Повышение качества бумаги для гофрирования из макулатуры (стр. 2 )

** 8 – Производитель «Светогорский ЦКК».

В связи с тем, что бумагообразующие свойства вторичного волокна во многом зависят от технологических параметров и эта взаимосвязь на каждом предприятии индивидуальна, необходима оптимизация технологических параметров.

2. Статистическая оценка технологических параметров

и характеристик бумаги для гофрирования

Технологические процессы целлюлозно-бумажного производства имеют стохастическую природу, что обусловливает вариацию характеристик качества технической целлюлозы, бумаги и картона. Поэтому статистический контроль должен использоваться как для регулирования хода технологических процессов, так и для оценки качества готовой продукции.

При проведении эксперимента оценивалась вариация контролируемых согласно технологическому регламенту характеристик поступающей на фабрику макулатуры, параметров размольно-подготовительного отдела и бумагоделательной машины, характеристик бумаги для гофрирования. Для получения достоверных результатов сбор данных и формирование выборки проводили в течение календарного года по журналам технологического контроля. Статистическую обработку данных осуществляли поквартально и в целом за год. Отдельной задачей эксперимента являлась оценка, насколько значимо влияют контролируемые параметры на качество продукции.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что повышенной нестабильностью обладают такие характеристики макулатуры, как влажность (v = 2…21 %), зольность (v = 23…65 %) и степень помола (v = 4…23 %). Значительные различия наблюдаются в вариациях характеристик по кварталам. Степень помола волокна после процесса разволокнения имеет v = 11,8 %, а поступающая на размол v = 6,8 %, степень помола бумажной массы после размола v = 8,0 %. Вариация объемов массы в массных бассейнах составляет 20 %, что свидетельствует о большой разнице в продолжительности взаимодействия волокна с водой.

Известно, что чем выше продолжительность взаимодействия, тем в большей степени снижается прочность первичного волокна целлюлозы. В случае использования вторичного волокна эта проблема усложняется особенностями взаимодействия с водой волокон с ороговевшей поверхностью. Необходимо решить вопрос не только о стабильности этого параметра, но и об оптимальном объеме массы в массных бассейнах. Высокая вариация концентрации массы, поступающей на размол, приводит к высоким колебаниям степени помола бумажной массы, что отрицательно влияет на качество продукции.

В таблицах 2 и 3 представлены данные о вариации технологических параметров БДМ и характеристик вырабатываемой продукции, которые свидетельствуют о высокой нестабильности работы машины и, как следствие, нестабильности качества бумаги для гофрирования. (Жирным шрифтом в таблицах выделены значимые коэффициенты вариации.)

Таблица 2 – Статистическая оценка вариации параметров БДМ,

вырабатывающей бумагу для гофрирования (среднегодовая)

Характеристика	Единица измерения	Xср	σx	Xmin	Xmax	v, %
VБДМ	м/мин	112,5	8,9	94,0	129,0	7,9
KН		0,9	0,0	0,8	1,0	4,6
сНЯ	%	0,7	0,1	0,5	0,8	7,3
СПНЯ	ºШР	44	3,0	38,0	53,0	6,8
ТНЯ	ºС	26,2	4,7	19,0	37,0	17,9
PВОЯ	МПа	0,026	0,0073	0,013	0,039	28,4
PВГВ	МПа	0,053	0,0207	0,0132	0,066	39,2
PУДП1	Н/см2	32	5	24	35	15,6
Т1	ºС	60,05	7,6	44	81	13,1
Т2	ºС	125	11,3	82	143	9,0
Т3	ºС	119,4	12,5	89	146	10,5

Таблица 3 – Статистическая оценка вариации характеристик качества

бумаги для гофрирования (среднегодовая)

Характеристика	Единица измерения	Xср	σx	Xmin	Xmax	v, %
RCT	Н	119,1	8,0	103,0	147,0	6,7
PУД	кН/м	7,5	0,6	6,5	9,2	8,0
П	кПа	344,1	41,4	283,0	463,0	12,0
VС	г/м2	65,8	15,7	8,5	102,0	23,9
W	%	7,1	0,6	5,9	8,2	8,0
m	г/м2	125,8	3,9	120,0	143,0	3,1

Корреляционный анализ показал, что из 41 контролируемого параметра значимое влияние на сопротивление продавливанию оказывают только 10: зольность макулатурного сырья марки МС 5Б/1 (ЗБ/1), средняя длина волокна макулатуры марки МС 5Б/1-2 (lБ/1-2), степень помола макулатурной массы, поступающей на размол (СПМП) и после размола (СПМР), условия подачи и расход проклеивающих химических добавок (VКР и QКР), скорость БДМ (VБДМ), а также температура сушильных цилиндров в первом и втором периодах сушки.

Сопротивление продавливанию было выбрано для примера, как имеющее самый высокий коэффициент вариации. Было получено эмпирическое уравнение взаимосвязи сопротивления продавливанию (П) с технологическими параметрами, значимо влияющими на ее изменчивость:

(1)

где X1 – зольность поступающей макулатуры марки МС 5Б/1 (ЗБ/1), %; X2 – средняя длина волокна макулатуры марки МС 5Б/1-2 (lБ/1-2), мм; X3 – степень помола поступающей на размол массы (СПМП), °ШР; X4 – степень помола размолотой массы (СПМР), °ШР; X5 – скорость истечения крахмального клея (VКР), л/мин; X6 – расход крахмального клея, кг/т; X7 – расход клея (QКЛ), кг/т; X8 – скорость БДМ (VБДМ), м/мин; X9, X10– температура сушильных цилиндров в первый и второй период сушки соответственно (T1, T2), °С.

Средняя относительная достоверность аппроксимации составила 0,9 %. Это свидетельствует, что контролируются не всегда те параметры, высокая вариация которых значимо влияет на качество производимой продукции. Было показано, что если технологические параметры поддерживать в рамках заданных регламентом, то значение сопротивления продавливанию можно повысить на 14,4 %.

Таким образом, для прогнозирования качества бумаги для гофрирования необходимо установление характеристик сырья и параметров производства, позволяющих делать это с высокой вероятностью. Необходима стабилизация технологических параметров.

3. Исследование влияния технологических параметров на деформационные и прочностные характеристики бумаги для гофрирования

Исследование влияния процесса разволокнения на свойства макулатурной массы. Взаимосвязь продолжительности взаимодействия макулатуры с водой при разволокнении и водоудерживающей способности макулатурной массы представлена на рисунках 3 и 4. Макулатурная масса содержала 10 % макулатуры МС-5Б/1; 10 % – МС-5Б/1-2 и 80 % – МС-5Б/3.

Из рисунков 3 и 4 следует, что водоудерживающая способность вторичного волокна данной композиции возрастает до продолжительности взаимодействия с водой равной 80 мин, при этом не наблюдается изменения степени помола макулатурной массы. Зависимость WRV от степени помола нелинейная, точка перегиба на кривых соответствует примерно 35…45 ºШР (размол проводили в лабораторном ролле, рисунок 4). Таким образом, водоудерживающая способность и степень помола, определенная по методу Шоппер-Риглера, – характеристики невзаимозаменяемые.

Рисунок 3 – Влияние продолжительности взаимодействия вторичного волокна с водой на WRV (1) и степень помола ºШР (2)	Рисунок 4 – Взаимосвязь степени помола с WRV вторичного волокна при разной продолжительности взаимодействия с водой: 1 – 40; 2 – 50; 3 – 60; 4 – 70; 5 – 80; 6 – 90 мин

Повышение способности вторичного волокна к размолу наблюдается при водоудерживающей способности равной 120…125 %, т. е. после взаимодействия с водой в течение 70…80 мин. С увеличением WRV в исследуемых пределах (92…170 %) характеристики E1, eр, St и P не размолотого волокна изменялись незначительно, а Sb и Aр имели тенденцию к снижению.

Исследование влияния процесса размола макулатурной массы на деформационные и прочностные свойства. Данный эксперимент проводили в производственных условиях. Было отобрано 3 серии образцов (изменение концентрации массы и производительности мельницы приведены на рисунке 5). При исследовании каждого образца нагрузка на мельнице изменялась и составляла 0,30; 0,35; 0,40; и 0,45 МВт·ч/т.

Из рисунка 5 следует, что ход кривых зависит от параметров процесса размола. Это свидетельствует, что характеристика степени помола по Шоппер-Риглеру недостаточно адекватно прогнозирует процессы, происходящие в мокрой части БДМ.

При построении зависимости y = f(WRV), представленной на рисунке 6, где y – характеристика деформативности или прочности (определялось по 6 таких характеристик), было установлено, что в случае каждой отдельной характеристики ход кривых различен и зависит от данной совокупности параметров процесса размола. Установлено избирательное воздействие параметров размола на деформативность и прочность. В первом случае закономерности имеют криволинейный характер, во втором – прямолинейный.

Исследование влияния процесса фракционирования на физико-механические свойства бумажной массы из вторичного волокна. При проведении эксперимента использовалась центробежная напорная сортировка типа СЦН-09, модернизированная для выполнения функции фракционатора и установленная в технологическом потоке. Предварительные опыты показали, что оптимальное соотношение получаемых коротко - и длинноволокнистой фракции составляет 2/3, т. е. 40 и 60 %. После соответствующего размола фракций прирост стандартных характеристик бумаги составил порядка 6 %.