке. Обычно, продолжительность сушки бумаги в сушильной части машины в пределах 20…40 сек и зависит от скорости БДМ. Для сушки бумаги применяется контактный метод, при котором тепло, необходимое для ее нагрева и испарения влаги, передается от горячей поверхности сушильных цилиндров, обогреваемых насыщенным паром.Сушильный процесс на БДМ состоит из ряда отдельных повторяющихся циклов, количество которых равно количеству сушильных цилиндров. В первой фазе каждого цикла сушки бумажное полотно получает тепло от нагретой поверхности цилиндра и расходует его на повышение температуры бумаги и испарение влаги из нее. Во второй фазе этого цикла, влага испаряется с обеих сторон бумаги благодаря теплу, накопленному в первой фазе процесса. Во втором цикле, в первой фазе за счет накопленного тепла влага испаряется с обеих сторон бумаги, во второй фазе бумажное полотно охлаждается при прохождении расстояния между сушильными цилиндрами. Большая часть воды, испаряемой из бумаги, переходит в сушильные сетки в виде пара, который, при недостаточной воздухопроницаемости сеток частично конденсируется в них. Таким образом, процесс сушки бумаги на БДМ, состоящий из повторяющихся циклов, представляет собой комбинированную сушку с прерывистым режимом, состоящую из контактной сушки на нагретой поверхности сушильных цилиндров и конвективной сушки на свободных участках между сушильными цилиндрами. В первом цикле сушка протекает более интенсивно при постоянном подводе тепла, а во втором – менее интенсивно без подвода тепла, лишь за счет тепла, накопленного бумагой при ее прохождении через сушильные цилиндры. А т.к. в этом цикле нет подвода тепла, поэтому бумага охлаждается. Сушильная часть бумагоделательной машины служит для окончательного обезвоживания полотна бумаги испарением влаги. Сушильная часть состоит из сушильных цилиндров, расположенных в два яруса в шахматном порядке. Сушильный цилиндр – это полый стальной цилиндр диаметром 1500 или 1800 мм, изнутри обогреваемый паром. Поверхность цилиндров, как и прессовых валов, имеет высокую степень обработки – она отшлифована и отполирована. Цилиндры рассчитаны на рабочее давление 0,35 МПа. Число цилиндров зависит от вида вырабатываемой бумаги и скорости машины. Для выработки конденсаторной бумаги бумагоделательные машины имеют 5…6 цилиндров, а для выработки газетной и мешочной бумаги у быстроходных машин число цилиндров доходит до 80. Сушильная часть обычно разделяется на 3…5 групп. Каждая группа включает определенное число бумагосушильных цилиндров, охватываемых сушильным сукном, сукносушильных цилиндров и сукноведущие, сукнонатяжные и сукноправильные валики. Разделением сушильной части на группы достигается возможность регулирования температуры поверхности цилиндров каждой группы и, следовательно, обеспечение необходимого режима сушки в зависимости от вида вырабатываемой бумаги. Индивидуальный привод каждой группы или двух групп цилиндров облегчает согласование скоростей соседних групп цилиндров для обеспечения безобрывности в сушильной части. Схема прохождения бумаги в сушильной части бумагоделательной машины представлена на рис. 2.40. 33. Опишите процесс напуска массы на сетку и формование бумажного листа. Перед поступлением на сетку бумагоделательной машины массу концентрацией 2,5…3,5% разбавляют оборотной водой до концентрации 0,1…1,3%, освобождающейся на ее сеточной части при обезвоживании бумажного полотна. Разбавление происходит в смесительном насосе. Разбавленная волокнистая суспензия подводится к напорному устройству (напорному ящику), с помощью которого равномерным потоком выпускается на движущуюся бесконечную сетку. На сетке происходит обезвоживание и формование бумажного полотна. Выпуск массы на сетку бумагоделательной машины. Выпуск бумажной массы на сетку машины осуществляется напорными устройствами (напорными ящиками) разного типа. Назначение этих устройств в том, чтобы диспергированную массу выпустить на сетку со скоростью, приближающейся к скорости сетки. Напорное устройство должно обеспечивать регулирование толщины слоя массы, вытекающего на сетку, по всей ширине машины, а также регулирование ширины выпускной щели и, следовательно, напора, от которого зависит скорость истечения массы. Скорость истечения бумажной массы при выходе на сетку должна быть приблизительно равна скорости движения сетки. Наиболее удовлетворительное формирование бумаги происходит при коэффициенте скорости массы 0,95…1,1. Большое значение для формования бумажного листа имеет угол, под которым струя, вытекая из выпускной щели, ложится на сетку. Этот угол должен приближаться к нулю. Напорные ящики можно разделить на следующие типы: напорные ящики открытого типа, закрытого типа и гидродинамического типа. Открытый напорный ящик представляет собой массивный ящик, в нижней части которого со стороны сетки находится выпускная щель, образуемая двумя пластинами, из которых нижняя, горизонтальная, неподвижна, а верхняя, наклонная к первой под углом подвижная. Она закреплена шарнирно в боковой стенке напорного ящика. Другой ее конец удерживается рядом винтов, закрепленных на поворотном валу, с механизмом для поднятия и опускания. Ящик обеспечивает необходимые напор и скорость вытекания массы на сетку. Винты, удерживающие верхнюю линейку, снабжены маховичками для местного подъема или опускания верхней линейки для местного, тонкого регулирования толщины бумажного полотна. Для лучшего диспергирования массы перед выходом ее на сетку внутри ящика перед выпускной щелью устанавливается небольшой перфорированный валик, вращающийся от небольшого приводного двигателя. Напорные ящики закрытого типа с воздушной подушкой в этом случае напор массы, и, следовательно, скорость истечения массы складывается из гидростатического напора массы в напорном ящике (обычно он постоянен в пределах 0,3…0,4 м) и давления воздуха в воздушном пространстве над массой. Так как статический напор массы практически постоянен, то общий напор регулируется изменением давления в воздушном пространстве. Для поддержания волокон в дисперсном состоянии на всем пути от приемного коллектора напорного ящика до выпускной щели волокнистая суспензия подвергается перемешиванию с помощью перфорированных валиков, скорость вращения которых можно регулировать. Напорные ящики гидродинамического типа. Такие напорные ящики устанавливают на высокоскоростных БДМ. В таких напорных ящиках бумажная масса вытекает из выпускной щели под гидродинамическим напором, создаваемым смесительным насосом, работающим с постоянным числом оборотов. Разбавленная бумажная масса (конц. 0,3…1,2 % в зависимости от вида вырабатываемой бумаги) непрерывным потоком вытекает из напорного ящика на движущуюся бесконечную сетку. На сеточном столе масса теряет большую часть содержащейся в ней воды, превращаясь в бумажное полотно, которое при сухости около 20…25 % передается с сетки в прессовую часть для дальнейшего уплотнения и механического обезвоживания. Таким образом, на сетке происходят одновременно два основных процесса – обезвоживание и формование бумажного полотна. 34. Дайте характеристику оборудования для очистки, сортирования и фракционирования макулатурной массы. Основной целью переработки макулатуры является получение волокнистой массы, которую целесообразно использовать в композиции бумаги и картона, максимально замещая первичные волокнистые полуфабрикаты: целлюлозу или механическую древесную массу. Основной задачей процесса переработки макулатуры является удаление из макулатурной массы загрязнений как можно ранее по технологическому потоку, при максимальном восстановлении её бумагообразующих свойств. Грубая (предварительная) очистка и сортирование макулатурной массы. Задачей данных операций является удаление из макулатурной массы крупных включений при дальнейшем разволокнении кусочков бумаги и пучков волокон. Удаление тяжелых включений производится на вихревых очистителях, остальных загрязнений – на напорных сортировках (сортировках, работающих под давлением) или в сепараторах. Вихревые конические очистители. Удаление тяжелых включений на очистителях предотвращает поломку и быстрый износ следующих далее по потоку сортировок и другого оборудования. Макулатурная масса под избыточным давлением подается в очиститель по тангенциально расположенному патрубку с небольшим наклоном к горизонтали. Под действием центробежных сил вихревого потока, возникающего при движении массы сверху вниз через конический корпус очистителя, тяжелые посторонние включения отбрасываются к периферии и собираются в грязевике. Очищенная масса сосредоточивается в центральной зоне корпуса и по восходящему потоку, поднимаясь вверх, отводится из очистителя. В процессе работы очистителя должна быть открыта подача воды в грязевик для промывки отходов и частичного разбавления очищенной массы. Отходы из сборника грязи удаляются периодически, по мере их накопления. Очистители работают стабильно при концентрации массы в пределах 2–5 %. При повышении концентрации массы более 5 % эффективность её очистки резко снижается. Сепараторы. Для отделения и окончательного разволокнения пучков волокон, которые в большом количестве содержатся в массе, выходящей из гидроразбивателя через отверстия кольцевых сит, расположенных вокруг ротора в нижней или торцевой частях ванны, используют сепараторы, пульсационные мельницы, энштипперы и кавитаторы. Наибольшее распространение в настоящее время находят сепараторы, в отличие от напорных сортировок они позволяют одновременно с сортированием макулатурной массы осуществлять её очистку от кусочков пластмассы, пленок, фольги и других посторонних включений и проводить эффективное тонкое разволокнение пучков макулатурной массы (рис. 4). Сортирование и разволокнение пучков волокон происходит следующим образом: масса поступает в сепаратор через тангенциально расположенный патрубок 2. В результате вращательного движения лопостей ротора 1 приобретает дополнительную центробежную силу, интенсивность которой возрастает по мере повышения частоты вращения ротора. В результате турбулентного движения массы в сепараторе отделяются включения как по размеру, так и по плотности. Под действием центробежной силы тяжелые примеси отбрасываются к стенке корпуса и стекают вниз к патрубку, который соединен с грязевиком аппарата 4. В следствие радиального перепада давления в сепараторе легкие загрязнения сосредоточиваются и поддерживаются во взвешенном состоянии в центре завихрения, откуда они периодически удаляются через патрубок 5, расположенный в центральной части откидной крышки аппарата. Разделение пучков волокон на отдельные волокна происходит в пространстве между ситом 3с круглыми отверстиями и лопастями ротора 1 в результате трения пучков волокон между собой и усилий среза между кромками лопастей и отверстий сита. Очищенная и отсортированная масса, прошедшая через отверстия сита 3 удаляется из камеры, расположенной за ситом, через патрубок. Диаметр отверстий сит у современных сортировок и сепараторов 1,6–2,5 мм. Тонкая очистка и сортирование макулатурной массы Тонкая очистка и сортирование макулатурной массы производятся для отделения оставшихся комочков, пучков волокон и загрязнений, которые протекли через сита сортировок грубого сортирования (1,6–2,5 мм). С этой целью используют вихревые конические очистители и напорные сортировки с различными размерами щелевых сит. Тонкая очистка предназначена для удаления мелких тяжелых и легких включений. Во-первых, тонкая очистка является необходимой стадией для удаления абразивных материалов (песок, гравий), которые могут вызвать преждевременный износ сит щелевых сортировок и мельниц, расположенных далее по потоку, и ухудшить качество конечной массы. Во-вторых, данная технологическая операция предназначена для отделения материалов с плотностью, большей или меньшей, чем у воды; при этом удаляются тяжёлые и легкие загрязнения, такие как воск, пенопласт, клей и пр. После тонкой очистки масса поступает в систему тонкого сортирования, оборудованную ситами со шлицами размером 0,15–0,35 мм 35. Опишите устройство и принцип действия окорочного барабана для окорки балансов. Распиленные балансы направляются на окорку в корообдирочные барабаны (рис. 2.3). Древесные балансы подаются с торца барабана и за счет его вращения, ударяясь о стенки и друг о друга, продвигаются к противоположному выгрузочному концу. При таком характере передвижения балансов происходит интенсивное разрушение, и сдирание с них коры. При производстве механической массы из балансов окоренные балансы сразу направляются на дефибреры. Для получения технической целлюлозы или механической массы из щепы балансы направляют в рубительную машину для получения технологической щепы. 36. Опишите устройство и принцип действия многопильного станка для распиловки древесины на балансы. Многопильный станок слешер состоит из смонтированного на наклонной деревянной или металлической раме многоцепного транспортера. Цепи транспортера шарнирного типа снабжены мощными захватами и приводятся в движение от привода, расположенного под рамой, через звездочки, закрепленные на валу. Балансы поступают к слешеру лесотранспортером, с которого автоматически сбрасываются на движущийся транспортер. Захваченные балансы с постоянной скоростью (около 0,2 м/с) поочередно надвигаются на вращающиеся дисковые пилы, распиливаются на отрезки определенной длины и поступают на продольный транспортер, которым подаются к окорочным устройствам. Число пил на слешере определяется необходимым числом резов. В целлюлозном производстве балансы обычно распиливаются на отрезки длиной 1,25... 1,5 м.. 3 Диаметр пил равен 1500 мм, толщина 6 мм, производительность слешера 150—250 пл. м древесины в 1 ч. Потери древесины на опилки составляют 0,3 %. При распиловке балансов для производства древесной массы эти потери больше (до 2—3%), так как часть древесины теряется в виде отпиливаемых торцов бревен. 37. Опишите устройство и принцип действия дисковой многоножевой рубительной машины с целью получения технологической щепы. Задачей рубки является измельчение окоренных балансов в щепу, однородную по размерам (длина 16...20 мм, ширина 20...25 мм, толщина 2...3 мм) и с гладким отрубом. Повсеместно на целлюлозных заводах балансы измельчают дисковыми многоножевыми рубительными машинами (рис. 5). Рабочим органом рубительной машины является стальной диск с радиально расположенными ножами. Балансы по наклонно расположенному (угол наклона от 45 до 50° к горизонту) питательному патрону один за другим подаются к диску и попадают под удары ножей. Режущие кромки ножей, взаимодействующие с упорным ножом, отрубают от бревна шайбы толщиной 15...25 м, которые фасками ножей раскалываются вдоль волокон на отдельные кусочки, проскакивают сквозь прорези диска на его другую сторону и, ударяясь о стенки кожуха, дробятся в щепки. Толщина отрубаемых шайб регулируется выступом ножа над диском. Рис. 5. Схема дисковой многоножевой рубительной машины (а) и принцип измельчения балансов (б): 1 – стальной диск; 2 – ножи; 3 – всасывающий воздухопровод; 4 – прорезь в диске; 5 – патрубок; 6 – питающий патрон; 7 – кожух; 8 – лопатка; 9 – привод; 10 – диск-маховик; 11 – баланс; 12 – упорный нож 38. Представьте схему и опишите принцип действия щеточных устройств для нанесения покрытий из дисперсий и растворов при обработке бумаги и картона. Растворы или дисперсию красок наносят на поверхность бумаги с помощью одного или нескольких вальцов, прижимом суконных или резиновых валиков, а также с помощью щеточных красильных машин, станков для нанесения покрытий воздушным шабером или употребляемыми в полиграфии специальными методами нанесения печати. Щеточные устройства служат для нанесения покровного слоя на бумагу с помощью цилиндрической щетки или вала, погруженного в ванну с покровной суспензией, и разравнивающей цилиндрической щетки (рис. 5.7, 5.8), которая разглаживает и втирает покровный слой в полотно бумаги. При нанесении покровной суспензии цилиндрической щеткой устанавливают для разглаживания четырешесть вибрирующих щеток. Основными элементами валиковых устройств являются: - купающийся валик 3 (рис. 5.8,), частично погруженный в жидкость (или соприкасающийся с ней), уносящий при вращении на своей поверхности слой жидкости, переходящей затем (полностью или частично) на поверхность соприкасающейся с ним бумаги или промежуточного валика; - прижимный валик 1 (рис. 5.8), прижимающий огибающее его бумажное полотно к поверхности наносящего валика; 39. Представьте схему и опишите принцип действия валиковых устройств для нанесения покрытий из дисперсий и растворов при обработке бумаги и картона. Валиковый способ нанесения покрытий основан на уносе слоя вязкопластической жидкости движущейся твердой поверхностью с последующим возможным переходом жидкости на другую твердую поверхность. Валиковым способом можно наносить покровные составы вязкостью от нескольких миллипаскалей-секунд до десятков паскалей-секунд при скорости движения бумажного полотна от десятков сантиметров в минуту до 800 м/мин.Конструктивно валиковые системы чрезвычайно разнообразны, число валиков может изменяться от одного до десяти и более, причем функции каждого валика в системе весьма различны. Рис. 5.6. Схемы вариантов нанесения покрытий валиками: а – купающим; б – наносящим (купающимся); в – купающимся и дозирующим; 1 – наносящий валик; 2 – купающийся валик; 3 – дозирующий валик; 4 – прижимной валик Основными элементами валиковых устройств являются: - купающий валик (рис. 5.6, а), поверхность которого огибается бумажным полотном, соприкасающимся с поверхностью жидкости; - наносящий валик 1 (рис. 5.6, б, в), с которого на поверхность бумаги переходит слой наносимой жидкости, ранее унесенной поверхностью валика из ванны или с другого (вспомогательного) валика; - купающийся валик 2 (рис. 5.6, в), частично погруженный в жидкость (или соприкасающийся с ней), уносящий при вращении на своей поверхности слой жидкости, переходящей затем (полностью или частично) на поверхность соприкасающейся с ним бумаги (в этом случае он является наносящим) или промежуточного (вспомогательного) валика; - дозирующий валик 3 (рис. 5.6, в), снимающий с поверхности наносящего валика избыток жидкости перед его контактом с бумажным полотном, как правило, за счет его вращения навстречу (по отношению к точке контакта) наносящему валику; - прижимный валик 4 (рис. 5.6, в), прижимающий огибающее его бумажное полотно к поверхности наносящего валика; - разравнивающий (шлифующий) валик, выравнивающий ранее нанесенный на бумагу слой жидкости за счет вращения навстречу бумажному полотну. По механизму своего действия oн приближается к шаберным устройствам. Валики могут иметь как полированную хромированную, так и резиновую рубашку, причем может использоваться резина различной твердости. 40. Представьте схему и опишите принцип действия шаберных устройств для нанесения покрытий из дисперсий и растворов при обработке бумаги и картона. Шаберный способ нанесения покрытий основан на удалении с поверхности бумаги избытка покровной массы при помощи шабера. Перед шаберным устройством покровная масса в избытке наносится на бумажное полотно, проходящее через валиковую систему или через ванну с покровной смесью. Шаберные устройства позволяют наносить покрытия при скорости бумажного полотна до 1500 м/мин. В точке контакта шабера с бумагой бумажное полотно чаще всего находится на опорной поверхности (обычно на опорном валу), что позволяет, меняя силу прижима шабера, варьировать массу наносимого покрытия. При использовании шаберных систем осуществляются такие основные процессы, как выравнивание (разравнивание) покрытия, частичное вдавливание покровной массы в капиллярнопористую структуру бумаги (картона), удаление избытка покровной массы с поверхности бумаги. Существует несколько типов шаберов: - ножевой – жесткий и гибкий; - вращающийся; - воздушный. Жесткий ножевой шабер представляет собой пластину из твердого материала (стекла, нержавеющей стали). Меняя положение шабера (его расстояние от полотна бумаги и угол наклона), можно регулировать толщину наносимого покрытия. Применяют жесткие ножевые шаберы при небольшой ширине бумажного полотна. Гибкий шабер (лезвие) представляет собой тонкую (0,2…0,3 мм) гибкую пластину, изготовленную из высококачественной стали. Гибкий шабер может сочетаться с различными видами устройств, подающих покровную массу, и может являться одной из стенок ванны, в которой находится покровная масса, и т. д. Так, в лотковом устройстве (рис. 5.10) огибающая опорный вал 2 бумага-основа образует одну сторону лотка, в котором находится покровная паста, а гибкий шабер образует днище лотка, снимая с полотна, выходящего из нижней части лотка, избыток покровной пасты. Устройство с гибким шабером наносит очень гладкий слой на поверхность бумаги или картона. Ввиду отсутствия вращающихся валиков нет разбрызгивания кроющей дисперсии или раствора. Развитием шаберных систем является фонтанирующий шабер и шаберное устройство с затопленным зазором. Вращающийся шабер представляет собой хромированный стержень диаметром 10 мм, вращающийся навстречу движению бумажного полотна. Гладким вращающимся шабером можно наносить покрытия массой (по сухому веществу) до 9 г/м2. Увеличение массы покрытия до 12...15 г/м2 может быть достигнуто при использовании проволочного шабера – вращающегося стержня, плотно обмотанного проволокой диаметром 0,1...1,0 мм. Недостатком системы с вращающимся шабером является зависимость массы наносимого покрытия не только от реологических свойств покровной массы и гладкости поверхности бумаги (картона), но и от равномерности движения бумажного полотна. Этот недостаток систем с вращающимся шабером устраняется при переходе к комбинированным системам, сочетающим вращающийся и гибкий шаберы. Воздушный шабер (рис. 5.14) работает по принципу удаления избытка покровной массы с полотна бумаги под действием струи воздуха, выходящей из щелевого сопла. В настоящее время установки с воздушным шабером имеют ширину до 6500 мм и работают при скоростях нанесения до 860 м/мин, масса наносимого покрытия может варьироваться от 5 до 30 г/см2. В зависимости от профиля воздушной струи, взаимодействующей с полотном бумаги, воздушный шабер может работать в режиме воздушного ножа или воздушной щетки. Покровная масса с избытком наносится на бумажное полотно купающимся валиком 5. Угол охвата бумагой валика 5 может меняться за счет вертикального перемещения валиков 3 и 4. Затем бумажное полотно огибает опорный вал 2. На поверхность бумаги, находящейся на опорном валу, подается струя воздуха из воздушного шабера 1, сдувающая избыток покровной суспензии в приемный лотокинжектор 7. При рабочей скорости более 120 м/мин осуществляют предварительную дозировку с помощью роль-ракеля 6, работающего в сочетании с прижимным валиком 3. К торцам воздушного шабера 1 с двух сторон от компрессора подается сжатый воздух, проходящий систему регулирования давления. В лотке-инжекторе с помощью отводящих патрубков создается разряжение. Пройдя сепаратор, отработанный воздух с помощью вентилятора выбрасывается в атмосферу. Покровная масса из лотка-инжектора вновь подается в циркуляционную систему. Основными недостатками воздушного шабера являются возможность использования только низкоконцентрированных (35...40 %) покровных композиций с низкой вязкостью, малая скорость нанесения покрытия, низкие гладкость и глянец покрытия. 41. Представьте схему и опишите принцип действия фильерных устройств для нанесения покрытий из дисперсий и растворов при обработке бумаги и картона. Более толстые однослойные покрытия наносятся с помощью фильеры. При этом методе используются покровные массы средней вязкости. Покрытие наносится при невысоких скоростях (рис. 5.18). Главной деталью фильерного устройства являются сопла, в которые под давлением подается суспензия или раствор для дальнейшего разбрызгивания или распыления на верхнюю поверхность полотна бумаги (картона). Фильера чаще всего представляет собой корытообразный металлический резервуар (рис. 5.19), имеющий щель по всей длине в нижней части. Покрытие наносится при невысоких скоростях, так как при скорости выше 100 м/мин трудно получить равномерный покровный слой. Для регулирования толщины наносимого на бумагу слоя на нижней части передней стенки 1 имеется планка 3, нижний край которой отшлифован. Меняя высоту подъема планки, можно регулировать количество пленкообразующего раствора, подаваемого на бумагу, а следовательно, и толщину образующейся пленки. Фильеры такого типа пригодны для нанесения покрытий из высоковязких полимерных растворов (с вязкостью 25 Па·с и выше). Для нанесения тонких покрытий из низковязких пленкообразующих растворов используют фильеру с валиком или запасной камерой. В фильерах с валиком толщина подаваемого на бумагу слоя раствора определяется расстоянием между поверхностями валика и бумаги и скоростью вращения валика. В фильере с запасной камерой металлический корпус разделен перегородкой на запасную и рабочую камеры. Пленкообразующий раствор подается в запасную камеру, из нее поступает в рабочую камеру и лишь оттуда вытекает на поверхность бумаги. Для равномерности толщины покрытия по ширине бумажного полотна с внутренней стороны передней стенки около щели имеется гибкая металлическая пластинка с микрометрическими винтами для регулирования подачи раствора по ширине полотна. Для работы с пленкообразующими растворами большой вязкости используют фильеры, работающие под избыточным давлением – 50...60 кПа, создаваемым с помощью дозирующего насоса. 42. Представьте схему и опишите принцип действия устройств для нанесения покрытий из расплавов. Нанесение покрытий методом каширования. Для нанесения покрытий из расплавов, обладающих высокой вязкостью, применяют кашировальные устройства. Каширование – это процесс формования пленки из расплава полимера в условиях повышенной температуры и давления между двумя обогреваемыми валами с последующей припрессовкой полученной пленки к бумаге (картону). Для получения пленки в зазоре между горячими цилиндрами пригодны те полимеры, которые под действием тепла и давления спекаются. Примером таких полимеров являются полиэтилен, поливинилхлорид, полиуретаны. Схема устройства для каширования бумаги приведена на рис. 5.15. Гранулированный полимер через дозировочный бункер попадает в зазор между двумя вращающимися друг другу навстречу горячими металлическими валами, где начинает плавится. Температура одного из них (3) обычно на 5…10 °С выше, чем второго (2). Горячая пленка полимера, образующаяся в просвете между валами, налипает сначала на поверхность металлического вала, а затем обрезиненным валиком прижимается к бумаге-основе, поступающей с раската через цилиндр с электрообогревом. Толщина покровного слоя зависит от величины зазора между металлическими валами; прочность сцепления пленки с бумагой-основой зависит от давления между прижимным обрезиненным и плавильным валами. Отделка поверхности бумаги осуществляется посредством сменного валика, имеющего гладкую зеркальную или рифленую поверхность. Отделочный валик имеет внутреннее охлаждение. Нанесение полимерных покрытий методом каширования дает возможность не только применять расплавы высокой вязкости, но и варьировать толщину покрытия в широком диапазоне, масса покрытия может колебаться от 10 до 400 г/м2. Недостатком метода каширования является сравнительно низкая скорость нанесения покрытия (40 м/мин) и возможность термоокислительных процессов за счет широкого доступа кислорода воздуха к расплавленному полимеру. Поэтому метод каширования при обработке бумаги используется в меньших масштабах, чем экструзионный. 43. Представьте схему и опишите принцип действия валиковых, фильерных, кашировальных, экструзионных устройств. Нанесение покрытий с помощью фильеры Более толстые однослойные покрытия наносятся с помощью фильеры. При этом методе используются покровные массы средней вязкости. Покрытие наносится при невысоких скоростях (рис. 5.18). Главной деталью фильерного устройства являются сопла, в которые под давлением подается суспензия или раствор для дальнейшего разбрызгивания или распыления на верхнюю поверхность полотна бумаги (картона). Фильера чаще всего представляет собой корытообразный металлический резервуар (рис. 5.19), имеющий щель по всей длине в нижней части. Покрытие наносится при невысоких скоростях, так как при скорости выше 100 м/мин трудно получить равномерный покровный слой. Для регулирования толщины наносимого на бумагу слоя на нижней части передней стенки 1 имеется планка 3, нижний край которой отшлифован. Меняя высоту подъема планки, можно регулировать количество пленкообразующего раствора, подаваемого на бумагу, а следовательно, и толщину образующейся пленки. Фильеры такого типа пригодны для нанесения покрытий из высоковязких полимерных растворов (с вязкостью 25 Па·с и выше). Для нанесения тонких покрытий из низковязких пленкообразующих растворов используют фильеру с валиком или запасной камерой. В фильерах с валиком толщина подаваемого на бумагу слоя раствора определяется расстоянием между поверхностями валика и бумаги и скоростью вращения валика. В фильере с запасной камерой металлический корпус разделен перегородкой на запасную и рабочую камеры. Пленкообразующий раствор подается в запасную камеру, из нее поступает в рабочую камеру и лишь оттуда вытекает на поверхность бумаги. Для равномерности толщины покрытия по ширине бумажного полотна с внутренней стороны передней стенки около щели имеется гибкая металлическая пластинка с микрометрическими винтами для регулирования подачи раствора по ширине полотна. Для работы с пленкообразующими растворами большой вязкости используют фильеры, работающие под избыточным давлением – 50...60 кПа, создаваемым с помощью дозирующего насоса. Нанесение покрытий при помощи валиков Конструктивно валиковые системы чрезвычайно разнообразны, число валиков может изменяться от одного до десяти и более, причем функции каждого валика в системе весьма различны. Основными элементами валиковых устройств являются: - купающий валик (рис. 5.6, а), поверхность которого огибается бумажным полотном, соприкасающимся с поверхностью жидкости; - наносящий валик 1 (рис. 5.6, б, в), с которого на поверхность бумаги переходит слой наносимой жидкости, ранее унесенной поверхностью валика из ванны или с другого (вспомогательного) валика; - купающийся валик 2 (рис. 5.6, в), частично погруженный в жидкость (или соприкасающийся с ней), уносящий при вращении на своей поверхности слой жидкости, переходящей затем (полностью или частично) на поверхность соприкасающейся с ним бумаги (в этом случае он является наносящим) или промежуточного (вспомогательного) валика; - дозирующий валик 3 (рис. 5.6, в), снимающий с поверхности наносящего валика избыток жидкости перед его контактом с бумажным полотном, как правило, за счет его вращения навстречу (по отношению к точке контакта) наносящему валику; - прижимный валик 4 (рис. 5.6, в), прижимающий огибающее его бумажное полотно к поверхности наносящего валика; Рис. 5.6. Схемы вариантов нанесения покрытий валиками: а – купающим; б – наносящим (купающимся); в – купающимся и дозирующим; 1 – наносящий валик; 2 – купающийся валик; 3 – дозирующий валик; 4 – прижимной валик разравнивающий (шлифующий) валик, выравнивающий ранее нанесенный на бумагу слой жидкости за счет вращения навстречу бумажному полотну. По механизму своего действия oн приближается к шаберным устройствам. Валики могут иметь как полированную хромированную, так и резиновую рубашку, причем может использоваться резина различной твердости. Щеточные устройства служат для нанесения покровного слоя на бумагу с помощью цилиндрической щетки или вала, погруженного в ванну с покровной суспензией, и разравнивающей цилиндрической щетки (рис. 5.7, 5.8), которая разглаживает и втирает покровный слой в полотно бумаги. При нанесении покровной суспензии цилиндрической щеткой устанавливают для разглаживания четырешесть вибрирующих щеток. Нанесение покрытий методом каширования Гранулированный полимер через дозировочный бункер попадает в зазор между двумя вращающимися друг другу навстречу горячими металлическими валами, где начинает плавится. Температура одного из них (3) обычно на 5…10 °С выше, чем второго (2). Горячая пленка полимера, образующаяся в просвете между валами, налипает сначала на поверхность металлического вала, а затем обрезиненным валиком прижимается к бумаге-основе, поступающей с раската через цилиндр с электрообогревом. Толщина покровного слоя зависит от величины зазора между металлическими валами; прочность сцепления пленки с бумагой-основой зависит от давления между прижимным обрезиненным и плавильным валами. Отделка поверхности бумаги осуществляется посредством сменного валика, имеющего гладкую зеркальную или рифленую поверхность. Отделочный валик имеет внутреннее охлаждение. Нанесение покрытий методом экструзии Полимер, обычно в виде гранул, поступает через загрузочное устройство внутрь экструдера, где происходит перемещение полимера по винтовому каналу, образованному вращающимся в цилиндре шнеком (рис. 5.16, в). В результате теплопередачи от обогреваемых стенок цилиндра, а также за счет тепла, выделяемого при деформации полимера в экструдере, происходит плавление полимера. Расплавленный полимер перемешивается, фильтруется через сетки и в щелевой головке превращается в тонкую пленку, которая выдавливается на бумагу. Экструзионно-ламинирующая установка работает следующим образом (рис. 5.16, б). Бумага, поступающая с раската, пройдя узлы предварительной обработки, подается к экструдеру в зазор между гуммированным и охлаждающим валами. Гранулированный полимер загружается через бункер в цилиндр экструдера, где он плавится, и с помощью вращающегося шнека подается через адаптер в мундштук. Расплавленный полимер, вытекая из щелевой фильеры мундштука, приобретает форму пленки. При выходе из мундштука пленка полимера соединяется с движущейся бумагой в зазоре между гуммированным валом и охлаждающим цилиндром, где происходит охлаждение ламината. Затем с помощью ведущих валиков бумага с покрытием подается на накат. 44. Представьте схему и опишите принцип действия устройств для пропитки бумаги и картона. Наиболее простая конструкция узла пропитки показана на рис. 5.21. Бумажное полотно проходит тянущий и регулирующие натяжные валики, вертикально погружается в пропиточную ванну и, огибая погружающий валик, вертикально выходит вверх. Содержание связующего в пропиточной бумаге регулируется скребками-ножами, смонтированными на опорных головках, позволяющих заменять их в процессе работы машины. В зависимости от требований технологического регламента используют скребки-ножи различного профиля. Длина пути бумаги и картона в пропитывающем растворе регулируется подъемом или опусканием ванны. Для более быстрого удаления воздуха из бумаги полотно вводят в пропиточный раствор под минимальным углом наклона. При этом связующее смачивает одну сторону бумаги, вытесняя воздух из пор между волокнами, что обеспечивает более быструю пропитку в ванне. Возможна пропитка в аэрозольной среде (рис. 5.22). Установка состоит из герметичной камеры, в боковых стенках которой сделаны прорези для прохода бумаги. На дне камеры расположен изогнутый вкладыш, на котором установлен паровой змеевик для обогрева. Над ним закреплен бумаговедущий валик. По контуру камеры, на некотором расстоянии от стенок, закольцована труба с форсунками. 45. Представьте схему и опишите принцип действия устройств для нанесения порошков и ворса на поверхность бумаги и картона. Существуют два основных способа нанесения порошкообразных веществ и ворса на поверхность бумажного или картонного полотна: механический и электростатический. Механический способ нанесения (рис. 5.24). Данный способ заключается в том, что порошок или ворс равномерно насыпается на поверхность бумажного полотна, предварительно покрытую клеем для лучшей адгезии порошка или ворса и бумаги. Окончательное закрепление материала на клеевом слое происходит в сушильной камере. Электростатический метод нанесения. Установки для электростатического нанесения покрытий представляют собой контурную систему, с помощью которой на поверхность бумажного полотна наносится однородный плотный слой покрытия. Электростатическое поле создается специальными электростатическими аппаратами, действующими при напряжении 25…140 кВ. Массу покрытия, наносимого электростатическим способом, можно регулировать изменением напряжения на электродах. Максимальное напряжение на электродах составляет 50 кВ. Масса наносимого покрытия колеблется в пределах 5…80 г/м2. Большое значение в получении тонких осажденных слоев имеют размеры напыляемых частиц. При использовании порошков с металлическими гранулами возникает трудность в результате рекуперации материала, рассеянного в камере заряжения. Введение же красящих пигментов, состоящих из крупных гранул, может вызвать появление полос, поэтому требуется, чтобы при покрытиях толщиной 25…30 мкм гранулы пигментов не превышали 1,5 мкм. 46. Опишите устройство и принцип работы флотатора для облагораживания макулатурной массы. Факторы, влияющие на процесс флотации. Суть флотации: в воде пузырёк воздуха сближается с гидрофобной частицей, прослойка воды, которая их разделяет, уменьшается и в критический момент рвётся, происходит полное смачивание, и пузырёк плотно прилипает к частице; плотность пузырька с частицей меньше плотности пульпы, и они поднимаются на границу раздела фаз, то есть Флотируют, при этом образуется пена, которую затем из флотатора механически удаляют 47. Дайте характеристику конструкциям напускных устройств и принципу их работы. Напускные устройства и их работа. Конструкции напускных устройств бумагоделательных машин различаются в зависимости от скорости работы машины. Качество изготовляемой бумаги зависит от скорости истечения массы на сетку и скорости движения сетки бумагоделательной машины. Если скорость истечения массы значительно меньше скорости сетки, то волокна нижней части массного потока, соприкасаясь с сеткой, увлекаются последней и вытягиваются в машинном направлении, то есть в направлении хода сетки. Вследствие этого изготовляемая бумага имеет ярко выраженную ориентацию волокон в машинном направлении преимущественно на своей нижней (сеточной) стороне. Последующие слои волокон касаются уже не сетки, а волокон нижнего слоя, не успевших еще полностью приобрести скорость сетки. Поэтому ориентация волокон в машинном направлении в этих слоях менее выражена. Еще менее выражена она на верхней поверхности бумажного полотна. Чем толще изготовляемая бумага, тем большее различие в ориентации волокон на ее верхней и сеточной сторонах. Повышенная ориентация волокон в машинном направлении приводит к анизотропии в прочностных свойствах бумаги: существенно более высокая прочность бумаги в ее машинном направлении по сравнению с прочностью в поперечном направлении. Для большинства видов бумаги желательно небольшое различие в ориентации волокон и, соответственно, в прочности по машинному и поперечному направлениям. Поэтому в большинстве случаев необходимо, чтобы скорость поступления массы на сетку была бы примерно равна скорости сетки и не превышала допустимого отставания скорости массы от скорости сетки на 5…10 %. Превышение скорости массы над скоростью сетки ведет к наплывам массы на сетку с образованием на ней поперечных волн и к ухудшению равномерности просвета бумаги. Скорость поступления на сетку бумагоделательной машины Напуск суспензии на сетку бумагоделательной машины осуществляется напорными ящиками различных типов (напорные ящики открытого или закрытого типов, с вертикальными линейками). 48. Опишите устройство сушильной части бумагоделательной машины. Сушильная часть бумагоделательной машины служит для окончательного обезвоживания полотна бумаги испарением влаги. Сушильная часть состоит из сушильных цилиндров, расположенных в два яруса в шахматном порядке. Сушильный цилиндр – это полый стальной цилиндр диаметром 1500 или 1800 мм, изнутри обогреваемый паром. Поверхность цилиндров, как и прессовых валов, имеет высокую степень обработки – она отшлифована и отполирована. Цилиндры рассчитаны на рабочее давление 0,35 МПа. Число цилиндров зависит от вида вырабатываемой бумаги и скорости машины. Для выработки конденсаторной бумаги бумагоделательные машины имеют 5…6 цилиндров, а для выработки газетной и мешочной бумаги у быстроходных машин число цилиндров доходит до 80. Сушильная часть обычно разделяется на 3…5 групп. Каждая группа включает определенное число бумагосушильных цилиндров, охватываемых сушильным сукном, сукносушильных цилиндров и сукноведущие, сукнонатяжные и сукноправильные валики. Разделением сушильной части на группы достигается возможность регулирования температуры поверхности цилиндров каждой группы и, следовательно, обеспечение необходимого режима сушки в зависимости от вида вырабатываемой бумаги. Индивидуальный привод каждой группы или двух групп цилиндров облегчает согласование скоростей соседних групп цилиндров для обеспечения безобрывности в сушильной части. Схема прохождения бумаги в сушильной части бумагоделательной машины представлена на рис. 2.40. 49. Классификация способов получения механических (древесных) масс. 1. Масса, получаемая путем легкой обработки щепы химическими реагентами (до 10 % к массе а. с. древесины). ХТММ – химико-термомеханическая масса, получаемая путем совместной химической и термогидролитической обработки и размола щепы в две ступени под давлением. 2. Химически модифицированная масса, к которой относятся полуфабрикаты или их отдельные фракции, подвергнутые обработке химическими реагентами: ТМХМ – термомеханохимическая масса, при получении которой химические реагенты добавляются после 1-й ступени размола под давлением, в процессе размола или после размола. 3. Химико-механическая масса высокой степени сульфирования, получается путем интенсивной обработки щепы химическими реагентами (при расходе 10...15 % и выше): БХММ – бисульфитная химико-механическая масса, при получении которой размол осуществляется при атмосферном давлении в две ступени; удельный расход электроэнергии, как правило, выше 1000 кВт·ч/т. 4. Бессернистая химико-механическая масса, получаемая бессернистым способом: ЩПММ – щелочная пероксидная механическая масса. Этот полуфабрикат получают путем одно-, двух- или трехступенчатой обработки щепы щелочным раствором пероксида водорода и размола. В качестве древесного сырья может быть использована щепа древесины лиственных или хвойных пород, а также их смесь. 50. Перечислите основные показатели качества механических (древесных) масс. Фракционный состав. Механические древесные массы отличаются гетерогенным фракционным составом. Определяется средней длиной волокон, соотношением длинноволокнистой к коротковолокнистой фракций и свойствами элементов каждой фракции (их тонкостью, степенью фибриллирования). Фракционный состав древесной массы выражается в процентах. Степень помола – показывает способность механической массы к обезвоживанию и является важнейшим показателем, определяющим поведение механической массы на сетке бумагоделательной машины. Степень помола может выражаться в различных единицах, в отечественной промышленности принято выражать в градусах Шопперстепени помола основан на разной скорости фильтрации воды через слой волокна определенной массы, но разной плотности и структуры. Плотность и структура этого слоя зависит как от размеров волокон, так и от степени их разработки (жирности или садкости). Если масса садкая, то происходит быстрая фильтрация воды, а в случае жирной массы вода фильтруется медленно. По характеру размола различают жирную и садкую массу. Жирная масса обладает высокой прочностью, она характеризуется тонкими волокнами с разработанными в виде бахромы концами, а также большим количеством тонких волокнистых элементов – фибрилл (фибриллированной мелочи). Садкая грубая масса имеет низкую механическую прочность. Состоит она из неразработанных волокон, перерезанных поперек волокон и содержит небольшое количество фибрилл. Такая масса характеризуется повышенной толщиной различных волокнистых фракций. В садкой массе, как и в жирной, может быть большое количество мелких волокон, но в отличие от мелочи жирной массы они представляют собой короткие толстые обрезки волокон, не способные к взаимному сцеплению. Бумага из такой механической массы получается рыхлая и непрочная, с малой объемной массой. Весьма садкой массой низкой прочности являются отходы сортирования механической массы. Объемный вес (плотность) и удельный объем (пухлость) характеризуют способность волокон полуфабрикатов к уплотнению во влажном состоянии. Механическая прочность механической массы. Для определения механической прочности приготовляются отливки массой 100 г/м2. После кондиционирования до равновесного состояния при 65 % относительной влажности воздуха отливки испытывают по показателям: сопротивление разрыву (кГс) с пересчетом на разрывную длину (м); сопротивление продавливанию, кПа (кГс/см2); изгиб (число изгибов полоски бумаги на 90о). Белизна. Недостатками древесной массы являются небольшая прочность и невысокая белизна, изменяющаяся и желтеющая со временем. Газетная бумага, которая в своей композиции содержит более 75 % механической массы, на свету быстро желтеет. Это связано с окислением хромофорных групп лигнина, который не удаляется при получении механической массы, а остается в ней, сохраняя выход. Сорность. Высокая сорность механической массы обусловлена присутствием костры и нерасщепленных пучков волокон, которые отрываются от древесины во время дефибрирования. 51. Классификация способов получения технической целлюлозы. Технические целлюлозы классифицируются по трем показателям: выходу и степени делигнификации; по способу варки и по предназначению. По способу варки. В основу классификации способов варки положены свойства и вид применяемых химикатов. Исходя из этого, все известные методы делят на группы: кислотные, щелочные, окислительные, органосольвентные, ступенчатые и комбинированные. К кислотным методам варки относят сульфитный (рН менее 3,5), бисульфитный (рН от 3,5 до 5), моносульфитный (рН более 7), нейтрально-сульфитный (рН около 7) и щелочно-сульфитный (рН 8…10). Основными реагентами служат диоксид серы, сернистая кислота Н2SO3, ее кислые (бисульфиты) и средние (сульфиты) соли. В качестве катиона используют Са2+, Mg2+, Na+, NH +. К щелочным методам варки относятся натронный и сульфатный. Натронный используется редко и главным образом для варки лиственных пород и недревесного растительного сырья. При сульфатной варке реагентом является смесь едкого натра и сульфида натрия (NaOH+Na2S). К окислительным методам варки относятся: окислительная варка в водной среде; кислороднощелочная; гидроксипероксидно- щелочная и азотнокислая. К ступенчатым методам относят двухступенчатые варки (бисульфитно-сульфитная, моносульфитно-сульфитная, моносульфитно-бисульфитная и бисульфитно-моносульфитная), в которых в разных ступенях процесса используются сульфитные варочные растворы с различным значением рН. В эту же группу входит двухступенчатый сульфитно-сульфитный способ, в котором в обеих ступенях процесса применяется сульфитная варочная кислота, но с различным содержанием основания. Существуют также варианты трехступенчатых варок с применением сульфитных варочных реагентов. В число комбинированных сульфитных методов входят сульфитно-щелочные процессы, в которых сульфитный или бисульфитный способ используется лишь в первой или же в двух первых ступенях, а в последней ступени применяется какой-либо щелочной способ варки – сульфатный, натронный, содовый. К комбинированным методам варки относятся двухступенчатые сульфитно-сульфатный, сульфитно-содовый, бисульфитно-содовый, трехступенчатый бисульфитно-сульфитно-содовый и некоторые другие разновидности. К комбинированным методам также относится двухступенчатый натронно-сульфитный способ, при котором щелочной реагент (NaOH) применяется в первой ступени варки, а сульфитная кислота – во второй. Органосольвентные методы относятся к нетрадиционным способам делигнификации растительного сырья, имеют свою классификацию и ряд преимуществ перед традиционными методами. 52. Классификация технической целлюлозы по выходу и степени делигнификации. По выходу и степени делигнификации. В соответствии с величиной выхода и степени делигнификации технические целлюлозы делятся на три основные категории: - полуцеллюлоза – продукт с выходом от 80 до 60 % от массы исходного растительного сырья. Полуцеллюлоза лишь в небольшой степени освобождена от лигнина (он содержится в количестве 15…20 %), и для превращения полуцеллюлозы в волокнистую массу необходим механический размол. Волокна полуцеллюлозы получаются жесткими, что необходимо для изготовления гофрированного картона, тубусов из фибры, втулок и контейнеров. Она не используется для изготовления печатной и писчей бумаги; - целлюлоза высокого выхода – выход от 60 до 50 %. Целлюлоза высокого выхода при варке достигает «точки дефибрирования» и поэтому может быть разделена на волокна простым размывом струей воды. Целлюлоза высокого выхода также содержит еще много лигнина, гемицеллюлоз и других сопутствующих веществ. - целлюлоза нормального выхода с выходом от 50 до 40 %. С увеличением степени провара уменьшается выход целлюлозы после варки, так как растворяется не только лигнин, но и гемицеллюлозы, а при производстве мягкой целлюлозы даже сама целлюлоза. Целлюлоза нормального выхода делигнифицирована в большей степени и по степени провара она условно делится на три группы: - жесткая – с содержанием лигнина от 3 до 8 %; - среднежесткая – с содержанием лигнина от 1,5 до 3 %; - мягкая – содержит лигнина не более 1,5 %. 53. Перечислите основные показатели качества технической целлюлозы. Для характеристики свойств и качества технической целлюлозы, определяющих ее потребительскую ценность, применяют целый ряд различных показателей. Рассмотрим наиболее важные из них. Содержание лигнина – один из основных показателей, оценивающих пригодность небеленой целлюлозы для выработки определенных видов бумаги и картона. В беленых целлюлозах содержание лигнина мало, поэтому этот показатель для них не определяют. Содержание пентозанов в сульфитных целлюлозах составляет от 4 до 7 %, а в сульфатных той же степени делигнификации 10…11 %. Наличие пентозанов в целлюлозе способствует повышению ее механической прочности, проклейки, размалываемости, поэтому более полное сохранение их в целлюлозе для производства бумаги и картона благоприятно сказывается на качестве продукции. В целлюлозе для химической переработки пентозаны – нежелательная примесь. Содержание смолы в сульфитной хвойной целлюлозе высокое, достигает 1...1,5 %, так как сульфитная варочная кислота не растворяет смолистых веществ древесины. Щелочные варочные растворы растворяют смолы, поэтому их содержание в целлюлозе щелочных варок невелико и составляет 0,2...0,3 %. Высокое содержание смолы в целлюлозе, особенно так называемой «вредной смолы», создает затруднения в бумажном производстве вследствие липких смолистых отложений на оборудовании. Медное число характеризует степень деструкции целлюлозы в процессах варки, отбелки и облагораживания. На конце каждой целлюлозной молекулы имеется альдегидная группа, способная восстанавливать соли окисной меди до закиси меди, и чем больше деструктирована целлюлоза, тем больше меди может восстановить 100 г целлюлозы в пересчете на абсолютно сухую массу. Для мягких целлюлоз медное число выше, чем для жестких. Целлюлоза щелочных варок имеет медное число – около 1,0, сульфитная – 1,5...2,5. Отбелка и облагораживание увеличивают степень деструкции. Степень полимеризации определяется измерением вязкости растворов целлюлозы вискозиметрическим методом. Техническая целлюлоза неоднородна и представляет собой смесь высокомолекулярных фракций с различной степенью полимеризации. Средняя степень полимеризации характеризует усредненную длину целлюлозных цепей. Для технических целлюлоз степень полимеризации находится в пределах 1000...5500. Механические прочностные свойства целлюлозы испытывают после размола ее до степени помола 60 °ШР. Наиболее часто определяют сопротивление разрыву, излому, продавливанию и раздиранию. В зависимости от вида сырья, способа получения, режима обработки и других факторов перечисленные показатели могут колебаться в широких пределах. Бумагообразующие свойства – это совокупность свойств, обусловливающих достижение требуемого качества изготовляемой бумаги и характеризующихся рядом разнообразных показателей. Сорность целлюлозы определяется подсчетом соринок с обеих сторон смоченного образца целлюлозной папки массой 500 г при просвечивании его источником света определенной силы и выражается числом соринок, отнесенных к 1 м2 поверхности. Например, содержание соринок для различных беленых целлюлоз, допускаемое стандартами, может колебаться от 160 до 450 шт. на 1 м2, для небеленых – от 2000 до 4000 шт. 54. Классификация методов и процессов переработки и обработки бумаги и картона. Процесс Технология Механическая Обработка Физикохимическая Примеры технологических процессов для бумаги для картона Крепирование, Гофрирование тиснение, каландрирование Химическая Химическая модификация, модификация, нанесение покрытий, нанесение пропитка, полимерных металлизация, печать покрытий, пропитка Резка на формат (А4, A3), переработка в Переработка в мешки, конверты, ящики, коробки, Механическая Переработка Физикохимическая тетради, блокноты, гильзы, шпули Получение пергамента, слоистых пластиков комбиблоки - К механической технологии относятся процессы, в которых изменяются форма, внешний вид или физические свойства материалов без изменения состава и надмолекулярной структуры материала. К физико-химической технологии относятся процессы коренного изменения состава, свойств структуры, то есть внутреннего строениявещества, его надмолекулярной структуры. Гофрирование – это вид конгревного тиснения с получением однородного рельефа на тонком рулонном или листовом материале К механической технологии обработки бумаги и картона относятся процессы каландрирования, лощения, тиснения, крепирования и т.д. В результате этих процессов повышаются прочность, гладкость, лоск, появляется дополнительный художественный эффект и т.д. Тиснение – это способ обработки бумаги посредством нанесения на ее поверхность тисненого рисунка в виде сплошных углублений или штрихов для изменения ее фактуры. 55. Классификация видов волокнистых полуфабрикатов по способу получения, выходу и применению. По способу варки: К кислотным методам варки относят сульфитный (рН менее 3,5), бисульфитный (рН от 3,5 до 5), моносульфитный (рН более 7), нейтрально-сульфитный (рН около 7) и щелочносульфитный (рН 8…10). Основными реагентами служат диоксид серы, сернистая кислота Н2SO3, ее кислые (бисульфиты) и средние (сульфиты) соли. В качестве катиона используют Са2+, Mg2+, Na+, NH +. К щелочным методам варки относятся натронный и сульфатный. Натронный используется редко и главным образом для варки лиственных пород и недревесного растительного сырья. При сульфатной варке реагентом является смесь едкого натра и сульфида натрия (NaOH+Na2S). К окислительным методам варки относятся: окислительная варка в водной среде; кислороднощелочная; гидроксипероксидно- щелочная и азотнокислая. К ступенчатым методам относят двухступенчатые варки (бисульфитно-сульфитная, моносульфитно-сульфитная, моносульфитно-бисульфитная и бисульфитно-моносульфитная), в которых в разных ступенях процесса используются сульфитные варочные растворы с различным значением рН. В эту же группу входит двухступенчатый сульфитно-сульфитный способ, в котором в обеих ступенях процесса применяется сульфитная варочная кислота, но с различным содержанием основания. Существуют также варианты трехступенчатых варок с применением сульфитных варочных реагентов. В число комбинированных сульфитных методов входят сульфитно-щелочные процессы, в которых сульфитный или бисульфитный способ используется лишь в первой или же в двух первых ступенях, а в последней ступени применяется какой-либо щелочной способ варки – сульфатный, натронный, содовый. К комбинированным методам варки относятся двухступенчатые сульфитно-сульфатный, сульфитно-содовый, бисульфитно-содовый, трехступенчатый бисульфитно-сульфитно-содовый и некоторые другие разновидности. К комбинированным методам также относится двухступенчатый натронно-сульфитный способ, при котором щелочной реагент (NaOH) применяется в первой ступени варки, а сульфитная кислота – во второй. Органосольвентные методы относятся к нетрадиционным способам делигнификации растительного сырья, имеют свою классификацию и ряд преимуществ перед традиционными методами. По предназначению. Небеленую целлюлозу получают в результате варки растительного сырья любым способом. Это продукт с низкой белизной, содержащий значительное количество сопутствующих целлюлозе компонентов (лигнин, экстрактивные вещества). Освобождение от них за счет продолжительности варки приводит к значительному разрушению целлюлозы, и как следствие, снижению выхода и ухудшению ее свойств. Беленую целлюлозу получают в процессе отбелки химическими отбеливающими реагентами. Облагороженная целлюлоза. Для более полного удаления гемицеллюлоз целлюлозу подвергают дополнительной щелочной обработке – облагораживанию. Облагораживание обычно совмещают с процессом отбелки. Отбелке и облагораживанию подвергают преимущественно мягкую целлюлозу и целлюлозу средней жесткости, предназначенные как для производства бумаги, так и для химической переработки. Полуцеллюлоза, целлюлоза высокого выхода, небеленая целлюлоза нормального выхода, полубеленая, беленая, и облагороженная целлюлозы являются волокнистыми полуфабрикатами, находящими широкое практическое применение для производства самых разнообразных видов бумаги и картона. На эти цели перерабатывается около 93 % всей вырабатываемой в мире целлюлозы. Остальная часть целлюлозы служит сырьем для химической переработки. 56. Классификация бумаго- и картоноделательных машин. Все бумагоделательные машины имеют три основные части: мокрую, или формующую, (сеточную) часть, прессовую и сушильную части. Используемые бумагоделательные машины можно объединить в четыре группы: - столовые (плоскосеточные) машины . отличаются друг от друга размерами сеточного стола, количеством и типом прессов, количеством сушильных цилиндров в приводной группе, типом отделочного оборудования, рабочей скоростью, производительностью, удельным съемом бумаги с сетки, типом привода и другими особенностями; - цилиндровые (круглосеточные) машины (рис. 2.46). В отличие от длинносеточной бумагоделательной машины, где волокнистая суспензия для формирования листа накладывается на длинную сетку, в цилиндрических сеточных бумагоделательных машинах она зачерпывается вращающейся в волокнистом веществе цилиндрической сеткой. - комбинированные машины . Эти машины представляют собой объединение столовой и цилиндровой машин и применяются для производства многослойных картонов с облагороженным поверхностным слоем; - двухсеточные формующие машины с формованием бумаги на устройствах с двусторонним обезвоживанием . В настоящее время происходит переход от классического отлива бумажного полотна на плоской сетке к двустороннему обезвоживанию, которое позволяет увеличить мощность агрегатов и получать лист бумаги, обе стороны которого обладают одинаковыми свойствами (что важно для бумаги, предназначенной для печати). Двухсеточная формующая машина использует две сходящиеся бумагоделательные машины, между сетками которых лист формируется и через которые вода отделяется с обеих сторон листа во время их образования. Они работают со скоростью много большей, чем плоскосеточные и делают бумагу сеточной с двух сторон. В другой конструкции, с верхнесеточным формованием, бумага вначале формуется на плоской нижней сетке 1 (рис. 2.49). Затем сформованный слой поступает в зону контакта с верхней сеткой 2. Таким образом, происходит обезвоживание бумажного полотна с двух сторн. 57. Классификация видов бумаги в зависимости от ее назначения. В соответствии со стандартной классификацией (ГОСТ 17586- 80) бумагу разделяют на группы: Бумага для печати: газетная, типографская, офсетная, для глубокой печати, мелованная, картографическая, документная, обложечная, афишная, билетная, этикеточная, для обоев, для игральных карт. Бумага для письма, черчения и рисования: акварельная, бристольская, бумажная натуральная калька, ватман, верже, для картотек, для почтовых документов, копировальная, машинописная, писчая для письма чернилами, почтовая, прозрачная чертежная, пропитанная прозрачная чертежная, рисовальная, тетрадная, цветная писчая, чертежная. Декоративная бумага: аэрографная, бархатная, крепированная декоративная, перламутровая, цветная глянцевая, шагреневая, для оклейки переплетов беловых изделий. Электротехническая бумага: изоляционная, электроизоляционная (пропиточная, намоточная, асбестовая, бакелитизированная), кабельная (крепированная, водонепроницаемая, полупроводящая), телефонная, конденсаторная (для электролитических конденсаторов), для электроизоляционных трубок, для оклейки электротехнической стали, электропроводящая, крепированная электротехническая, сепараторная. Оберточная и упаковочная бумага: антикоррозионная, графитная, бандерольная, для упаковки продуктов на автоматах (чая, сахара, фруктов, стеклянной тары, мануфактуры), мешочная, крепированная упаковочная, парафинированная, для упаковки папирос и сигарет, прокладочная (для линолеума, для резиновой обуви), светонепроницаемая для кинофотоматериалов, жиронепроницаемая, биостойкая, битумированная, двухслойная упаковочная, оберточная, растительный пергамент, пергамин, подпергамент. Светочувствительная и переводная бумага: диазотипная позитивная светочувствительная, светочувствительная диазотропная калька, белая переводная, автографская, гумированная для переводных изображений. Бумага для изготовления папирос и сигарет: курительная, мундштучная, фильтрующая мундштучная, папиросная, сигаретная. Впитывающая бумага: для хроматографии и электрофореза, ионообменная для хроматографии и электрофореза, для капельного анализа, промокательная, фильтровальная, быстрофильтрующая, среднефильтрующая, медленнофильтрующая, лабораторная филь-тровальная, для фильтрации растворов ацетилцеллюлозы, для фильтрации смазочноохлаждающих жидкостей. Промышленно-техническая бумага разного назначения: для окиснортутных элементов, для химических источников тока, каландровая, для патронирования, шпульная, шпагатная, для гофрирования, для копирования, биоцидная, бактерицидная, инсектицидная, фунгицидная, для мульчирования, трафаретная, абажурная, для фотоальбомов, для изделий бытового и санитарногигиенического назначения (гигиеническая, крепированная медицинская). 58. Классификация видов картона в зависимости от его назначения. Стандартная классификация (ГОСТ 17926-80) включает в себя следующие виды картона: 1) тарный картон: гофрированный, для плоских слоев гофрирования, коробочный, термосвариваемый; 2) картон для полиграфического производства: переплетный, цветной склеенный, для стереотипных матриц, билетный; 3) фильтровальный картон: для фильтрации нефтепродуктов и технических масел, для фильтрования дизельного топлива, для филь- трования вин, для фильтрования пива, для фильтрования воздуха, противопыльный; 4) картон для легкой промышленности: обувной, геленок, стелечный, для задников, для платформ, простилочный, чемоданный, околышный; 5) технический картон: водонепроницаемый, обивочный водостойкий, для радиотехнической промышленности, прокладочный, термоизоляционный прокладочный, шпульный, жаккардовый, заменитель фибры, электроизоляционный, электроизоляционный для работы в масляной среде, электроизоляционный для работы в воздушной среде, оксидный электроизоляционный, огнестойкий, прессшпан, циферблатный; 59. Перечислите, в каком виде можно использовать древесное сырье для производства волокнистых полуфабрикатов. Балансы – это древесина хвойных и лиственных пород, поступающая на целлюлозно- бумажные предприятия в виде бревен толщиной 60...240 мм и соответствующая возрасту 50...200 лет. Балансы предназначены для получения технической целлюлозы и древесной массы. Качество балансов характеризуется: шириной годичных колец, сучковатостью, прямизной и округлостью ствола, наличием гнили. Низкокачественная древесина – это круглые лесоматериалы, которые по своим качественным показателям или размерам не соответствуют стандартам и техническим условиям на деловую древесину. Основным пороком, по которому древесина переводится в разряд низкокачественной, является внутренняя гниль (85 %), кривизна, овальность, крень, сучковатость (15 %). Дрова для технологических нужд – это древесина преимущественно лиственных пород, поставляемая предприятиям по специальным техническим условиям. Характерной особенностью дров является трудность их окорки, высокое содержание гнили, большая кривизна, сучковатость и разнообразие размеров. Отходы лесопиления – это отходы периферической части ствола деловых пиловочных бревен древесины хвойных и лиственных пород с низким содержанием сучков и других пороков. Отходы лесопиления являются высококачественным технологическим сырьем для производства целлюлозы сульфатным и сульфитным методами варки. Отходы деревообработки. В виде технологической щепы используются отходы деревообрабатывающих предприятий – фанерных, мебельных, катушечных, тарных, столярных и др. Щепа очень неравномерна по размерам, но почти не содержит сучков и гнили. Такая щепа успешно применяется для производства полуцеллюлозы, различных механических масс, сульфатной, сульфитной и бисульфитной целлюлозы. Тонкомерная древесина – это молодая тонкомерная древесина, диаметр которой не превышает 13 см (в верхнем торце от 2 до 13 см включительно). К тонкомерной древесине относят плантационную молодую древесину с коротким циклом выращивания; стволовую часть лесосечных отходов; молодую древесину рубок ухода (вершины, сучья и ветви деревьев). Технологическая щепа – это древесное сырье для выработки волокнистых полуфабрикатов. Основную массу составляет собственная щепа, получаемая из балансов непосредственно на целлюлозно-бумажных комбинатах. Все древесные отходы, низ- кокачественная древесина и дрова превращаются в технологическую щепу, которая поставляется на предприятия в готовом к переработке виде и должна содержать: не менее 84 % щепы нормальных размеров, не более 3 % коры, 6 % гнили и 1 % опилок, остальное – мелочь. Опилки. Источником древесного сырья для получения целлюлозы являются опилки, образующиеся в огромных количествах при распиловке заготовленной древесины. Сульфатная целлюлоза из опилок хвойных пород по механическим показателям близка к сульфатной целлюлозе из древесины лиственных пород; выход ее на 5 % ниже, чем из нормальной щепы. 60. Перечислите, в каком виде можно использовать недревесное сырье для производства волокнистых полуфабрикатов. Недревесное сырье – это однолетние растения, вторичное сырье и макулатура. Вторичное сырье – тряпье (тряпичные волокна), является более дефицитным по сравнению с целлюлозой волокнистым материалом, в настоящее время используется для изготовления бумаги в относительно небольшом объеме. Тряпичные волокна, получаемые из хлопчатобумажного и льняного тряпья, волокнистых отходов текстильного, канатно- веревочного и швейного производств, волокон хлопка, льна и др., длиннее и прочнее волокон древесной целлюлозы, придают бумаге и картону повышенную прочность и эластичность. Поэтому они применяются для выработки высококачественной документной, денежной, чертежной, картографической, копировальной, писчей и многих технических видов бумаги и картона. Макулатура – сырье для целлюлозно-бумажной промышленности, ресурсы которого постоянно возрастают. Значительный рост переработки макулатуры объясняется тем, что 1 т макулатуры заменяет 3...4 м3 древесины, а макулатурная масса почти в два раза дешевле древесной массы и целлюлозы. Синтетические волокна используют для получения бумаг со специфическими свойствами. Недостатками синтетических волокон являются их высокая стоимость, зависимость от невозобновляемого сырья, например нефти, не являются биоразрушаемыми и непригодны для повторной переработки. 61. Опишите виды растительного сырья, используемого для получения волокнистых полуфабрикатов. Деревья – многолетние растения, имеющие хорошо выраженный ствол (деревянистый стебель) с верхушечным побегом, корневую систему и ветви, образующие крону. Для ствола, ветвей, корней характерно одревеснение, вызываемое лигнификацией – отложением лигнина, придающего жесткость древесной ткани. Хвойные древесные породы относятся к классу хвойных (Coniferopsida, или Pinopsida) отдела голосеменных. Хвойные насчитывают семь семейств, около 55 родов и 600 видов. Представители хвойных пород – это, главным образом, деревья высотой от 10 до 100 м, реже кустарники. Большинство хвойных деревьев вечнозеленые, за исключением немногих, сбрасывающих хвою на зиму, например, лиственница (род Larix), которая является основной лесообразующей породой России. Лиственные древесные породы относятся к классу двудольных (Dicotyledones) отдела покрытосеменных. Они очень разнообразны и распространены во всех лесных районах мира. Число видов лиственных деревьев значительно превышает число видов хвойных и по разным данным составляет от 12000 до 30000. Кустарники также имеют одревесневшие надземные части, но в отличие от деревьев, у них отсутствует главный ствол и ветвление начинается от поверхности почвы. Высота кустарников не превышает 6 м, продолжительность жизни может достигать нескольких сотен лет, но у отдельных стволиков она составляет от 10 до 40 лет. В районах с отсутствием древостоев для производства бумаги и картона широко используются кустарники. 62. Перечислите виды полуфабрикатов, используемых для производства бумаги и картона. Дайте характеристику каждому полуфабрикату. Полуцеллюлоза, целлюлоза высокого выхода, небеленая целлюлоза нормального выхода, полубеленая, беленая, и облагороженная целлюлозы являются волокнистыми полуфабрикатами, находящими широкое практическое применение для производства самых разнообразных видов бумаги и картона. На эти цели перерабатывается около 93 % всей вырабатываемой в мире целлюлозы. Остальная часть целлюлозы служит сырьем для химической переработки Небеленую целлюлозу получают в результате варки растительного сырья любым способом. Это продукт с низкой белизной, содержащий значительное количество сопутствующих целлюлозе компонентов (лигнин, экстрактивные вещества). Освобождение от них за счет продолжительности варки приводит к значительному разрушению целлюлозы, и как следствие, снижению выхода и ухудшению ее свойств. Беленую целлюлозу получают в процессе отбелки химическими отбеливающими реагентами. Облагороженная целлюлоза. Для более полного удаления гемицеллюлоз целлюлозу подвергают дополнительной щелочной обработке – облагораживанию. Облагораживание обычно совмещают с процессом отбелки. Отбелке и облагораживанию подвергают преимущественно мягкую целлюлозу и целлюлозу средней жесткости, предназначенные как для производства бумаги, так и для химической переработки. - полуцеллюлоза – продукт с выходом от 80 до 60 % от массы исходного растительного сырья. Полуцеллюлоза лишь в небольшой степени освобождена от лигнина (он содержится в количестве 15…20 %), и для превращения полуцеллюлозы в волокнистую массу необходим механический размол. Волокна полуцеллюлозы получаются жесткими, что необходимо для изготовления гофрированного картона, тубусов из фибры, втулок и контейнеров. Она не используется для изготовления печатной и писчей бумаги; - целлюлоза высокого выхода – выход от 60 до 50 %. Целлюлоза высокого выхода при варке достигает «точки дефибрирования» и поэтому может быть разделена на волокна простым размывом струей воды. Целлюлоза высокого выхода также содержит еще много лигнина, гемицеллюлоз и других сопутствующих веществ. - целлюлоза нормального выхода с выходом от 50 до 40 %. С увеличением степени провара уменьшается выход целлюлозы после варки, так как растворяется не только лигнин, но и гемицеллюлозы, а при производстве мягкой целлюлозы даже сама целлюлоза. Целлюлоза нормального выхода делигнифицирована в большей степени и по степени провара она условно делится на три группы: - жесткая – с содержанием лигнина от 3 до 8 %; среднежесткая – с содержанием лигнина от 1,5 до 3 %; мягкая – содержит лигнина не более 1,5 %. 63. Перечислите основные показатели качества механических (древесных) масс. Фракционный состав. Механические древесные массы отличаются гетерогенным фракционным составом. Определяется средней длиной волокон, соотношением длинноволокнистой к коротковолокнистой фракций и свойствами элементов каждой фракции (их тонкостью, степенью фибриллирования). Фракционный состав древесной массы выражается в процентах. Степень помола – показывает способность механической массы к обезвоживанию и является важнейшим показателем, определяющим поведение механической массы на сетке бумагоделательной машины. Степень помола может выражаться в различных единицах, в отечественной промышленности принято выражать в градусах Шопперопределения степени помола основан на разной скорости фильтрации воды через слой волокна определенной массы, но разной плотности и структуры. Плотность и структура этого слоя зависит как от размеров волокон, так и от степени их разработки (жирности или садкости). Если масса садкая, то происходит быстрая фильтрация воды, а в случае жирной массы вода фильтруется медленно. По характеру размола различают жирную и садкую массу. Жирная масса обладает высокой прочностью, она характеризуется тонкими волокнами с разработанными в виде бахромы концами, а также большим количеством тонких волокнистых элементов – фибрилл (фибриллированной мелочи). Садкая грубая масса имеет низкую механическую прочность. Состоит она из неразработанных волокон, перерезанных поперек волокон и содержит небольшое количество фибрилл. Такая масса характеризуется повышенной толщиной различных волокнистых фракций. В садкой массе, как и в жирной, может быть большое количество мелких волокон, но в отличие от мелочи жирной массы они представляют собой короткие толстые обрезки волокон, не способные к взаимному сцеплению. Бумага из такой механической массы получается рыхлая и непрочная, с малой объемной массой. Весьма садкой массой низкой прочности являются отходы сортирования механической массы. Объемный вес (плотность) и удельный объем (пухлость) характеризуют способность волокон полуфабрикатов к уплотнению во влажном состоянии. Механическая прочность механической массы. Для определения механической прочности приготовляются отливки массой 100 г/м2. После кондиционирования до равновесного состояния при 65 % относительной влажности воздуха отливки испытывают по показателям: сопротивление разрыву (кГс) с пересчетом на разрывную длину (м); сопротивление продавливанию, кПа (кГс/см2); изгиб (число изгибов полоски бумаги на 90о). Белизна. Недостатками древесной массы являются небольшая прочность и невысокая белизна, изменяющаяся и желтеющая со временем. Газетная бумага, которая в своей композиции содержит более 75 % механической массы, на свету быстро желтеет. Это связано с окислением хромофорных групп лигнина, который не удаляется при получении механической массы, а остается в ней, сохраняя выход. Сорность. Высокая сорность механической массы обусловлена присутствием костры и нерасщепленных пучков волокон, которые отрываются от древесины во время дефибрирования. 64. Дайте сравнительную характеристику первичных и вторичных растительных волокон. Целлюлозные волокна подразделяются на первичные и вторичные. Первичные целлюлозные волокна получают из древесины. Из них производят различные сорта бумаги, картона. Использованную бумагу применяют в качестве сырья для производства вторичного целлюлозного волокна (макулатурного). Вторичное сырье – тряпье (тряпичные волокна), является более дефицитным по сравнению с целлюлозой волокнистым материалом, в настоящее время используется для изготовления бумаги в относительно небольшом объеме. Тряпичные волокна, получаемые из хлопчатобумажного и льняного тряпья, волокнистых отходов текстильного, канатно-веревочного и швейного производств, волокон хлопка, льна и др., длиннее и прочнее волокон древесной целлюлозы, придают бумаге и картону повышенную прочность и эластичность. Макулатура – сырье для целлюлозно-бумажной промышленности, ресурсы которого постоянно возрастают. Значительный рост переработки макулатуры объясняется тем, что 1 т макулатуры заменяет 3...4 м3 древесины, а макулатурная масса почти в два раза дешевле древесной массы и целлюлозы. Главное отличие вторичных полуфабрикатов заключается в изначально пониженных бумагообразующих свойствах по сравнению с первичными волокнами. Волокна в результате влияния технологических стадий изготовления бумаги и картона (роспуск, размол, сушка, отделка и т.д.), а также процессов переработки бумаги и картона (например, процессы гофрообразования) приобретают новые физические свойства, которые являются причиной ухудшения бумагообразующих свойств вторичного волокна. Вторичные волокна характеризуются: - значительным изменением физических и химических свойств по сравнению с первичными волокнами; - пониженной прочностью индивидуальных волокон; - ухудшением способности волокон к набуханию, гидратации и внутреннему фибриллированию; - повышенной восприимчивостью к измельчению; - значительной потерей способности к образованию межволоконных химических водородных связей. Отдельно необходимо выделить проблему цикличности использования макулатуры (многократное использование макулатуры в процессе производства бумажно-картонной продукции). Пониженные бумагообразующие свойства вторичных волокон приводят к тому, что продукция вырабатываемая на их основе имеет более низкие значении прочности по сравнению с материалами из первичных полуфабрикатов. Снижение бумагообразующих свойств вторичных волокон обусловлено явлением «необратимого» ороговения, физический смысл которого заключается в снижении величины характеристики водоудержания волокнистой массой при ее центрифугировании. Это явление косвенно выражается в уменьшении способности волокон к набуханию и гидратации в процессе размола и выдерживания макулатурной массы перед подачей на машину. 1. При многократном использовании макулатуры наблюдается снижение прочности материалов на ее основе с каждым последующим циклом переработки. Это обусловлено снижением бумагообразующих свойств вторичных волокон. 2. При цикличном использовании наблюдается снижение водоудерживающей способности волокон, а также снижение средней длины волокна. 3. При цикличном использовании волокон наблюдается ухудшение фракционного состава массы увеличивается доля коротковолокнистой фракции и снижается доля длинноволокнистой и средневолокнистой фракции. 65. Влияние химического состава растительного сырья на выход и качество волокнистых полуфабрикатов. По выходу. В соответствии с величиной выхода и степени делигнификации технические целлюлозы делятся на три основные категории: полуцеллюлоза – продукт с выходом от 80 до 60 % от массы исходного растительного сырья. Полуцеллюлоза лишь в небольшой степени освобождена от лигнина (он содержится в количестве 15…20 %), и для превращения полуцеллюлозы в волокнистую массу необходим механический размол. Волокна полуцеллюлозы получаются жесткими, что необходимо для изготовления гофрированного картона, тубусов из фибры, втулок и контейнеров. Она не используется для изготовления печатной и писчей бумаги; целлюлоза высокого выхода – выход от 60 до 50 %. Целлюлоза высокого выхода при варке достигает «точки дефибрирования» и поэтому может быть разделена на волокна простым размывом струей воды. Целлюлоза высокого выхода также содержит еще много лигнина, гемицеллюлоз и других сопутствующих веществ. целлюлоза нормального выхода с выходом от 50 до 40 %. С увеличением степени провара уменьшается выход целлюлозы после варки, так как растворяется не только лигнин, но и гемицеллюлозы, а при производстве мягкой целлюлозы даже сама целлюлоза. Химический состав древесных пород. В России по показателям, таким как, содержание целлюлозы, лигнина и пентозанов древесина характеризуется большим постоянством и мало зависит от района произрастания. Древесина хвойных пород отличается от лиственных большим содержанием: лигнина (25…30 % против 17…22 %) и меньшим содержанием пентозанов (5,0…8,9 % против 18…25 %). Древесина лиственных пород содержит большое количество легкогидролизуемых гемицеллюлоз и больше летучих кислот (уксусной и муравьиной). Из шести основных компонентов большей изменчивостью обладают показатели зольности и экстрактивных веществ. На качество полуфабрикатов значительное влияние оказывают экстрактивные вещества (смолы, и жиры), Высокое содержание экстрактивных веществ вызывает «смоляные затруднения», снижаются, оптические свойства массы. В древесине хвойных, пород экстрактивные вещества сосредоточены в легко доступных смоляных ходах и паренхимных клетках. В процессе дефибрирования экстрактивные вещества диспергируются, затем либо вымываются, оставаясь в высоко дисперсном состоянии, или коагулируются, и оседают на волокнах. Регулированием рН, и добавкой ПАВ достигают более полного удаления экстрактивных веществ. При хранении древесины в течение трех месяцев после рубки «смоляные затруднения» не наблюдаются. Лиственница пока не нашла применения для производства древесных масс. Лабораторные и промышленные испытания показали, что ДДМ из лиственницы содержит большое количество мелкой фракции и сильно уступает еловой по прочности и белизне. Кроме того, выход древесной массы из лиственницы ниже в сравнении с другими породами. 66. Перечислите основные показатели качества бумаги. Белизна. Для ее оценки наибольшее распространение получили следующие характеристики: • стандартная белизна (Brightness) бумаги – это коэффициент диффузного отражения поверхности при освещении бумаги определенным источником света, измеренный при длине волны 457 нм. Согласно международному стандарту, белизна измеряется с помощью фотометров и спектрофотометров. В соответствии с действующим в России ГОСТ 30113-94 и стандартом ISO 247077 белизна может превышать 100 %. • белизна CIE (Whitness) рассчитывается по координатам цветности и координатам цвета (для этого определяется значение CIE- оттенок (CIE-Tint). Значение CIE позволяет оценить степень белизны образца, содержащего оптически отбеливающие вещества и элементы оттеночного красителя, достаточно точно коррелирует с глазом человека, и поэтому является одним из лучших методов оценки белизны. Однако эта система имеет недостатки и в качестве официального метода она может использоваться только при применении одного и того же спектрофотометра, а измеряемый образец должен иметь высокую степень белизны; Влажность. Чувствительность бумаги к колебаниям влажности очень важна. Влажность образца гофрокартона измеряют с помощью гравиметрического анализа. В бумаге и картоне волокна целлюлозы при высокой относительной влажности расширяются, поглощая влагу, а при низкой – сжимаются, теряя влагу, причем в поперечном направлении размеры волокон при набухании и сжатии меняются больше, чем в продольном. Так как больше волокон ориентируется в машинном направлении движения бумажного полотна, любое изменение поперечного размера волокон приводит к нарастанию изменений в поперечном направлении. Именно поэтому стабильность размеров в поперечном направлении важнее, чем в продольном (машинном). Гладкость. Гладкость (шероховатость) поверхности важна с эстетической точки зрения и оказывает влияние на качество печати и глянец. При некоторых технологиях печати бумага с шероховатой поверхностью не позволяет точно воспроизвести изображение, которое не пропечатывается, то есть краска не переносится с печатной формы на поверхность материала (например, при глубокой печати). Точность воспроизведения бумагой печатной формы в процессе печатания в значительной степени зависит от однородности ее структуры. Масса бумаги площадью 1 м2. C помощью ножа или металлического шаблона вырезают 10 образцов бумаги размером 200x250 мм (отклонения не должны превышать ± 0,5 мм). Метод определения основан на взвешивании испытываемых образцов на аналитических или лабораторных технических весах. Геометрия поверхности обусловлена микро- и макронеровностями, она оценивается показателями гладкости или шероховатости, которые определяются приборами, использующими разные принципы измерений. Наиболее распространенными являются приборы, действие которых связано с прохождением потока воздуха между двумя поверхностями, одной из которых служит поверхность анализируемого образца бумаги. Непрозрачность и светопроницаемость. Непрозрачность характеризует способность листа бумаги или картона закрывать печать на листе под ним или на обратной стороне данного листа. Это свойство особенно важно при упаковке изделий, когда бумагу используют в качестве внешней обертки поверхности с нанесенной печатью. Увеличение непрозрачности достигается введением в бумагу веществ с более высоким значением коэффициента преломления световых лучей, чем у целлюлозных волокон. Светопроницаемость бумаги уменьшается с повышением массы 1 м2 бумаги по экспоненциальному закону. Прочность на разрыв характеризуется разрушающим усилием, удельным сопротивлением разрыву, индексом прочности при растяжении, разрывным грузом, разрывной длиной и определяется по ГОСТ 13525.1 “Полуфабрикаты волокнистые, бумага картон. При определении характеристик прочности на разрыв при растяжении испытанию на разрывной машине подвергаются полоски бумаги шириной 15 мм, стандартной длины, чаще всего 180, 150 мм. Предельные отклонения по ширине рулона не должны превышать ±3 мм. Предельные отклонения по размерам листового подпергамента не должны превышать ±5 мм. Равномерность просвета бумаги. Просвет бумаги должен быть ровным, чтобы обеспечить получение растительного пергамента с равномерной прозрачностью. Наличие скоплений волокон обусловливает неравномерную по толщине полотна пергаментацию волокон, ухудшает показатели жиро- и водонепроницаемости, прозрачности и влагопрочности растительного пергамента. СОРНОСТЬ БУМАГИ — неоднородность структуры бумаги, которая образуется в процессе ее изготовления из-за попадания в бумажную массу частиц коры, минеральных и др. включений. Для определения С. б. подсчитывают число соринок и пятен на небольшом участке испытуемой бумаги, а затем их число пересчитывают на 1 м2. Для бумаги каждого номера и марки устанавливается допустимое количество соринок на 1 м2. Большая С. б. снижает качество печатных изданий и может изменять цвет отдельных участков многокрасочных иллюстраций. При большой С. б. и слабой ее поверхностной прочности возможно выпадение соринок и появление марашек на оттисках. СТЕПЕНЬ ПРОКЛЕЙКИ БУМАГИ — параметр, характеризующий влагопрочность бумаги. Влагопрочность бумаги повышают путем введения в бумажную массу или нанесения на поверхность бумаги клеящих веществ (канифоли, крахмала и др.). 67. Дайте общую характеристику процесса сульфатной варки. Порядок технологических операций при варке целлюлозы сульфатным способом. В практике варки сульфатной целлюлозы есть два принципиально отличных направления ведения процесса – быстрая и медленная варки. При сульфатном способе варочным реагентом является «белый» щелок, представляющий смесь гидроксида и сульфида натрия. Сырьем для производства сульфатной целлюлозы могут служить любые породы древесины и однолетние растения. Механическая прочность сульфатной целлюлозы превосходит прочность любого другого волокнистого полуфабриката. Разрывная длина жесткой сульфатной целлюлозы из хвойных пород древесины достигает 11-14 км, сопротивление продавливанию 680-780 кПа. По сравнению с сульфитной сульфатная целлюлоза содержит больше пентозанов, меньше смол и жиров, больше альфа-целлюлозы, но имеет более низкую степень полимеризации, сульфатная целлюлоза труднее отбеливается, размалывается, но легче проклеивается по сравнению с сульфитной. Выход целлюлозы из древесины при варке до одного и того же числа каппа на 3-4 % ниже, чем сульфитной, что является существенным недостатком этого способа. При производстве сульфатной целлюлозы имеют место этапы, свойственные сульфитным способам, но существуют и отличия, заключающиеся в полной регенерации щелоков. Этапы варки: Осмотр котла Загрузка котла щепой. Для хранения и замера варочных щелоков (белого и черного) устанавливают баки мерники. Температура при заливке равна 50…60 - для белого щелока, 60…80°С - для черного щелока. Удаление воздуха из котла (Способ предварительной пропитки щепы, Пропарка щепы, Метод вакуумизации.) Нагрев котла. После заливки щелоков котел закрывают и приступают к нагреву содержимого котла (в зависимости от вида целлюлозы 1…5 часов). Сдувки. Сдувки из котла в процессе варки в зависимости от назначения подразделяют на терпентинные и конечные. Сдувки проводят в период заварки при температуре 120…125° С. При этом из котла удаляются посторонние газы и образующиеся летучие продукты: скипидар, метиловый спирт и метилсернистые соединения. Варку щепы производят при температуре 165…175 °С и давлении 7…10 атм. В процессе сульфатной варки активная щелочь (белым щелоком), в состав которой входят NaOH и Na2S вступает в реакцию с растительным сырьем. Опорожнивание котла. Проводят только по методу выдувки в сцежу, где масса хранится перед промывкой. Перед промывкой отделяются сучки на вибрационном или центробежном сучколовителе. В процессе промывки целлюлозы происходит отделение отработанного щелока от сваренной целлюлозной массы. Сортировка. Промытая целлюлоза сортируется от непровара и различных примесей на центробежных сортировках. Далее следует отбелка, облагораживание, если это необходимо. Если получают товарную целлюлозу, то после сортирования и отбелки она отливается на сеточной части сушильной машины в непрерывное полотно, высушивается на цилиндрах, обогреваемых паром или горячим воздухом, разрезается на листы, упаковывается и отправляется заказчику. Основной задачей процесса регенерации химикатов из отработанного черного щелока является максимальное восстановление использованных для варки минеральных веществ при одновременном получении тепловой энергии от сжигания органической части щелока. При сульфатной варке имеются следующие особенности при подготовке растительного сырья: 1 . В связи с тем, что сульфатная варка осуществляется чаще всего в аппаратах непрерывного действия, размер щепы уменьшается согласно ГОСТ 15815 «Щепа технологическая» чем при сульфитной варке и составляет: - длина в направлении волокон 15…25 мм; - не более 5 мм. 2 Для сульфатной варки используют древесину любых пород, но чаще всего сосну; 3 Используют технологические дрова, отходы лесозаготовок, деревопереработки (кроме изоляционной целлюлозы и предгидролизной; 4 Если древесина поступает на предприятие в виде готовой технологической щепы, применяют хранение в кучах кольцеобразной или прямоугольной формы. Хвойную породу хранят не более трех месяцев, лиственную – не более двух. Но при этом щепа подвергается воздействию микроорганизмов, следовательно, снижется выход сопутствующих продуктов (скипидара в 5…6 раз, сырого сульфатного мыла в 2 раза). Целлюлоза после использования такой щепы получается более темного цвета. Для снижения потерь при хранении щепу уплотняют, удаляют загрязнения, обрабатывают химикатами (зеленым щелоком); 5 Сульфатная целлюлоза может быть получена из не окоренной древесины, но не для ответственных сортов целлюлозы; 6 В качестве сырья можно использовать опилки. 68. Дайте общую характеристику процесса сульфитной варки. Порядок технологических операций при варке целлюлозы сульфитным способом. ПРЯДОК: Общая схема производства сульфитной целлюлозы из древесины слагается из следующих стадий: 1) Подготовка древесины, которая состоит из операций по выгрузке и хранению древесины, очистке ее от коры, распиловке и измельчению в щепу. 2) Приготовление варочной кислоты в виде раствора бисульфита Ca, Mg , Na и NH3 с избытком двуокиси серы (сюда входят операции по сжиганию серы или колчедана, очистке и охлаждению сернистого газа и поглощению его с образованием кислоты). 3) Варка щепы с сульфитной кислотой в котлах под давлением 0,5…1 МПа (5…10 кгс/см2) при температуре 130…150 0С, включая операции по регенерации SO2 и промывке сваренной целлюлозной массы. 4) Очистка целлюлозной массы от непровара, костры и минеральных загрязнений. 5) Отбелка и облагораживание целлюлозы с целью повышения белизны и улучшения физикохимических свойств. 6) Обезвоживание и сушка целлюлозы. Технологическая щепа при сульфитном способе производства целлюлозы не должна иметь коры и луба. Щепа должна быть однородной по составу и иметь следующие размеры: длинна 16…20 мм; толщина 2…3 мм. Для хорошей пропитки толщина щепы должна быть в 6…8 раз меньше длины щепы и иметь гладкий сруб. В зависимости от времени года влажность щепы может быть различной, но колебания влажности в потоке щепы не должны превышать 3…5 %. Качество щепы во многом зависит от угла заточки ножей рубительной машины. Угол заточки ножей должен составлять 30…400. Рубка древесины тупыми ножами приводит к увеличению содержания крупной щепы и опилок. Сульфитный щелок можно рассматривать как раствор, содержащий преобразованный в процессе сульфитной варки не целлюлозные составные части древесины и продукты реакции варочной кислоты. Растворяющиеся при сульфитном методе варки гемицеллюлозы и лигнин древесины переходят в сульфитный щелок в виде продуктов, пригодных для дальнейшей переработки. В результате гидролиза гемицеллюлоз и частично целлюлозы образуются моносахариды и органические кислоты, доступные для биохимической утилизации, а сульфонированный лигнин щелока представляет собой высокомолекулярное поверхностно-активное вещество. Общая картина варки Задачей варки является выделение в неповрежденном виде целлюлозного волокна из лигноуглеводного материала. Процесс сульфитной варки можно подразделить на два периода. Первый период – заварка характеризуется проникновением варочной кислоты в древесину, с поглощением SО2 и СаО щепой и образованием твердой лигносульфоновой кислоты в результате химической реакции сульфонирования лигнина. Второй период – «собственно» варка характеризуется растворением лигносульфоновой кислоты при увеличении температуры от 130 до 135 0С, и гемицеллюлоз в результате гидролиза под действием активной кислотности варочного раствора. Эти две стадии не являются обособленными и могут изменяться от условий варки. Из трех основных компонентов древесины в реакциях варки принимают участие лигнин, гемицеллюлозы, в то время как целлюлоза в этих реакциях не участвует. Также при сульфитной варке протекает ряд побочных реакций, которые осложняют процесс. 69. Дайте общую характеристику процесса получения технической целлюлозы органосольвентными способами. Роль растворителя при делигнификации. В основу классификации способов делигнификации положены свойства и вид применяемых химикатов. Исходя из этого, все известные методы делят на группы: кислотные, щелочные, окислительные, ступенчатые, комбинированные и органосольвентные. Органосольвентные методы относятся к нетрадиционным способам делигнификации растительного сырья, имеют свою классификацию и ряд преимуществ перед традиционными методами. К преимуществам органосольвентных методов относят: 1) исключение из цикла производства токсичных серосодержащих соединений при варке целлюлозы; 2) возможность перехода на способы отбелки с почти полным (ECF) или полным (TCF) отказом от хлорсодержащих соединений; 3) проведение процесса делигнификации в мягких условиях с получением качественной целлюлозы; 4) упрощение регенерации варочных растворов, не содержащих значительного количества минеральных веществ; 5) возможность создания замкнутых процессов без загрязнения окружающей среды вредными выбросами; 6) возможность относительно низких капиталовложений и обеспечение рентабельности предприятий малой и средней мощности. При органосольвентных варках из органических кислот чаще всего используют уксусную и муравьиную кислоты, которые обеспечивают высокий выход технической целлюлозы за счет мягких условий делигнификации и позволяют исключить применение хлорсодержащих соединений в процессе отбелки целлюлозы. При получении целлюлозы органосольвентными способами в качестве сырья можно использовать хвойные и лиственные породы, а также едревесное растительное сырье. Для переработки древесины используют трех- и двухступенчатые способы варки, позволяющие получать легкобелимую целлюлозу из щепы как лиственных (береза), так и хвойных (сосна) пород, с последующей стадией бесхлорной отбелки. Для переработки недревесного растительного сырья достаточно одной ступени без дополнительной отбелки. Растворитель в процессе окислительной делигнификации является одновременно средой и химическим агентом. Варка целлюлозы должна обеспечить делигнификацию растительного материала. На этот процесс влияют различные морфологические, физико-химические и химические факторы. Особенностью химических реакций, приводящих к делигнификации, является то, что это гетерогенные реакции высокомолекулярных соединений, в которых большую роль играет доступность реакционных центров в структуре полимера. Растворитель способен воздействовать на комплекс всех процессов, приводящих к удалению лигнина. Изменяя с помощью органических растворителей состав и свойства варочной среды, можно оказать влияние на степень набухания и релаксационные характеристики полимерных компонентов клеточной стенки, на растворимость продуктов делигнификации, на процессы массопереноса и протекание химических реакций. 70. Дайте общую характеристику процесса облагораживания макулатурной массы. Перечислите основные требования к качеству облагороженной макулатурной массы. Макулатура – сырье для целлюлозно-бумажной промышленности, ресурсы которого постоянно возрастают. Значительный рост переработки макулатуры объясняется тем, что 1 т макулатуры заменяет 3...4 м3 древесины, а макулатурная масса почти в два раза дешевле древесной массы и целлюлозы. Основная цель процесса облагораживания массы вторичных волокон из запечатанной макулатуры – восстановление ее белизны и чистоты до уровня, обеспечивающего возможность замены ими первичного беленого целлюлозного волокна. Основными процессами при облагораживании ММ являются промывка и флотация. К ним примыкает и процесс отбелки ММ. Эти процессы требуют дополнительного оборудования и использования вспомогательных химических веществ, что заметно повышает себестоимость получаемой массы. Облагораживание, т.е. удаление предварительно отделенных от волокна частиц краски из ММ, производят следующими способами: промывкой волокна (физико-механический процесс), флотацией и адсорбцией (физико-химический процесс) или последовательным сочетанием этих процессов. Дополнительное повышение значения показателя белизны основано на химических процессах обесцвечивания или отбелки вторичного волокна. Основными требованиями к качеству облагороженной ММ являются: а на уровне 65÷72 %). При исходной белизне сырья 62÷67 % в оптимальных условиях облагораживания можно добиться белизны ММ 85÷86 %; из ТММ и сульфатной целлюлозой; инимальное содержание загрязняющих веществ (соринок) и липких частичек Первую стадию процесса облагораживания ММ проводят в щелочной среде, при одновременном механическом и тепловом воздействии. Под действием щелочи происходит омыление связующих веществ типографской краски, волокна набухают, частицы краски трескаются и отделяются от волокон. Образуется водная суспензия из волокон и частиц типографской краски. Эта стадия, как правило, протекает в процессе подготовки ММ. Удаление печатной краски обычно осуществляется при переработке газетной (МС-8В) и книжно-журнальной (МС-7Б) макулатуры с механической древесной массой (МДМ), а также из офисной макулатуры без содержания МДМ. Наличие макулатуры из упаковочной бумаги и картона темных оттенков для облагораживания нежелательно, поскольку при этом будет понижаться общая белизна ММ. Критерием достаточного уровня белизны, получаемой в результате облагораживания ММ, обычно является белизна незапечатанных участков поверхности бумаги, использованной в качестве макулатурного сырья. Кроме того, для оценки эффективности облагораживания ММ используют коэффициент удаления печатной краски (от 0 до 100 %) или величину остаточной концентрации печатной краски. Для оценки оптических свойств облагороженной ММ используют коэффициент спектрального отражения, который определяют с помощью спектрофотометра. 71. Дайте общую характеристику процесса облагораживания макулатурной массы по методу промывки и флотации. Перечислите основные требования к качеству облагороженной макулатурной массы. Облагораживание, т.е. удаление предварительно отделенных от волокна частиц краски из ММ, производят следующими способами: промывкой волокна (физико-механический процесс), флотацией и адсорбцией (физико-химический процесс) или последовательным сочетанием этих процессов. Дополнительное повышение значения показателя белизны основано на химических процессах обесцвечивания или отбелки вторичного волокна. Флотация представляет собой метод удаления загрязнений, основанный на способности гидрофобных частиц загрязнений прикрепляться к пузырькам воздуха и перемещаться вместе с ними к поверхности суспензии. В разбавленную массу подают воздух, который, поднимаясь на поверхность в виде пузырьков, попутно захватывает гидрофобные частицы краски, меловальных покрытий, наполнителей, липких загрязнений, а гидрофильные волокна остаются в суспензии. Смесь пузырьков воздуха и гидрофобных частиц с водными прослойками образует пену, которую удаляют с поверхности массы с помощью скребков, перелива или вакуумного отсоса. На поверхности вторичного волокна (макулатуры) возможно наличие частично не отделенных, как гидрофобных примесей (частиц краски), так и гидрофильных частиц (например, зольных элементов, адсорбированных из воды на гидрофобной поверхности частиц краски), что может несколько сближать их по уровню смачиваемости. Поэтому перед флотацией необходимо осуществлять как можно более тщательное отделение частиц загрязнений от волокон. В свою очередь, поверхность мелких (в диапазоне размеров 1÷10 мкм), отделенных от волокон частиц может покрываться гидратной пленкой, и они могут стать вполне смачиваемыми и, соответственно, не способными к флотации. Для агломерации таких частиц в более крупные агрегаты используют химические вещества – собиратели. При флотации очень важно соблюдение определенного уровня концентрации массы. Завышение уровня концентрации затрудняет подъем загрязнений, уносимых пузырьками воздуха. Занижение уровня концентрации приводит к тому, что вместе с пузырьками воздуха в слой пены могут попадать и целлюлозные волокна, усиливается турбулентность потока. Чем выше гидрофобность частиц примесей, тем прочнее их связь с пузырьками воздуха и тем устойчивее пена. Для повышения стабильности пены применяются флотационные реагенты (флотореагенты): эмульсии неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) (акриловые эфиры оксида полиэтилена), модифицированные жирные кислоты, натриевое мыло и др. Вследствие этого может происходить агломерация мелких частиц печатной краски и изменяться природа частиц наполнителей, вследствие чего повышается способность частиц прикрепляться к пузырькам воздуха. Промывка ММ – это технологическая операция удаления из суспензии определенных фракций твердых веществ – частиц примесей размером менее 30 мкм. Хорошо диспергированные частицы краски, содержащиеся в волокнистой суспензии, могут свободно проходить через фильтрующую перегородку из волокон, имеющую отверстия с размерами около 10÷100 мкм, не осаждаясь на этих волокнах. Это обусловлено тем, что размеры пор в сетке волокон, образующейся на фильтрующей перегородке, больше, чем размеры частиц диспергированной краски и наполнителей. При промывке происходит фильтрация волокнистой суспензии с целью удаления из нее тонкодисперсных частиц примесей, а также растворенных и коллоидных веществ, которые отрицательно влияют на процесс изготовления бумаги и/или качество готовой продукции. В фильтрате от промывки ММ содержатся частицы печатной краски, наполнителей и меловальных покрытий, обрывки волокон, микрочастицы липких загрязнений. К растворенным и коллоидным веществам относятся различные неорганические и органические соединения, которые могут повысить ХПК оборотной и сточной воды, а также увеличить анионное загрязнение ММ. Промывку осуществляют путем предварительного разбавления ММ водой и ее последующего обезвоживания, схожего с процессом сгущения. Промывка отличается от обычного сгущения ММ тем, что при обычном сгущении фильтрат практически без дополнительной очистки может быть использован в качестве технологической (оборотной) воды. После промывки ММ необходима обязательная очистка фильтрата, используемого в дальнейшем для разбавления массы, с целью предотвращения потери белизны волокнистого полуфабриката. Содержание мелких примесей в ММ и их компонентный состав зависят от марки макулатурного сырья, технологии его переработки и требований, предъявляемых к конечной продукции. При отделении примесей иногда необходимо сохранение части веществ, используемых для производства некоторых видов продукции, например, наполнителей и мелкого волокна. Основными требованиями к качеству облагороженной ММ являются: белизне сырья 62÷67 % в оптимальных условиях облагораживания можно добиться белизны ММ 85÷86 %; должны занимать промежуточное положение между продукцией из ТММ и сульфатной целлюлозой; ств (соринок) и липких частичек 72. Цель и задачи размола макулатурной массы. Основная цель размола волокнистой массы для производства бумаги и картона заключается в подготовке волокон к образованию межволоконных связей в бумажно-картонном полотне. отделение от волокон частиц печатной краски и/или тонирующих веществ для последующего удаления при промывке и/или флотации; разрушение частиц проклеивающих веществ и меловальных покрытий; измельчение липких загрязнений до мелкодисперсного состояния и их распределение в массе; механическая обработка волокон − размол − для повышения прочности бумаги; термическая обработка волокон для повышения пухлости бумаги; смешивание отбеливающих реагентов с массой; стерилизация массы. Основной целью переработки макулатуры является получение волокнистой массы, которую целесообразно использовать в композиции бумаги и картона, максимально замещая первичные волокнистые полуфабрикаты: целлюлозу или механическую древесную массу. Основной задачей процесса переработки макулатуры является удаление из макулатурной массы загрязнений как можно ранее по технологическому потоку, при максимальном восстановлении её бумагообразующих свойств. В настоящее время макулатурная масса в значительных количествах или полностью заменила различные виды первичных полуфабрикатов в композиции бумаги-основы для гофрирования и прочих видов бумаги и картона. По этой причине к качеству и чистоте волокна макулатурной массы предъявляются высокие требования. Под качеством макулатурной массы понимают её бумагообразующие свойства: показатели механической прочности и белизну. Понятие чистоты макулатурной массы включает оптические, химические, коллоидные, микробиологические и технологические свойства, в том числе наличие липких веществ. Макулатурная масса по сравнению с первичной массой, состоящей из свежих полуфабрикатов, характеризуется повышенной сорностью и ороговевшим состоянием поверхности волокон, обусловленных процессом сушки при производстве бумаги и картона. 73. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства трехслойных древесностружечных плит при бесподдонном горячем прессования в многоэтажных прессах периодического действия. 1. приемка и складирование сырья; 2. измельчение сырья; 3. осмоление древесной стружки; 4. формирование стружечного ковра; 5. подпрессовка и прессование ДСтП; 6. послепрессовая обработка плит, которая включает в себя охлаждение, 7. обрезку по формату, шлифование; 8. ламинирование или каширование ДСтП; 9. транспортные связи. Бесподдоный способ. При бесподдонном способе производства ДСтП стружечный ковер формируется на стальной, прорезиненной стальной или синтетической непрерывно движущейся ленте, подпрессовывается при более высоком давлении (до 4,5 МПа), затем разрезается на брикеты, которые отде¬ляются от ленты и в дальнейшем движутся по конвейеру и прессуются в прессе горячего прессования без поддонов. При бесподдонном способе предварительная подпрессовка преследует еще одну цель – создать необходимую прочность ковра, чтобы он не разрушался при отделении от ленты и самостоятельной транспортировки по конвейеру к горячему прессу. Хорошая транспортабельность ковра обеспечивается его более сильным сжатием (по сравнению с поддонным способом) с доведением плотности до 320-380 кг/м3. Отсутствие поддонов сокращает площадь расположения главного конвейера, уменьшает затраты энергии на нагрев поддонов, их охлаждение и ремонт, экономит потребность в металле для изготовления поддонов. До недавнего времени в России основным являлся способ формирования стружечного ковра и горячего прессования на жестких металлических поддонах. За рубежом широко применяют гибкие проницаемые поддоны из металлической сетки. Сейчас в мире широко применяют бесподдонный способ получения ДСтП. 74. Выберите и приведите расчетные формулы технологических параметров основных и вспомогательных операций процесса компрессионного прессования изделий из пресс-порошка (фенопласта) в полуавтоматическом режиме работы гидравлического пресса. Расчет времени выдержки. Продолжительность выдержки композиции под давлением в прессформе будет представлять сумму: где τ1 – время нагрева пресс-формы от температуры загрузки (заготовки) Тз до температуры прессования Тп со скоростью b (°C/мин) на первой ступени давления прессования, мин; τ2 – время выдержки при температуре прессования Тп на первой ступени давления прессования, мин; τ3 – время выдержки при температуре прессования Тп на второй ступени давления прессования, мин; τ4 – время охлаждения пресс-формы до температуры охлаждения Тохл на второй ступени давления прессования, мин. В период разогрева композиции от Тз до Тп давление первой ступени должно быть в пределах P1 = (0,4–1 МПа), а средняя скорость нагрева пресс-формы b = (4–6 °C/мин). Время нагрева пресс-формы от Тз до Тп: Время выдержки τ2 и τ3 при давлении прессования Рп рассчитывают, исходя из удельного времени выдержки 5 мин/мм толщины изделия: Время охлаждения пресс-формы от Тп до температуры охлаждения Тохл: Среднюю скорость охлаждения при комбинированной расчетах можно принять bохл = (6–7 °C/мин). Температуру в центре плоского изделия в момент распрессовки определяют по формуле системе нагрева и охлаждения в Где h – толщина изделия, м; a – коэффициент температуропроводности, м2/с; Tп – температура прессования, °С; Tохл – температура пресс-формы в момент распрессовки, °С; Tи – температура в центре извлекаемого изделия, °С; К1=π2 и К2=4/π – коэффициенты, определяющие скорость охлаждения в зависимости от геометрической формы изделия. Расчет массы навески. Поскольку при формообразовании изделий выделения влаги и летучих веществ не происходит, масса навески должна быть больше массы готового изделия на массу облоя [19, с. 345] (для за- крытого типа пресс-форм): где П – периметр боковой формообразующей поверхности матрицы (для цилиндрической поверхности πD); h – высота облоя; δ – зазор между боковыми формообразующими поверхностями пуан- сона и матрицы. Высоту облоя можно оценить, исходя из вязкопластических свойств древесно-полимерной композиции: где Р – давление прессования, МПа; τо – предел текучести композиции, МПа. Предел текучести композиции определяют при технологических ис- пытаниях по методу деформирования плоского образца: При прессовании изделий в пресс-формах полузакрытого типа в рас- четах массы навески необходимо учесть массу пресс-остатка в загрузочной камере формы, толщина которого будет зависеть от давления прессования. Расчет усилия прессования. Усилие, необходимое для прессования изделий из ДПКт с учетом вязкопластических свойств, можно вычислить по формуле где kF – коэффициент запаса усилия, учитывающий неоднородность мате- риала и возможные отклонения условий формообразования от номиналь- ных; А – площадь прессования; fт – коэффициент трения материала о формообразующую поверх- ность; Rпр – приведенный радиус изделия как радиус окружности, описанной около развертки изделия, т.е. расстояние от центра тяжести до наиболее удаленной точки развертки. Если толщина изделия мала по сравнению с приведенным радиусом, то второе слагаемое в скобке правой части формулы мало по сравнению с единицей (там же). Тогда приближенно можно оценить среднее давление прессования, как 75. Дайте характеристику современным композиционным материалам: дисперсно-упрочненным (дисперсно-твердеющим) и дисперсно-наполненным (упрочненным частицами). Дисперсно-упрочненные КМ (ДУКМ) характеризуются микроструктурой, которая представляет собой матрицу из элементарного вещества или сплава, в которой равномерно распределены мельчайшие частицы наполнителя. Частицы наполнителя в ДУКМ имеют размеры от 0,01 до 0,1 мкм в количестве от 1 до 15 объемных %. В ДУКМ матрица несет основную нагрузку. Примером этого класса КМ могут служить дисперсно-упрочненные металлы (сплавы). Они изготовляются методом порошковой металлургии, а также поверхностным или внутренним окислением, методами восстановления или разложения солей. Это в основном материалы радиоэлектронного назначения. Дисперсно-наполненные КМ (ДНКМ) характеризуются тем, что размер частиц в них превышает 1 мкм, а их концентрация более 25 объемных %. При упрочнении частицами нагрузка распределяется между матрицей и частицами. Хотя данные КМ уступают по достижению степени упрочнения 3 классу КМ, но по своему практическому распространению они обогнали КМ всех других классов. ДНКМ можно разделить на два вида: 1. Неорганические порошковые композиты, изготовленные из керамических материалов и металлов. Это технические стекла (в том числе упрочненные типа ситаллов) и собственно керамика. В керамической матрице дисперсной фазой служат металлические порошки. И наоборот металлическая матрица наполнена порошкообразной керамикой и интерметаллами. Неполный перечень областей их применения включает: изготовление деталей и частей конструкций методами порошковой металлургии; производство электрических контактов; радиационных экранов; режущего инструмента, буровых долот; магнитов; электродов для искровой обработки; сопел ракет и реактивных двигателей. 2. Полимерные композиционные материалы с порошкообразными наполнителями.. 76. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства трехслойных древесностружечных плит при горячем прессования на поддонах в многоэтажных прессах периодического действия. Формирование пакетов на поддоне, а не на конвейере лентой, есть стадия охлаждения поддонов. Поддонный способ. При поддонном способе стружечный ковер непрерывно формируется на поддоне, помещенном на непрерывно движущемся транспортере, являясь также элементом транспортной системы для перемещения ковра к горячему прессу. В технологических схемах с позиционными прессами для горячего прессования периодического действия стружечный ковер предварительно подпрессовывается в специальных прессах для подпрессовки (форпрессах) и разрезается на форматные заготовки (древесностружечные паке-ты), под размер плит горячего пресса. После горячего прессования поддоны отделяются от готовых ДСтП и возвращаются на линию формирования стружечного ковра, совершая кругообразное движение. Предварительная подпрессовка стружечного ковра проводится с целью: • уменьшения толщины стружечных пакетов под размер промежутка между греющими элементами горячего пресса; • создания необходимой прочности стружечного ковра (пакета) для предотвращения его разрушения и осыпания кромок. В производстве ДСтП начальная плотность ковра составляет всего 60–65 кг/м3, что осложняет его транспортировку. В результате предварительной под-прессовки ковра (иногда называют «холодной» подпрессовки) на поддонах при давлении 2,5 – 3 МПа его толщина может быть уменьшена в 2-3 раза с возрастанием плотности ковра до 200 кг/м3. Несомненно, что наличие в технологической схеме участка по подготовке и организации кругооборота металлических поддонов приводит к усложнению схемы и увеличению эксплутационных расходов. Единственным преимуществом этого способа производства является то, что он наименее чувствителен при отклонении технологических режимов от заданных параметров и позволяет использовать для производства плит всевозможные древесные отходы в любом соотношении. 77. Выберите и приведите расчетные формулы технологических параметров основных и вспомогательных операций процесса компрессионного прессования изделий из предварительно пластицированного волокнистого пресс-материала (фенопласта) в полуавтоматическом режиме работы гидравлического пресса. Расчет времени выдержки. Продолжительность выдержки композиции под давлением в пресс-форме будет представлять сумму: где τ1 – время нагрева пресс-формы от температуры загрузки (заготовки) Тз до температуры прессования Тп со скоростью b (°C/мин) на первой ступени давления прессования, мин; τ2 – время выдержки при температуре прессования Тп на первой ступени давления прессования, мин; τ3 – время выдержки при температуре прессования Тп на второй ступени давления прессования, мин; τ4 – время охлаждения пресс-формы до температуры охлаждения Тохл на второй ступени давления прессования, мин. В период разогрева композиции от Тз до Тп давление первой ступени должно быть в пределах P1 = (0,4–1 МПа), а средняя скорость нагрева пресс-формы b = (4–6 °C/мин). Время нагрева пресс-формы от Тз до Тп: Время выдержки τ2 и τ3 при давлении прессования Рп рассчитывают, исходя из удельного времени выдержки 5 мин/мм толщины изделия: Время охлаждения пресс-формы от Тп до температуры охлаждения Тохл: Среднюю скорость охлаждения при комбинированной расчетах можно принять bохл = (6–7 °C/мин). Температуру в центре плоского изделия в момент распрессовки определяют по формуле системе нагрева и охлаждения в Где h – толщина изделия, м; a – коэффициент температуропроводности, м2/с; Tп – температура прессования, °С; Tохл – температура пресс-формы в момент распрессовки, °С; Tи – температура в центре извлекаемого изделия, °С; К1=π2 и К2=4/π – коэффициенты, определяющие скорость охлаждения в зависимости от геометрической формы изделия. Расчет массы навески. Поскольку при формообразовании изделий выделения влаги и летучих веществ не происходит, масса навески должна быть больше массы готового изделия на массу облоя [19, с. 345] (для за- крытого типа пресс-форм): где П – периметр боковой формообразующей поверхности матрицы (для цилиндрической поверхности πD); h – высота облоя; δ – зазор между боковыми формообразующими поверхностями пуан- сона и матрицы. Высоту облоя можно оценить, исходя из вязкопластических свойств древесно-полимерной композиции: где Р – давление прессования, МПа; τо – предел текучести композиции, МПа. Предел текучести композиции определяют при технологических ис- пытаниях по методу деформирования плоского образца: При прессовании изделий в пресс-формах полузакрытого типа в рас- четах массы навески необходимо учесть массу пресс-остатка в загрузочной камере формы, толщина которого будет зависеть от давления прессования. Расчет усилия прессования. Усилие, необходимое для прессования изделий из ДПКт с учетом вязкопластических свойств, можно вычислить по формуле где kF – коэффициент запаса усилия, учитывающий неоднородность мате- риала и возможные отклонения условий формообразования от номиналь- ных; А – площадь прессования; fт – коэффициент трения материала о формообразующую поверх- ность; Rпр – приведенный радиус изделия как радиус окружности, описанной около развертки изделия, т.е. расстояние от центра тяжести до наиболее удаленной точки развертки. Если толщина изделия мала по сравнению с приведенным радиусом, то второе слагаемое в скобке правой части формулы мало по сравнению с единицей (там же). Тогда приближенно можно оценить среднее давление прессования, как 78. Дайте характеристику современным композиционным материалам: армированным волокнами. Армированные волокнами композиционные материалы. Среди конструкционных КМ наибольшее распространение нашли КМ, армированные волокнами. Диапазон размеров армирующей фазы в волокнистых КМ значительный. Так, диаметр волокон изменяется в пределах от долей мкм до нескольких десятков и сотен мкм. Другой диапазон армирующих волокон велик и может измеряться десятками и тысячами метров. В настоящее время можно выделить три самостоятельных вида КМ, армированных волокнами: КМ на металлической матрице, а, именно, на алюминии, магнии, титане, армированных двумя видами волокон: - c малой степенью пластической деформации (карбид кремния, окись алюминия, бор, углерод) нитевидные кристаллы – так называемые “усы”); - пластически деформируемыми волокнами (проволока из бериллия, вольфрама, молибдена, и других металлов). КМ на керамической матрице: на окислах, карбидах, боридах, нитридах, интерметаллоидах и углероде, армированных волокнами карбида кремния, окиси алюминия, бора, углерода. КМ на полимерной матрице (армированные пластики), включающие стекло-, угле-, органо-, базальто-, металло-, керамикопластики и др. 79. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства трехслойных древесностружечных плит при горячем прессования в прессах непрерывного действия. - Хранение щепы. Щепа хранится на складе. Затем идет удаление металлических и минеральных включений, измельчение крупной фракции цепы, чтобы получить кондиционную технологическую щепу, ее сначала сортируют, а затем дополнительно измельчают отделенную крупную фракцию. Для доизмельчения крупной фракцию щепы направляют в рубительную машину. Подготовка химических веществ. Приготовление связующего заключается в подготовке рабочих растворов смолы и отвердителя, дозировании компонентов и их смешении. Используют смолы ФФС, чтобы обеспечить качественное смешение смолы с древесной стружкой, смолу разбавляют водой до концентрации 50-55%. - Влажность древесной стружки после ее сушки оказывает значительное влияние на дальнейшие технологические операции и качество готовых ДСтП. Важнейшие параметры режима сушки – температура сушильного агента и скорость его движения. В производстве древесностружечных плит используют сушилки с вращающимися барабанами, трубы-сушилки, вихревые сушилки. - Осмоление проводят для равномерного покрытия поверхности стружки со связующим. Неравномерное распределение связующего приводит к снижении физико-механических свойств. Смешение стружки и жидких компонентов, то есть получение осмоленной стружки происходит в смесителях непрерывного действия. - Формирование ковра заключается в дозировании и равномерном распределении осмолённой стружки с целью получения одинаковых показателей толщины и прочности по всей площади плиты. Эта работа выполняется на формирующих машинах, состоящих из дозатора и питателя. Принцип работы заключается в том, что осмолённая стружка транспортером подается на весы, которые периодически сбрасывают порцию смеси в питатель, где стружка разравнивается по ширине и высыпается на транспортёр главного конвейера. - Готовый древесный стружечный ковер поступает на горячее прессование пакетов в пресс непрерывного действия. Для нагревания прессующих плит используют пар, горячую воду или минеральный или органический высокотемпературный теплоноситель. Толщина готовой плиты задается дистанционными прокладками или контактными штифтами. Режим прессования должен обеспечить оптимальные характеристики плит при минеральной продолжительности процесса. - Охлаждение плит - обязательная операция, так как после выгрузки из пресса существуют значительные градиенты температуры и влажности между слоями ДСтП. Затем идет шлифование плит. Плиты хранят в сухом отапливаемом вентилируемом помещении. 80. Выберите и приведите расчетные формулы технологических параметров основных и вспомогательных операций процесса литьевого прессования изделий из пресс-материала (фенопласта). Расчетный объем впрыска вычисляют по формуле где Vр – расчетный объем впрыска, см3; mд – масса отливаемой детали, г; mл.с. – масса литниковой системы, г; n – число гнезд формы; К – коэффициент, учитывающий сжатие расплава полимера и егоутечки при впрыске в форму, К=1,2–1,3; ρ – плотность перерабатываемого материала, г/см3. Производительность литьевой машины рассчитывают по формуле 3, 6 m n Q , ц где m – масса изделия (детали), г; n – число гнезд формы; ц – продолжительность цикла литья изделия, с. Продолжительность цикла литья под давлением определяют следующим образом: ц см впр выд охл.б /д р п , где см, р, впр – время смыкания и размыкания формы, время впрыска (заполнения формы), с; м – их сумма, называемая машинным временем; м см р впр . Время смыкания и размыкания формы берут из технической характеристики машины. Время впрыска рассчитывают по формуле где Q – объемная скорость впрыска, см3/с (из технической характеристики). Продолжительность паузы между циклами п = 2–3 с. Сумма продолжительности выдержки материала в форме под давлением выд и продолжительности охлаждения изделия в форме без давления охл.б/д называется технологическим временем т, с: т выд охл.б /д . Технологическое время показывает продолжительность охлаждения до заданной температуры в центре изделия Ти, при которой возможно из- влечение без деформации готового изделия. Технологическое время рассчитывается на основе закона контактной теплопередачи: где h – толщина стенки изделия, м; a – коэффициент температуропроводности, м2/с; Tм – температура расплава полимера, впрыскиваемого в формующую полость литьевой формы – температура литья, °С; Tф – температура литьевой формы, °С; Tи – температура извлекаемого изделия, °С; К1 и К2 – коэффициенты, определяющие скорость охлаждения в зависимости от геометрической формы изделия: плоское изделие, параллелепипед, цилиндр. 81. Дайте характеристику полимерным материалом конструкционного назначения: ненаполненным пластическим массам. Практически все ненаполненные пластики могут служить матрицей наполненных материалов. Основными классами ненаполненных пластических масс являются термопласты и реактопласты. Термопласты, в свою очередь, подразделяются на немодифицированные и модифицированные: стабилизированные, пластифицированные, ориентированные термопластичные полимеры с различной степенью кристалличности и разным физическим состоянием аморфных областей. К этому классу относятся также термопластичные полимер-полимерные композиции – смеси и сплавы с термопластичной непрерывной фазой. Ненаполненные реактопласты подразделяются по основным типам реакционно-способных олигомеров на соответствующие отверждающиеся композиции или смеси друг с другом или с полимерами. Реакционно-способные олигомеры различаются структурой цепей, природой, количеством и распределением по цепи функциональных групп. Ненаполненные полимерные материалы кроме того, что являются матрицей для наполненных пластиков, они являются основой широкого класса конструкционных материалов, как: • ненаполненные пластики (пластмассы, термопласты и реактопласты); • ненаполненные эластомеры; • ненаполненные клеи и герметики; • ненаполненные защитные покрытия; • ненаполненные волокна и пленки. 82. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства древесностружечных плит OSB. По технологии производства и области использования ОСБ часто сравнивают с ДСП. Главный компонент в производстве подобных материалов – древесина, которая превращается в стружку, и при помощи клеящего состава и давления формируется в цельные плиты. Крупнейшая в мире установка для производства плит OSB действует на канадском предприятии, которое расположено в 150 км от Полярного круга. Ежесуточно оно выпускает 2100 кубометров плит OSB. Проектирование и оснащение производства выполнила фирма «Диффенбахер». Приведем краткую характеристику технологии плит OSB на этом предприятии [2]. Сырьём служит только древесина местной породы - канадский тополь. Из-за суровых климатических условий объём лесосклада рассчитан на полугодовой запас сырья, который составляет 720 000 плотных кубометров. Особенности технологического процесса Кондиционирование сырья: длинномерный круглый лесоматериал предварительно выдерживается в бассейнах для размораживания. Окорка сырья происходит в барабанных установках диаметром 2,4 метра и длиной 36 метров (две линии). Крупная стружка приготовляется на станках с ножевыми барабанами (три линии). Для хранения сырой стружки предусмотрены три горизонтальных бункера. К хранилищам примыкают три сушильных линии барабанного типа. Для очистки воздуха служат три мокрыхэлектрофильтра. Тепло для сушилок и производственных помещений, а также для нагрева термомасла дают три энергетические установки, которые могут работать как на твёрдом топливе, так и на природном газе. Для отделения мелкой фракции просушенная стружка проходит через барабанные сита (три установки). Для хранения сухой стружки имеется четыре горизонтальных бункера. Нанесение связующего на стружку происходит в четырёх больших тихоходных смесителях. Формирующая машина имеет шесть рассеивающих головок. Формирующая станция располагает встроенными весами, магнитами, прижимными вальцами, а также системой двухстороннего подравнивания кромок ковра с возвратом излишней стружечной массы в бункер среднего слоя. Для вылавливания инородных включений служит катушечный металлоискатель. Предварительная подпрессовка ковра в производстве плит OSB не требуется. Для отсева включений и непригодной стружки предусмотрен специальный бункер. Главная производственная машина — проходной ленточный пресс Dieffenbacher CPS длиной 47 м и шириной 4м — позволяет получать плиты OSB толщиной 6—68 мм. После прессования бесконечное полотно плиты перемещается по рольгангу, где происходит обрезка продольных кромок. Для поперечного раскроя полотна на плиты нужной длины используется спаренная диагональная пила. В конце производственной линии при помощи соответствующих контрольноизмерительных приборов проверяются толщина и вес плит, а также наличие в них расслоений или иных дефектов. Веерные охладители в производстве плит OSB не требуются. Большеформатные плиты складываются в стопы и перегружаются при помощи штабелеукладчика. Для раскроя плит на стандартный формат 4x8 футов используется высокопроизводительная круглопильная установка. Отформатированные плиты поступают на фрезерную установку, где их кромки профилируются для дальнейшего соединения паз-гребень. Готовая продукция передаётся на упаковочную линию. 83. Выберите и приведите расчетные формулы технологических параметров основных и вспомогательных операций процесса трансферного прессования изделий из пресс-материала (фенопласта). 1. (фенопласта). Расчетный объем впрыска вычисляют по формуле где Vр – расчетный объем впрыска, см3; mд – масса отливаемой детали, г; mл.с. – масса литниковой системы, г; n – число гнезд формы; К – коэффициент, учитывающий сжатие расплава полимера и егоутечки при впрыске в форму, К=1,2–1,3; ρ – плотность перерабатываемого материала, г/см3. Производительность литьевой машины рассчитывают по формуле 3, 6 m n Q , ц где m – масса изделия (детали), г; n – число гнезд формы; ц – продолжительность цикла литья изделия, с. Продолжительность цикла литья под давлением определяют следующим образом: ц см впр выд охл.б /д р п , где см, р, впр – время смыкания и размыкания формы, время впрыска (заполнения формы), с; м – их сумма, называемая машинным временем; м см р впр . Время смыкания и размыкания формы берут из технической характеристики машины. Время впрыска рассчитывают по формуле где Q – объемная скорость впрыска, см3/с (из технической характеристики). Продолжительность паузы между циклами п = 2–3 с. Сумма продолжительности выдержки материала в форме под давлением выд и продолжительности охлаждения изделия в форме без давления охл.б/д называется технологическим временем т, с: т выд охл.б /д . Технологическое время показывает продолжительность охлаждения до заданной температуры в центре изделия Ти, при которой возможно из- влечение без деформации готового изделия. Технологическое время рассчитывается на основе закона контактной теплопередачи: где h – толщина стенки изделия, м; a – коэффициент температуропроводности, м2/с; Tм – температура расплава полимера, впрыскиваемого в формующую полость литьевой формы – температура литья, °С; Tф – температура литьевой формы, °С; Tи – температура извлекаемого изделия, °С; К1 и К2 – коэффициенты, определяющие скорость охлаждения в зависимости от геометрической формы изделия: плоское изделие, параллелепипед, цилиндр. 84. Дайте систему классификации полимерных материалов, которая является основой их выбора при изготовлении изделий. Успешное решение по конструированию изделия возможно лишь при учете различных характерных свойств полимерных материалов в зависимости от условий эксплуатации и методов переработки. Необходимо стремиться к наиболее полному использованию материала при минимальной его стоимости. Правильному выбору полимерных материалов для изготовления данного изделия способствует знание разных систем классификации полимерных материалов: классификация по химической структуре полимера; классификация по технологическим свойствам; классификация по областям применения; классификация по объему производства (крупно-, средне-, мелкотоннажное); классификация по стоимости; классификация по совокупности параметров эксплуатации. Из всей совокупности параметров эксплуатации при выборе конструкционного полимерного материала для изготовления изделия первоначально оценивают значения теплостойкости, предела текучести и модуля упругости, твердости Классификация полимерных материалов по совокупности эксплуатационных свойств По последней классификации полимерные материалы делят на две большие группы: общетехнического назначения и инженерно-технического назначения. Конструкционные полимерные материалы общетехнического и инженерно-технического при повышенных температурах и, следовательно, по возможности применения назначения существенно различаются по поведению при воздействии механической нагрузки. Полимерные материалы общетехнического назначения характеризуются резким снижением механических характеристик с повышением температуры, т.к. имеют низкую теплостойкость. Они неработоспособны при кратковременной нагрузке при температуре свыше 50 0С и главным образом работают в нагруженном состоянии или слабонагруженном состоянии при обычных или средних (до 50 0С) температурах. Полимерные материалы инженерно-технического назначения имеют более высокие механические характеристики и теплостойкость. У них наблюдается меньшее снижение этих параметров с повышением температуры. Полимерные материалы данного класса могут работать при кратковременной нагрузке при высоких температурах (>250 0С). Могут длительно эксплуатироваться под нагрузкой при повышенных температурах. 85. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства твердых древесноволокнистых плит мокрым способом. Технологические операции: Подготовка сырья - Разделка круглых лесоматериалов на размеры, соответствующие приемному патрону рубительной машины -Рубка круглых лесоматериалов и кусковых древесных отходов на щепу - Сортировка щепы - Доизмельчение крупной фракции щепы - Извлечение из щепы металлических включений - Мойка щепы. Мойку щепы водой (гидромойку) проводят в специальных установках для мойки щепы различных конструкций. Назначение этой операции – смыв грязи, песка и других включений, в т.ч. металлических. Приготовление и введение химических веществ в волокнистую массу. Основное назначение осадителей состоит в осаждении из воды на древесные волокна гидрофобных веществ. Выбор осадителя зависит от свойств ДМ. Из осадителей наибольшее применение находит серная кислота. Рабочий раствор серной кислоты получают путем разбавления водой в бачке-разбавителя исходной кислоты до концентрации 1,5-3,0% Приготовление связующего (смолы). Основное назначение связующего состоит в повышении механической прочности и постоянной водостойкости ДВП. В производстве ДВП мокрым способом в мире в качестве связующего в основном используют водорастворимые термореактивные фенолформальдегидные олигомеры. Механизм их действия заключается в протекании реакции отверждения под воздействием катализаторов. Химические вещества вводят в волокнистую массу в специальных устройствах – ящиках непрерывного приклеивания. Из ящика проклеенная древесная масса по трубопроводу подается на стадию мокрого формирования древесноволокнистого ковра. Древесноволокнистый ковер формируют на отливных машинах. Формирование ковра производят на бесконечных сетках. На регистровой части отливной машины происходит обезвоживание ковра под действием гидростатического напора массы. Ковер разрезается на полотна. Во время горячего прессования влажное древесноволокнистое полотно под воздействием высокой температуры и давления превращается в ДВП. На следующей стадии начинается преобладание удаления воды из полотна за счет образования и удаления пара. Сначала вода испаряется из крупных пор, затем из межволоконного пространства. Температура горячего пресса 200-215 ֯С, давление 1-1,2 Мпа. Выгрузка из пресса отпрессованных ДВП производится в многоэтажную разгрузочную этажерку одновременно с загрузкой полотен. Термообработка плит. Предназначена для повышения водостойкости и прочности при изгибе. Для термообработки применяют специальные камеры периодического или непрерывного действия. Кондиционирование плит. Для создания формоустойчивости плит необходимо их акклиматизировать, охлаждая и создавая равномерную по объёму влажность плит. Для увлажнения плит применяют увлажнительные машины и камеры. После завершения увлажнения первая вагонетка выгружается из камеры и загружается новая. Выгруженные вагонетки направляются на стадию форматной резки, обработки и складирования готовых плит. 86. Дайте характеристику оборудования для диспергирования (измельчения) и сортировки сырья при получении полимерных композиций. Оборудование для диспергирования (измельчения) Сырье, вводимое в состав полимерных материалов, измельчается на дробильно-помольном Рис. 2.2. Схема конусной оборудовании. Под измельчением ( диспергированием) понимают дробилки: 1 – неподвижный внешний процесс разрушения твердого тела и 1 конус; 2 – дробящий конус; превращение кусков в мелкие под 2 3 – эксцентриковый вал; действием внешних сил. В 4 – конический зависимости от величины исходного 3 4 редуктор материала и размеров частиц в конечном продукте различают грубое измельчение (дробление) и тонкое измельчение (помол). Основные способы измельчения материала: раздавливание, удар, истирание, раскалывание и сочетание указанных способов. К основным видам дробильно-помольных машин относят дробилки и мельницы. 2.2.1 Дробилки По конструкции и принципу действия дробилки разделяются на 1. Щековые дробилки с простым и сложным качением подвижной щеки (рис. 2.1). 3 3 2 2 1 1 а б Рис. 2.1. Схема щековых дробилок с простым (а) и сложным качением (б): 1 – неподвижная; 2 – подвижная щека; 3 – эксцентрик В этих дробилках материал раздавливается и раскалывается между неподвижной и подвижной щеками в результате периодического сближения. Сближение подвижной щеки происходит за счет эксцентрикового вала. Рабочие поверхности щек имеют рифленую (зубчатую) поверхность. В дробилках со сложным качением щеки материал еще и истирается. 2. Конусные дробилки (рис. 2.2), в которых материал раздавливается и частично изгибается между внешним неподвижным конусом и внутренним дробящим конусом, которые имеют зубчатую рабочую поверхность. Дробящий конус движется по окружности эксцентрично по отношению к внешнему. В конусных дробилках продукт измельчается непрерывно. Дробилки классифицируются: по технологическому признаку – мелкого и крупного дробления; по конструктивному оформлению – с подвешенным валом, консольным и эксцентриковым валами. 2 3 4 1 Рис. 2.3. Схема валковой дробилки: 1 – неподвижный; 2 – подвижный валок; 3 – корпус; 4 - пружина 3. Валковые дробилки (рис. 2.3.), в которых материал раздавливается и частично истирается между валками, вращающимися один навстречу другому. 4. Молотковые дробилки (рис. 2.4), в которых материал дробится при ударе его молотками, свободно подвешенными на быстровращающемся роторе, и частично истирается. Куски дробятся также при ударе друг о друга и дробящие плиты и колосники. Есть молотковые дробилки с жестко закрепленными молотками и шарнирно подвешенными молотками. 1 2 3 Рис. 2.4. Схема молотковой дробилки: 1 – молоток; 2 – ротор; 3 – колосник 5 8 10 7 6 4 3 1 2 9 12 13 11 Рис. 2.5. Схема конструкции бегунов: 1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – консольный вал; 4 – траверса; 5 – крышка; 6 – катки; 7 - чаша; 8, 9 – отвалы; 10, 11 – разгрузочные люки; 12 – редуктор; 13 – станина 5. Бегуны (рис. 2.5) предназначаются для мелкого дробления и грубого помола. Материал раздавливается и истирается между двумя вращающимися катками и чашей. 2.2.2 Мельницы По конструкции и принципу действия различают следующие основные типы мельниц: 1. Барабанные (шаровые или стержневые) 5 1 9 6 (рис. 2.6) предназначены для тонкого помола. При 3 2 вращении барабана от электродвигателя через 4 редуктор мелящие тела (шары или стержни) 8 7 перекатываются (скользят) и материал измельчается ударом и частично истирается. Мельницы могут быть периодического и непрерывного действия. Основными преимуществами шаровых мельниц – получение высокой и постоянной тонины помола 10 и ее регулирование, возможность подсушки 11 материала в самой мельнице, простота Рис. 2.6 Схема шаровой мельницы: 1– барабан; конструкции и надежность работы. 2, 3 – крышки; 4 - подшипник; 5 - зубчатый венец; 6 - плиты; 7-загрузочная цапфа; 8-разгрузочная цапфа; 9 - диафрагма; 10 – лифтеры; 11 – шары 1 2 3 5 4 Рис. 2.7. Схема вибрационной инерционной мельницы: 1 – корпус; 2 – мелющие тела; 3 – 2. Вибрационные (рис. 2.7) применяют для тонкого и сверхтонкого помола. Они наиболее эффективны при сверхтонком измельчении (1÷10 мкм). Подразделяются на инерционные и гирационные (эксцентриковые). Вибрация корпуса, опирающегося на пружины, осуществляется вращающимся дисбалансным валом. В этом случае материал подвергается многократному воздействию шаров, поскольку число ударов в вибрационной мельнице во много раз больше, чем в шаровой. дисбалансный вал; 4 – пружинная опора; 5 электродвигатель 4 3. Роликово-маятниковые (рис. 2.8) предназначены для размола, в которых материал раздавливается между неподвижным кольцом и быстровращающимися роликами. 3 5 2 1 Воздух 6 Рис. 2.8. Схема кольцевой роликомаятниковой мельницы: 1– кольцо; 2 – ролик; 3 – крестовина; 4 – вал; 5 – питатель; 6 – газовый коллектор 1 3 4. Молотковые ударные (рис. 2.9) предназначены для грубого и тонкого помола материалов мягких и средней твердости и в некоторых случаях с одновременной подсушкой его. Принцип действия, как и у молотковых дробилок. 2 4 Рис. 2.9. Схема молотковой ударной мельницы: 1 – молотки; 2 - ротор; 3 – загрузочный патрубок; 4 – патрубок выгрузки 1 2 Рис. 2.10. Схема дезинтегратора: 1 – пальцы; 2 – диски крепления пальцев 5. Дезинтеграторы (рис. 2.10) относятся к группе молотковых мельниц и предназначены для измельчения влажных и термочувствительных материалов, например, при получении древесного волокна. Измельчение происходит при ударе частиц о пальцы, а также при ударе частиц одна о другую, имеет место и частичное истирание. 3 1 6. Пневматические (рис. 2.11) предназначены для тонкого измельчения, в которых материал измельчается при ударе. Кусочки материала подхватываются воздухом, нагнетаемым через сопло. Частицы летят со скоростью 20÷80 м/с и ударяются о размольную плиту, а также друг о друга. 2 Рис. Схема 2.11. пневматической мельницы: 1 – измельчаемый материал; 2 – сопло; 3 – размольная плита 6 5 4 1 2 3 Рис. 2.12. Схема струйной мельницы: 1 – труба-питатель; 2 – воздушная труба; 3 – сопла; 4 – эллиптический корпус; 5 – отбойная заслонка; 6 – выходной патрубок. 7. Струйные (рис. 2.12) предназначены для сверхтонкого помола. Размол в них происходит за счет соударения частиц, находящихся в турбулентном воздушном потоке, скорость которого сверхзвуковая около 480 м/с. Мельница выполнена в виде эллиптической трубы, в нижней части которой имеются сопла для подачи воздуха. Частицы материала из приемного бункера поступают в зону диффузора трубы (1), где подхватывается воздухом, поступающим по трубе (2). Затем материал подается в корпус мельницы. В верхней части корпуса мелкие частицы после удара о заслонку (торможения) уносятся из корпуса через патрубок. Более крупные частицы за счет большой инерции движутся по корпусу вниз и снова подхватываются потоком воздуха, соударяясь друг о друга. Оборудование для сортировки материалов Назначение и способы сортировки При обработке сырья, применяемого для получении полимерных материалов, во многих случаях, особенно после диспергирования (измельчения) необходимо материалы разделить на фракции по крупности частиц, т.е. сделать сортировку. Эффективность (качество) процесса сортировки определяется степенью извлечения мелких частиц (нижнего класса) из исходного материала (верхнего класса). 1. Грохоты для механической сортировки Механическая сортировка, или грохочение, выполняется на машинах (грохотах), в которых сортируемый материал пропускается через решета или сита. Количество получаемых фракций материала определяется количеством сит в грохоте, а крупность фракций – размерами отверстий в решетах или ситах. Грохоты в зависимости от формы решета или сита подразделяются: 6 2 3 7 4 1 5 Рис. 2.13. Эксцентриковый грохот: 1 – рама; 2 – вибрирующая рама; 3 – эксцентриковый вал; 4 – пружинные амортизаторы; 5 – сита; 6 – боковые косынки; 7 – шкив привода ◊ на плоские с горизонтальным или наклонным расположением сит; ◊ на барабанные, в которых сито имеет форму цилиндра или многогранной усеченной пирамиды. По характеру движения грохоты подразделяются на качающиеся, вращающиеся, вибрационные. Вибрационные в свою очередь подразделяются на гирационные (эксцентриковые), инерционные, электромагнитные, ударного действия. Наиболее распространенны плоские гирационные грохоты (рис.2.13). . 2. Воздушные сепараторы Воздушная сепарация применяется преимущественно для 5 8 выделения тонких фракций при сухом 7 помоле. Обычно применяются 2 сепараторы замкнутого типа цен1 тробежного действия (рис. 2.14). 4 А Материал из подающей трубы 3 попадает на вращающийся 11 распределительный диск и под действием центробежных сил слетает 12 Рис. 2.14. Воздушный сепаратор замкнутого типа: 1 – наружный с него и отбрасывается к стенкам барабанов. Более тяжелые частицы барабан; 2 – внутренний барабан; отбрасываются к кожуху внутреннего 3 – наружный конус; 4 – внутренний конус; 5 – вал; 6 - распределительный диск; 7 – нагнетательный вентилятор; 8 – барабана, опускаются по его конусной всасывающий вентилятор; 9 – приводной вал; 10 – подающая части вниз и удаляются через труба; 11, 12 – патрубки для отвода частиц; А – отводной канал патрубок. Мелкие частицы сначала воздуха увлекаются вверх потоком воздуха от нижнего, а затем подхватываются потоком воздуха от верхнего вентилятора и попадают в пространство между наружным и внутренним барабанами. При переходе воздушного потока из внутреннего барабана в наружный частицы материала выходят из воздушного потока, опускаются вниз и отводятся через центральный патрубок. Воздух, освобожденный от материала, возвращается через отводной канал во внутренний кожух сепаратора. 3. Гидравлические классификаторы Применяются для разделения на фракции 2 продуктов тонкого мокрого помола. Этот способ сортировки основан на использовании разности 3 скоростей падения частиц крупных и мелких фракций. Схема спирального классификатора 1 представлена на рис. 2.15. Мелкие фракции материала удаляются через слив с жидкой фазой суспензии. Крупные фракции, осевшие на дно Рис. 2.15. Схема спирального классификатора: корыта, вращающейся спиралью поднимаются 1 - корыто; 2 - спираль; 3 - сливной порог вверх и через лоток удаляются из классификатора. 4. Электромагнитные сепараторы 10 9 6 Электромагнитная сепарация применяется главным образом для выделения из сырья ферромагнитных примесей во избежание поломок деталей перерабатывающих машин и агрегатов. Принцип магнитной сепарации заключается в том, что материал пропускается через зону с сильным магнитным полем. При этом материалы, обладающие магнитными свойствами, притягиваются к магниту, а затем отводятся. Материалы, не обладающие магнитными свойствами, не подвергаются действию магнита. Все применяемые электромагнитные сепараторы классифицируются следующим образом: - по технологическим признакам – сухие и мокрые; - по конструктивным признакам – шкивного и барабанного типов; - по принципу действия – электромагнитные и индукционные. На рис. 2.16 представлена принципиальная 1 схема действия сухого электромагнитного сепаратора. 2 А Материал подается лотковым питателем на вращающийся барабан, в котором установлена 3 неподвижная магнитная система. Магнитное поле, 5 4 создаваемое электромагнитом, охватывает участок А барабана. В зоне магнитного поля все ферромагнитные включения притягиваются к наружной поверхности Рис. 2.16. Электромагнитный сепаратор: барабана и проходят с ним до нижней границы 1 – лотковый питатель; 2 – барабан; 3 – магнитного поля. Пройдя границу поля, феррочастицы магнитная система; 4 – приемник под действием сил тяжести отделяются от барабана и ферромагнитных включений; отводятся в специальный бункер. Очищенный от 5 – бункер для очищенного материала; А – ферромагнитных включений материал поступает в участок магнитного поля первый бункер. 87. Представьте схему и опишите принцип автоклавного способа формования сложных изделий из полимерных композитов. Автоклавный способ формования целесообразно применять при изготовлении большой серии крупных и сложных изделий (рис. 7.16). Рис. 7.16 Схема формования деталей автоклавным способом: 1 – автоклав; 2 – тележка; 3 – болванка формы; 4 – пакет пропитанного тканного наполнителя; 5 – цулага с электрообогревом; 6 - резиновый чехол; 7 – плита основания При автоклавном формовании давление прессования (0,5÷2,5 МПа) создается паром, водой, реже сжатым воздухом. При таком давлении получаются высококачественные изделия. Форма автоклавного формования аналогична форме для вакуумного формования. Помещенная на тележку она закатывается в автоклав. Он заполняется паром или водой, создающие давление и обогрев. Формуемый материал равномерно всестороннее воспринимает давление. Обогрев может производиться электронагревателями, расположенными в форме и цулаге. При формовании изделий из углепластиков обогрев можно подвести к самой композиции. Из гугла Метод автоклавного упругого формования Для получения высокоточных и прочных изделий при формовании глубоких профилей и поверхностей сложной конфигурации недостаточно контактного давления упругого формования, создаваемого только за счет вакуума под резиновым чехлом. Однако наличие герметичного упругого чехла на формуемом изделии позволяет создать дополнительное давление за счет увеличения наружного давления на чехол. При этом сборка для вакуумного формования помещается не в термошкаф, а в автоклав, где, помимо заданного температурного режима, создается высокое давление, которое, прижимая чехол к формуемой заготовке, уплотняет ее (рис. 6). В автоклав, подается пар, вода или сжатый воздух, с помощью которых давление доводится до заданной технологическим регламентом величины. Таким образом, при упругом формовании автоклавным методом должны выполняться следующие технологические этапы (переходы): предварительное формование полуфабриката, вакуумирование, автоклавная опрессовка, отверждение. Последние два этапа технологически совмещены. Полученная одним из методов предварительного формования заготовка надевается на жесткую форму, дренажируется слоем прорезиненной ткани, покрывается резиновым чехлом, герметизируется и поступает в автоклав. Вначале создается вакуум для удаления воздуха из-под герметизированного чехла. Кроме того, вакуум повышает качество пропитки с арматуры, улучшая герметичность и механические свойства изделия. Через 20-30 мин. в автоклаве медленно поднимается давление до 1 атм, после чего вакуум снимается и давление повышается до расчетного. Величина автоклавного давления зависит от формы изделия, толщины его стенок, используемой арматуры, связующего и принимается в пределах 5-25 кГ/см2. Изделия, отформованные автоклавным способом, имеют весьма высокие прочностные характеристики. Метод упругого формования применяется в том случае, когда к изделиям предъявляются повышенные требования в отношении герметичности и прочности. Пленочное формование является разновидностью метода упругого формования. Отличается оно тем, что вместо резинового чехла и дренажных слоев прорезиненной ткани применяют прозрачную бесшовную пленку из поливинилового спирта, изготовленную из одного листа и скроенную по форме изделия. При этом внешняя поверхность изделия получается гладкой, блестящей, без складок, морщин и пузырей. 88. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства сверхтвердых древесноволокнистых плит мокрым способом. Технологические операции: Подготовка сырья - Разделка круглых лесоматериалов на размеры, соответствующие приемному патрону рубительной машины -Рубка круглых лесоматериалов и кусковых древесных отходов на щепу - Сортировка щепы - Доизмельчение крупной фракции щепы - Извлечение из щепы металлических включений - Мойка щепы. Мойку щепы водой (гидромойку) проводят в специальных установках для мойки щепы различных конструкций. Назначение этой операции – смыв грязи, песка и других включений, в т.ч. металлических. Приготовление и введение химических веществ в волокнистую массу. Основное назначение осадителей состоит в осаждении из воды на древесные волокна гидрофобных веществ. Выбор осадителя зависит от свойств ДМ. Из осадителей наибольшее применение находит серная кислота. Рабочий раствор серной кислоты получают путем разбавления водой в бачке-разбавителя исходной кислоты до концентрации 1,5-3,0% Приготовление связующего (смолы). Основное назначение связующего состоит в повышении механической прочности и постоянной водостойкости ДВП. В производстве ДВП мокрым способом в мире в качестве связующего в основном используют водорастворимые термореактивные фенолформальдегидные олигомеры. Механизм их действия заключается в протекании реакции отверждения под воздействием катализаторов. Химические вещества вводят в волокнистую массу в специальных устройствах – ящиках непрерывного приклеивания. Из ящика проклеенная древесная масса по трубопроводу подается на стадию мокрого формирования древесноволокнистого ковра. Древесноволокнистый ковер формируют на отливных машинах. Формирование ковра производят на бесконечных сетках. На регистровой части отливной машины происходит обезвоживание ковра под действием гидростатического напора массы. Ковер разрезается на полотна. Во время горячего прессования влажное древесноволокнистое полотно под воздействием высокой температуры и давления превращается в ДВП. На следующей стадии начинается преобладание удаления воды из полотна за счет образования и удаления пара. Сначала вода испаряется из крупных пор, затем из межволоконного пространства. Температура горячего пресса 200-215 ֯С, давление 1-1,2 Мпа. Выгрузка из пресса отпрессованных ДВП производится в многоэтажную разгрузочную этажерку одновременно с загрузкой полотен. Термообработка плит. Предназначена для повышения водостойкости и прочности при изгибе. Для термообработки применяют специальные камеры периодического или непрерывного действия. Кондиционирование плит. Для создания формоустойчивости плит необходимо их акклиматизировать, охлаждая и создавая равномерную по объёму влажность плит. Для увлажнения плит применяют увлажнительные машины и камеры. После завершения увлажнения первая вагонетка выгружается из камеры и загружается новая. Выгруженные вагонетки направляются на стадию форматной резки, обработки и складирования готовых плит. 89. Дайте характеристику смесительного оборудования для сыпучих и пластических (вязких) материалов. 1. Смесители для сыпучих материалов Смесители для сыпучих материалов подразделяются на: механические и пневматические. Механические смесители бывают барабанные, с перемешивающими устройствами, лопастные. 1) Барабанные смесители (рис.2.17) наиболее распространенный тип смесителя для смешивания только сухих материалов или с небольшим количеством жидкости. Эти смесители представляют собой вращающийся барабан, внутри которого могут быть смонтированы перемешивающие устройства (горизонтальные полоски, параллельные оси барабана), улучшающие смешение в осевом направлении. б а е д г ж в з Рис. 2.17. Схемы барабанных смесителей для сыпучих материалов: а – горизонтального типа; б – с наклонной осью вращения; в – с осью вращения, несовпадающей с осью барабана - типа “пьяная бочка”; г – с приводными катками (1 – приводные катки; 2 – барабанный смеситель); д – биконический; е – V-образный; ж – тетраэдрический; з – с подъемными полками; и – с оребренной внутренней поверхностью; к – с наклонными полками Качество смеси при данной продолжительности смешения зависит от частоты вращения барабана. При заданной частоте вращения частицы под действием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности барабана, обрушиваются и снова вовлекаются в движение. Характер движения частиц зависит от степени заполнения и частоты вращения. Она должна быть оптимальной, выше которой определенные слои материала не будут участвовать в перемешивании. Путем установки полочек или выбора формы барабана достигается и трехмерное движение частиц. Барабанные смесители применяются в основном для предварительного приготовления порошкообразных рецептур смеси. 2) Смесители с перемешивающими устройствами, в которых перемешивание частиц смеси осуществляется перемешивающими устройствами в радиальном и аксиальном направлениях. Это смесители со шнековыми, ленточными и лопаточными перемешивающими устройствами (рис. 2.18). Рис. 2.18. Схемы барабанных смесителей с перемешивающими устройствами: а – с двумя перемешивающими устройствами; б – с перемешивающими устройствами червячного (шнекового) типа; в – с наклонной осью вращения перемешивающего устройства; г – с перемешивающим устройством лопастного типа В шнековых смесителях периодического и непрерывного действия смешивание осуществляется за счет радиального, но горизонтального и вертикального перемешивания массы. Ленточные смесители периодического или непрерывного действия выполняют смешение ленточными спиралями (рис. 2.19), укрепленных на горизонтальных валах смесителя. Ленточные спирали также перемешивают смесь вдоль вала. В лопаточных смесителях лопатки можно рассматривать как прерывистую ленточную спираль. В смесителях непрерывного действия лопатки закреплены на валу по винтовой линии (рис. 2.20). Это обеспечивает одновременное перемешивание и перемещение. В лопаточных смесителях периодического действия смесь обычно перемешивается радиальными лопастями, несколько повернутыми относительно оси вращения. 3) Центробежные смесители (миксеры) с вертикальным Рис. 2.19. Спирали ленточных расположением оси вращения перемешивающего устройства в смесителей технике переработки полимерных материалов занимают особое место, т.к. представляют универсальный тип машин. Их называют скоростными (центробежными) или турбулентными смесителями. Перемешиваемая масса быстроходным перемешивающим устройством отбрасывается к стенкам аппарата. По стенке она поднимается вверх и перемещается вновь к стенке смесителя. Благодаря этому масса интенсивно перемешивается и разогревается под воздействием диссипативного тепловыделения. Центробежные смесители применяют для приготовления полимерных композиций. Такой смеситель периодического действия показан на рис. 2.21. Они используются в двух вариантах: с обогреваемыми (смесители горячего смешения) и охлаждаемыми (смесители холодного смешения) корпусами. Универсальным являются двухстадийный турбоскоростной центробежный смеситель, который состоит из двух самостоятельных баков верхнего (горячего смешения) и нижнего (холодного смешения) (рис. 2.22). Принцип работы данного смесителя основан на гидродинамической циркуляции. В верхнем баке перемешивание осуществляется с помощью крыльчатки и центробежного лопастного диска. В нижнем баке смесь перемешивается двухлопастным ротором. 2. Смесители для пластических (вязких) материалов К высоковязким средам относят расплавы полимеров, пасто- и тестообразные полимерные композиции. Их перемешивание осуществляется в основном различными механическими способами. Совмещение происходит в ламинарном режиме. Такие смесители могут быть периодического и непрерывного действия. В смесителе могут происходить следующие виды течения: ▫ тангенциальное – масса перемещается параллельно пути, описываемую рабочим перемешивающим органом; ▫ радиальное – масса движется от рабочего органа перпендикулярно оси его вращения; ▫ осевое – масса поступает и вытекает из смесителя параллельно оси вращения рабочего органа. Для перемешивания высоковязких сред наиболее распространены лопастные, планетарные, червячные смесители, вальцы. Лопастные смесители периодического действия широко используют в процессах разминания и перемешивания с одновременным нагревом или охлаждением разнообразных пластичных материалов, паст, замазок, клея и т.п. Рабочие органы лопастных смесителей изготовляют обычно в виде двух отдельных Z – образных лопастей сплошного профиля. На рис. 2.23 представлен двухвальный смеситель с Z – образные лопастями. Лопасти вращаются в противоположных направлениях с различными скоростями. Смесители работают под вакуумом или атмосферным давлением. Смесь выгружается или опрокидыванием смесителя или через нижний выгрузочный затвор. Недостатки двухвальных смесителей: большой расход энергии, сложность загрузки и продолжительность очистки после каждого цикла. 2 1 3 Планетарные смесители, у которых смешивающий рабочий орган представляет собой лопасть Т или П-образной формы и вращается вокруг своей оси одновременно движется вокруг корпуса смесителя (рис. 2.24). Движения могут быть направлены как в одну, так и в разные стороны. В некоторых планетарных смесителях вращается и корпус. Есть шнековые планетарные смесители, в которых шнек вращается вокруг свой оси и одновременно вокруг оси конического корпуса. Рис. 2.24. Планетарный смеситель: 1 – лопасть; 2 – вал; 3 – корпус Червяные смесители типа ‘‘Ко- кнеттер’’ (рис. 5.10) (Швейцария, фирма Buss и К0). В этих смесителях червяк наряду с вращательным совершает и возвратно-поступательное движение, благодаря этому зубья в цилиндре многократно проходят через специальные продольные пазы в винтовой нарезке червяка. Намного увеличивается эффективность смешения и смятия полимера, т.к. траектория движения частиц имеет петлеобразное движение. Вальцы в промышленности переработки полимерных материалов главным образом выполняют подготовительные операции смешения и пластикации. Вальцы также классифицируют по конструктивнотехнологическим признакам. По технологическим признакам подразделяются на вальцы периодического (рис. 6.6) и непрерывного (рис. 6.7) действия. Схемы обработки перерабатываемой массы на таких вальцах показа на рис. 6.8. Конструктивно вальцы классифицируют по следующим параметрам: 1. диаметр и длина валков; выпускаются трех типов: легкие (Ø300×800 мм; Ø500×800 мм), средние (Ø550×1500 мм), тяжелые (Ø660×2130 мм); 2. расположение оси валков – вертикальном или горизонтальном направлении (см. схемы а и б рис. 6.1); 3. вид поверхности – гладкая или рифленая; 4. значение фрикционного числа: 1,08; 1,11; 1,17; 1,27; 1,29; 1,39; 1,41; 2,55; 4,00; 5. способ регулирования температуры валков – охлаждаемые водой, обогреваемые перегретой водой, паром, с электрическим обогревом; 6. число вальцов в агрегате или технологической линии – вальцы индивидуальные, сдвоенные, групповые. В зависимости от выполняемой технологической операции различают вальцы нескольких типов (9 типов). В производстве и переработке полимерных материалов применяют вальцы: смесительные – для смешения полимеров с различными ингредиентами работают с фрикцией 1:1,14; смесительно-подогревательные – для смешения с ингредиентами, повышения пластичности и разогрева смесей перед их дальнейшей обработкой, работают с фрикцией 1:1,29, снабжены ножом для срезания ленты; смесительно-регенераторные – для вторичной переработки полимерных материалов и изделий с целью получения однородной массы, отличается от двух первых повышенной фракцией 1:1,41 и наличием специального транспортера для возврата в зазор между валками просыпавшейся крошки; дробильные – для дробления и перетирания жестких частиц в пластических смесях, для изделий из полимерных материалов для вторичной переработки; поверхность валков рифленая, валки имеют разный диаметр, фракция 1:2,55; пластифицирующие – для пластикации полимерных материалов и интенсивного их перемешивания, и гомогенизации; краскотерочные – для предварительного перетирания пастообразных смесей, в состав которых входят жидкие компоненты и красящие вещества. Кроме вышеперечисленных типов вальцов в резиновой промышленности применяются: рафинировочные, размалывающие (1:4,00), промывные (1:1,39), подогревательные. Вальцы являются основным агрегатом при производстве многих взрывчатых веществ. Роторные смесители лопасти, которых занимают 60 % объема закрытой смесительной камеры. Эти смесители называют закрытыми роторными смесительными машинами. Лопасти таких смесителей носят название роторов. 3 Наиболее распространены двухроторные скоростные 4 2 смесители периодического действия типа “Бенбери” (рис. 2.25). 5 Основными путями повышения интенсивности процесса смешения в этих машинах являются увеличение частоты вращения роторов и повышение давления смеси. Зубчато-дисковые мешалки (дисольвер), где 1 рабочим органом служит зубчатый диск смесительной Рис. 2.26. Зубчато-дисковая головки. Диск представляет собой плоскую круглую мешалка (дисольвер): пластину с расположенными по кромке зубцами (рис. 2.26). 1 – зубчатый диск; 2 – передвижная Привод мешалки обслуживает несколько передвижных дежа-емкость; 3 – вал; 4 – которые фиксируются зажимами. электродвигатель привода емкостей-деж, Смесительная головка опускается в дежу и диском приводит смесительной головки; во вращательно-бегающее движение композицию. 5 – пульт управления 90. Представьте схему и опишите принцип пропитки волокнистого наполнителя в замкнутой форме при формовании изделий из полимерных композитов. Способ пропитки волокнистого наполнителя в замкнутой форме Одно из достоинств метода пропитки волокнистого наполнителя связующим в замкнутой форме под давлением или вакуумом состоит в том, что получаемые изделия почти не содержат воздушных включений. Метод нашел применение при формовании различных изделий больших габаритов: оболочек, кузовов автомобилей, емкостей и других видов изделий. Сущность пропитки под давлением (рис. 7.19) заключается в следующем. Непропитанный сухой наполнитель выкладывается послойно на пуансон, после чего пуансон и матрица смыкаются. Герметичность формы обеспечивает уплотнение. При вакуумировании полости формы связующее из бака засасывается и пропитывает наполнитель. Величина остаточного давления при Рис. 7.19. Схема пропитки волокнистого этом составляет 0,01÷0,02 МПа. Затем наполнителя под давлением в замкнутой интенсивность пропитки регулируется за счет форме: 1 – бак со связующим; 2 – кран; 3 – давления в баке, создаваемого сжатым воздухом. волокнистый наполнитель; 4 – пуансон; 5 – Величина давления обычно 0,3÷0,5 МПа, в уплотнение; 6 – матрица; 7 – смотровое стекло; 8 некоторых случаях – 2,0÷2,5 МПа, и – ловушка для связующего создается ступенчато. Правильный выбор технологических режимов (давления, скорости пропитки) и использование вакуумной техники позволяет получить изделие с минимальной пористостью 0,5÷0,7 %. Окончание процесса пропитки наблюдают через смотровое стекло. Избыток связующего собирается в ловушке. 5 R 4 3 2 6 1 Рис. 7.9. Схема укладки (вытяжки) стеклоткани на поверхности полусферической формы:1 – форма; 2 – опорное кольцо; 3 – прокладка; 4 – нажимное кольцо; 5 – слой стеклоткани; 6 – пружинная опора; β – показатель вытяжки ткани Благодаря драпировочным свойствам тканей и холстов возможно механизация сборки заготовок при формовании оболочек двойной кривизны методами пропитки под давлением в замкнутой форме с последующим прессованием изделия. Схема формующего устройства для изготовления указанных изделий соответствует прибору определения драпировочных свойств (рис. 7.9). Вытяжка стабилизирует свойства получаемых изделий. Метод достаточно производителен и применяется при выпуске изделий средними и крупными партиями. Изделия имеют стабильные физико-механические свойства. Можно формовать изделия с металлической арматурой (проволокой, металлическими волокнами). Значительно более простой по своей конструкции является установка для пропитки волокнистого наполнителя под вакуумом. Этим способом пропитки пользуются при изготовлении крупногабаритных изделий. Ткань или мат (ровинг) помещают между двумя легкими жесткими частями формы (рис. 7.20). Нижняя часть формы по периметру имеет корыто, в которое заливается связующее. матрица; 2 – корыто со связующим; 3 – Верхняя часть формы при помощи штуцера соединяется с вакуум-насосом. В результате волокнистый наполнитель; 4 –пуансон создания вакуума связующее через зазоры между частями формы засасывается в ее полость, пропитывая волокнистый наполнитель. Для ускорения пропитки (т.е. для уменьшения вязкости связующего) его можно подогревать. При таком способе пропитки также почти исключается контакт работающего со связующим, улучшаются условия труда. 91. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства полутвердых древесноволокнистых плит мокрым способом. Рис. 7.20. Схема установки вакуумной пропитки волокнистого наполнителя; 1 – Технологические операции: Подготовка сырья - Разделка круглых лесоматериалов на размеры, соответствующие приемному патрону рубительной машины -Рубка круглых лесоматериалов и кусковых древесных отходов на щепу - Сортировка щепы - Доизмельчение крупной фракции щепы Извлечение из щепы металлических включений - Мойка щепы. Мойку щепы водой (гидромойку) проводят в специальных установках для мойки щепы различных конструкций. Назначение этой операции – смыв грязи, песка и других включений, в т.ч. металлических. Приготовление и введение химических веществ в волокнистую массу. Основное назначение осадителей состоит в осаждении из воды на древесные волокна гидрофобных веществ. Выбор осадителя зависит от свойств ДМ. Из осадителей наибольшее применение находит серная кислота. Рабочий раствор серной кислоты получают путем разбавления водой в бачке-разбавителя исходной кислоты до концентрации 1,5-3,0% Приготовление связующего (смолы). Основное назначение связующего состоит в повышении механической прочности и постоянной водостойкости ДВП. В производстве ДВП мокрым способом в мире в качестве связующего в основном используют водорастворимые термореактивные фенолформальдегидные олигомеры. Механизм их действия заключается в протекании реакции отверждения под воздействием катализаторов. Химические вещества вводят в волокнистую массу в специальных устройствах – ящиках непрерывного приклеивания. Из ящика проклеенная древесная масса по трубопроводу подается на стадию мокрого формирования древесноволокнистого ковра. Древесноволокнистый ковер формируют на отливных машинах. Формирование ковра производят на бесконечных сетках. На регистровой части отливной машины происходит обезвоживание ковра под действием гидростатического напора массы. Ковер разрезается на полотна. Во время горячего прессования влажное древесноволокнистое полотно под воздействием высокой температуры и давления превращается в ДВП. На следующей стадии начинается преобладание удаления воды из полотна за счет образования и удаления пара. Сначала вода испаряется из крупных пор, затем из межволоконного пространства. Температура горячего пресса 200-215 ֯С, давление 1-1,2 Мпа. Выгрузка из пресса отпрессованных ДВП производится в многоэтажную разгрузочную этажерку одновременно с загрузкой полотен. Термообработка плит. Предназначена для повышения водостойкости и прочности при изгибе. Для термообработки применяют специальные камеры периодического или непрерывного действия. Кондиционирование плит. Для создания формоустойчивости плит необходимо их акклиматизировать, охлаждая и создавая равномерную по объёму влажность плит. Для увлажнения плит применяют увлажнительные машины и камеры. После завершения увлажнения первая вагонетка выгружается из камеры и загружается новая. Выгруженные вагонетки направляются на стадию форматной резки, обработки и складирования готовых плит. 92. Опишите процесс таблетирования полимерных материалов и дайте характеристику оборудования для таблетирования и пластикации. 1. Оборудование для таблетирования полимерных материалов Таблетирование – процесс изготовления из порошкового или волокнистого термореактивного пресс-материала заготовок (таблеток), определенной формы, размеров и плотности. Прессование одно- или двухстороннее является основным этапом таблетирования (рис. 2.35). Рис. 2.35. Схема таблетирования и эпюры распределения плотности и сжимающих давлений по высоте таблетки: а – одностороннее прессование; б – двухстороннее прессование; 1 – подвижный пуансон; 2 – матрица; 3 – таблетка; 4 – неподвижный пуансон Под действием давления прессуемый материал из порошкообразного или волокнистого превращается в пористое, а затем и твердое тело. Основным фактором, обеспечивающим образование прочной таблетки при прессовании, являются силы электростатического притяжения. Они проявляются при сближении частиц на расстоянии порядка 10-8 см. Это обеспечивается без нагрева материала при давлении 75÷120 МПа. Обычно таблетирование осуществляется в цилиндрических матрицах между двумя пуансонами, при их движении навстречу друг другу (схема б рис. 2.35). Наиболее распространенна цилиндрическая форма таблеток с плоскими основаниями. Таблетирование применяется для повышения плотности, теплопроводности материала, удаления воздуха между частицами, уменьшения размеров загрузочных камер пресс-форм, сокращения длительности предварительного подогрева и цикла прессования пресс-изделий, и уменьшения пыления, и обеспечения чистоты рабочего места прессовщика и транспортировке, повышения точности дозирования и качества пресс-изделий. Таблетирование осуществляют в автоматических таблеточных машинах. Таблеточные машины, применяемые в промышленности полимерных материалов и других отраслях, например, в фармацевтической, по существу являются пресс-автоматами (более 50 типов), специализированными для выпуска таблеток определенных размеров и массы. По виду привода таблет-машины делятся на механические и гидравлические. Механические, в свою очередь, делятся на кривошипные (эксцентриковые) и ротационные. По расположению рабочих органов они могут быть горизонтальными (гидравлические) и вертикальными (механические). 1) Кривошипные (эксцентриковые) таблет-машины с усилием таблетирования от 20 до 1000 кН применяются для изготовления точных по массе таблеток диаметром Ø12÷100 мм и высотой 15÷200 мм. 2) Ротационные таблет-машины – многопозиционный пресс-автомат, в котором все операции осуществляются при не прерывном вращении ротора. Ротационные машины имеют высокую производительность от 6,6 до 338 тыс. шт/ч в зависимости от числа комплектов пуансонов и матриц, расположенных в роторе от 4 до 47). Усилие таблетирования не велико 60÷200 кН. Поэтому такие машины применяют для изготовления небольших таблеток Ø20÷40 мм. Таблетки отличаются по массе. По окружности ротора на равных расстояниях один от другого расположены комплекты прессинструмента, состоящих из матриц и пуансонов верхнего и нижнего. Оси пуансонов параллельны оси вращения ротора. Пуансоны по мере вращения ротора совершают возвратно-поступательные движения в вертикальном направлении при помощи неподвижных направляющих-клиньев давления. Торцевые ролики верхних и нижних пуансонов при вращении ротора набегают на клинья давления и идет двух сторонне прессование. 3)Гидравлические таблет-машины представляют собой горизонтальный пресс-автомат. На таких машинах изготавливают таблетки повышенной массы Ø35÷230 мм и высотой 50÷190 мм. Машины можно использовать как 1-, 2- и 3-гнездные. В зависимости от конструкции пресс-инструмента на гидравлической таблет-машине изготавливают круглые и прямоугольные таблетки. Усилие прессования от 120 до 1520 кН. Производительность их небольшая 350÷2100 шт/ч. 4) Шнековые (червячные) платикаторы, как самостоятельное оборудование, применяют в основном при переработке реактопластов. Они предназначены для получения пластицированных доз пресс-материала перед прессованием. Эффективность использования пластикаторов заключается в том, что изготовляются стабильные по массе таблетки. Они находятся перед прессованием в пластичном состоянии. Их применение существенно сокращает цикл прессования, дает возможность автоматизации процесса. По исполнению шнековые пластикаторы разделяются на горизонтальные, вертикальные и наклонные. Основной рабочий орган – обогреваемый цилиндр, внутри которого вращается шнек. 93. Представьте схему и опишите принцип спирально-винтовой намотки оболочковых изделий нитями и ровингом при формовании из полимерных композитов. Технологические установки производства цилиндрических оболочек. Рис.7.29. Схема изготовления оболочкового изделия намоткой армирующих нитей или ровинга (жгута): 1 – жгут; 2 – ванна со связующим; Для производства цилиндрических оболочек применяются установки периодического и непрерывного действия. В периодических - оправка неподвижна, а раскладчик движется по спирали. В непрерывных установках оправка движется поступательно, а раскладчик в кольцевом направлении по окружности. На рис. 7.29 показан способ спирально-винтовой намотки оболочек нитями и ровингом. 3 – отжимные валики; 4 – оправка При спиральной намотке оправка непрерывно вращается, в то время как каретка, подающая волокно, перемещается возвратно поступательно. Скорость перемещения каретки и частота вращения оправки подбираются такими, чтобы обеспечить заданный угол намотки. При этом обычно спиральная намотка получается многовитковой. После первого прохода намотки полосы волокна не примыкают друг к другу. Для получения повторяющегося рисунка требуется несколько витков. Такая схема намотки показана на рисунке 11. При формовании цилиндрических оболочек из пропитанных связующим тканей или бумаги применяется наиболее простая в технологическом отношении прямая намотка (способ тангенциальной или окружной намотки) (рис. 7.30). Рис. 7.30. Схема формования цилиндрических оболочек прямой намоткой с прижимным валиком: 1 – прижимной валик; 2 – оправка; 3 – опорные валики; 4 – пропитанный связующим армирующий наполнитель (ткань, бумага) Контактное давление формования определяется весом оправки и усилием верхнего подвижного прижимного валика. Опорные валики снабжены обогревом для перевода связующего наматываемых слоев материала. Отверждение проводят в термокамере, куда помещается оправка с намотанной и уплотненной заготовкой. Далее изделия лакируют и снова термообрабатывают. 94. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства древесноволокнистых плит сухим способом. Рассмотрим краткое описание технологического процесса производства ДВП сухим способом. (не нашла схему к этому описанию) В производстве ДВП сухим способом сырье в виде технологической щепы со склада 7 или от рубительных машин по конвейерам 2 и 5 через щепомойку 4 и бункер 3 поступает в размольное отделение. Из бункера б щепа подается в подогреватель 7 и оттуда в дисковую мельницу 8 (дефибратор или рафинатор). Здесь возможна установка дисковой мельницы для размола щепы и без предварительного прогрева при атмосферном давлении воздуха. Волокно поступает в сушилки 9, циклоны 10, бункер, а оттуда в смеситель 77 для смешивания со связующим. Как уже указывалось, связующее и другие добавки можно вводить в волокно и в дисковой мельнице. Из бункеров сухого волокна 12 и 13 (для каждого потока - отдельный бункер) частицы пневмотранспортом поступают на формирующие машины 14 для формирования ковра, его уплотнение в прессах непрерывной подпрессовки 15, разрезку ковра 16, в разгрузочное устройство (этажерку) 77, в пресс 19. Готовые плиты идут на разгрузочное устройство (этажерку) 18, для охлаждения в камеру 21, на обрезку 22, шлифование (при необходимости) 23 и сортирование 24. При прессовании на специальных металлических листах (поддонах) листы возвращаются конвейером 20. Подготовка сырья (изготовление щепы). Круглый лес подвергается окорке в барабанном окорочном станке. Затем очищенные от коры бревна поступают на рубительную машину, в которой получают щепу. Щепа проходит через систему сит, где механической сортировкой делится на крупную и мелкую фракцию. Отсортированная щепа из сортировочной установки с помощью ленточного конвейера подается непосредственно в сепаратор для промывки щепы. Все мелкие посторонние включения, которые могут оказаться в щепе (грязь, песок, мелкие камешки, стекло) вымываются горячей водой и оседают на дне емкости. После мойки щепа попадает в бункер, где нагревается паром до 95-100 градусов Цельсия для того, чтобы – независимо от погодных условий – обеспечить одинаковую температурой влажность щепы на выходе в пресс. Затем материал попадает на несколько минут еще в одну емкость, где под высоким давлением горячего пара делается обогрев до 165-175 градусов. Очищенная от примесей щепа нужной фракции готова к размолу на волокно. Подготовка волокна Размельчение щепы на волокно происходит на рафинере. Это единственное размельчение в технологической цепочке производства МДФ ( в отличие от ДВП, де размельчение производится механически в два этапа). На выходе из рафинера к древесной массе добавляются связующие, включая смолы, парафиновую эмульсию и при необходимости – отвердители. Полученная древесная масса попадает в сушилку. Конструкция сушилки может представлять собой традиционную одноступенчатую конструкцию пневматического типа (трубного типа) или же двухступенчатую конструкцию. Задача сушилки – не только сушить, но и выравнивать влажность материала по объёму древесной массы (влажность древесной массы на выходе из сушилки не должна превышать 8-9% ). После сушилки из древесной массы нужно вытянуть воздух, что достигается с помощью циклонов. На транспортере также может быть смонтирован воздушный сепаратор, где отбирается крупная фракция волокна (контроль качества измельчения на рафинере – крупная фракция может получиться от недостаточного или недостаточно равномерного нагрева волокна перед измельчением на рафинере). Формирование ковра и подпрессовка Участок формирования ковра состоит из двух частей – накопительного бункера, где хранится запас древесной массы для работы в течение 6-8 минут, и непосредственно формирующей машины. Волокно подаётся узлом, равномерно распределяющим его по всей ширине дозирующего бункера. Формирующая машина представляет собой ряд роликовых направляющих, которые подают и выравнивают волокно на ленте транспортера. Несколько съёмных валиков равномерно подают поступающее из дозирующего бункера волокно на направляющую пластину, которое затем поступает на формирующую головку. Формирующие вальцы распределяют волокно в заданном технологическом режиме на донный формирующий транспортер. Формирующие вальцы выставляются по высоте и распределяют волокно равномерно по всей ширине формирующегося ковра. Постав выравнивающих роликов, работающих сверху формируемого ковра, обеспечивает его ровную поверхность. Сформированный ковер с высокой точностью взвешивается на ленточных весах. В зависимости от результатов взвешивания регулируется скорость транспортера дозирующего бункера формирующей установки. Готовый ковер поступает на предварительное прессование, где проходят процессы выдавливания воздуха из объёма плиты – на специальном участке с перфорированной лентой. Эффективная подпрессовка обеспечивает целостность ковра перед прессом. Толщина плиты здесь уменьшается в 4-7 раз, после чего ковер уже становится похожим на толстую рыхлую плиту заданной ширины (равной ширине ленты конвейера) в таком виде он и подается на главный пресс. Прессование Могут использоваться прессы следующих типов : многоэтажные, одноэтажные, непрерывные и прессы каландрового типа. 95. Опишите способы предварительного подогрева полимерных материалов. Физические основы предварительного нагрева полимеров токами высокой частоты. Полимерные материалы при их переработке в изделия предварительно нагревают, для интенсификации процесса производства. Так, предварительный нагрев термореактивных пресс-материалов (реактопластов) позволяет снизить давление и время прессования, увеличить текучесть материала, прессовать изделия со сложной и тонкой арматурой, удаляется влага и летучие вещества. Это способствует повышению диэлектрических свойств и уменьшению усадки изделия. При переработке термопластов предварительный нагрев применяется при формовании изделий на внутренней или внешней поверхности из листовых материалов и при сварке. 1. Способы предварительного нагрева Предварительный нагрев осуществляют в шкафах-термостатах (конвективный нагрев), в контактных нагревателях (контактная теплопередача), инфракрасными нагревателями (радиационный нагрев), в генераторах токов высокой частоты (высокочастотный нагрев). Термостаты применяются для подогрева реактопластов в виде порошка или гранул при температуре 80÷140 0С в течение 5÷20 мин. Нагрев применяется электрический, паровой или воздушный. Паровой или воздушный применяется для регулирования содержания влаги в материале, что положительно влияет на усадку и устойчивость размеров пресс-изделий. Подогрев сухим воздухом (электрический) используется, когда необходимо получить изделия с хорошими диэлектрическими свойствами. Предварительный нагрев пресс-материала в термостатах в настоящее время в массовом производстве используется редко, т.к. самый продолжительный. Он может вызвать преждевременное отверждение реактопласта. При прессовании изделий большой массы из волокнитов является эффективным. Инфракрасные нагреватели применяются при формовании на внутренней или внешней поверхности крупногабаритных изделий из листовых термопластов и при некоторых видах их сварки. Инфракрасный нагрев относится к радиационному типу нагрева (лучеиспускание). Применяют лампы с инфракрасным излучением или нагревательные спирали сопротивления. Контактные нагреватели применяются при предварительном нагреве таблеток диаметром до 30 мм из реактопластов. Интенсивность нагрева почти в два раза выше, чем в термошкафах, т.к. осуществляется контактным способом теплопередачи. На рис. 2.42 и рис. 2.43 представлены два типа контактных малогабаритных нагревателей. При их работе исключены радио- и телепомехи, которые имеют место при работе генераторов ТВЧ. 1 4 5 8 1 3 2 3 6 4 7 Рис. 2.42. Устройство для контактного нагрева таблеток завода “Карболит”: 1 – регулятор мощности нагрева; 2 – шарнир; 3 – индукционный нагреватель; 4 – теплоизоляция; 5, 6 – греющие 6 4 5 2 Рис. 2.43. Общий вид контактного нагревателя с индукционным обогревом “Cycler” фирмы “Beanwy Electric” (Великобритания): 1 – нагреватели; 2 – “холодные” таблетки; 3 – нагретые плиты; таблетки; 4 – регуляторы подачи таблеток; 5 – 7 – пазы для таблеток; 8 – рукоятка подъема верней желоба для таблеток; 6 – сигнальная лампа плиты Генераторы токов высокой частоты. Контактный и тем более конвективный нагрев не обеспечивают равномерного распределения температуры в материале и высокой скорости нагрева. В современном производстве пресс-изделий из реактопластов распространен высокочастотный (диэлектрический) предварительный подогрев, обладающий следующими преимуществами по сравнению с другими методами нагрева: 1. высокая скорость; 2. равномерность и избирательность нагрева; 3. простота регулирования режимов нагрева; 4. возможность механизации и автоматизации технологических процессов. Принцип нагрева реактопластов (полярных диэлектриков) токами высокой частоты заключается в следующем. В полярном диэлектрике каждая молекула имеет равное количество положительных и отрицательных зарядов. Они находятся в устойчивом равновесии. Если диэлектрики поместить в электрическое поле, то положительные заряды смещаются по направлению к отрицательному электроду, а отрицательные – к положительному. Происходит электрический сдвиг. В переменном электрическом поле этот сдвиг будет происходить с частотой, близкой к частоте этого поля. В материале возникают токи сдвига. При токах сдвига вследствие внутреннего молекулярного трения возникают диэлектрические потери, которые вызывают образование тепла. Количество тепла зависит от частоты электрического поля. При низких частотах поля в диэлектриках возникает небольшое количество тепла, а при высоких (15÷80 МГц) выделяется такое количество тепла, которое можно использовать для промышленного нагрева реактопластов. Поскольку преобразование электрической энергии в тепловую происходит по всей массе материала, то температурные перепады минимальны (рис. 2.44). 2 3 4 б) Тепло в) Влага А 0 В Расстояние по диаметру Рис. 2.44. Схема нагрева таблеток в поле ТВЧ: а – расположение таблетки между пластинами рабочего конденсатора высокочастотного генератора; б – движение тепла и влаги в таблетке при нагреве ее в поле ТВЧ; в – распределение темпера туры по средней части таблетки вдоль ее диаметра: 1 – генератор ТВЧ; 2, 3 – пластины конденсатора; 4 - таблетка Температура нагрева а) 1 100 2 90 1 80 70 60 3 50 40 30 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 мин Время нагрева Рис. 2.45. График скоростей нагрева таблетированного материала различными способами: 1 – в генераторе ТВЧ; 2 – в контактном нагревателе; 3 – в термошкафу Нагрев материала происходит из центра объема материала. Высокочастотный нагрев эффективен при подогреве таблетированных пресс-материалов, т.к. скорость нагрева зависит от плотности материала. Различные полимерные материалы, помещенные в переменное электрическое поле, нагреваются с разной интенсивностью. 96. Представьте схему и опишите принцип продольно-поперечного армирования крупногабаритных оболочек при формовании из полимерных композитов Цилиндрические крупногабаритные оболочки с продольно-поперечным армированием кордными лентами получают на установке, показанной на рис. 7.31. Рис. 7.31. Схема установки для формования цилиндрических оболочек с продольно-поперечным армированием: 1 – стойки; 2, 6 – катушки с армирующей лентой; 3 – направляющие; 4 – зажимы; 5 – оправка; 7 – планшайба; 8 – захваты; 9 – механизм поворота оправки; 10 – каретка На оправку укладывается продольные ленты с катушек при помощи захватов, установленных на подвижной каретке и направляющих. Продольные ленты фиксируются на концах оправки зажимами. Затем с вращающейся планшайбы, установленной на каретке, производится радиальная намотка стекло- или углеволокнистой ленты с катушки. С помощью механизма поворота оправка поворачивается на некоторый угол, и цикл повторяется. 97. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства мягких древесноволокнистых плит мокрым способом. Подготовка сырья - Разделка круглых лесоматериалов на размеры, соответствующие приемному патрону рубительной машины - Рубка круглых лесоматериалов и кусковых древесных отходов на щепу - Сортировка щепы -Доизмельчение крупной фракции щепы -Измельчение из щепы металлических включений -Мойка щепы -Промежуточное хранение кондиционной щепы Образующиеся при этих операциях древесные отходы направляются на сжигание в энергетическую установку. Металлические включения – в металлолом. Во время гидромойки помимо механических процессов отделения древесного вещества от минерального, происходят физико-химические процессы набухания древесины в воде. Промывка щепы водой создает более благоприятные условия для работы размольного оборудования. Мойку щепы водой (гидромойку) проводят в специальных установках для мойки щепы различных конструкций. Приготовление и дозирование древесноволокнистой массы Основное назначение связующего состоит в повышении механической прочности и постоянной водостойкости ДВП. В производстве ДВП мокрым способом в мире в качестве связующих в основном используют водорастворимые термореактивные фенолформальдегидные олигомеры. Введение химических веществ в волокнистую массу Химические вещества вводят в волокнистую массу в специальных устройствах – ящиках непрерывного проклеивания. При производстве ДВП с лицевым слоем из тонкодисперсной массы используют два ящика: ящик для основной массы и ящик для отделочной массы. Коэффициент удерживания волокнами химических веществ в ящике проклейки составляет 70-80%. Из ящика проклеенная древесная масса по трубопроводу подается на стадию мокрого формирования древесноволокнистого ковра. Качество проклейки определяется в лаборатории по содержанию химических веществ в проклеенном ДМ. Стадия Мокрое формирование древесноволокнистого ковра и резка его на полотна На этой стадии выполняют отлив, формирование и резку древесноволокнистого ковра при следующих технологических операциях: -Истечение проклеенной ДМ на формующую сетку -Свободное фильтрование воды на сетке -Вакуум отсос воды Механический отжим воды Обрезка продольных кромок ковра Поперечная резка ковра на полотна Стадия Мокрое горячее прессование полотен На данной стадии выполняют следующие технологические операции: 1.Загрузка полотен в пресс – Поступающие по конвейеру полотна с помощью систем механизации укладываются на металлические транспортные листы. 2.Мокрое горячее прессование – Во время горячего прессования влажное древесноволокнистое полотно под воздействием высокой температуры и давления превращается в ДВП 3.Выгрузка отпрессованных плит – Выгрузка из пресса отпрессованных ДВП производится в многоэтажную разгрузочную этажерку одновременно с загрузкой полотен. С помощью системы конвейеров отпрессованные плиты отделяются от транспортных листов и сеток. Форматная резка, сортировка, обработка и складирование готовых плит Охлаждение плит – обязательная операция, так как после выгрузки из пресса существуют значительные градиенты температуры и влажности между слоями плиты. Затем идет шлифование плит. Плиты хранятся в сухом отапливаемом вентилируемом помещении. 98. Представьте и опишите принципиальную структурную схему вальцево-каландровой линии для производства безосновного линолеума. Вальцевание - метод переработки полимерных материалов на вальцах, представляющих собой аппарат, в котором переработка материалов осуществляется в зазоре между параллельно расположенными и вращающимися на встречу друг другу полыми цилиндрами (валками). Каландрование - процесс, при котором размягченный полимерный материал пропускается через зазор между валками, расположенными параллельно друг к другу. При этом образуется бесконечная лента, толщину и ширину которой можно регулировать. Вальцы и каландры являются одним из основных агрегатов вальцово-каландровых и экструзионно-каландровых линий производства листов и пленок из различных полимерных материалов. Вальцеванию и каландрованию предшествуют технологические операции подготовки полимерных композиций: подготовка сырья, взвешивание и дозирование, предварительное смешение. Получение покрытий для полов – линолеума – осуществляется по варианту “е” схемы (рис. 6.9) с использованием пластосмесителя закрытого типа, например “Бендбери”. Это связано с большим содержанием наполнителя в рецептуре и с повышенным расходом энергии при смешении. На рис. 6.11 показана типовая схема получения безосновного линолеума и широко применяется в отечественной промышленности строительных материалов. Исходные материалы – ПВХ и ингредиенты – предварительно взвешивают и транспортируют в смеситель легкого типа (лопастной) или смеситель тяжелого типа. Она включает смеситель легкого типа СМБ-800, двухстадийный смеситель ДСП-140, двое вальцов (Ø660×2130 мм) и Z-образный каландр КП4×710×1800Г. После охлаждения линолеум закатывают в рулоны и упаковывают. Производительность линии 12÷15 м/мин полотна. Рис. 6.11. Схема вальцово-каландровый линии для производства безоснового поливинилхлоридного линолеума: 1 – смеситель СМБ-800; 2 – транспортер; 3 – смеситель ДСП140; 4 – вальцы 660×2130 мм; 5 – каландр КП4×710×1800Г; 6 – охлаждающее устройство; 7 – резательное и закатывающее устройство 99. Представьте схемы и опишите принцип метода напыления при формовании изделий из полимерных композитов Методы напыления и насасывания Сущность напыления заключается в одновременном напылении на поверхность формы рубленного волокна и связующего (рис. 7.21). Жгут проходит режущее устройство и напыляется на поверхность формы. В ту же зону формы, называемую фокусом, с помощью распылительного устройства-форсунки наносится связующее. После нанесения слоя заданной Рис. 7.21. Схема получения изделий из толщины композицию уплотняют на поверхности прикатывающими валиками. Для волокнистого наполнителя методом формы обеспечения равномерного нанесения композиции напыления: 1 – форма; 2 – напыляемый слой поверхность формы требуется высокая наполнителя; 3 – режущее устройство; 4 – на квалификация оператора. форсунка для связующего; 5 – рубленное волокно Установка для напыления состоит из двух основных узлов: пистолета, с помощью которого напыляется рубленное волокно и связующее на поверхность формы передвижного корпуса, в котором монтируется устройства для подготовки и подачи наполнителя и связующего к пистолету-распылителю. Для напыления используются в основном полиэфирные связующие, отверждение которых при комнатной температуре происходит в присутствии инициаторов и ускорителя. Обычно связующее подается двумя потоками; через 1-ю форсунку подается смола с инициатором, через 2-ю форсунку – смола с ускорителем. Соответственно узел подготовки имеет два бака для смешения смолы с инициатором и ускорителем. При изготовлении изделий напылением используются формы негативного и позитивного типов. Метод напыления можно комбинировать с другими методами формования изделий из волокнистых композиций. Также перед прессованием сложных изделий может производиться предварительное формование заготовок из рубленного волокна, матов или объемных тканей той же формы, что и прессуемое изделие. Образовавшаяся на форме войлокоподобная заготовка изделия переносится в форму, где на нее наносится жидкое связующее, и прессуется. Метод напыления более производителен по сравнению с контактным формованием. Однако он не лишен недостатков: - затруднено изготовление изделий сложной формы; - довольно значительны потери волокна (до 5 %); - волокнистая пыль, находясь во взвешенном состоянии, вместе с парами связующего загрязняет воздух, ухудшая условия труда. 100. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства древесноволокнистых плит MDF. Аббревиатура МДФ расшифровывается как мелкодисперсионная фракция. В производстве MDF используют любые виды древесного сырья и породы древесины. Можно применять и отходы однолетних растений. Требования к качеству древесного сырья менее жесткие, чем в производстве твердых ДВП мокрым способом. Несмотря на то, что в технологии MDF допускается в древесном сырье наличие коры и гнили, на большинстве предприятий проводят окорку круглых лесоматериалов и удаление из них гнили. Также на многих предприятиях предусмотрена мойка щепы собственного производства. В качестве связующих в производстве MDF используют рабочие растворы в воде КФС ( КАРБОМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНАЯ СМОЛА) с отвердителями (расход смолы 10-12 % сухих веществ от массы абс. сух. волокна), а из гидрофобизаторов - расплав парафина (1 %). Для формирования древесноволокнистого ковра применяют вакуум-формирующие машины или специальные станции с механическим формированием ковра. Современное производство MDF основывается на применении для горячего прессования плит проходных прессов непрерывного действия. В технологии MDF с проходным прессом проводится кондиционирование плит с помощью веерного охладителя. Достоинства технологии и экономические преимущества MDF в значительной степени обязаны прессам проходного типа. Конструкция прессов зависит от производителей и постоянно ими совершенствуется. В современных конструкциях проходных прессов длиной до 50 м предусмотрено изменение угла подачи ковра в пресс, что позволяет регулировать скорость выхода парогазовой смеси при изменении породного состава волокон и толщины ковра. Зона охлаждения в конечной фазе прессования MDF, составляющая 25-30 % длины пресса обеспечивает снижение давления парогазовой смеси, предотвращая такие виды брака, как пузыри на поверхности и расслоения плит. Охлаждение плит в прессе позволяет получить относительную влажность плитного ковра на выходе из пресса близкую к равновесной, 7-8 %. Давление и температура прессования изменяются по зонам пресса. Время нахождения ковра в зонах пресса регулируется скоростью движения непрерывной стальной ленты пресса. Максимальное давление прессования обычно около 5 МПа, а минимальное - 1,5 МПа. Температура прессования в горячей зоне пресса обычно находится в диапазоне 180-220оС. Удельное время прессования составляет 0,4-0,5 мин./мм толщины плиты. Плиты изготавливают толщиной от 3 до 40 мм. Подготовка сырья - Разделка круглых лесоматериалов на размеры, соответствующие приемному патрону рубительной машины - Рубка круглых лесоматериалов и кусковых древесных отходов на щепу - Сортировка щепы -Доизмельчение крупной фракции щепы -Измельчение из щепы металлических включений -Мойка щепы -Промежуточное хранение кондиционной щепы Образующиеся при этих операциях древесные отходы направляются на сжигание в энергетическую установку. Металлические включения – в металлолом. Во время гидромойки помимо механических процессов отделения древесного вещества от минерального, происходят физико-химические процессы набухания древесины в воде. Промывка щепы водой создает более благоприятные условия для работы размольного оборудования. Мойку щепы водой (гидромойку) проводят в специальных установках для мойки щепы различных конструкций. Приготовление и дозирование древесноволокнистой массы Основное назначение связующего состоит в повышении механической прочности и постоянной водостойкости ДВП. В производстве ДВП мокрым способом в мире в качестве связующих в основном используют водорастворимые термореактивные фенолформальдегидные олигомеры. Введение химических веществ в волокнистую массу Химические вещества вводят в волокнистую массу в специальных устройствах – ящиках непрерывного проклеивания. При производстве ДВП с лицевым слоем из тонкодисперсной массы используют два ящика: ящик для основной массы и ящик для отделочной массы. Коэффициент удерживания волокнами химических веществ в ящике проклейки составляет 70-80%. Из ящика проклеенная древесная масса по трубопроводу подается на стадию мокрого формирования древесноволокнистого ковра. Качество проклейки определяется в лаборатории по содержанию химических веществ в проклеенном ДМ. Стадия Мокрое формирование древесноволокнистого ковра и резка его на полотна На этой стадии выполняют отлив, формирование и резку древесноволокнистого ковра при следующих технологических операциях: -Истечение проклеенной ДМ на формующую сетку -Свободное фильтрование воды на сетке -Вакуум отсос воды Механический отжим воды Обрезка продольных кромок ковра Поперечная резка ковра на полотна Стадия Мокрое горячее прессование полотен На данной стадии выполняют следующие технологические операции: 1.Загрузка полотен в пресс – Поступающие по конвейеру полотна с помощью систем механизации укладываются на металлические транспортные листы. 2.Мокрое горячее прессование – Во время горячего прессования влажное древесноволокнистое полотно под воздействием высокой температуры и давления превращается в ДВП 3.Выгрузка отпрессованных плит – Выгрузка из пресса отпрессованных ДВП производится в многоэтажную разгрузочную этажерку одновременно с загрузкой полотен. С помощью системы конвейеров отпрессованные плиты отделяются от транспортных листов и сеток. Форматная резка, сортировка, обработка и складирование готовых плит Охлаждение плит – обязательная операция, так как после выгрузки из пресса существуют значительные градиенты температуры и влажности между слоями плиты. Затем идет шлифование плит. Плиты хранятся в сухом отапливаемом вентилируемом помещении. 101. Представьте и опишите принципиальную структурную схему производства ПВХ-линолеума на тканевой основе каландровым способом На рис. 6.12 представлена технологическая схема производства ПВХлинолеума на тканевой Рис. 6.12. Технологическая схема производства ПВХ-линолеума на тканевой основе каландровым способом: 1 – смеситель Z-образного типа; 2 – смеситель барабанный; 3 – размельчитель; 4 – джутовая ткань; 5 – каландр; 6 – полировочные вальцы; 7 – охлаждающий валок; 8 – разбраковочный стол; 9 – линолеум основе. ПВХ, пигменты и наполнитель просеивают, затем загружают в смеситель, обогреваемый па- ром, где их перемешивают при 125÷130 0С в течение 15 мин. Затем вводят пластификатор и смесь перемешивают вновь в течение 30 мин. Для получения линолеума с мраморным рисунком линолеум- ную массу готовят двух цветов в различных смесителях. Далее массу из смесителей подают в другой смеситель барабанного типа; смешивание ведут при 160÷180 0С в течение 45 мин. Горячую линоле- умную массу измельчают в специальном размельчителе. После чего по массопроводу подают на вал- ки каландра, через которые джутовая ткань (односторонняя обкладка). Каландр двухвалковый; валки обогреваются: температура переднего – 155÷160 0С, заднего – 120÷130 0С. Скорость каландрования составляет 12 м/мин. После каландра линолеум проходит через полировочные валки, охлаждающий валок большого диаметра, а затем поступает на разбраковочный стол, где обрезают кромки, производят разбраковку, раскрой и намотку в рулоны. 102. Представьте схемы и опишите принцип методами насасывания при формовании изделий из полимерных композитов Для предварительного формования заготовок на ряду с напылением применяется метод насасывания. Рис. 7.25. Схема установки для предварительного формования изделий из композита методом насасывания: 1 – камера; 2 – вращающийся стол; 3 – Рис. 7.26. Схема установки для предварительного формования в водной среде: 1 – трубопровод для подачи воды и смеси вентилятор; 4 – форма; 5 – устройство для нарезки нитей; 6 воронка волокна; 2 – мешалка; 3 – перфорированная форма; 4 – труба с телескопическим соединением; 5 – насос Установка для воздушного насасывания рубленного волокна (рис. 7.25) состоит из камеры насасывания, в нижней части которой расположен вращающийся стол. Он соединен с высасывающим воздух из камеры вентилятором. В верхней части камеры имеется ввод для подачи рубленного волокна, получаемого с помощью устройства, режущего ровницу на куски (30÷50 мм). На вращающийся стол устанавливается перфорированная, изготовленная из стального листа форма. Волокна скрепляются друг с другом на форме за счет нанесения на них связующего (эмульсии полиэфирных смол). Оно подается под давлением 0,3÷0,4 МПа при помощи пистолетов, расположенных по периметру камеры. Полученная заготовка сушится при продувании горячего воздуха (120÷130 0С) в течение 4÷6 мин. Для предварительного формования могут применяться порошкообразные полиэфирные смолы с инициатором, подаваемые через воронку. Предварительное формование также производят в водной среде (рис. 7.26). При этом достигается более высокая производительность точная воспроизводимость толщины стенок и массы заготовки, чем при воздушном насасывании. По этому способу рубленные стеклянные пряди поступают по трубопроводу в воду и перемешиваются мешалкой. В аппарате установлена перфорированная или сетчатая форма, соединенная с насосом при помощи телескопической трубы. В воду вводят в виде эмульсии связующее и вещества-осадители последнего. После осаждения волокна заготовка с формы снимается, обезвоживается и высушивается. Данный метод применяется для изготовления изделий из смеси стеклянных и целлюлозных волокон. В этом случае целлюлозные волокна выполняют роль связки. Вначале водный способ насасывания применялся для предварительного формования изделий на основе асбестовых волокон. 103. Представьте и опишите принципиальную схему технологического процесса производства древесноволокнистых плит сухим способом с каландровым прессом для горячего прессования. По сравнению с технологией ДВП сухим способом с прессами для горячего прессования периодического действия при каландровом прессовании отсутствуют стадии термообработки и кондиционирования (увлажнения) плит. 1. Складирование сырья 2. Подготовка сырья 3. Приготовление древесноволокнистой массы 4. Приготовление и введение химических веществ в волокнистую массу 5. Сушка древесноволокнистой массы 6. Сухое формирование древесноволокнистого ковра 7. Холодная подпрессовка древесноволокнистого ковра и резка его на полотна 8. Сухое горячее прессование полотен 9. Форматная резка, сортировка, обработка и складирование готовых плит Технологические стадии и операции. Стадии складирования и подготовки сырья принципиально не отличаются в технологиях производства ДВП сухим и мокрым способом. На стадии приготовления древесноволокнистой массы при сухом способе производства ДВП отсутствует операция разбавления ДМ водой. Размол древесной щепы в одну или две ступени проводят на различном оборудовании (дефибраторах, рафинерах, отдельных размольных установках). После второй ступени размола ДМ направляют в наружный слой плит. На стадии приготовления и введения химических веществ в волокнистую массу расплавленный гидрофобизатор вводится либо в пропарочную камеру, либо непосредственно в зону размола размольного оборудования. Рабочие растворы смол в воде преимущественно распыляют на волокна с помощью дозировочных насосов и пневматических форсунок или дисков в массопроводах древесной массы после ее выхода из размольной части. Средний расход абс. сух. химических веществ к массе абс.сух. волокна составляет: гидрофобизатор - 1-2 %; карбамидная смола с отвердителем (7-15 %) или фенольная смола (1,5-8 %). Стадия сушки древесноволокнистой массы. Сушку осмоленной ДМ проводят в одну или две ступени в пневматических сушилках различной конструкции (труба-сушилка, барабанная сушилка и др.). Предпочтительней 2-х ступенчатая сушка осмоленной ДМ. На первой ступени сушку обычно проводят подогретым воздухом с температурой на входе 100-150оС в течение 4-5 с. На второй ступени температура температура смеси воздуха с топочными газами устанавливается в диапазоне 90-200оС в зависимости от влажности ДМ после размола. Абсолютная влажность ДМ после размола составляет 60-120 %, а на выходе после стадии сушки 6-8 %. Продолжительность 2-ой ступени сушки обычно 8-15 с. Процессы, происходящие при сушке осмоленной ДМ, аналогичны процессам сушки древесной стружки в технологии ДСтП. Заметного отверждения связующего при сушке осмоленной ДМ не происходит из-за незначительно времени пребывания в зоне высоких температур (не более 20 с). Стадия сухого формирования древесноволокнистого ковра. Сухое формирование древесноволокнистого ковра проводят аналогично производству ДСтП на формирующих машинах механического формирования или на вакуум-формирующих машинах различной конструкции. Формируют трехслойный или многослойный непрерывный древесноволокнистый ковер на сетке. Контроль качества сформированного ковра осуществляют, измеряя его массу. Процессы, происходящие на данной стадии, аналогичны процессам формирования древесностружечного ковра в технологии ДСтП. Стадия холодной подпрессовки древесноволокнистого ковра и резки его на полотна. Сформированный ковер системой транспортеров непрерывно подается к ленточному прессу для холодной подпрессовки, где его толщина ковра уменьшается более, чем в 2 раза. Полный цикл подпрессовки составляет около 20 с при давлении не менее 2,5 МПа. После подпрессовки ковер проходит металлоискатель для отделения металлических включений, резку по длине и ширине на полотна, отбраковку по массе, плотности, и внешнему виду. Бракованные полотна сбрасываются в специальный бункер, затем измельчаются и пневмотранспортом направляются в формирующую машину для формирования среднего слоя плит или для сжигания в энергетическую установку. Кондиционные полотна с помощью систем механизации поступают на поддонное или бесподдонное горячее прессование. Стадия сухого горячего прессования. Кондиционные полотна через загрузочную этажерку укладываются на греющие плиты пресса. Температура плит пресса имеет высокое значение - от 205 до 260оС. При использовании КФС температура плит пресса не должна превышать 220оС в силу невысокой термостойкости карбамидных смол. Подогретый ковер ленточными транспортерами подается в загрузочную зону каландрового пресса различных конструкций. Основными элементами каландровых прессов являются: каландр (цилиндр с очень твердой металлической поверхностью диаметром 3-4 м), обогреваемый термомаслом до температуры 160-190оС; направляющие, прессующие и натяжной валы; непрерывная металлическая лента. Ковер, находясь на металлической ленте с помощью направляющих и прессующих валов прижимается к горячей поверхности каландра прессуется под давлением 0,15-0,20 МПа и удельном времени прессования 0,12 мин/мм толщины пли в непрерывный плитный ковер. Давление прессования обеспечивается прессующими валами, а продолжительность - скоростью движения металлической ленты. Вышедший из каландрового пресса плитный ковер подается на форматную резку. Толщина готовых ДВП варьируется от 1,5 до 12 мм, в обратной пропорции к скорости подачи ковра. Плиты получаются двусторонней гладкости и не требуют шлифования. Волокнистые плиты, выпускаемые на каландровых прессах сухим способом, отличаются высокой плотностью и улучшенными прочностными характеристиками. Режимы горячего прессования зависят от исходного сырья, заданных требований к ДВП, а также технологических параметров на операциях, предшествующих горячему прессованию. Отпрессованные ДВП после выгрузки поступают на отделение транспортных листов (при поддонном прессовании) и обрезку кромок. 104. Представьте и опишите принципиальную структурную схему производства пленки из композиции на основе пластифицированного ПВХ. Схемы техпроцессов получения листов и пленок из полимерных материалов на примере ПВХ показаны на рис. 6.9. Исходные материалы – ПВХ и ингредиенты – предварительно взвешивают и транспортируют в смеситель легкого типа (лопастной) или смеситель тяжелого типа. Далее композицию передают на вальцы. Рис. 6.9. Принципиальные схемы производства листов и пленок на основе ПВХ Более широко в крупнотоннажных производствах пленочных материалов предварительно смешенную композицию подают в пластифицирующий экструдер с последующим питанием каландра (вариант “б” схемы, рис. 6.9). Примером данного варианта является технологическая схема производства пленки из пластифицированного ПВХ (рис. 6.10) По этой схеме все компоненты смешиваются вначале в Z-образных лопастных смесителях, а затем и центробежных смесителях в две стадии (двухстадийный турбосмеситель). Из смесителей масса поступает в экструдер, где пластифицируется, а затем качающимся транспортером подается на четырехвалковый Г-образный каландр. Если необходимо, наносится рисунок или тиснение на соответствующих машинах. Пленка охлаждается, обрезается кромка. Далее проводят разбраковку, после чего пленка сматывается в рулон. При производстве листов из пластифицированного ПВХ используют трехвалковый каландр. 105. Представьте схему и опишите принцип метода вакуумного формования крупногабаритных изделий из полимерных композитов. При вакуумном формовании давление на материал образуется за счет разности давлений между наружным давлением и внутренним разряжением, создаваемым в полости между резиновым чехлом и жесткой формой . Давление создаваемое при вакуумном способе формования составляет 0,05÷0,08 МПа. На жесткую форму негативного или позитивного типа после нанесения смазки или пленки (из ПВХ или целлофана) помещают пакет пропитанной ткани или послойно укладывают отдельные слои ткани, которые пропитываются связующим на форме. Сверху на пакет стеклоткани укладывают тонкую оболочку из металла или стеклотекстолита, называемой цулагой. Она предупреждает Рис. 7.14. Схема вакуумного формования с образование складок и других поверхностных применением резинового чехла: 1 – резиновый дефектов. Форма цулаги соответствует чехол; 2 – заготовка из тканного наполнителя; 3 внешнему контуру изготовляемой детали. На форма пропитанного цулагу или непосредственно на пакет материала, закрытый пленкой, укладывается резиновый чехол (аэростатная ткань). Чехол герметически по фланцам прижимается к форме струбцинами. На резиновом чехле равномерно расположены ниппели, которые через шланги соединены с ловушкой для летучих веществ и вакуумной системой. В процессе вакуумного формования обогрев формы производится в нагревательной камере. Вакуумным способом изготовляют строительные конструкции с сотовым заполнителем, например, сферы для защиты радиолокационных станций и носовые обтекатели самолетов. Эти изделия имеют промежуточные слои из текстолитовых или стеклопластиковых сотов, пенопласта. 106. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса производства древесноволокнистых плит сухим способом с многоэтажным прессом периодического действия для горячего прессования. Следующие стадии технологического процесса производства ДВП сухим способом: 1. Складирование сырья 2. Подготовка сырья 3. Приготовление древесноволокнистой массы 4. Приготовление и введение химических веществ в волокнистую массу 5. Сушка древесноволокнистой массы 6. Сухое формирование древесноволокнистого ковра 7. Холодная подпрессовка древесноволокнистого ковра и резка его на полотна 8. Сухое горячее прессование полотен 9. Термообработка плит (может отсутствовать) 10. Кондиционирование (увлажнение) плит 11. Форматная резка, сортировка, обработка и складирование готовых плит Рассмотрим примерную технологическую схему производства твердых ДВП сухим способом с многоэтажным прессом периодического действия для горячего прессования, представленную в книгах [Справочник по ДВП, Ребрин]. Сырье. В отличие от мокрого способа производства ДВП, при сухом способе предпочтительней использовать древесину лиственных пород, поскольку их древесные волокна более однородны по аэродинамическим свойствам при сухом формировании древесноволокнистого ковра. В современных производствах ДВП используют и хвойные породы древесины или их смеси с лиственными. Желательно, чтобы доля преобладающей породы была более 70 %. Содержание коры и гнили в приготовленной древесной массе нежелательно. В качестве связующих применяют жидкие карбамидоформальдегидные и фенолформальдегидные олигомеры (в России смолы КФ-МТ-15, СФЖ-3014 и др.). При применении карбамидных смол используют отвердители, в основном соли аммония. Из гидрофобизаторов применяют парафины, нефтяной гач. Осадители не используют. Технологические стадии и операции. Стадии складирования и подготовки сырья принципиально не отличаются в технологиях производства ДВП сухим и мокрым способом. На стадии приготовления древесноволокнистой массы при сухом способе производства ДВП отсутствует операция разбавления ДМ водой. Размол древесной щепы в одну или две ступени проводят на различном оборудовании (дефибраторах, рафинерах, отдельных размольных установках). После второй ступени размола ДМ направляют в наружный слой плит. На стадии приготовления и введения химических веществ в волокнистую массу расплавленный гидрофобизатор вводится либо в пропарочную камеру, либо непосредственно в зону размола размольного оборудования. Рабочие растворы смол в воде преимущественно распыляют на волокна с помощью дозировочных насосов и пневматических форсунок или дисков в массопроводах древесной массы после ее выхода из размольной части. Средний расход абс. сух. химических веществ к массе абс.сух. волокна составляет: гидрофобизатор - 1-2 %; карбамидная смола с отвердителем (7-15 %) или фенольная смола (1,5-8 %). Стадия сушки древесноволокнистой массы. Сушку осмоленной ДМ проводят в одну или две ступени в пневматиче-ских сушилках различной конструкции (труба-сушилка, барабанная сушилка и др.). Предпочтительней 2-х ступенчатая сушка осмоленной ДМ. На первой ступени сушку обычно проводят подогретым воздухом с температурой на входе 100-150оС в течение 4-5 с. На второй ступени температура температура смеси воздуха с топочными газами устанавливается в диапазоне 90-200оС в зависимости от влажности ДМ после размола. Абсолютная влажность ДМ после размола составляет 60-120 %, а на выходе после стадии сушки 6-8 %. Продолжительность 2-ой ступени сушки обычно 8-15 с. Процессы, происходящие при сушке осмоленной ДМ, аналогичны процессам сушки древесной стружки в технологии ДСтП. Заметного отверждения связующего при сушке осмоленной ДМ не происходит из-за незначительно времени пребывания в зоне высоких температур (не более 20 с). Стадия сухого формирования древесноволокнистого ковра. Сухое формирование древесноволокнистого ковра проводят аналогично производству ДСтП на формирующих машинах механического формирования или на вакуум-формирующих машинах различной конструкции. Формируют трехслойный или многослойный непрерывный древесноволокнистый ковер на сетке. Контроль качества сформированного ковра осуществляют, измеряя его массу. Процессы, происходящие на данной стадии, аналогичны процессам формирования древесностружечного ковра в технологии ДСтП. Стадия холодной подпрессовки древесноволокнистого ковра и резки его на полотна. Сформированный ковер системой транспортеров непрерывно подается к ленточному прессу для холодной подпрессовки, где его толщина ковра уменьшается более, чем в 2 раза. Полный цикл подпрессовки составляет около 20 с при давлении не менее 2,5 МПа. После подпрессовки ковер проходит металлоискатель для отделения металлических включений, резку по длине и ширине на полотна, отбраковку по массе, плотности, и внешнему виду. Бракованные полотна сбрасываются в специальный бункер, затем измельчаются и пневмотранспортом направляются в формирующую машину для формирования среднего слоя плит или для сжигания в энергетическую установку. Кондиционные полотна с помощью систем механизации поступают на поддонное или бесподдонное горячее прессование. Стадия сухого горячего прессования. Кондиционные полотна через загрузочную этажерку укладываются на греющие плиты пресса. Температура плит пресса имеет высокое значение - от 205 до 260оС. При использовании КФС температура плит пресса не должна превышать 220оС в силу невысокой термостойкости карбамидных смол. Режимы горячего прессования зависят от исходного сырья, заданных требований к ДВП, а также технологических параметров на операциях, предшествующих горячему прессованию. Отпрессованные ДВП после выгрузки поступают на отделение транспортных листов (при поддонном прессовании) и обрезку кромок. Стадия термообработки плит. Термообработка улучшает качество ДВП сухого способа производства, повышая прочность на 10-25 %, а водостойкость на 50 %. Термообработка продолжает процессы, не получившие завершения в ходе горячего прессования плит. На ряде предприятий и в последних технологических решениях по экономическим соображениям плиты не подвергаются термообработке, а повышения качества плит достигается увеличением расхода связующего и гидрофобизатора. Стадия кондиционирования (увлажнения) плит. После стадии горячего прессования (или термообработки) плиты имеют высокую температуру и относительную влажность менее 1 %. Для охлаждения плит и приближения влажности к равновесной ДВП сухого способа производства грузят в многополочные вагонетки и подают в камеры кондиционирования (увлажнения). В камерах плиты последовательно проходят несколько зон с переменными значениями температуры (60-75оС) и влажности (50-95 %) воздуха и в последней зоне охлаждаются до 20-30оС и влажности 65-70 %. Общая продолжительность кондиционирования зависит от толщины плит и составляет 100-140 мин. Остальные стадии производства ДВП сухим способом полностью идентичны соответствующим стадиям получения плит мокрым способом. 107. Представьте и опишите принципиальную структурную схему производства искусственной кожи-текстовинита из пластифицированного ПВХ. Технологический процесс производства текстовинита на основе пластизолей ПВХ состоит из нескольких операций. Хлопчатобумажная ткань (молескин, бязь, миткаль, палатка башмачная и др.), предварительно сшитая на швейной машине “зиг-заг” и подсушенная до остаточной влажности 5 %, проходит все операции на текстовинитовом агрегате непрерывного действия. Агрегат включает следующие устройства: натяжной барабан; накладочный стол с раклей, на котором на движущуюся ткань накладывается слой пластизоля заданной толщины; две термокамеры с плитами обогрева (нагрев теплоизлучением), в которой происходит последовательно оплавление и сплавление ПВХ-пасты в пленку; два уплотнительных вала с электрообогревом, служащие для уплотнения и калибрования покрытия; тиснительнозакаточный станок для завершающих операций – нанесение рисунка тиснения (ме- реи) на пленку, охлаждение текстовинита (закрепление рисунка) и закатку в рулон. Пористые текстовиниты и искусственная замша перед намоткой в рулон направляются на промывку и сушку. При изготовлении искусственной замши на поверхность размягченного ПВХ- слоя насыпают слой Na2SO4. Осевшие в покрытии мелкие кристаллы соли после промывки горячей водой вымываются, образуя замшевидную пористую поверхность. Промывка пористого текстовини- та (для обуви), полученного путем нанесения пасты, содержащей глицерин или CaCl2, а также име- ющего на поверхности Na2SO4, производится в ванной. 108. Представьте схему и опишите принцип метода контактного формования крупногабаритных изделий из полимерных композитов. Наиболее простым по аппаратурнотехнологическому оформлению является метод контактного формования, который применяется для изготовления строительных конструкций, корпусов лодок, маломерных судов, кузовов автомобилей, обтекателей и элементов фюзеляжа самолетов и ряда других крупногабаритных изделий сложных контуров, а также для Рис. 7.12. Контактное формование футировки химических аппаратов, дымоходов, газоходов и изделий из полимерных композитов: 1 емкостей. Контактное формование осуществляется – форма; 2 – формуемое изделие до вручную выкладкой армирующего наполнителя на уплотнения; 3 – прикатывающий валик; 4 поверхности формы с одновременной пропиткой его – изделие после уплотнения связующим также вручную кистями или распылительным пистолетом (рис. 7.12). Далее формуемое изделие прикатывается рифленым валиком для удаления пузырьков воздуха и уплотнения материала. После уплотнения готовое изделие можно прикрыть пленкой и прикатать гладким валиком – для разглаживания неровностей и удаления избытка связующего. Рис. 7.13. Пресс-форма позитивного (а) и Формующую поверхность перед негативного (б) типа: 1 – форма; 2 – вакуумная выкладкой наполнителя покрывают система; 3 – резиновый чехол разделительным слоем. Отверждение изделий требует повышенной температуры и может осуществляться с помощью инфракрасных нагревателей или горячим воздухом. Контактное формование осуществляется на негативных и позитивных формах (рис. 7.13) в зависимости от сложности их профиля. Негативные формы (матрицы) обеспечивают получение изделий с гладкой наружной (внешней) поверхностью и применяются для изделий которые должны обладать хорошими гидроили аэродинамическими свойствами (кузова автомобилей, корпуса лодок, катеров, яхт, речных и морских судов – с длиной 30 м и более, элементов фюзеляжа самолетов и ракет). Позитивные формы (пуансоны) предпочтительны при изготовлении воздуховодов, емкостей и других изделий, т.к. обеспечивают высокое качество внутренних поверхностей. Кроме того, позитивные формы более удобны в работе при выкладке и пропитке волокнистого наполнителя. Формы негативного и позитивного типов могут быть изготовлены из металла, чаще из алюминия в крупносерийном производстве, гипса, дерева и пластмасс, цемента. Непосредственно контактное формование может быть осуществлено следующими способами: контактным давлением, вакуумным и автоклавным способами, способом “пресс-камеры”, прессованием в форме с жестким пуансоном и матрицей. 109. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса компрессионного прессования изделий из пресс-порошка (фенопласта) в полуавтоматическом режиме работы гидравлического пресса, включая необходимые вспомогательные технологические операции. Укажите формующий инструмент, а также оборудование для выполнения каждой технологической операции. Фенопласты — пластмассы, получаемые при отверждении при повышенных температурах фенолформальдегидных смол в комбинации с наполнителями. В зависимости от типа смолы фенопласты делятся на новолачные и резольные. Горячее прессование в зависимости от конструкции пресс-форм проводится методами компрессионного (прямого) или литьевого (трансферного) прессования. Метод прессования широко применяется при переработке реактопластов, резиновых смесей, и ряде случаев при переработке высоковязких или высоконаполненных полимерных композиций на основе термопластов. Компрессионное прессование реактопластов – наиболее распространенный и простой в аппаратурном оформлении метод. Он применяется при переработке высоконаполненных прессматериалов на основе реакционно-способных олигомеров, содержащих до 4070 % наполнителя: пресс-порошков, волокнитов, слоистых пластиков. Его используют при изготовлении изделий конструкционного назначения, к которым предъявляются высокие требования по однотонности и точности и изделий массой свыше 1 кг. Прессование осуществляется в пресс-формах, конфигурация внутренней полости которой соответствует форме изделия. С конструкцией пресс-форм ознакомитесь в дисциплине “Расчет и конструирование оснастки и изделий из пластмасс и композиционных материалов”. Схема изготовления изделий методом компрессионного прессования представлена на рис. 3.1. 4 3 Р 2 1 а б в Рис. 3.1. Схема изготовления изделий методом компрессионного прессования: а – загрузка пресс-материала; б – смыкание пресс-формы и прессование; в – раскрытие пресс-формы и извлечение изделия; 1 – выталкиватель; 2 – пресс-материал; 3 – матрица; 4 – пуансон 110. Опишите стадию мокрого горячего прессования в производстве твердых древесноволокнистых плит. Режимы горячего прессования (температура, давление, выдержка). Процессы, происходящие при горячем прессовании. Технологический контроль на данной стадии. На данной стадии выполняют следующие технологические операции: 1. Загрузка полотен в пресс 2. Мокрое горячее прессование 3. Выгрузка отпрессованных плит Стадия мокрого прессования является основной стадией производства ДВП, определяющей качество выпускаемых плит и производительность технологической линии. При мокром способе производства наибольшее распространение получили горячие гидравлические многоэтажные прессы периодического действия с загрузочно-разгрузочными этажерками. Число этажей пресса - от 15 до 30. Размер горячих плит пресса различен, но преобладают раз-меры 1200х5500, 1700х5500, 2140х6100 мм. В настоящее время в России прессы для мокрого горячего прессования не изготавливаются. Загрузка полотен в пресс Поступающие по конвейеру полотна с помощью систем механизации укладываются на металлические транспортные листы (поддоны) и помещенные на них сетки (либо на сеточнорамочные поддоны) и далее по одному загружаются в проемы многоэтажной загрузочной этажерки. После размыкания плит горячего пресса полотна на транспортных листах и сетках перемещаются на верхние поверхности греющих плит пресса. Мокрое горячее прессование Во время горячего прессования влажное древесноволокнистое полотно под воздействием высокой температуры и давления превращается в ДВП вследствие протекания различных физических и химических процессов. Считают, что в начальной фазе горячего прессования набухшие и пластифицированные в воде волокна под действием давления сближаются и вытесняют воду в межволоконном пространстве. При этом в основном происходит механический отжим из полотна около 33 % содержащейся в нём воды. Вода перемещается от верхнего слоя полотна к нижнему, проходит через сетку и сливается с поддона самотеком. Температура полотна возрастает, в наибольшей степени для верхнего слоя. Средняя влажность полотна уменьшается до 45 %. На следующей стадии начинается преобладание удаления воды из полотна за счет образования и удаления пара. Сначала вода испаряется из крупных пор, затем из межволоконного пространства, капилляров и стенок клеток волокон. Температура полотна не изменяется до тех пор, пока влажность не упадет ниже точки насыщения волокна. Удаление воды и пара приводит к дальнейшему сближению волокон и упрочнению межволоконных связей. На конечной фазе прессования вода полностью испаряется, влажность полотна приближается к 1 %, а его температура - к температуре плит горячего пресса 200-215оС. Под действием давления волокна сближаются еще больше и между ними реализуются различные физические и химические взаимодействия: водородные связи, силы Ван дер Ваальса, ковалентные химические связи. Качество отпрессованных ДВП зависит от многих факторов, в т.ч. от: • качества древесного волокна (породного и фракционного состава); • вида и содержания в проклеенном волокне химических веществ; • влажности и толщины древесноволокнистого полотна; • диаграммы прессования Весь период (цикл) прессования разделяется на три фазы: отжим, сушку, закалку . Время загрузки пресса (τзагр) и выгрузки составляет примерно 1 мин. Суммарное время смыкания (τсм) и подъема давления до максимального (τ1) - не более 1,5 мин. Время выдержки при максимальном давлении (τ2) подбирают опытным путем (не более 30 с), чтобы общее время фазы отжима (τ1 +τ2) было как можно коротким, но обеспечивало снижение влажности полотна до 45-50 %. Обычно продолжительность фазы отжима составляет 50-90 с. Оптимальное максимальное давление для фазы отжима составляет 5,0-5,5 МПа. Установлено, что интенсивное удаление воды из полотен происходит при нарастании давления до 2,0-2,5 МПа. Дальнейшее повышение давления благоприятно сказывается на качестве готовых ДВП. Для перехода к фазе сушки снижают давление прессования, чтобы создать благоприятные условия для удаления пара из полотен. Время сброса давления (τ3) составляет 15 с. Во время фазы сушки вода из полотен удаляется до тех пор, пока не прекратится выделение пара из полотен и относительная влажность полотен не составит 7 %. Общее время фазы сушки, τ3 + τ4 (выдержка при давлении фазы сушки), находится в пределах 3,5-7 мин. в зависимости от качества ДМ, толщины полотен, температуры плит горячего пресса. Для обеспечения равномерного выделения пара из полотна давление в период сушки поддерживают постоянным на уровне 0,8 МПа. В фазе сушки температура верхнего слоя полотна приближается к температуре плит горячего пресса, а температура среднего слоя несколько ниже. Температура нижнего слоя полотна в начале фазы сушки имеет величину порядка 100-120оС, которая в ходе сушки возрастает, приближаясь в конце фазы к температуре плит пресса. В фазе закалки полотна выдерживают до 3 мин при повышенном давлении (4,2-5,5 МПа) и температуре, доводя влажность полотен до 0,5-1,5 %. При использовании в производстве ДВП только качественного хвойного сырья продолжительность фазы закалки, как сумму времени подъема давления до максимального, выдержки при максимальном давлении фазы закалки и сброса давления до нуля (τ5+τ6+τ7), можно сократить или эту фазу исключить. Общее время выдержки полотен под давлением при повышенной температуре (τв) зависит от доли в волокне древесины лиственных пород, необходимой толщины и плотности готовых ДВП. Это время может находиться в диапазоне 7-10 мин для твердых ДВП толщиной 3,2 мм. Время размыкания плит пресса составляет 20-30 с. Контроль качества отпрессованных ДВП осуществляют в лаборатории по плотности, толщине и другим физико-механическим показателям плит. Процесс горячего прессования, как правило, происходит автоматически. Как только пакеты загружены в многоэтажный пресс, по сигналу от конечного выключателя даётся команда на смыкание плит, и давление в системе доводится ступенчато до необходимого уровня. Датчик ограничения давления срабатывает при достижении заданного расстояния между плитами. В прессе с дистанционными прокладками после их смыкания давление в гидросистеме плавно уменьшается вплоть до открытия пресса. Управление прессами, в которых не используются дистанционные прокладки, происходит аналогично. Импульсным датчиком для независимо работающих цилиндров является в этом случае четырёхугольный указатель смыкания. После прессования необходим контроль толщины продукции. Если после распрессовки плиты чрезмерно «пружинят», время прессования нужно увеличить. Такое бывает при избыточной влажности ковра или недостаточно быстром отверждении связующего. Величину послепрессового утолщения (spring back) плиты используют как параметр управления продолжительностью прессования. В современном производстве ДСтП толщину и вес продукции измеряют непрерывно, что позволяет рассчитывать и держать под постоянным контролем плотность плиты. Постоянно отслеживая влажность стружечного ковра и разницу в весе материала до и после прессования, несложно определить, какова влажность готовой плиты. На некоторых предприятиях применяют метод непрерывного ультразвукового измерения модуля упругости плиты в потоке. Для изделий, выпускаемых на одной и той же производственной линии, выявлена довольно тесная корреляционная зависимость между модулем упругости и пределом прочности при изгибе, позволяющая определять соответствие показателей плиты нормативным, не проводя разрушающие испытания. Уже появились приборы для электромеханического возбуждения в плите колебаний и изучения их спектра, дающего информацию о прочностных свойствах материала. Расслоения в плите можно выявить с помощью ультразвукового дефектоскопа: при наличии такого дефекта скорость прохождения сигнала уменьшается примерно на порядок. 111. Древесностружечные плиты общего назначения имеют следующее условное обозначение: П-А, I, М, Ш, Е1, 2440 х 1830 х 16, ГОСТ 10632-2007. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 10632. - по физико-механическим показателям - на марки П-А и П-Б; - по степени обработки поверхности - на шлифованные (Ш) и нешлифованные; Плита марки П-А; • 1 сорта; • С мелкоструктурной поверхностью; • шлифованная • Класс эмиссии формальдегида 1; • Размеры 2440*1830*16 мм; • Соответствует требованиям ГОСТ 10632-2007 112. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса компрессионного прессования изделий из предварительно пластицированного волокнистого прессматериала (фенопласта) в полуавтоматическом режиме работы гидравлического пресса, включая необходимые вспомогательные технологические операции. Укажите формующий инструмент, а также оборудование для выполнения каждой технологической операции. Фенопласты — пластмассы, получаемые при отверждении при повышенных температурах фенолформальдегидных смол в комбинации с наполнителями. В зависимости от типа смолы фенопласты делятся на новолачные и резольные. Горячее прессование в зависимости от конструкции пресс-форм проводится методами компрессионного (прямого) или литьевого (трансферного) прессования. Метод прессования широко применяется при переработке реактопластов, резиновых смесей, и ряде случаев при переработке высоковязких или высоконаполненных полимерных композиций на основе термопластов. Компрессионное прессование реактопластов – наиболее распространенный и простой в аппаратурном оформлении метод. Он применяется при переработке высоконаполненных прессматериалов на основе реакционно-способных олигомеров, содержащих до 4070 % наполнителя: пресс-порошков, волокнитов, слоистых пластиков. Его используют при изготовлении изделий конструкционного назначения, к которым предъявляются высокие требования по однотонности и точности и изделий массой свыше 1 кг. Прессование осуществляется в пресс-формах, конфигурация внутренней полости которой соответствует форме изделия. С конструкцией пресс-форм ознакомитесь в дисциплине “Расчет и конструирование оснастки и изделий из пластмасс и композиционных материалов”. Схема изготовления изделий методом компрессионного прессования представлена на рис. 3.1. 4 3 Р 2 1 а б в Рис. 3.1. Схема изготовления изделий методом компрессионного прессования: а – загрузка пресс-материала; б – смыкание пресс-формы и прессование; в – раскрытие пресс-формы и извлечение изделия; 1 – выталкиватель; 2 – пресс-материал; 3 – матрица; 4 – пуансон 113. Опишите стадию горячего прессования в производстве древесноволокнистых плит MDF. Режимы горячего прессования (температура, давление, выдержка). Процессы, происходящие при горячем прессовании. Технологический контроль на данной стадии. Кондиционные полотна через загрузочную этажерку укладываются на греющие плиты пресса. Температура плит пресса имеет высокое значение - от 205 до 260оС. При использовании КФС температура плит пресса не должна превышать 220оС в силу невысокой термостойкости карбамидных смол. Режимы горячего прессования зависят от исходного сырья, заданных требований к ДВП, а также технологических параметров на операциях, предшествующих горячему прессованию. На предприятиях используют одно- и двухступенчатые диаграммы горячего прессования. Диаграмма одноступенчатого прессования (рис. 1) напоминает диаграмму горячего прессования ДСтП. В начале прессования обеспечивают давление одновременного смыкания плит пресса (Р1< 0,3 МПа) в течение около 10 с. Затем давление поднимается до максимального значения (Р2) от 5,5 до 7,5 МПа с продолжительностью выдержки при этом давлении до 40 с. Для обеспечения плотности готовой ДВП около 1000 кг/м3 давление Р2 должно быть 6,5-7,0 МПа. Для постепенного удаления парогазовой смеси из плиты проводят плавный сброс давления в течение не менее 30 с до значения не более1,8 МПа (Р3). Для исключения повреждений плит при выходе парогазовой смеси и появления пузырей на их поверхности выдержка при давлении Р3 находится в диапазоне 70-210 с, а затем давление плавно (40-60 с) сбрасывается до нуля. Основные процессы формирования структуры и свойств ДВП протекают при выдержке полотен при давлении Р3. Относительная влажность древесноволокнистых полотен поступающих на горячее прессование обычно составляет 8±1 %. При увеличении влажно-сти полотен до 9 % сокращают выдержку при Р1 на 10-20 с, увеличивают продолжительность выдержки при Р2 на 60 с и снижают Р2 до 0,5-1,0 МПа. При влажности полотен менее 7 % необходимо увеличивать выдержку при Р1 на 30 с. При двухступенчатом прессовании после выдержки полотен при максимальном давлении Р2 производят плавный сброс давления до нуля (Р3), а затем давление поднимают до величины Р4 = 0,75*Р2 и полотна выдерживают при этом давлении 40-60 с. После стабилизации полотен при Р4 плавно сбрасывают давление до нуля и размыкают плиты пресса. Рисунок 1 – Диаграмма горячего прессования ДВП сухим способом в 22-этажном прессе [В.Н.Волынский] Отпрессованные ДВП после выгрузки поступают на отделение транс-портных листов (при поддонном прессовании) и обрезку кромок. Мокрое горячее прессование Во время горячего прессования влажное древесноволокнистое полотно под воздействием высокой температуры и давления превращается в ДВП вследствие протекания различных физических и химических процессов. Считают, что в начальной фазе горячего прессования набухшие и пластифицированные в воде волокна под действием давления сближаются и вытесняют воду в межволоконном пространстве. При этом в основном происходит механический отжим из полотна около 33 % содержащейся в нём воды. Вода перемещается от верхнего слоя полотна к нижнему, проходит через сетку и сливается с поддона самотеком. Температура полотна возрастает, в наибольшей степени для верхнего слоя. Средняя влажность полотна уменьшается до 45 %. На следующей стадии начинается преобладание удаления воды из полотна за счет образования и удаления пара. Сначала вода испаряется из крупных пор, затем из межволоконного пространства, капилляров и стенок клеток волокон. Температура полотна не изменяется до тех пор, пока влажность не упадет ниже точки насыщения волокна. Удаление воды и пара приводит к дальнейшему сближению волокон и упрочнению межволоконных связей. На конечной фазе прессования вода полностью испаряется, влажность полотна приближается к 1 %, а его температура - к температуре плит горячего пресса 200-215оС. Под действием давления волокна сближаются еще больше и между ними реализуются различные физические и химические взаимодействия: водородные связи, силы Ван дер Ваальса, ковалентные химические связи. Существуют различные гипотезы о химизме процессов, протекающих при мокром горячем прессовании. Согласно этим гипотезам, под воздействием воды, пара, температуры и давления в древесных волокнах происходят изменения химического строения целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина в результате реакций гидролиза, окисления, этерификации, деструкции, конденсации, радикальной полимеризации. Молекулы синтетического олигомера отверждаются и превращаясь в сетчатый нерастворимый полимер участвуют в образовании прочных когезионных и адгезионных связей для сцепления волокон. Качество отпрессованных ДВП зависит от многих факторов, в т.ч. от: • качества древесного волокна (породного и фракционного состава); • вида и содержания в проклеенном волокне химических веществ; • влажности и толщины древесноволокнистого полотна; • диаграммы прессования Весь период (цикл) прессования разделяется на три фазы: отжим, сушку, закалку Процесс горячего прессования, как правило, происходит автоматически. Как только пакеты загружены в многоэтажный пресс, по сигналу от конечного выключателя даётся команда на смыкание плит, и давление в системе доводится ступенчато до необходимого уровня. Датчик ограничения давления срабатывает при достижении заданного расстояния между плитами. В прессе с дистанционными прокладками после их смыкания давление в гидросистеме плавно уменьшается вплоть до открытия пресса. Управление прессами, в которых не используются дистанционные прокладки, происходит аналогично. Импульсным датчиком для независимо работающих цилиндров является в этом случае четырёхугольный указатель смыкания. После прессования необходим контроль толщины продукции. Если после распрессовки плиты чрезмерно «пружинят», время прессования нужно увеличить. Такое бывает при избыточной влажности ковра или недостаточно быстром отверждении связующего. Величину послепрессового утолщения (spring back) плиты используют как параметр управления продолжительностью прессования. В современном производстве ДСтП толщину и вес продукции измеряют непрерывно, что позволяет рассчитывать и держать под постоянным контролем плотность плиты. Постоянно отслеживая влажность стружечного ковра и разницу в весе материала до и после прессования, несложно определить, какова влажность готовой плиты. На некоторых предприятиях применяют метод непрерывного ультразвукового измерения модуля упругости плиты в потоке. Для изделий, выпускаемых на одной и той же производственной линии, выявлена довольно тесная корреляционная зависимость между модулем упругости и пределом прочности при изгибе, позволяющая определять соответствие показателей плиты нормативным, не проводя разрушающие испытания. Уже появились приборы для электромеханического возбуждения в плите колебаний и изучения их спектра, дающего информацию о прочностных свойствах материала. Расслоения в плите можно выявить с помощью ультразвукового дефектоскопа: при наличии такого дефекта скорость прохождения сигнала уменьшается примерно на порядок. 114. Древесностружечные плиты общего назначения имеют следующее условное обозначение: П-А, I, М, Е1, 2440 х 1830 х 16, ГОСТ 10632-2007. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 10632. Плита марки П-А; 1 сорта; С мелкоструктурной поверхностью; нешлифованная; Класс эмиссии формальдегида Е1; Размеры 2440*1830*16 мм; Соответствует требованиям ГОСТ 10632-2007 115. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса литьевого прессования изделий из пресс-материала (фенопласта), включая необходимые вспомогательные технологические операции. Укажите формующий инструмент, а также оборудование для выполнения каждой технологической операции. Фенопласты — пластмассы, получаемые при отверждении при повышенных температурах фенолформальдегидных смол в комбинации с наполнителями. В зависимости от типа смолы фенопласты делятся на новолачные и резольные. Горячее прессование в зависимости от конструкции пресс-форм проводится методами компрессионного (прямого) или литьевого (трансферного) прессования. Метод прессования широко применяется при переработке реактопластов, резиновых смесей, и ряде случаев при переработке высоковязких или высоконаполненных полимерных композиций на основе термопластов. При формовании изделий сложной конструкции, имеющих: ° или малую толщину стенки, но достаточно большую высоту, ° или тонкую сквозную металлическую арматуру применяется литьевое прессование. Это метод передавливания (впрыскивания) пресс-материала в оформляющую полость пресс-формы в размягченном (пластицированном) состоянии из загрузочной камеры формы через литниковые каналы. Этим методом перерабатываются быстроотверждающиеся реактопласты, а также высоковязкие и высоконаполненные термопласты. Литьевое прессование делится на два вида: ۰ на собственно литьевое прессование, осуществляемое в пресс-форме с верхней загрузочной камерой, называемой передаточной; ۰ на трансферное прессование, осуществляемое в пресс-форме с нижней загрузочной камерой и вспомогательным плунжером. Схемы двух способов литьевого прессования представлены на рис. 3.2 и. рис. 3.3 4 5 3 6 2 1 4 3 6 Рис. 3.2. Схема литьевого прессования с верхней загрузочной камерой: 1 – пуансон; 2 – загрузочная (литьевая) камера; Рис. 3.3. Схема трансферного прессования с нижней загрузочной камерой: 3 – литниковый канал; 4 – пресс-изделие; 5 – обойма матрицы; 6 – оформляющий стержень; 7 – греющие плиты 1 – загрузочная (литьевая) камера; 2 – нижний рабочий плунжер; 3 – гнезда пресс-формы (изделия); 4 – разводящие (литниковые) каналы; 5 – пуансон; 6 – матрица 116. Опишите получение древесного волокна в производстве древесноволокнистых плит. Принцип работы оборудования для размола древесины. Режимы размола (температура, давление, выдержка и др.). Процессы, происходящие при размоле древесины. Технологический контроль на данной стадии. Сырье для получения волокнистой массы Первичным исходным сырьем для получения волокнистой массы служат древесное и недревесное сырье. Древесное сырье во всём мире является основным видом сырья в производстве ДВП для получения волокнистой массы. К нему относят: • низкокачественные круглые лесоматериалы (дровяная древесина, тонкомерная древесина от рубок ухода); • технологическая щепа; • древесные отходы лесопиления, деревообработки и лесозаготовок (горбыли, рейки, вырезки, торцы, опил, сучки, ветки); • отходы фанерного производства (карандаши, шпон-рванина). Из недревесного сырья в качестве добавок к древесному сырью используют: • отходы целлюлозно-бумажного производства, бумаги и картона (костра, пучки волокон, макулатура); • отходы переработки однолетних растений (солома злаковых растений, багасса сахарного тростника, гузапая хлопка, тростник камыша и др.); • отходы тканей. Древесное сырье составляет основную долю сырья в производстве ДВП. При производстве ДВП, также как и в производстве ДСтП, можно использовать любые породы древесины. Для мокрого способа производства предпочтительней хвойная древесина, а для сухого - лиственная. Не рекомендуется использовать древесину, подвергшуюся искусственной сушке. На круглые лесоматериалы и технологическую щепу существуют ГОСТы, а на другие виды древесного сырья технические условия. Рекомендуется принимать технологическую щепу длиной 10-35 мм (оптимальная - 20 мм), толщиной не более 5 мм с содержанием коры не более 15-20 %, гнили - не более 5 %, , минеральных включений - не более 1%. Выбор древесного сырья определяется экономической целесообразностью с учетом вида изготавливаемых ДВП, величины запасов сырья, условий его заготовки, доставки и хранения. 117. Древесностружечные плиты общего назначения имеют следующее условное обозначение: П-А, I, Е1, 2500 х 1800 х 12, ГОСТ 10632-2007. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 10632. Плита марки П-А, 1 сорт; Обычная поверхность; Нешлифованная; Класс эмиссии формальдегида Е1; Размеры 2500*1800*12 Соответствует требованиям ГОСТ 10632-2007 118. Представьте и опишите принципиальную структурную схему технологического процесса трансферного прессования изделий из пресс-материала (фенопласта), включая необходимые вспомогательные технологические операции. Укажите формующий инструмент, а также оборудование для выполнения каждой технологической операции. Фенопласты — пластмассы, получаемые при отверждении при повышенных температурах фенолформальдегидных смол в комбинации с наполнителями. В зависимости от типа смолы фенопласты делятся на новолачные и резольные. Горячее прессование в зависимости от конструкции пресс-форм проводится методами компрессионного (прямого) или литьевого (трансферного) прессования. Метод прессования широко применяется при переработке реактопластов, резиновых смесей, и ряде случаев при переработке высоковязких или высоконаполненных полимерных композиций на основе термопластов. При формовании изделий сложной конструкции, имеющих: ° или малую толщину стенки, но достаточно большую высоту, ° или тонкую сквозную металлическую арматуру применяется литьевое прессование. Это метод передавливания (впрыскивания) пресс-материала в оформляющую полость пресс-формы в размягченном (пластицированном) состоянии из загрузочной камеры формы через литниковые каналы. Этим методом перерабатываются быстроотверждающиеся реактопласты, а также высоковязкие и высоконаполненные термопласты. Литьевое прессование делится на два вида: ۰ на собственно литьевое прессование, осуществляемое в пресс-форме с верхней загрузочной камерой, называемой передаточной; ۰ на трансферное прессование, осуществляемое в пресс-форме с нижней загрузочной камерой и вспомогательным плунжером. Схемы двух способов литьевого прессования представлены на рис. 3.2 и. рис. 3.3 4 5 3 6 2 1 4 3 6 Рис. 3.2. Схема литьевого прессования с верхней Рис. 3.3. Схема трансферного прессования с загрузочной камерой: нижней загрузочной камерой: 1 – пуансон; 2 – загрузочная (литьевая) камера; 3 – литниковый канал; 4 – пресс-изделие; 5 – обойма матрицы; 6 – оформляющий стержень; 7 – греющие плиты 1 – загрузочная (литьевая) камера; 2 – нижний рабочий плунжер; 3 – гнезда пресс-формы (изделия); 4 – разводящие (литниковые) каналы; 5 – пуансон; 6 – матрица 119. Опишите стадию получения и подготовки древесной щепы в производстве древесноволокнистых плит сухим способом. Принципы работы установки для гидромойки щепы. Технологический контроль на данной стадии. Применительно к целлюлозно бумажному производству Подготовка сырья (изготовление щепы). Круглый лес подвергается окорке в барабанном окорочном станке. Затем очищенные от коры бревна поступают на рубительную машину, в которой получают щепу. Щепа проходит через систему сит, где механической сортировкой делится на крупную и мелкую фракцию. Отсортированная щепа из сортировочной установки с помощью ленточного конвейера подается непосредственно в сепаратор для промывки щепы. Все мелкие посторонние включения, которые могут оказаться в щепе (грязь, песок, мелкие камешки, стекло) вымываются горячей водой и оседают на дне емкости. После мойки щепа попадает в бункер, где нагревается паром до 95-100 ℃ для того, чтобы – независимо от погодных условий – обеспечить одинаковую температурой влажность щепы на выходе в пресс. Затем материал попадает на несколько минут еще в одну емкость, где под высоким давлением горячего пара делается обогрев до 165-175 градусов. Очищенная от примесей щепа нужной фракции готова к размолу на волокно. Стадия «Подготовка сырья» По этой схеме при подготовке древесного сырья выполняют следующие технологические операции: 1. Разделка круглых лесоматериалов на размеры, соответствующие приемному патрону рубительной машины 2. Рубка круглых лесоматериалов и кусковых древесных отходов на щепу 3. Сортировка щепы 4. Доизмельчение крупной фракции щепы 5. Извлечение из щепы металлических включений 6. Мойка щепы 7. Промежуточное хранение кондиционной щепы При выполнении операций 1-4 достигают тех же целей и используют такое же оборудование, как и при выполнении аналогичных операций в производстве ДСтП. Процессы, происходящие во время этих операций вам уже известны. Контроль качества этих операций аналогичен производству ДСтП. Образующиеся при этих операциях древесные отходы направляются на сжигание в энергетическую установку. Металлические включения - в металлолом. Мойку щепы водой (гидромойку) проводят в специальных установках для мойки щепы различных конструкций. Схема одной из таких установок приведена на рис. 3. Основное назначение этой операции - смыв грязи, песка и других включений, в т.ч. металлических. Контроль качества операции гидромойки щепы оценивается по систематическим результатам определения в лаборатории содержания в щепе минеральных включений. Рисунок 3 - Схема установки для промывки щепы [Ребрин]: 1 - ванна для мойки щепы; 2 - шнековый транспортер; 3 трубопровод свежей воды; 4- отстойник песка; 5 - сборник оборотной воды и отстойник загрязнений; 6 - насосы; 7 - трубопровод оборотной воды Во время гидромойки помимо механических процессов отделения древесного вещества от минерального, происходят физико-химические процессы набухания древесины в воде. Промывка щепы водой создает более благоприятные условия для работы размольного оборудования. В современных проектах зарубежных фирм предлагается подвергать гидромойке только привозную технологическую щепу с целью экономии воды и средств на утилизацию или оплату экологических штрафов за сброс выделенных загрязнений. Для промежуточного хранения кондиционная щепа конвейерами подается в бункеры запаса кондиционной щепы (должны обеспечивать запас до 36 часов работы технологической линии), либо в расходные бункеры размольного оборудования (запас не менее 2 часов работы размольного оборудования). При промежуточном хранении щепы происходят процессы выравнивания влажности между промытой кондиционной щепой и немытой щепой собственного производства. Подготовка химических веществ также аналогична производству ДСтП и ее тоже не будем рассматривать. При подготовке древесного сырья, в отличие от технологии ДСтП, имеются некоторые особенности. Основная особенность заключается в том, что при производстве ДВП круглые лесоматериалы и кусковые древесные отходы обязательно перерабатываются в древесную щепу (щепа собственного производства) и привозная технологическая щепа обязательно подвергается мойке. Для текущего контроля важна оценка качества получаемой стружки, которое в значительной мере зависит от остроты ножей в стружечных станках. Минеральные включения ускоряют износ режущего инструмента. Степень затупления ножей можно отслеживать по токопотреблению электродвигателя стружечного станка. При тупых ножах разброс по толщине у частиц больше, а выход мелкой фракции меньше. Чтобы с достаточной достоверностью оценить распределение разнотолщинности частиц, нужно выполнить 100–200 замеров с точностью до 0,01 мм. Прочность стружечных плит существенно зависит от соотношения длины и толщины частиц. Чем больше в наружном слое плиты частиц толще 0,25 мм, тем ниже её прочность. Для среднего слоя важнее форма частиц (их плоскостность), желательно, чтобы в нём было как можно меньше коротких и толстых частиц, которые могут выкрашиваться при обработке кромок ДСтП. Непрерывное и равномерное движение сыпучего материала в производственном потоке обеспечивается через контроль заполнения бункеров. Он ведётся по сигналам от механических, фотоэлектрических или ультразвуковых датчиков. Механический датчик представляет собой, например, маятниковый клапан, который закрывается при достижении определённого уровня заполнения бункера. Другой способ основан на использовании приводных колёсиков, которые прекращают вращение, как только оказываются в стружечной массе, и в результате этого формируется соответствующий сигнал. Чаще всего используются фотоэлектрические датчики, по конструкции самые простые: на определённой высоте в стенках бункера устраивают два строго противоположных окна, и сигнал о заполнении бункера формируется в тот момент, когда полоса света между этими окнами прерывается. Чтобы избежать сбоев в работе датчиков из-за загрязнения окон, световой поток можно заменить ультразвуковым. 120. Древесностружечные плиты общего назначения имеют следующее условное обозначение: П-А, I, М, Ш, Е1, 2440 х 1830 х 16, ГОСТ 10632-2007. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 10632. Плита марки П-А; • 1 сорта; • С мелкоструктурной поверхностью; • Шлифованная; • Класс эмиссии формальдегида Е1; • Размеры 2440*1830*16 мм; • Соответствует требованиям ГОСТ 10632-2007 121. Представьте принципиальную схему конструкции и дайте конструкционную характеристику одночервячной литьевой машины (термопластавтомата). Исключительное разнообразие штучных изделий из полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых к ним требований (потребительские, эксплуатационные, технологических, экономические, дизайна) диктует необходимость применения и совершенствования разнообразных методов литья под давлением, каждый из которых позволяет наиболее полно решать поставленные задачи. Литье под давлением термопластов с червячной пластикацией может осуществляться следующими методами: 4.5.2 Интрузионный (рис. 4.13). Для отливки толстостенных изделий большой массы на обычных одночервячных литьевых машинах применяют процесс интрузии. Его суть – вращением червяка расплав в режиме интрузии форма заполняется постепенно и равномерно расплавом, нагнетаемым червяком через сопло большого сечения, переходящего в литник формы. После этого червяк останавливается и осевым движением подпитывает форму, компенсируя естественную усадку остывающего расплава. Часть расплава при вращении червяка из движущегося с равномерной 1 2 3 скоростью потока соприкасается с оформляющей поверхностью формы, остывает и частично затвердевает. То есть, когда последняя 4 доза материала, необходимая для заполнения формы, Рис. 4.13. Схема процесса пластифицируется и нагнетается вращающимся червяком, интрузии: 1 – червяк литьевой машины; 2 расплавленный в начале цикла материал начинает охлаждаться. – расплав материала; 3 – сопло Таким образом, операции пластикации материала, заполнения большого сечения; формы и охлаждения совмещаются. Материал испытывает 4 – литьевая форма; а – термическое напряжение только в течение пластикации и нагнетания литниковый канал; б – слой в форму. Скорость впрыска при интрузии меньше скорости инжекции остывающего расплава при обычных способах литья под давлением. Однако общая полимера в период длительность процесса не увеличивается из-за частичного совпадения интрузионного режима литья по времени отдельных операций литья. До 75÷90 % объема полости формы заполняется под давлением вращающегося червяка, а остальная часть под давлением перемещающегося в осевом направлении червяка. Однако в некоторых случаях форма может быть полностью заполнена материалом, нагнетаемым вращающимся червяком. Литьевые машины, приспособленные для интрузии, оснащены подпрессовочным устройством для компенсации значительного уменьшения объема материала при его охлаждении. Его можно отрегулировать с высокой точностью для компенсации объемной усадки и придания материалу оптимальной структуры. Особенность подобного метода – объем отливки может быть увеличен в 2÷3 раза по сравнению с номинальным объемом впрыска для машин данного типа размера. Но развиваемое в литьевой форме давление невелико, вследствие чего геометрия изделия не должна быть сложной, гнездность формы ограничена, получение тонкостенных изделий затруднено, необходимо учитывать термостабильность полимера. 122. Опишите стадию горячего прессования в производстве древесностружечных плит с прессами периодического действия. Режимы горячего прессования (температура, давление, выдержка). Процессы, происходящие при горячем прессовании. Технологический контроль на данной стадии. Горячее прессование ДСтП – это наиболее ответственная операция технологического процесса, так как от ее параметров в наибольшей степени зависит качество готовых плит и производительность всей технологической линии. Основные цели горячего прессования – это сжатие древесностружечного пакета по толщине для обеспечения заданной плотности ДСтП и как можно более быстрый прогрев всей массы пакета до температур, необходимых для достижения максимальной степени отверждения связующих и создания требуемого качества готовых плит. К основным контролируемым и регулируемым факторам операции горячего прессования относят: давление прессования; температура греющих плит (лент) горячего пресса; время полного смыкания плит пресса периодического действия для достижения заданной толщины древесностружечного пакета (скорость посадки на дистанционные планки), τсм; время выдержки древесностружечного пакета (брикета, ковра) в прессе после полного смыкания плит пресса, τвыд. Давление прессования. Давление прессования должно обеспечивать: б а необходимое время полного смыкания плит пресса периодического действия для достижения заданной толщины древесностружечного пакета (скорость посадки на дистанционные планки), τсм; преодоление сопротивления сжатию древесностружечного пакета и давления парогазовой смеси. При увеличении начального давления в первом периоде горячего прессования τсм уменьшается и увеличивается превышение плотности наружных слоев по сравнению с внутренним слоем в готовой ДСтП. При этом уменьшается степень преждевременного отверждения связующего в наружных слоях плит, что приводит к улучшению их некоторых показателей качества. Выбор величины начального давления зависит от: уровня и распределения влажности в древесностружечном пакете; породы древесины; геометрических размеров древесных частиц; τсм и τвыд. В диаграммах горячего прессования (давление – время) на большинстве предприятий начальное давление прессования в первом периоде прессования обычно не превышает 2,8 МПа. В последующих периодах для преодоления сопротивления сжатию древесностружечного пакета и давления парогазовой смеси обычно достаточно давления 0,8-1,0 МПа. От динамики сброса давления зависят показатели физико-механических свойств ДСтП и наличие таких видов брака, как образование на поверхности плит пузырей, вздутия, расслоения и др. Диаграмма прессования ДСтП в большинстве случаев выбирается эмпирически для конкретной технологической линии и видов готовых плит на основании производственного опыта. Температура греющих плит (лент) горячего пресса. Чем выше температура плит пресса, тем быстрее прогревается древесностружечный пакет и отверждается связующее во всех слоях ДСтП. При получении ДСтП с КФС, КМФС и МФС температура плит пресса обычно не превышает 220оС, так как при более высоких температурах с заметной скоростью происходят процессы деструкции связующих (особенно в наружных слоях) и ухудшается качество готовых плит. При применении ФФС и ПИС максимальная температура плит горячего пресса может достигать 240оС. Время полного смыкания плит пресса периодического действия. При увеличении времени полного смыкания плит пресса уменьшается различие плотностей слоев ДСтП (выравнивается профиль их плотности) и увеличивается степень преждевременного отверждения связующего в наружных слоях плит. Время выдержки древесностружечного пакета в прессе после полного смыкания плит пресса. Продолжительность выдержки древесностружечного пакета в прессе определяет качество ДСтП и производительность технологической линии. С увеличением τ выд до определенного предела (в зависимости от температуры греющих плит пресса) происходит увеличение степени отверждения связующего. При превышении этого предела из-за реакций деструкции степень отверждения связующего может уменьшаться. С увеличением толщины и плотности ДСтП необходимо увеличивать τвыд. К основным контролируемым и регулируемым факторам операции горячего прессования относят: · давление прессования; · температура греющих плит (лент) горячего пресса; · время полного смыкания плит пресса периодического действия для достижения заданной толщины древесностружечного пакета (скорость посадки на дистанционные планки), τсм; · время выдержки древесностружечного пакета (брикета, ковра) в прессе после полного смыкания плит пресса, τвыд. Давление прессования. Давление прессования должно обеспечивать: · необходимое время полного смыкания плит пресса периодического действия для достижения заданной толщины древесностружечного пакета (скорость посадки на дистанционные планки), τсм; · преодоление сопротивления сжатию древесностружечного пакета и давления парогазовой смеси. При увеличении начального давления в первом периоде горячего прессования τсм уменьшается и увеличивается превышение плотности наружных слоев по сравнению с внутренним слоем в готовой ДСтП. При этом уменьшается степень преждевременного отверждения связующего в наружных слоях плит, что приводит к улучшению их некоторых показателей качества. Выбор величины начального давления зависит от: · уровня и распределения влажности в древесностружечном пакете; · породы древесины; · геометрических размеров древесных частиц; · τсм и τвыд. Температура греющих плит (лент) горячего пресса. Чем выше температура плит пресса, тем быстрее прогревается древес-ностружечный пакет и отверждается связующее во всех слоях ДСтП. При получении ДСтП с КФС, КМФС и МФС температура плит пресса обычно не превышает 220оС, так как при более высоких температурах с заметной скоро-стью происходят процессы деструкции связующих (особенно в наружных слоях) и ухудшается качество готовых плит. При применении ФФС и ПИС максимальная температура плит горячего пресса может достигать 240оС. Время полного смыкания плит пресса периодического действия. При увеличении времени полного смыкания плит пресса уменьшается различие плотностей слоев ДСтП (выравнивается увеличивается степень преждевременного отверждения связующего в наружных слоях плит). Время выдержки древесностружечного пакета в прессе после полного смыкания плит пресса. Продолжительность выдержки древесностружечного пакета в прессе определяет качество ДСтП и производительность технологической линии. С увеличением τвыд до определенного предела (в зависимости от температуры греющих плит пресса) происходит увеличение степени отверждения связую-щего. При превышении этого предела из-за реакций деструкции степень отверждения связующего может уменьшаться. С увеличением толщины и плотности ДСтП необходимо увеличивать τвыд. На выбор τвыд влияет температура греющих плит горячего пресса, порода древесины, применение парового удара или продувки паром, предвари-тельного подогрева древесностружечных пакетов После прессования необходим контроль толщины продукции. Если после распрессовки плиты чрезмерно «пружинят», время прессования нужно увеличить. Такое бывает при избыточной влажности ковра или недостаточно быстром отверждении связующего. Величину послепрессового утолщения (spring back) плиты используют как параметр управления продолжительностью прессования. 123. Древесностружечные плиты общего назначения имеют следующее условное обозначение: П-А, I, М, Е1, 2500 х 1200 х 16, ГОСТ 10632-2007. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 10632. • Плита марки П-А, • 1 сорт; • С мелкоструктурной поверхностью; • Нешлифованная; • Класс эмиссии формальдегида Е1; • Размеры 2500*1200*16 • Соответствует требованиям ГОСТ 10632-2007 124. Опишите технологический процесс литья под давлением изделий из термопластов с использованием червячной пластикации. Ответ поясните соответствующими схемами. Правильно выбранный и хорошо отработанный технологический режим, применение прогрессивного оборудования – основные условия получения качественных изделий и достижения высокой производительности труда. Процесс литья под давлением с использованием червячной пластикации (инжекционное литье) заключается в следующем (рис. 4.27). До начала впрыска литьевая форма закрыта (а) и доза расплава накоплена перед червяком в передней части инжекционного цилиндра. Инжекционный цилиндр подводится к форме. В момент впрыска червяк перемещается только поступательно под давлением усилия гидроцилиндра инжекционного узла (б). После заполнения формы наступает выдержка под давлением (в). Она продолжается до начала охлаждения материала до температуры стеклования (кристаллизации) в литниковых каналах и выдержки без давления. Происходит понижение давление на материал по сравнению с давлением впрыска. Далее одновременно происходит охлаждение материала в форме и пластикация дозы материала в инжекционном цилиндре для следующего цикла литья. При пластикации червяк, вращаясь от привода, отходит назад под давлением материала (г). При пластикации сохраняется некоторое давление в гидроцилиндре (противодавление, давление подпора). Противодавление обеспечивает стабильность пластикации материала от цикла к циклу, равномерность набора дозы, однородность температуры и плотности материала, точность порции материала по массе. При этом инжекционный цилиндр отводится от формы. После набора дозы движение червяка (вращение и осевое перемещение вправо) прекращается. По окончании охлаждения термопласта форма открывается и готовое изделие выталкивается (д). Далее форма замыкается и начинается следующий цикл литья. Технологические параметры литья. Основными технологическими параметрами литья под давлением является: ♦ температура литья (Тл, оС) – это температура, с которой материал поступает из инжекционного цилиндра в форму; ♦ температура формы (Тф, оС); ♦ давление литья (Рл,, МПа) устанавливают в гидроцилиндре литьевой машины; ♦ объемная скорость впрыска (Q, см3/с) или параметр обратно пропорциональный ей – время заполнения формы (τз , с); ♦ время выдержки под давлением (τвпд , с); ♦ давление формования (в форме) или давление подпитки (Рф,МПа) ♦ объем впрыска (V, см3); ♦ общая продолжительность цикла (τц , с). Технологические параметры литья под давлением зависит от размеров и конфигурации изделий. В этой связи изделия классифицируют по зависимости объема отливки от толщины V=f(h). В зависимости от толщины h литьевые изделия условно разделяют на три группы (рис. 4.28). Классификация (???) Первая группа – изделия тонкостенные сложной формы (h=0,5÷2,25 мм). Изделий этой группы имеют повышенное гидравлическое сопротивление заполнению формы. При их литье применяют верхние значения рабочего диапазона технологических параметров и низковязкие марки термопластов, которые обладают хорошей формуемостью и легко заполняют формы сложной формы. Вторая группа – изделия общего назначения средних размеров (h=1,0÷4,5 мм). Третья группа – изделия толстостенные простой конфигурации (h=1,9÷6,0 мм). Изделия данной группы имеют пониженное гидравлическое сопротивление заполнению формы и применяют нижние значения рабочего диапазона технологических параметров литья. Для литья толстостенных изделий можно применять высоковязкие марки полимеров, которые имеют повышенные молекулярную массу и ударную вязкость. 125. Опишите стадию горячего прессования в производстве древесностружечных плит OSB. Режимы горячего прессования (температура, давление, выдержка). Процессы, происходящие при горячем прессовании. Технологический контроль на данной стадии. Прессование OSB может осуществляться на прессовом оборудовании любого вида: на одно- и многоэтажных прессах. Более перспективно изготовление плит на прессах непрерывного действия. Древесностружечный ковер по промежуточному ленточному конвейеру поступает в гидравлический пресс горячего непрерывного действия. Попадая в пространство между движущимися стальными лентами ковер под действием давления и тепла прогревается и уплотняется, спрессовываясь и преобразуясь в непрерывную ленту древесноплитного материала. Задача пресса уплотнить стружечный ковер и повысить температуру внутри него до заданного значения. Температура затвердевания смолы находится в промежутке между 170–200°С. Давление и температуру необходимо замерять в течение 3–5 минут. Могут использоваться прессы следующих типов: многоэтажные, одноэтажные, непрерывные. Для выпуска плит OSB небольших и средних мощностей спросом пользуются одно- и многоэтажные прессы. Температура прессования. Рабочая температура плит у современных многоэтажных прессов 150–180 °C, у одноэтажных 180–220 °C, допустимое отклонение от заданной температуры в пределах одной нагревательной плиты не более ±5 °C. При максимально допустимых 220 °C необходимо использовать для нагрева минеральные или органические высокотемпературные теплоносители и сократить время загрузки пресса и смыкания плит до 45 секунд. Давление прессования. Оно зависит главным образом от задаваемой плотности плит, а также от влажности и размеров частиц и продолжительности прессования. Задавать давление следует так, чтобы упрессовка пакета до требуемой толщины (посадка на планки) длилась не более 30 секунд. Средние значения давления прессования в производстве плит: для ДСтП 1,8–2,2 МПа. Продолжительность прессования. Время, затрачиваемое на прессова-ние, зависит в основном от температуры плит пресса и от вида связующего. В многоэтажных установках с рабочей температурой не выше 180°C удельная продолжительность прессования при использовании карбамидных клеёв составляет 0,18–0,22 мин/мм. Соответствующие показатели для фенольных клеёв 0,20–0,22 мин/мм, для изоцианатных 0,18–0,20 мин/мм. При горячем прессовании под действием температуры происходит отверждение связующего, происходит реакция сшивки макромолекул. Процесс горячего прессования, как правило, происходит автоматически. Как только пакеты загружены в многоэтажный пресс, по сигналу от конечного выключателя даётся команда на смыкание плит, и давление в системе доводится ступенчато до необходимого уровня. Датчик ограничения давления срабатывает при достижении заданного расстояния между плитами. В прессе с дистанционными прокладками после их смыкания давление в гидросистеме плавно уменьшается вплоть до открытия пресса. Управление прессами, в которых не используются дистанционные прокладки, происходит аналогично. Импульсным датчиком для независимо работающих цилиндров является в этом случае четырёхугольный указатель смыкания. После прессования необходим контроль толщины продукции. Если после распрессовки плиты чрезмерно «пружинят», время прессования нужно увеличить. Такое бывает при избыточной влажности ковра или недостаточно быстром отверждении связующего. Величину послепрессового утолщения (spring back) плиты используют как параметр управления продолжительностью прессования. В современном производстве ДСтП толщину и вес продукции измеряют непрерывно, что позволяет рассчитывать и держать под постоянным контролем плотность плиты. Постоянно отслеживая влажность стружечного ковра и разницу в весе материала до и после прессования, несложно определить, какова влажность готовой плиты. На некоторых предприятиях применяют метод непрерывного ультразвукового измерения модуля упругости плиты в потоке. Для изделий, выпускаемых на одной и той же производственной линии, выявлена довольно тесная корреляционная зависимость между модулем упругости и пределом прочности при изгибе, позволяющая определять соответствие показателей плиты нормативным, не проводя разрушающие испытания. Уже появились приборы для электромеханического возбуждения в плите колебаний и изучения их спектра, дающего информацию о прочностных свойствах материала. Расслоения в плите можно выявить с помощью ультразвукового дефектоскопа: при наличии такого дефекта скорость прохождения сигнала уменьшается примерно на порядок. 126. Древесноволокнистые плиты мокрого способа производства имеют следующее условное обозначение: М-3 3000х1220х10,0 ГОСТ 4598-86. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 4598-86. М-3 - мягкие плиты мокрого способа производства с плотностью 100-200 кг/м3 (прочность при статическом изгибе не менее 0,4 МПа) Размер 3000х1220х10,0 мм Соответствует требованиям ГОСТ 4598-86 127. Представьте принципиальную схему конструкции инжекционного механизма реактопластавтомата и опишите технологический процесс литья под давлением реактопластов. Рис. Литье под давлением реактопластов плунжерным способом: 1 – порция материала; 2 – загрузочное окно для подачи материалов; 3 – инжекционный цилиндр; 4 – плунжер; 5 – литниковый канал (литник); 6 – литьевая форма; 7 – выталкиватель. Процесс литья реактопластов плунжерным способом заключается в следующем. Подача порции материала производится из бункера через загрузочное окно в инжекционном цилиндре. Под действием давления плунжера материал сжимается и быстро нагревается, переходя в вязкопластическое состояние. Затем выпрыскивается под давлением через литник в закрытую форму. Материал заполняет формующую полость, принимает форму изделия и отверждается. После выдержки под давлением плунжер отходит назад, отрывая литник от изделия. Потом открывается форма, изделие выталкивается выталкивателем; удаляется тарельчатый литник с плунжера толкателем. Плунжерный способ применим для изготовления мелких изделий (m ≤ 20 г), к которым предъявляются повышенные требования по точности размеров. Этим способом перерабатываются реактопласты первой группы вязкости, а также плохо сыпучие материалы, дозируемые с помощью автоматических весов. Процесс формования изделий из реактопластов литьем под давлением Основные процессы, происходящие при литье под давлением реактопластов, связаны с пластикацией материала, заполнением формы и отверждения изделия. Процесс заполнения оформляющей формы расплавом реактопласта имеет существенные отличия от процесса заполнения термопластами. Это обусловлено различиями реологических свойств этих материалов, определяющими сущность деформационных и тепловых процессов при движении материалов по литниковой системе и оформляющей полости формы. При литье реактопластов, так же как и термопластов наблюдается два принципиально различных режима заполнения формы: струйный и регулярный. Струйный режим возникает при литье толстостенных изделий. В этом случае размеры впускного отверстия литникового канала намного меньше поперечного размера полости формы. Для этого режима характерно наличие двух стадий. На первой стадии выходящая из впускного канала струя расплава, имеет площадь поперечного сечения, близкую к площади поперечного сечения впускного канала. После этого начинается хаотическая укладка струи во всем объеме полости формы. Первая стадия проходит в режиме постоянного давления литья и постоянной объемной скорости впрыска. Процесс заполнения на второй стадии заключается в уплотнении отдельных струй до практически полной ликвидации пустот в оформляющей полости. Окончание второй стадии заполнения соответствует достижению пористости материала β = 0,02÷0,05. Регулярный режим заполнения протекает при литье относительно тонкостенных изделий, когда расстояние между противоположными стенками полости формы соизмеримо с размерами впускного канала. Режим регулярного заполнения также происходит в два этапа. На первом этапе входящая струя материала вступает в контакт с двумя противоположными стенками оформляющей полости, тормозится и завивается в клубок. В отличие от процесса формования термопластов, где при течении расплава в оформляющей полости наблюдается прилипание материала к стенке, процессу формования реактопластов сопутствуют значительные скорости пристенного скольжения. 128. Опишите стадию формирования ковра в производстве трехслойных древесностружечных плит. Принципы работы основного оборудования. Технологический контроль на данной стадии. Рис. 7. 1. Схема главного конвейера для формирования стружечного ковра и горячего прессования плит на жестких металлических поддонах: 1, 7, 11, 12, 17 - цепные конвейеры; 2, 13 - дождевальные установки, 3 - формирующий конвейер; 4, 5, 6 - формирующие машины, 8 - пресс предварительной подпрессовки, 9 - контрольные весы, 10 - место хранения запасных поддонов, 14 - пресс горячего прессования с этажерками, 15 - отделитель плит от поддонов, 16 - камера охлаждения поддонов, 18 - роликовый конвейер Для формирования непрерывного древесностружечного ковра в России наиболее распространен конвейер с жесткими металлическими поддонами марки ДК-1М Конвейер рассчитан на производство трехслойных плит и имеет два входящих конвейера для подачи осмоленной стружки, которая попадает в 4 формирующих машины ДФ-6. Из первой машины высыпается осмоленная стружка для нижнего слоя, из второй и третьей формируется средний слой, а четвертая машина насыпает верхний наружный слой. Поддон, проходящий под формирующими машинами, предварительно очищается и смачивается холодной водой из дождевальной установки. Ковер проходит холодную подпрессовку в прессе ПР-5, контроль массы на весах и перемещается к загрузочной этажерке пресса ПР-6. Двадцатиэтажный пресс оснащен симультантным механизмом. После разгрузочной этажерки происходит отделение поддона от плиты, которая сталкивается на форматно-обрезной станок. Все транспортеры главного конвейера имеют единый привод. Поддоны сделаны из дюралюминиевого проката (толщиной 4 мм) и имеют ограниченный срок службы (около 3 месяцев) в силу большого перепада температур в горячем прессе и вне его. Формирование ковра заключается в дозировании и равномерном распределении осмоленной стружки с целью получения одинаковых показателей толщины и прочности по всей площади плиты. Эта работа выполняется на формирующих машинах, состоящих из дозатора и питателя. Принцип работы заключается в том, что осмоленная стружка транспортером подается на весы, которые периодически сбрасывают порцию смеси в питатель, где стружка разравнивается по ширине и высыпается на транспортер главного конвейера. После смесителей осмоленная стружка может храниться в бункере-хранилище и выдаваться оттуда в дозирующий бункер, который образует единое целое с формирующей машиной. Бункер-хранилище предназначен для обеспечения бесперебойной работы главного конвейера при кратковременной остановке отдельных агрегатов. При выдаче материала из бункера происходит его дополнительное перемешивание. Срок хранения осмоленной стружки составляет от 2 до 4 часов, поэтому бункера не должны быть очень большими. Качество формирования оценивается равномерностью распределения массы стружки по площади. В современных линиях применяют автоматический контроль насыпной плотности ковра бесконтактными способами, например, с помощью рентгеновского аппарата. На выходе из формирующей станции обычно устанавливают весы для контроля массы трехслойного ковра. В случае отклонений выше допустимых, бракованный ковер удаляется в специальную шахту, а оттуда – в бункера среднего слоя. Вариационный коэффициент распределения плотности по площади ковра не должен превышать 4-5% 129. Древесноволокнистые плиты мокрого способа производства имеют следующее условное обозначение: М-2 2000х1220х8,0 ГОСТ 4598-86. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 4598-86. М-2 - мягкие плиты мокрого способа производства с плотностью 200-350 кг/м3 (прочность при статическом изгибе не менее 1,1 МПа) Размеры: длина 2000 мм, ширина 1220 мм, толщина 8 мм; Соответствует требованиям ГОСТ 4598-86 130. Представьте диаграмму изменения давления и температуры в литьевой форме в процессе литья, на примере которой дайте характеристику периодам формования литьевых изделий из термопластов. Процесс формования состоит из трех периодов: периода впрыска расплава и заполнение оформляющей полости литьевой формы (τз) –точка А; периода нарастания давления (τн ) и уплотнения материала за счет втекания новых порций расплава под давлением. Точка С – гидроудара. Точка D – точка максимального давления. В данный момент за счет термической усадки при охлаждении давление уравновешивается притоком новых порций материала. периода спада давления (τсп ) – это период интенсивного охлаждения и усадки материала. Характеризуется уменьшением давления в форме и увеличением перепада давления по ее длине. В этот период входит и время выдержки без давления (τвбд). Время выдержки под давлением (τвпд); состоит из периода нарастания давления и части периода спада давления. В точке Е литник “перемерзает” (стеклование материала в литниковом канале) и приток новых порций материала прекращается. Давление литья отключается и давление резко падает. В точке К форма раскрывается, происходит съем изделия из формы. 131. Опишите стадию получения древесной стружки в производстве древесностружечных плит. Принципы работы основного оборудования. Технологический контроль на данной стадии. Щепу перерабатывают в стружку на центробежных стружечных станках. Загружаемая сверху щепа попадает на крыльчатку, вращающуюся внутри ножевого барабана. На внутренней стороне барабана установлены ножи, которые измельчают щепу, прижимаемую к ним под действием центробежных сил. На подобных станках можно размельчать щепу, отходы шпона и станочную стружку. Рис.6. Схема центробежного стружечного станка: 1 - входной патрубок, 2 - корпус станка, 3 - зубчатый барабан, 4 крыльчатка, 5 - вал зубчатого барабана, 6 - вал крыльчатки В центробежных станках частицы измельчаются в направлении поперёк волокон древесины и управлять шириной стружки практически не удаётся. Длина получаемой стружки зависит от длины щепы, а толщина – от выступа ножей и от величины зазора между ножом и корпусом барабана. Чем больше выступ ножей, тем больше толщина получаемой стружки. Средняя толщина стружки, получаемой на центробежных стружечных станках составляет 0,3-0,8 мм. Полученная стружка от стружечных станков с помощью скребковых конвейеров или систем пневмотранспорта поступает в бункеры промежуточного хранения влажной стружки. При получении стружки на центробежных стружечных станках не удается получить частицы, удовлетворяющие всем требованиям технологии. При использовании мягких древесных отходов, при производстве ДСтП с мелкоструктурной поверхностью требуется более тонкое измельчение древесных частиц. Поэтому во многих технологических схемах предусматривается дополнительное измельчение древесной стружки с помощью дробилок и мельниц различной конструкции. Для текущего контроля важна оценка качества получаемой стружки, которое в значительной мере зависит от остроты ножей в стружечных станках. Минеральные включения ускоряют износ режущего инструмента. Степень затупления ножей можно отслеживать по токопотреблению электродвигателя стружечного станка. При тупых ножах разброс по толщине у частиц больше, а выход мелкой фракции меньше. 132. Древесноволокнистые плиты мокрого способа производства имеют следующее условное обозначение: М-1 1800х1220х12,0 ГОСТ 4598-86. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 4598-86. М-1- Мягкая древесноволокнистая плита мокрого способа производства с плотностью 300-400 кг/м3 (прочность при статическом изгибе не менее 1,8 МПа); Размеры: длина 2000 мм, ширина 1220 мм, толщина 12 мм; Соответствует требованиям ГОСТ 4598-86 133. Представьте и опишите принципиальную структурную схему экструзионной линии производства пленки и листов из термопластов щелевым методом с охлаждением на вале. Процесс изготовления пленки щелевым методом основан на выдавливании расплава через плоскую щель формующей головки с последующим охлаждением и намоткой полотна в рулон. Благодаря плоской конфигурации расплав сразу же после выхода охлаждается, что обеспечивает получение прозрачных пленок с высокими оптическими свойствами и увеличение производительности технологической линии. Недостаток метода: сравнительно высокие отходы, изменение ширины требует смены формующий головки. В настоящее время разработаны линии производства плоских пленок шириной от 6000 до 9000 мм (Германия) Технологическая схема процесса показана на рис 5.21 10 8 11 1 – экструдер;2 – формующая головка; 3 – охлаждающие валики; 4 – устройство для обрезки кромок; 5 – направляющий валок;6 – толщиномер; 7, 10 – тянущее устройство; 8 – нагревательный валок; 9 – инфракрасный нагреватель; 11 – намоточное устройство Процесс производства пленки щелевым методом состоит из следующих технологических операций: 1. Подача гранул материала в загрузочный бункер экструдера; 2. Плавление гранул и гомогенизация расплава в экструдере 3. Формование полотна в формующей головке; 4. Двухсторонне охлаждение пленки на охлаждающих валках; 5. Обрезка утолщенных кромок; 6. Ориентация пленки; 7. Намотка в рулон и упаковка пленки. Кроме перечисленных операций, может производится предварительная подготовка сырья (сушка, окрашивание, подогрев гранул) перед загрузкой его в бункер экструдера, непрерывное измерение толщины полотна изотопным толщиномером. В тех случаях, когда требуется ориентация пленки, тянущие валки (10) вращаются с большей скоростью, чем валки (7). Происходит продольная вытяжка. Перед вытяжкой пленка предварительно нагревается валками (8), а также инфракрасным нагревателем (9). Для поперечной ориентации между наматывающим устройством(11) и тянущими валками (10) дополнительно устанавливается растягивающее устройство 134. Опишите стадию сушки древесной стружки в производстве древесностружечных плит. Принципы работы основного оборудования, используемого на данной стадии. Процессы, происходящие при сушке древесной стружки. Технологический контроль на данной стадии. Влажность древесной стружки после ее сушки оказывает значительное влияние на дальнейшие технологические операции и качество готовых ДСтП. Начальная влажность стружки при изготовлении ДСтП колеблется в широких пределах: примерно от 60 до 120%. Конечная (перед смешиванием со связующим) должна составлять не более 3-5% для наружных слоёв и 2-4 % для внутреннего слоя. При бесподдоннном способе получения ДСтП стружку сушат до более низких значений ее влажности. Чем больше влаги в стружке для наружных слоёв, тем быстрее прогревается стружечный ковёр, тем выше будет пластичность древесины и лучше контакт частиц между собой, тем меньше опасность преждевременного отверждения связующего. В результате наружные слои стружечной плиты получаются более плотными, улучшается её формостабильность. Стружка для среднего слоя, напротив, должна быть более сухой, и желательно, чтобы весь пар выходил из неё в первой фазе прессования. Достаточно распространены барабанные конвективные сушилки типа «Прогресс», в которых перемещение древесных частиц от загрузочной стороны к разгрузочной обеспечивается механическим или пневматическим способом. В этих сушилках стружку высушивают во взвешенном состоянии в потоке высокотемпературной газовоздушной смеси, что обеспечивает интенсивный теплообмен и высокую производительность процесса сушки. В качестве теплоносителя используется топочный газ. Такая сушильная установка отечественного производства схематически изображена на рис. 1 – роторный питатель, 2 – газопровод, 3 – плавающее торцевое уплотнение, -4 – барабан, 5 – вентилятордымосос, 6 – электродвигатель, 7 – трубопровод пневмоустановки, 8 – циклон. Барабан диаметром 2,2 либо 2,8 м установлен с наклоном в два-три градуса в сторону загрузки и вращается с частотой 3–4 об/мин. Внутри барабана имеются лопасти, которые захватывают и поднимают измельчённую древесину, продуваемую газовоздушной смесью. Температура в топке 900–1000 °С, на входе в барабан 350–450 °С, на выходе 90–120 °С. Недостатки сушилок такого типа: стружка в барабане истирается и имеет неравномерную конечную влажность; довольно высока опасность возгорания древесных частиц из-за пересушки отдельных древесных частиц. Технологический контроль. Система управления процессом должна обеспечивать не только равномерную конечную влажность, но и удаление газообразных веществ, а также предотвращать возгорание частиц. Начальную и конечную влажность частиц определяют, как правило, с помощью датчиков омического сопротивления. В последние годы всё больше применяют инфракрасные датчики. Продолжительность процесса сушки и температура среды регулируются по показаниям датчиков исходной и конечной влажности стружки. Выходная температура должна быть в диапазоне от 105 до 120°С, а если она выше, то усиливается эмиссия вредных газов. При закрытой «экологической» сушке с дожиганием отходящих газов температуру выходящего воздуха повышают до 160°С, одновременно уменьшается объём отходящих газов. В сушилках высока опасность возгорания материала, особенно если в зону сушки подаётся слишком мало влаги. Поэтому полагается измерять в них концентрацию кислорода, содержание окиси углерода и точку росы и учитывать данные этих замеров при управлении процессом. Таким путём повышается его пожаробезопасность и более точно регулируется влажность стружки. 135. Древесноволокнистые плиты мокрого способа производства имеют следующее условное обозначение: СТ-С гр. Б I с 2000х1200х4 ГОСТ 4598-86. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 4598-86. Плита марки СТ-С – мокрого способа производства повышенной прочности (сверхтвердые) с лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы. Группа качества Б; 1 сорта; Размеры: длина 2000 мм, ширина 1200 мм, толщина 4 мм; Соответствует требованиям ГОСТ 4598-86 136. Представьте и опишите принципиальную структурную схему экструзионного агрегата производства рукавной полимерной пленки с отводом рукава вверх. Преимущество рукавного метода производства пленок состоит в универсальности и простоте регулирования как размеров, так и свойств пленок, возможности их выпуска с термоусадочными свойствами, в отсутствии отходов. Процесс изготовления пленки рукавным методом основан на непрерывном выдавливании расплава полимера через узкую кольцевую щель формующей головки с последующей вытяжкой рукава в продольном и поперечном направлениях и его охлаждением. При данном методе формования расплав выдавливается в виде тонкостенного цилиндра (рукава), который после растяжения (сжатым воздухом) и охлаждения наматывается сдвоенным полотном или разрезается и наматывается как плоская пленка. Этим методом получают пленки из ПЭНП, ПЭСД, ПЭВП, ПП, пластифицированного ПВХ. Вертикальная схема с отводом рукава вверх нашла наибольшее применение. Отвод рукава вверх экономит производственные площади; рукав пленки охлаждается по всему периметру и высоте; пленки могут получаться различной толщины и ширины (до 6000 мм). Для получения более качественной пленки (устранение стыковых полос на пленке) применяют установки с вертикальным вращающимся экструдером (рототрудером) (рис. 5.30). Экструдер вместе с прямоточной головкой попеременно поворачивается на угол 3240 в обоих направлениях. Вследствие этого пленка равномерно и плотно наматывается на барабаны намоточного устройства. Также устранение стыковых полос на пленке достигается при применении вращающихся угловых головках. Процесс производства пленки рукавным методом состоит из следующих технологических операций: 1. Подготовка сырья (сушка полимера, окрашивание, смешение гранул); 2. Загрузка гранул в бункер экструдера пневмо- или вакуумными устройствами; 3. Плавление гранул и гомогенизация расплава в экструдере; 4. Формование рукава в формующей головке; 5. Ориентация и охлаждение пленки; 6. Намотка и упаковка пленки; 7. Контроль качества пленки. Кроме режимов подготовки полимерного сырья и экструзии важными стадиями, определяющие качество рукавной пленки, является раздув, вытяжка и охлаждение заготовки-рукава. Выходящая под небольшим давлением с определенной скоростью экструзионная трубная заготовка подвергается снаружи охлаждению воздухом через кольцо и вытягивается по длине тянущими валиками и раздувается по ширине воздухом. Он подается во внутрь рукава. Поэтому рукав должен обладать максимальной деформационной способностью. Процесс деформирования рукава происходит в интервале между головкой и линией затвердевания (кристаллизации), а охлаждение продолжается вплоть до сжатия пленки (складывания рукава) тянущими валками. 137. Опишите стадию приготовления и дозирования химических веществ в производстве трехслойных древесностружечных плит. Химическое строение связующих и других химических веществ, используемых в производстве ДСтП. Технологический контроль на данной стадии. В трехслойных плитах оба наружных слоя изготовляют из более тонких или мелких древесных частиц и с большим количеством связующего вещества, чем во внутреннем слое. Слои могут отличаться и другими признаками — плотностью, наличием разных добавок. Трехслойные плиты изготовляют без фракционирования древесных частиц в наружных слоях и с фракционированием. Смешение древесной стружки с химическими веществами. В производстве ДСтП могут применять следующие химические вещества: • органический олигомер или мономер • растворитель; • отвердитель или ускоритель отверждения; • регулятор рН; • поверхностно-активные вещества (ПАВ); • специальные добавки O H O N C N CH2 N C N CH2 O CH2 (гидрофобизаторы, антипирены, биоциды и др.). H CH2 OH H n m В качестве основного компонента связующего в производстве ДСтП применяют органические термореактивные олигомеры или мономеры: 1. Водные дисперсии карбамидоформальдегидных олигомеров (КФО) карбамидоформальдегидные смолы (КФС): 2. Водные дисперсии фенолформальдегидных олигомеров (ФФО) - фенолрмальдегидные смолы (ФФС): OH OH C H2 C H2 H C H2 OH 3. Водные дисперсии карбамидомеламиноформальдегидных олигомеров (КМФО) карбамидомеламиноформальдегидные смолы (КМФС): 4. Изоцианаты и полиизоцианаты: O H H H N C N CH2 OH n N H N O C N N N N CH2 m n N CH2OH m N C O R n Рабочие растворы связующего вводят на стружку в смесителе распылением после введения гидрофобизатора. Расход связующего (5-14 % от массы абсолютно сухой стружки) недостаточен для покрытия всей поверхности древесной стружки. Связующее в основном на поверхности стружки находится в форме капель. Степень покрытия поверхности стружки каплями связующего определяется его химическим строением и поверхностно-активными свойствами и зависит от краевого угла смачивания и величины работы адгезии. В ходе перемешивания стружки в смесителе, соприкасаясь с поверхностью другой древесной частицы капли связующего дробятся и некоторая их часть передается на поверхность этой частицы (размазывается на другую поверхность). Считается, что капли связующего на поверхности стружки располагаются в промежутках между каплями гидрофобизатора. Для формирования структуры и свойств ДСтП важное значение имеют следующие характеристики связующих: • вид олигомера; • содержание сухого остатка (влажность) смолы; • буферная ёмкость смолы; • вид отвердителя; • содержание отвердителя в связующем; • время отверждения связующего при разных температурах; • смачиваемость связующим поверхностей древесных частиц; • впитываемость связующего древесными частицами; • прочность адгезионных связей отверждённого связующего с древесными частицами; • когезионная прочность отверждённого связующего. Используемые на предприятиях древесных плит синтетические смолы обычно поставляются в жидком виде. Приготовление связующего заключается в подготовке рабочих растворов смолы и отвердителя, дозировании компонентов и их смешивании. Чтобы обеспечить качественное смешение смолы с древесной стружкой, смолу разбавляют водой до концентрации 50–55%, таким образом, снижая вязкость. Разбавление смолы водой ведёт к росту влажности осмолённой стружки и увеличению времени горячего прессования плит. Высококонцентрированная смола и добавки (кроме отвердителя) смешиваются с водой в баке, оборудованном мешалками и мерными стёклами. Из бака рабочий раствор насосами подаётся в расходные ёмкости для внутреннего и наружных слоёв. Чтобы дополнительно снизить вязкость состава для внутреннего слоя, можно раствор смолы сначала направлять в смолоподогреватель и уже оттуда – в коллектор соответствующего смесителя. Растворы отвердителей готовят по отдельности для наружных и внутреннего слоёв. Схема одинакова для обоих потоков. В бак сначала заливают тёплую (40–50°С) воду, а затем добавляют отвердитель в порошке и карбамид в соотношениях, указанных в рецептуре отвердителя. Парафин переводят в жидкую форму в специальных обогреваемых емкостях. В дальнейшем используют либо непосредственно расплав парафина или специально полученную из него парафиновую эмульсию. Расплав парафина подают по обогреваемой линии дозировочным шестеренчатым насосом для смешения со стружкой, а парафиновую эмульсию обычно смешивают со смолой. Связующее для внутреннего слоя отверждается за 30–60 секунд, для промежуточных слоёв за 70–100 секунд и для наружных за 110–130 секунд. С учётом этого готовят отвердители различной активности: для внутренних слоёв берут 20-процентный, а для наружных 3–7-процентный водный раствор хлорида или сульфата аммония. Связующее дозируют в смеси или по компонентам. В установке, схема которой изображена на рисунке 6.2, компоненты отмеряются только по объёму. Рис.6.2. Схема дозирования и смешивания компонентов: 1 – расходная ёмкость для смолы, 2 – фильтр, 3 и 8 – дозирующие насосы, 4 и 7 – фильтры-компенсаторы, 5 – лабиринтный смеситель, 6 – ротаметр, 9 – расходная ёмкость для отвердителя. Смола и отвердитель из ёмкостей 1 и 9 по отдельности подаются дозирующими насосами 3 и 8 через фильтрыкомпенсаторы 4 и 7 в лабиринтный смеситель 5. При этом смола дополнительно проходит через фильтр 2, а отвердитель – через дозирующий ротаметр 6. Отмеренные смола и отвердитель тщательно перемешиваются в лабиринтном смесителе, полученное связующее по гибкому шлангу подаётся на смешение с древесными частицами. 138. Древесноволокнистые плиты мокрого способа производства имеют следующее условное обозначение: СТ гр. А I с 3000х1600х5 ГОСТ 4598-86. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 4598-86. Плита марки СТ - мокрого способа производства повышенной прочности (сверхтвердые) с необлагороженной лицевой поверхностью; Группа качества А; 1 сорта; Размеры: длина 3000 мм, ширина 1600 мм, толщина 5 мм; Соответствует требованиям ГОСТ 4598-86 139. Представьте и опишите принципиальную схему экструзионной линии производства труб, шлангов и профильных изделий Процесс получения труб, шлангов, кабельной изоляции и основан на непрерывном выдавливании расплава через соответствующую формующую головку с последующим охлаждением и отводом в соответствующие приемные устройства. Основными и общими элементами схемы является: 1. подготовка сырья; 2. плавление и гомогенизация расплава в экструдере; 3. формование исходной заготовки методом экструзии расплава через головку соответствующего профиля; 4. калибровка (для изделий с большой размерной точностью); 5. одно- и двухстадийное охлаждение готового изделия; 6. соответствующее профилю изделия тянущее устройство; 7. маркировка; 8. намотка или резка. Общий вид и схема экструзионной агрегатной линии для производства труб, шлангов представлена на рис. 5.34. Рис. 5.34. Общий вид и схема экструзионной линии для производства полимерных труб из термопластов: 1 – тянущее цепное устройство; 2 – охлаждающая ванна; 3 – трубное изделие; 4 – калибратор; 5 – нагревательные элементы; 6 – экструзионная (формующая) головка; 7 – материальный цилиндр экструдера; 8 – червяк с переменным шагом винтовой нарезки; 9 – бункер с гранулами термопласта; 10 – редуктор; 11 – соединительная муфта; 12 – электродвигатель; 13 – механизм резки; 14 - штабелер Основными материалами для получения трубных изделий экструзией служат ПЭНП, ПЭВП, ПЭСД, ПП, ПВХ, ПТФЭ. Для придания трубному изделию профиля заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве его калибруют, т.е. предварительно охлаждают с приданием расплав определенной конфигурации и размеров. Наибольшее применение получил способ калибрования труб по наружному диаметру, что связано с особенностями сборки труб и соединения с арматурой. Принцип калибрования трубной заготовки по наружному диаметру заключается в ее протягивании через охлаждаемую втулку, к внутренней поверхности которой заготовка прижимается либо сжатым воздухом, либо атмосферным давлением (вакуумное калибрующее устройство). Схема калибрования сжатым воздухом показа на рис. 5.35. В протягиваемую через калибрующую втулку трубу по каналу в дорне формующей головки подается сжатый воздух. Он прижимает горячую эластичную трубу к внутренней поверхности втулки. Давление в трубе сохраняется благодаря плавающей пробке. В корпус втулки подается охлаждающая вода. Технология производства гофрированных от изготовления гладких труб отличается тем, что за формующей головкой вместо калибратора установлен гофратор с двумя рядами движущихся позамкнутому контуру полуформ и готовая гофротруба поступает на намоточное устройство. 140. Дайте характеристику древесного сырья, используемого в производстве древесностружечных плит. Контроль качества древесного сырья Характеристики круглых лесоматериалов, пригодных для использования в производстве ДСтП, определяет ГОСТ 13-76-79 «Сырьё древесное для технологической переработки». По данному отраслевому стандарту допускаются все пороки древесины, кроме внутренней гнили, распространяющейся более чем на половину диаметра ствола. Неделовая древесина должна удовлетворять требованиям ОСТ 13-200-85 «Дрова для гидролизного производства и изготовления плит». По данному стандарту диаметр сырья устанавливается от 2 см и выше длиной от 1 до 6,0 м с градацией через 1 м. В зависимости от качества сырье делится на три сорта — I, II и III. В сырье не допускаются такие дефекты, как наружная трухлявая гниль, обугленность, ядровая гниль, ограничиваемая в зависимости от сорта. Древесное сырье поставляют любых хвойных и лиственных пород, с корой и в окоренном виде. Щепа технологическая. Технологическую щепу получают из неделовой древесины, кусковых отходов деревообрабатывающих производств, в первую очередь лесопиления и фанерного производства. Для производства ДСтП изготовляют щепу марки ПС в соответствии с требованиями ГОСТ 15815—83. Обугленные частицы и металлические включения не допускаются. В одной партии должна содержаться щепа из древесины хвойных или лиственных пород, а по согласованию с потребителем допускается поставка щепы в смешанном виде. Технологическая щепа из тонкомерных деревьев и сучьев изготавливается с соблюдением ТУ 13-735-83. Она имеет худшие показатели и допускается только как добавка к стандартной щепе (до 20% для наружных слоёв и без ограничения для внутренних). Отходы лесопиления. Лесопильная промышленность поставляет для производства ДСтП: •горбыль, рейки, куски древесины (в виде технологической щепы); •опилки от лесопиления. Отходы лесопиления являются основными видами древесных отходов при механической переработке древесины. В лесопилении при разделке бревен на лесопильных рамах на доски и брусья получают твердые отходы в виде горбылей, реек, обрезков досок и кусков древесины в количестве 2030 %, а также мягкие отходы (опил) в объеме 8-12 % от объема перерабатываемой качественной деловой древесины Отходы деревообработки. К отходам деревообработки относятся: •отходы производства мебели •отходы от деревянного домостроения, производства спичек и др. произ-водств (обрезки пиломатериалов, фанеры и древесных плит, стружка-отходы и др.) Стружка-отходы (станочная стружка) имеет разное качество (форму, размеры, качество поверхности) в зависимости от методов ее получения (фрезерования, строгания или точения). Отходы фанерного производства. Отходы при производстве фанеры получают в процессе оцилиндровки и лущения чураков, рубки шпона, обрезки фанеры по формату и др. Основные виды отходов фанерного производства: •шпон-рванина ; карандаши (остатки чураков после лущения); срезки фанеры При этом карандаши могут быть использованы для изготовления стружки как для внутреннего, так и для наружных слоев, шпон-рванину перерабатывают только в стружку для внутреннего слоя. Отходы лесозаготовок. При заготовке древесины до 40 % от ее объема остается в лесу на лесосеках (верхних складах) в виде вершин деревьев, веток, сучьев, коры, пней, листьев и др. На нижних складах леспромхозов (местах сбора и первичной переработки вывезенной древесины) образуются дополнительные древесные отходы: •низкокачественная древесина (обрезки стволовой древесины или хлысты, пораженные центральной гнилью) •кусковые отходы; кора; сучья, ветви, вершины и др. Предполагают, что в производстве древесных плит можно использовать половину лесосечных отходов, т.е. около 20-25 % от объема заготавливаемой древесины. Отходы от рубок ухода за лесом. Тонкомерная древесина, ветки, сучья, кустарники, образующиеся при санитарных рубках леса можно применять в форме щепы в качестве древесного сырья в производстве ДСтП. Древесные отходы собственного производства. Древесные отходы производства ДСтП могут достигать 27 % от объема перерабатываемого древесного сырья. К их числу относятся: •кора; опил; отсев при сортировке древесной щепы и сортировке древесной стружки; •отходы при разделке древесностружечного ковра и др. В современных технологиях производства ДСтП не рекомендуется использовать в качестве древесного сырья технологическую и шлифовальную пыль. Все остальные виды отходов производства ДСтП можно возвращать в собственное производство в качестве вторичного древесного сырья. Недревесноё сырьё. Значительным резервом для производства ДСтП может служить лигноцеллюлозное сырье сельскохозяйственного производства. Из различных видов отходов переработки однолетних сельскохозяйственных растений (виноградная лоза, тростник камыша, костра льна и конопли) Входной контроль сырья и материалов При входном контроле проверяют поступающее сырье на соответствие его параметров требованиям соответствующей нормативной документации. Для оценки свойств поступившего сырья желательно из него получать лабораторные образцы ДСтП с последующей проверкой их свойств 141. Древесноволокнистые плиты мокрого способа производства имеют следующее условное обозначение: Т-СП гр. Б II с 3050х2140х3,2 ГОСТ 4598-86. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 4598-86. Плита марки - Т-СП -Твёрдая древесноволокнистая плита мокрого способа производства с подкрашенным лицевым слоем из тонкодисперсной древесной массы; Группа качества Б; 2 сорта; Размеры: длина 3050 мм, ширина 2140 мм, толщина 3,2 мм; Соответствует требованиям ГОСТ 4598-86 142. Представьте и опишите принципиальную схему экструзионно-выдувного формования объемных изделий из термопластов. Полые (объемные) изделия из термопластов широко применяются для тары. Методом выдувного формования можно получить изделия объемом: от флаконов емкостью 2 мл и меньше до топливных баков емкостью 3000 л. В качестве термопластов для изготовления выдувных изделий широкое применение нашли ПЭНП и ПЭВП, ПВХ и др. Изготовление полых изделий данным методом осуществляется в две стадии: * 1-я стадия – формование экструзией трубчатой заготовки; * 2-я стадия – раздув сжатым воздухом помещенной в выдувную форму заготовки. На этой стадии заготовка принимает конфигурацию готового изделия, которое охлаждается в форме до температуры теплостойкости. После чего извлекается из формы. Для этого экструдированная заготовка зажимается полуформами подвижной выдувной формы или переносится специальным устройством в полость формы. Сжатый воздух нагнетается в трубчатую заготовку через дорн профилирующей головки экструдера в специальный ниппель или воздух в заготовку подается через центральное отверстие в дорне, который при этом оформляет горловину изделия. Заготовка может раздуваться газом, выделяющимся при нагреве предварительно заложенных в заготовку таблеток порофора. Рис. 5.41. Схема производства полых изделий экструзионновыдувным формованием трубчатой заготовки из термопластов: а – экструзия трубчатой заготовки; б – раздув заготовки и формование изделия; в – съем изделия: 1 – экструдер; 2 – кран подачи сжатого воздуха для формования; 3 – дорн; 4 – мундштук формующей головки экструдера; 5 – трубчатая заготовка расплава полимера; 6 – полуформа; 7 – выдувное (полое) изделие. 143. Опишите стадию смешения древесной стружки с химическими веществами в производстве трехслойных древесностружечных плит. Принципы работы основного оборудования. Технологический контроль на данной стадии. Смешивание стружки и жидких компонентов, то есть получение осмолённой стружки происходит в смесителях непрерывного действия. Современные смесители подразделяются на машины с внутренним и внешним вводом связующего. Стружка попадает в смеситель через загрузочную воронку, расположенную тангенциально к цилиндрической камере. Разбрасывающие лопасти, вращаясь, придают стружечной массе форму цилиндра, который движется поступательно. В начале движения стружечной массы через распылительные устройства в корпусе смесителя подается расплав парафина. Связующее подаётся в смеситель через пустотелый вал, на котором устроены форсунки различной длины. Под действием центробежных сил клей разбрасывается на стружечную массу, и благодаря различной длине форсунок при этом осмоляются все её фракции. Осмолённая стружка продвигается в другую зону, где перемешивается лопастями, форма которых способствует размазыванию связующего и передаче его излишков на соседние частицы. Пропитанная клеем стружечная масса выходит через разгрузочную воронку, также тангенциально расположенную к барабану. Рис. 6.12. Схема высокооборотного смесителя с вводом связующего через внутренний вал: 1 – корпус, 2 – «размазывающие» лопасти, 3 – пустотелый вал, 4 – форсунки, 5 – муфта, 6 – разбрасывающие лопасти, 7 – загрузочная воронка, 8 – охлаждающая рубашка, 9 – разгрузочная воронка. Скорость выхода частиц и степень заполнения барабана можно регулировать выходной заслонкой с грузом, открывающейся под действием соответствующего давления проклеиваемой массы. Регулируются также угол поворота лопастей и зазор между ними и барабаном. Корпус смесителя и быстроходный вал снабжены водяной рубашкой. Охлаждение предотвращает преждевременное отверждение связующего и сопровождается конденсацией влаги на внутренней стенке барабана и его лопастях. Это ослабляет налипание связующего на рабочие органы смесителя, упрощает его очистку и уменьшает трение стружки о металл. Расход стружки измеряют с помощью тактовых либо ленточных весов (расходомеры) или же измерителями насыпного потока (потокомеры). С ленточных весов измеряемый импульс посылается в систему регулирования расхода связующего, а она меняет число оборотов двигателя насоса, подающего связующее в смеситель. При тактовых весах количество связующего изменяется дискретно, по команде от весов. В случае применения потокомера регулирующий импульс выдаётся при изменении наклона тарелки в потоке стружки. В некоторых установках полученный сигнал используется для регулирования потока, поступающего из бункера на весы. 144. Древесноволокнистые плиты мокрого способа производства имеют следующее условное обозначение: Т гр. А I с 2550х1220х2,5 ГОСТ 4598-86. Приведите расшифровку этого условного обозначения плит в соответствии с ГОСТ 4598-86. Плита марки - Т -Твёрдая древесноволокнистая плита мокрого способа производства с необлагороженной лицевой поверхностью Группа качества А; 1 сорта; Размеры: длина 2550 мм, ширина 1220 мм, толщина 2,5 мм; Соответствует требованиям ГОСТ 4598-86 145. Какие лесохимические продукты применяются в парфюмерно-косметической промышленности? Скипидар - в составе косметических средств используются антисептическое и разогревающее свойства живицы. Скипидар (терпентиновое масло) широко применяется для лечебных ванн, является незаменимым компонентом антицеллюлитных средств с разогревающим эффектом. 146. Показатели качества канифоли. Сосновая живичная канифоль вырабатывается марки А, которая делится на три сорта: высшая категория качества, 1-й и 2-й сорта. Качество канифоли определяется по ГОСТ 19113— 84, согласно которому устанавливаются следующие физикохимические показатели: 1. Внешний вид — прозрачная стекловидная масса. 2. Цветность — в зависимости от цветности установлено 13 марок канифоли. Они обозначаются буквами, при этом канифоль марок X, W, W1 — высшего качества и 1-го сорта; марок WG, N — 1-го сорта; М, К, У, Н — 2-го сорта. 3. Массовая доля воды для всех сортов канифоли не должна быть выше 0,2 % 4. Массовая доля золы в зависимости от сортности не должна превышать 0,03—0,04 % 5. Массовая доля механических примесей. Механические примеси в пробе канифоли обычно просматриваются на свет, имеют вид посторонних включений, в зависимости от сорта их должно быть не более 0,03—0,04 %. 6. Температура размягчения для канифоли высшего качества должна быть не ниже 69 °С, для 1-го сорта 68 °С, для 2-го 66 °С. 7. Кислотное число характеризует количественное содержание кислот в канифоли. Для канифоли высшего качества кислотное число должно быть не менее 169, для 1-го сорта—168 и для 2-го — не менее 166 мг КОН на 1 г канифоли. 8. Массовая доля неомыляемых веществ. Неомыляемыми называются вещества, не вступающие в реакцию со щелочью. Их должно быть для канифоли высшего качества не более 6,0 %, для 1-го сорта — 6,5 и для 2-го — 7,5 %. 9. Склонность к кристаллизации для канифоли должна отсутствовать. 147. Основные стадии формирования структуры древесного угля (по порядку). 1)Дегидратация 2)Ароматизация 3)Поликонденсация 4)Обрывание сеток 5)Образование кристаллитов (графитизация) Глубокая дегидратация приводит к образованию карбоидных структур, являющихся основой для формирования структуры древесного угля. Дегидратация приводит к изменению химического состава: увеличению содержания углерода в твердом остатке за счет снижения содержания кислорода и водорода. При дальнейшем повышении температуры происходит ароматизация дегидратированной древесной матрицы. Степень ароматичности древесного угля от 300 до 400 °С возрастает до 0,95. После 400 °С в древесном угле начинается образование конденсированных соединений. От 500 до 700 °С новых ароматических соединений образуется мало, но развиваются конденсационные процессы. На это указывает тот факт, что с ростом температуры пиролиза увеличивается истинная плотность угля. Развитие конденсационных процессов приводит к резкому увеличению электропроводности древесного угля. При температуре выше 800 °С содержание углерода в древесном угле превышает 95 % и процесс карбонизации переходит в графитизацию. Гранитизация угля считают причиной повышения его прочности. При доведении температуры прокаливания угля до 1100 °С его прочность поперек волокон увеличивается в среднем в 2 - 2,5 раза, так как при повышенных температурах прокаливания происходит уплотнение структуры угля и упрочение его внутренних связей [18]. 148. Какие показатели древесного угля растут или убывают с ростом конечной температуры пиролиза? При возрастании конечной температуры пиролиза возрастает содержание нелетучего углерода в угле и падает его выход. Повышается зольность. В ходе прокалки меняется структура угля — от него отщепляются функциональные группы, содержащие кислород и водород уменьшается, изменяются связи между атомами углерода. 149. Технологические факторы пиролиза и их влияние на выход и качество древесного угля. Способ нагрева (внутренний или внешний) существенно влияет на выход продуктов [258]. В аппарате с внутренним обогревом тепло от парогазового теплоносителя передается непосредственно древесине, древесина разлагается равномерно во всем объеме, обеспечиваются хорошие условия для выноса продуктов пиролиза из аппарата. Вопросы газодинамики для аппаратов шахтного типа рассмотрены в [85, 266].При внешнем теплообмене теплоноситель обогревает аппарат через стенку, не соприкасаясь с материалом. В этом случае вещества, образовавшиеся при пиролизе, находятся в аппарате сравнительно долго и вступают во вторичные реакции, которые приводят к увеличению выхода древесного угля. Смолистые вещества, образовавшиеся при пиролизе, или коксуются на поверхности древесного угля или образуют в порах смоляные перегородки, формируя закрытую пористость. На выход и качество древесного угля влияет множество факторов. Конечная температура пиролиза основной фактор, определяющий выход и состав продуктов пиролиза. При повышении температуры прокаливания уменьшается выход угля, увеличивается в нем содержание углерода и снижается содержание летучих веществ в угле.Объемный удельный вес угля резко возрастает в интервале температур 600...700 °С, так как в этих пределах происходит изменение структуры угля и увеличение его твердости. При прокаливании угля относительное количество нелетучего углерода в нем повышается от 69,3% при 400 °С до 97,7% при 900 °С [18]. Элементный состав угля определяется конечной температурой пиролиза и практически не зависит от породы древесины Изучением влияния скорости нагрева материала на выход и качество продуктов пиролиза занимались многие А.К.Славянский и З.О. Матвеева [70] пришли к выводу, что при увеличении скорости нагрева с 3,3 до 20 °С/мин выход угля уменьшается в 1,5 раза, в 1,4 раза увеличивается выход фенолов. Скорость процесса пиролиза имеет большое влияние и на механическую прочность угля. При быстром нагревании парогазы, образуясь сразу в большом количестве, разрывают древесную ткань и нарушают целостность куска древесины, образуя микротрещины. Чем выше скорость нагрева, тем большую долю в древесном угле составляет кристаллический углерод, хотя основная масса его остается аморфной. Способ нагрева (внутренний или внешний) существенно влияет на выход продуктов [258]. В аппарате с внутренним обогревом тепло от парогазового теплоносителя передается непосредственно древесине, древесина разлагается равномерно во всем объеме, обеспечиваются хорошие условия для выноса продуктов пиролиза из аппарата. Пористость древесного угля зависит от породы и анатомического строения древесины, от скорости обугливания древесины и от конечной температуры прокаливания угля. Размер пор в основном определяет механизм происходящих в них адсорбционных и капиллярных явлений [38]. Скорость сорбции при прочих равных условиях убывает с ростом размеров зерна сорбента (dэкв) и уменьшением объемов транспортных пор про скорость и длительность нагрева 150. Основные показатели качества активных древесных углей. ГОСТ 6217-74: 1. В зависимости от назначения активный древесный дробленый уголь изготовляют четырех марок: БАУ-А - в ликероводочном производстве и для адсорбции из растворов и водных сред; БАУ-Ац - для наполнения ацетиленовых баллонов; ДАК - для очистки парового конденсата от масла и других примесей; БАУ-МФ - для адсорбции из водных сред в фильтровальных установках. Адсорбционная активность по йоду характеризует развитие микропористой структуры угля. В зависимости от полученных результатов делается вывод о пригодности угля для извлечения йода из водных растворов, а также о возможности использования его для очистки сточных и природных вод от многих классов органических и неорганических загрязнений. 151. Физические факторы пиролиза и их влияние на выход и качество древесного угля. Конечная температура пиролиза - основной фактор, определяющий выход и состав продуктов пиролиза. При повышении температуры прокаливания уменьшается выход угля, увеличивается в нем содержание углерода и снижается содержание летучих веществ в угле. Объемный удельный вес угля резко возрастает в интервале температур 600...700 °С, так как в этих пределах происходит изменение структуры угля и увеличение его твердости. При прокаливании угля относительное количество нелетучего углерода в нем повышается от 69,3% при 400 °С до 97,7% при 900 °С. Элементный состав угля определяется конечной температурой пиролиза и практически не зависит от породы древесины. При увеличении скорости нагрева с 3,3 до 20 °С/мин выход угля уменьшается в 1,5 раза, в 1,4 раза увеличивается выход фенолов. Получается, что на выход нелетучего углерода имеет большое влияние скорость переугливания при переходе через 270 °С (температуру экзотермической реакции). При повышении скорости пиролиза происходит уменьшение степени конденсированности ароматических ядер в структуре древесного угля при сохранении между ними большего числа боковых цепей. Скорость процесса пиролиза имеет большое влияние и на механическую прочность угля. При быстром нагревании парогазы, образуясь сразу в большом количестве, разрывают древесную ткань и нарушают целостность куска древесины, образуя микротрещины. Очевидно, именно наличие микротрещин в дальнейшем при активировании способствует развитию переходной пористости и понижению механической прочности активных . 152. Сырьевые факторы пиролиза и их влияние на выход и качество древесного угля. Влажность древесины. В производственных условиях для ретортного процесса существует определенный оптимальный уровень влажности на уровне 15—20%. Повышенная влажность приводит к следующим нежелательным последствиям: 1) разбавляется пиролизат (жижка), что осложняет и удорожает его дальнейшую переработку; 2) перегружается конденсационно-охладительная система ретортного цеха; 3) ухудшается качество угля (трещиноватость), особенно, если процесс ведется с повышенной скоростью или технологическая древесина находится в крупном куске; 4) расходуется больше топлива и увеличивается время оборота реторты. При очень сухой древесине, с влажностью ниже оптимальной, в ретортах с внешним нагревом может произойти схватывание реторты, когда экзотермическая реакция быстро распространится на всю переугливаемую древесину. В результате в реакционном пространстве может быстро подняться температура и давление парогазов, что резко ухудшает условия процесса. Повышенная же влажность также крайне нежелательна, так как весьма осложняет технологию переработки парогазовых смесей и в большинстве случаев приводит к образованию вредных сточных вод. Порода древесины. Углевыжигательные заводы работают преимущественно на березовой и буковой древесине, значительно реже на осиновой. Если принять выход летучих кислот и спиртовых продуктов для березы и других твердолиственных за 100%, то эти выходы для мягколиственных составят приблизительно 75%, а для хвойных 50%. Выход суммарной смолы для всех примерно одинаков с тенденцией к повышению у хвойных (сосна, ель) за счет имеющихся в них естественных смолистых веществ. Весовой выход угля в зависимости от породы древесины также колеблется в сравнительно небольших пределах (33—38%) и значительно больше зависит от режима пиролиза. Гниль древесины. Выход основных продуктов пиролиза из древесины, поврежденной гнилью, падает, причем особенно резко снижается удельный выход, отнесенный к единице объема исходного сырья, а весовой выход изменяется значительно меньше. Изменения в химическом составе жижки зависят от типа гнили. При деструктивном типе (поражение целлюлозного комплекса) в жижке падает содержание кислот и веществ углеводного характера. При коррозионном типе (поражение лигнина) снижается в основном выход фенолов и их производных. Особо неблагоприятно отражается гниль технологической древесины на качестве угля; снижается его механическая прочность и он приобретает повышенную способность к самовозгоранию. Наличие коры. Древесная кора довольно резко отличается по составу от стволовой древесины, особенно у лиственных пород. В, настоящее время этот фактор приобретает особо важное значение, в связи с развитием энергохимических методов использования древесных отходов. Обычно, содержание коры в щепе, полученной из неокоренных дров, составляет для ели 10—12%, для сосны 12—14%, для березы и осины 12—19%. В связи с усовершенствованием технологии предварительной подготовки древесного сырья на деревообрабатывающих и химических предприятиях доля коры в составе древесных отходов, на которых основывается энергохимия, увеличивается до 40—60% и более. Для заводов сухой перегонки наличие коры, особенно березовой, нежелательно, так как затрудняет процесс сушки, ухудшает санитарное состояние биржи, замедляет процесс разложения и снижает качество угля. Однако окорка дров на заводах обычно не применяется. Величина куска. При больших кусках и особенно при наличии кусков разных размеров неизбежно развитие вторичных реакций в периферийной части куска и в реакционном пространстве. Первые могут доходить до крекинга органических веществ, идущих из глубины куска, на нагретой обуглившейся части его поверхности, вторые определяются разницей между температурой образования продуктов пиролиза и температурой реакционного пространства. Большие куски древесины используются в производстве для первичных аппаратов всех типов. Для реторт и печей применяют не метровку и швырок, а тюльку (30—25см), т. е. увеличивают торцовую поверхность. Дальше древесину не измельчают, так как это приводит к дополнительным затратам электроэнергии и рабочей силы, к потерям древесины в виде опилок, а также дает уголь, не отвечающий по размерам требованиям ГОСТ. Но измельчение древесины ведет к увеличению производительности пиролизных аппаратов. 153. Группы сырья для производства древесного угля При производстве древесного угля применяется древесина трех групп; 1 группа- лиственные породы деревьев с твердой древесиной (береза, дуб, граб, бук, вяз и т.д.) 2 группа- хвойные породы деревьев (ель, сосна и т.д.) 3 группа- лиственные породы деревьев с мягкой древесиной (осина, липа, ива, ольха) Древесное сырье должно соответствовать требованиям настоящего стандарта и заготовляться из древесных пород ГОСТ 24260-80 Примечания: 1. Древесина дуба может быть использована для пиролиза и углежжения только в том случае, если она окажется непригодной для выработки дубильных экстрактов. 2. Древесное сырье для пиролиза 2-й группы и углежжения 2 и 3-й групп заготовляется только по согласованию с потребителем. 2.2. По качеству древесина сырья должна соответствовать требованиям, указанным в табл.3. 154. Принципиальная технологическая схема пиролиза древесины Процесс пиролиза древесины разделяют на четыре стадии: сушка древесины до температуры 120—150 °С за счет подвода тепла из вне; сопровождается удалением из древесины воды и изменением ряда компонентов древесины, что существенно сказывается на последующем процессе пиролиза; начало разложения древесины происходит при температуре 150—275 °С и сопровождается распадом менее стойких ее составных частей; на этой стадии, идущей с подводом тепла, образуются углекислый газ, окись углерода, уксусная кислота и ряд других веществ; образование и испарение основного количества продуктов разложения древесины происходит при температуре 275—450 °С, сопровождается бурным выделением тепла (экзотермический процесс); при этом выделяются большие количества СО, COj, СН4, эфиров, карбонильных соединений, углеводородов, уксусной кислоты, ее гомологов и метанола, а под конец начинается удаление смолы; прокаливание древесного остатка; протекает при температуре 450—550 СС за счет дополнительного подвода тепла извне; в этот период выделяется и удаляется тяжелая смола, а также СОг, СО, Н2 и углеводороды; на этой стадии процесс пиролиза заканчивается остаток после его завершения представляет собой древесный уголь. После пиролиза древесины в реторте 1 при температуре 400— 500 °С из нее получают уголь и парогазовую смесь, которая, пройдя конденсатор 2, разделяется на неконденсируемые газы и жижку, собираемую в отстойнике 3. В отстойнике от жижки отделяется отстойная смола, и жижка подается в ректификационную колонну 4, где разделяется на кислую воду и спиртовую фракцию. Затем кислая вода в испарителях 6 отделяется от растворимой (кубовой) смолы и поступает на извлечение из нее уксусной кислоты в экстрактор 5. Состав и количество продуктов термического разложения зависят от температуры, продолжительности процесса, метода нагрева древесины и породы древесины. 155. Принципиальная схема производства активных углей типа БАУ 156. Принципиальная схема производства активных углей типа ОУ. Типичная схема производства активированного угля на древесной основе на предприятиях России включает: просушку сырья, пиролиз, парогазовую активацию, рассев с выделением фракции 1,0-3,6 мм (активированный уголь ДАК, БАУ); размол полученного продукта (активированный уголь ОУ-А, ОУБ), упаковку готовой продукции . 157. Принципиальная схема производства древесноугольных брикетов. Технологическая линия брикетирования [5.2], которую можно разделить на два участка: подготовки сырья и брикетирования. На участке подготовки отходы в виде сучьев, коры и т.д. поступают в рубительную машину 1, из рубительной машины полученная щепа конвейером 2 подается в установку переработки щепы 3. Далее стружка подается в бункер скребкового конвейера 4. Опилки и стружка могут подаваться в бункер сразу, минуя рубительную машину. Разрубленные отходы наклонным скребковым конвейером 5 загружаются в расходный бункер 6, откуда конвейером-дозатором 7 перемещаются в дробилку 8. Измельченная масса шнековым конвейером 9 подается в сушилку 10. Продвигаясь по барабану, высушиваемая масса продувается горячим воздухом, нагреваемым твердотопливным теплогенератором 15. На участке брикетирования высушенная масса по материалопроводу 11 попадает в циклонотделитель 12, где отделяется от воздуха, и шнековым конвейером 14 подается в установку брикетирования отходов 16. Брикетная штанга распиливается на брикеты требуемой длины и термоусадочным аппаратом 1 /упаковывается в полиэтиленовую пленку. Воздух через сушилку и циклон продувается вентилятором 13. 1 — машина рубительная; 2,5, 7, 18 — скребковые конвейеры; 3 — установка переработки щепы; 4 — бункер скребкового конвейера; б — расходный бункер; 8 — дробилка молотковая; 9, 14 — шнековыеконвейеры; 10 — сушилка; 11 — материалопровод; 12 — циклон; 13 — вентилятор; 15 — твердотопливный теплогенератор; 16 — установка брикетирования отходов; 17 — термоусадочный упаковочный аппарат (дозатор весовой) 158. Свойства и применение активных углей БАУ. ГОСТ 6217-74: 1. В зависимости от назначения активный древесный дробленый уголь изготовляют четырех марок: БАУ-А - в ликероводочном производстве и для адсорбции из растворов и водных сред; БАУ-Ац - для наполнения ацетиленовых баллонов; ДАК - для очистки парового конденсата от масла и других примесей; БАУ-МФ - для адсорбции из водных сред в фильтровальных установках. Адсорбционная активность по йоду характеризует развитие микропористой структуры угля. В зависимости от полученных результатов делается вывод о пригодности угля для извлечения йода из водных растворов, а также о возможности использования его для очистки сточных и природных вод от многих классов органических и неорганических загрязнений. 159. Свойства и применение активных углей ОУ. ОУ-А - осветляющий уголь сухой щелочной предназначается для очистки сиропов в сахарорафинадной промышленности, воды и растворов в производствах органических кислот, масел и жиров; ОУ-Б - осветляющий уголь влажный кислый предназначается для очистки медицинских препаратов, растворов в крахмало-паточных производствах и на гидролизных заводах; ОУ-В - осветляющий уголь сухой щелочной предназначается для очистки и осветления различных растворов в отраслях пищевой промышленности; ОУ-Г - осветляющий уголь сухой щелочной предназначается для очистки жидкостей от высокомолекулярных смолистых и окрашивающих примесей в органическом синтезе. Примечания: 1. Для угля, предназначенного для фармацевтической промышленности, массовая доля соединений железа не должна превышать 0,05%. 2. По согласованию с потребителем допускается массовая доля влаги в сухом щелочном угле до 15% с пересчетом фактической массы на 10%-ную влажность. 3. По согласованию с потребителем адсорбционную активность угля оценивают по одному из показателей - метиленовому голубому или синему, метиловому оранжевому или мелассе. 4. Показатель 7 таблицы для угля марки ОУ-А определяют только для витаминной промышленности. 160. Марки и применение древесного угля. 1.2. Древесный уголь из пород древесины по ГОСТ 24260 вырабатывают трех марок: А - уголь, получаемый при пиролизе древесины пород группы 1; Б - уголь, получаемый при пиролизе смеси древесины пород групп 1 и 2; В - уголь, получаемый при углежжении смеси древесины пород групп 1, 2 и 3. Примечания: 1. По согласованию с потребителем допускается массовая доля воды в угле, кроме угля марки А высшего сорта, до 20% с пересчетом фактической массы на 6%-ную влажность. 2. Для производства активных углей предназначен древесный уголь только марки А, а для производства сероуглерода - марок А и Б. 3. Нормы по п.5 (для угля с зернами размером менее 25 мм) и п.7 таблицы установлены для угля, предназначенного для производства активных углей. 4. При транспортировании допускается увеличение массовой доли угля нормируемых фракций (размером менее 12 или 25 мм) не более чем на 0,8% на каждые 100 км пути. 161. Условия экстракции водорастворимых, жирорастворимых и смеси водорастворимых и жирорастворимых веществ из растительного сырья. Выбор экстрагента зависит от физико-химических свойств извлекаемого вещества, в том числе от степени гидрофильности. Для экстрагирования полярных веществ (водорастворимых) используют полярные растворители: воду, глицерин; в случае экстракции неполярных (жирорастворимых) веществ – уксусную кислоту, хлороформ, эфир этиловый и другие органические растворители. Идеального растворителя для экстракции растительного сырья, отвечающего всем вышеперечисленным требованиям, пока нет. Комбинируя известные экстрагенты можно получать такие растворители, которые будут обеспечивать избирательную экстракцию определенного вещества или комплекса веществ, химическую или физиологическую индифферентность, пожаробезопасность, стабильность, устойчивость к микрофлоре и другие свойства. Для того, чтобы обеспечить полноту извлечения действующих веществ и максимальную скорость экстрагирования, экстрагент должен отвечать следующим требованиям: – растворять максимальное количество действующих веществ и минимальное балластных веществ; – быть селективным (избирательным); – легко проникать (диффундировать) через стенки клетки; – быть физиологически индифферентным, т.е. не оказывать вредного воздействия на организм человека; – быть химически индифферентным, т.е. растворитель не должен взаимодействовать с экстрагируемыми веществами; – должен быть летучим, иметь низкую температуру кипения; – быть пожаро- и взрывобезопасным; – препятствовать развитию микроорганизмов, грибков, плесени Условия экстракции: 1)Экстрагируются только нейтральные соед-я. Если извлекаемый компонент имеет заряд, то его нужно нейтрализовать добавлением соответствующего иона-партнера. 2)Наличие в молекуле экстрагируемого соед-я гидрофильных (т.е. полярных) групп, н., сульфогруппы, мешает экстракции. 3)Сольватация экстрагируемого соед-я орг. растворителем способствует экстракции. 4)Чем крупнее молекула экстрагируемого соединия, тем лучше экстракция. 5)Чем выше const устойчивости нейтрального комплекса, тем лучше экстракция. 6)В случае ионных ассоциатов экстраги-руемость выше, если они образованы однозарядными ионами. Любой растворитель извлекает только один класс веществ: спирт – спирторастворимые вещества; вода – водорастворимые; ацетон – жирорастворимые и т. д. А остальные вещества, также обладающие немалым терапевтическим эффектом, остаются не извлеченными и выбрасываются. 162. Факторы процесса экстракции биологически активных веществ из биомассы растений. Для облегчения массообменного процесса при извлечении БАВ сырье должно быть измельчено, так как при этом увеличивается поверхность массообмена, т.е. поверхность соприкосновения между частицами сырья и экстрагентом. Измельченность сырья для каждого вида растительного сырья должна подбираться экспериментально, с учетом особенностей морфолого-анатомического строения растительного сырья, характера и локализации содержащихся в нем БАВ. Чрезмерно тонкое измельчение растительного сырья также нежелательно (сырье может слеживаться, увеличивается количество «разорванных» клеток) Разность концентраций является движущей силой диффузионного процесса, в связи с чем, при извлечении БАВ из растительного сырья необходимо поддерживать максимальный перепад концентраций на границе раздела фаз. Повышение температуры является одним из основных способов повышения скорости экстрагирования БАВ из растительного сырья водой и растительными маслами. С повышением температуры скорость молекулярной диффузии увеличивается за счет увеличения скорости кинетической энергии молекул и снижения вязкости экстрагента. Повышение температуры экстрагента наиболее целесообразно при экстрагировании БАВ из корней, корневищ и кожистых листьев, так как это способствует лучшему разделению тканей, их набуханию с последующим разрывом клеточных стенок. Горячая вода также способствует инактивации ферментов, что повышает стабильность БАВ. Снижение вязкости экстрагента приводит к увеличению его диффузионной способности. Для повышения скорости диффузии желательно выбирать экстрагент с меньшей вязкостью (из полярных жидкостей – метиловый спирт, из малополярных – ацетон, из неполярных – хлороформ). Недостатком перечисленных экстрагентов является их токсичность, поэтому после извлечения БАВ их необходимо удалять. 163. От каких факторов зависит скорость диффузии при экстракции растительного сырья. Диффузия - это процесс постепенного взаимного проникновения веществ, граничащих друг с другом. Она основана на выравнивании концентрации вещества в отдающей и воспринимающей средах. Движущей силой диффузии является разность концентраций. При выравнивании концентрации диффузия приостанавливается. Различают молекулярную и конвективную диффузии, свободную и внутреннюю. Молекулярная диффузия обусловлена хаотическим движением молекул. Отличительной особенностью ее является то, что перенос вещества осуществляется в виде молекул, а среды неподвижны относительно друг друга. Скорость молекулярной диффузии определяется уравнением Фика: - скорость диффузии, определяемая массой вещества, перешедшего из одной среды в другую за единицу времени; F - площадь контакта отдающей и воспринимающей сред; dc - разность концентраций вещества в средах; dx - изменение толщины диффузионного слоя; D - коэффициент молекулярной диффузии: R - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура; No - число Авогадро; η - вязкость экстрагента; r - радиус частиц (молекул) вещества. Как видно из уравнений, скорость молекулярной диффузии прямо пропорциональна поверхности контакта сред, разности концентраций, температуре. Обратная зависимость от толщины диффузного слоя, вязкости экстрагента и радиуса частиц. Конвективная диффузия отличается от молекулярной тем, что перенос вещества осуществляется не отдельными молекулами, а объемами его раствора. Происходит конвективная диффузия в результате перемещения экстрагента относительно сырья, а скорость ее выражается следующим уравнением: где β - коэффициент конвективной диффузии; - скорость диффузии, определяемая массой вещества, перешедшей из одной среды в другую за единицу времени; F - площадь контакта отдающей и воспринимающей сред; dc - разность концентраций вещества в средах; dx - изменение толщины диффузионного слоя. Коэффициент конвективной диффузии показывает количество вещества, переходящее через 1м2 поверхности контакта в воспринимающую среду (экстрагент) в течение 1 с при разности концентраций, равной 1. Скорость конвективной диффузии значительно выше молекулярной. Молекулярную и конвективную диффузию можно отнести к свободной диффузии, если между отдающей и воспринимающей средами нет перегородки. В процессе экстракции лекарственного сырья дело обстоит сложнее в связи с тем, что отдающая и воспринимающая среды разделены клеточной перегородкой. Если растительная клетка живая (свежее сырье), она имеет пристенный слой протоплазмы, который делает оболочку полупроницаемой, т.е. она проницаема для экстрагента и непроницаема для содержащихся в клетке веществ. Поглощение живой клеткой экстрагента представляет собой процесс осмоса, экстрагирования веществ из клетки при этом не наблюдается. Внутренняя диффузия. По-другому ведет себя клетка высушенного сырья (мертвая клетка). Вследствие гибели протоплазмы клеточная оболочка теряет характер полупроницаемой и приобретает свойства пористой перегородки, а характер диффузии через нее составляет процесс диализа. Диализ, имеющий место при экстракции растительного сырья, можно считать также внутренней диффузией, так как она происходит внутри частичек сырья. 164. Свойства и применение хвойного эфирного масла. Эфирные масла — прозрачные, бесцветные или слегка окрашенные (желтые, зеленые, коричневые, красноватые) жидкости, имеющие выраженный характерный аромат, маслянистые на вид. Для них характерны следующие физико-химические свойства: плотность — 0,8-1,5 г/см; температура кипения — 160 - 240° С; температура кристаллизации — от +17 до -30° С. Под действием света, воздуха и влаги в эфирных маслах протекают процессы окисления и осмоления, что сопровождается изменением цвета и запаха. Большинство эфирных масел обладают жгучим вкусом, практически нерастворимы в воде, однако после взбалтывания вода приобретает запах эфирного масла. Хорошо растворяются в органических растворителях: в петролейном и диэтиловом эфирах, в этиловом спирте, бензоле, ацетоне, а также в растительных и животных жирах и натуральных продуктах (мед, молоко, сливки). Эфирные масла хорошо растворяют различные смолы, воски, парафины, жиры, резину, поэтому при работе с ними нельзя применять такие вещества, а также их нельзя хранить в пластиковой таре, а только в стекле с 50%-ным затемнением. Области применения эфирных масел: Пищевая промышленность; Ликероводочная промышленность Табачная промышленность; Фармацевтика Парфюмерия; Косметика и средства гигиены; Ароматерапия Бытовая химия; Производство душистых веществ; Лакокрасочная промышленность 165. Свойства и применение хлорофилло-каротиновой пасты. Паста каротино-хлорофилловая - паста с растворёнными веществами древесной зелени, густая, однородная масса, похожа на мазь с присущим запахом хвойным и оливково-зелёного цвета. При повышении температуры (от +25 градусов) становится более жидкой. Сырьём для получения пасты является бензиновый экстракт хвойной древесной зелени. Хлорофилло-каротиновая паста стимулирует биологически активные процессы. Свойства хлорофилло-каротиновой пасты: бактерицидное; дезодорирующее; антиперспирант; стимулирующее клеточное обновление; иммуномодулирующее местный кожный иммунитет; тонизирующе-освежающее. Применение пасты хлорофилло-каротиновой: В медицине (гинекология, хирургия, дерматология, лечение ожогов, ран и язв); Сельское хозяйство (в качестве кормовой добавки); Ветеринария (лечение заболеваний ЖКТ у молодняка, а также применяется в борьбе с яловостью коров); Парфюмерно-косметическая промышленность (средства для лечения угревой сыпи; гели для душа, дезодоранты, шампуни, зубные пасты; натуральный краситель мыла.) 166. Какие факторы способствуют увеличению выхода экстрактивных веществ из растительного сырья? Степень и характер измельчения растительного материала. Чем крупнее куски экстрагируемых материалов, тем сложнее экстракция. В тонкоизмельченных растительных материалах большое число клеток оказывается разрушенным вследствие повреждения их оболочек. Кроме того, тонкоизмельченные материалы с сильно поврежденным целлюлозным скелетом отличаются способностью к набуханию, сопровождающемуся большими потерями жидкости и частым слипанием растительных порошков в плотные ослизняющиеся комки, трудно проницаемые для растворителя. Большинство цветков (ромашка, бузина, тысячелистник, мальва, лаванда) экстрагируется измельченными вследствие малых размеров или легкой проницаемости для воды и чрезмерного крошения при изрезывании. Для интенсификации процесса экстрагирования для семян и плодов рекомендован комбинированный способ измельчения: сначала на молотковой или ударно-центробежной мельнице, а затем на валковой дробилке до размера частиц 0,1 – 0,2 мм. Разность концентраций. Разность концентраций является основной движущей силой диффузионного процесса. Диффузионный процесс при экстракции протекает до установления динамического равновесия в системе твердое тело-жидкость. Поэтому в процессе экстракции необходимо поддерживать максимальную разность концентраций, чего на практике достигают перемешиванием, циркуляцией экстрагента или заменой извлечения чистым реагентом. Время установления равновесия в системе при экстракции видов сырья, различающихся по анатомической структуре и содержащих различные действующие вещества, водой и спиртом обычно находится в пределах 3-8 часов. Влияние температуры. Скорость диффузионного обмена, следовательно, и скорость экстрагирования растительных материалов сильно зависят от температуры, при которой производится извлечение. Можно считать, что повышение температуры на 40 °С увеличивает скорость диффузии в 2 раза. Поэтому экстрагирование при помощи нагретых растворителей является эффективным приемом для интенсификации процесса извлечения, тем более что растворимость многих растворимых компонентов растительных материалов при нагревании увеличивается. Однако в случае извлечения лекарственного растительного материала, содержащего термолабильные вещества, или использования легколетучих экстрагентов повышение температуры недопустимо, так как это приводит к разрушению первых и улетучиванию вторых. Время экстрагирования. В большинстве случаев экстракция наиболее активно протекает в первые часы, а затем, несмотря на использование новой порции экстрагента, её скорость заметно снижается, и полнота извлечения наступает через сравнительно длительное время. Поэтому процесс экстракции целесообразно прекратить, когда предполагаемая (расчётная) дополнительная экстракция остатков действующих веществ не окупится избыточными расходами на ценные экстрагенты (спирт, эфир). Выбор экстрагента. Выбор экстрагента определяется степенью гидрофильности извлекаемых веществ. Для экстрагирования полярных веществ с высоким значением диэлектрической постоянной используют полярные растворители: воду, метанол, глицерин; для неполярных – кислоту уксусную, хлороформ, эфир этиловый и другие органические растворители. Наиболее часто в качестве экстрагента применяют этанол – малополярный растворитель, который при смешивании с водой дает растворы разной степени полярности. Кроме этанола из малополярных растворителей применяют ацетон, пропанол, бутанол. Вязкость экстрагента. Коэффициент диффузии обратно пропорционален вязкости экстрагента. Следовательно, в менее вязких жидкостях быстрее протекают диффузионные процессы. На вязкость извлекателей большое влияние оказывает температура, поэтому при необходимости экстракции извлекателем с большой вязкостью его целесообразно использовать в нагретом состоянии. Большая вязкость экстрагента и его поверхностное натяжение затрудняют проникновение жидкости в узкие капилляры (каналы) клеточных оболочек. 167. Медицинские препараты из растительного сырья, произрастающего в Уральском регионе. Пихта сибирская. Эфирное масло пихты служит источником получения полусинтетической камфоры — вещества, возбуждающие центральную нервную систему, дыхательный и сосудодвигательный центр. Масляный раствор камфоры применяют для инъекций при сердечной астме, отеке легких, инсульте, гипотонии, сердечно-легочной недостаточности. Камфорное масло, а также камфорный спирт и камфорная мазь используются для втираний при ревматизме, кожном зуде, артритах, болеутоляющее, противомикробное и раздражающее средство. Камфора входит в состав камфорновалериановых капель (используемых при сердечно-сосудистых неврозах), ингалятора «ингакамф», применяемого при острых ринитах. Бромкамфору назначают при повышенной нервной возбудимости, неврастении, неврозах. Отвар хвои пихты применяется как противоцинготное средство. Водный экстракт хвои обладает противовоспалительным, радиозащитным, регенерирующим действием, стимулирует систему кроветворения и иммунную систему. Пихтовое масло вместе с эфирными маслами мяты и кедра входит в препарат «уролесан», используемый при почечных коликах. Сосна обыкновенная.Эфирное масло хвои применяют для получения препаратов «пинабин» и «Фитолизин», используемых в качестве противовоспалительных и спазмолитических средств при почечно-каменной болезни, а также препаратов «алталекс», «колдрекс», «Менто-клар» и т. д. Сосновый деготь обладает дезинфицирующим, инсектицидным и местнораздражающим действием, входит в состав мазей и линиментов для лечения кожных заболеваний, экземы, чесотки, псориаза. Скипидар очищенный втирают в кожу при ишиасе, невралгиях, миозитах, ревматизме. Чистотел большой. Трава чистотела обладает аналгезирующим, спазмолитическим, противомикробным, противотуберкулезным, желчегонным и противовоспалительным действием, входит с состав различных сборов для лечения заболеваний печени и желчного пузыря. Препараты из травы чистотела применяют как наружное средство при различных заболеваниях кожи. В народной медицине сок чистотела применяют наружно для удаления бородавок, мозолей, прыщей, при ожогах и отморожениях. Рябина. В семенах содержатся жирное масло, гликозид амигдалин, фосфолипиды. Сырье рябины применяют в качестве профилактического и лечебного средства при цинге и других авитаминозах, оно входит в состав поливитаминных сборов. Плоды используют в виде отвара как кровоостанавливающее, желчегонное, мочегонное, легкое слабительное средство. Они входят в состав эликсира «Эвалар», применяемого как общеукрепляющее и тонизирующее средство. Свежие плоды используют для производства витаминного сиропа. Плоды рябины противопоказаны при повышенной свертываемости крови, склонности к тромбообразованию, гиперсекреции желудочного сока. 168. Преимущества и недостатки применения бензина для экстракции фитомассы. Алифатические углеводороды (бензина) являются наиболее распространенными в маслоэкстракционном производстве. Это обусловливается их сравнительной дешевизной, нейтральностью по отношению к материалам, аппаратуры и хорошей растворяющей способностью. Чем легче фракции, составляющие бензин, тем больше его растворяющая способность. Жирные масла растворяются в бензине во всех отношениях. Исключение составляет-касторовое - растворимое в холодном бензине и сравнительно хорошо в, горячем. При остывании горячего раствора касторового масла в бензине избыток растворителя всплывает над смесью. Глицериды твердых жирных кислот растворяются в бензине труднее, чем глицериды жидких. Жирные оксикислоты в бензине не растворяются. При экстрагировании бензином масла получаются более чистыми, чем извлеченные бензолом и другими растворителями, так как бензины плохо растворяют смолообразные соединения, продукты окисления и прочие нежировые вещества. Главный недостаток бензина — это его легкая воспламеняемость. Пары бензина легко воспламеняются от искры и раскаленного предмета. Будучи тяжелее воздуха в 2,7 раза, пары бензина стелются понизу, поэтому в помещениях экстракционного цеха нужно обращать особое внимание на состояние ям, каналов для труб, углублений для шротовых шнеков и предусматривать отсутствие таких углублений при строительстве новых маслоэкстракционных заводов. Бензин вредно действует на организм, главным образом на нервную систему.