ОБОРУДОВАНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ПРОЦЕСС СУШКИ БУМАГИ И КАРТОНА

В целлюлозно-бумажной промышленности для сушки бумаги, картона и целлюлозы наибольшее распространение получили контактные сушильные ус­тановки, в которых тепло передается влажному полотну непосредственно от нагретой поверхности цилиндров. Нагревание цилиндров осуществляется во­дяным паром Имеются конструкции сушильвых цилиндров, нагреваемых ор­ганическими теплоносителями, газовыми горелками и электронагревателями, однако они пока не иашли широкого применения.

Контактная сушка бумаги по сравнению с другими методами обладает рядом существенных достоинств, к основным из которых следует отнести вы­сокие экономические показатели и высокое качество сушимого полотна, в ча­стности высокую двустороннюю гладкость. К недостаткам многоцилиндровой сушки следует отнести высокую металлоемкость (около двух третей от массы всей машины) и недостаточную интенсивность процесса

Параллельно с контактной сушкой в бумага - и картоноделательных ма­шинах используется конвективная сушка нагретым воздухом. Несмотря на то, что при конвективной сушке энергетические затраты, как правило, выше, чем при контактной, она находит применение на всех современных бумаго - и картоноделательных машинах. К достоинствам конвективного метода сушки следует отнести простоту конструктивного исполнения, широкие возможности регулирования влажности по ширине бумажною полотна, а также в ряде случаев большую интенсивность процесса по сравнению с контактной сушкой. Наиболее высокая интенсивность сушки достигается при применении колпа­ков скоростной сушки с сопловым обдувом движущегося полотна.

Наряду с контактной и конвективной сушкой движущихся полотен из­вестны также комбинации двух первых с сушкой в энергетических полях, вакуумной сушкой и сушкой с тепломеханическим выносом влаги.

В последнее время широкое применение за рубежом для сушки бумаги н картона нашли устройства с тепломеханическим выносом влаги. При этом методе сушки происходит не только испарение влаги за счет подвода тепла, но н механическое вытеснение и замещение ее в порах материала газообраз­ным агентом. Сушка с прососом воздуха или газа обладает весьма значи­тельной интенсивностью Достигнута интенсивность сушки около 140 кг/(м2-ч), что примерно в 10 раз выше средней интенсивности сушки в многоцилиндро­вой сушильной части

Гр

Рис. 8.2. График температуры поверхности полотна в первом периоде сушки при различных значениях температуры греющей поверхности: 1 — толщина полотна 0,16 мм; 2 — 0,22 мм; 3 — 0,43 мм; 4 — 0,72 мм

В процессе контактной сушки при соприкосновении влажного полотна бумаги или картона с горячей поверхностью сушильного цилиндра начинается контактный, или, как его иногда называют, кондуктивный теплообмен. Неко­торое количество тепла передается также радиацией, поскольку абсолютно полного контакта между бумагой и поверхностью цилиндра, очевидно, не имеется. Одновременно начинается процесс испарения влаги, сопровождаю­щийся поглощением теплоты фазового превращения. Образовавшийся в зоне контакта пар под действием градиента давления стремится проникнуть вглубь материала, при этом в тот момент, когда сушимый материал еще не про­грелся на всю толщину, пар конденсируется в слое материала, передавая ему тепло и способствуя тем самым более интенсивному прогреву. Тот момент, когда пар проникает сквозь толщу материала, выходя наружу, определяет начало первого периода сушки, когда, как известно, скорость влагоудаления постоянна. Таким образом, после окончания прогрева материала имеет место парообразование с обеих его сторон. Когда влага из наружных слоев мате­риала практически удалена, начинается перемещение зоны испарения вглубь материала. Температура слоя, контактирующего с греющей поверхностью, по­вышается, при этом разность температур между греющей поверхностью и по­верхностью материала уменьшается, вследствие чего менее интенсивным ста­новится и теплообмен. При сушке бумаги на цилиндрах на механизм сушки оказывают влияние также участки свободного хода полотна между цилинд­рами, где происходит свободное испарение на обеих сторонах материала, а также охлаждение наружных слоев материала, что повышает интенсив­ность теплообмена на сушильных цилиндрах при соприкосновении охлажден­ных слоев с сушильным цилиндром. В то же время на участках свободного хода полотна интенсивность испарения может снизиться за счет уменьшения средней температуры материала [28].

Температура бумаги t в первом периоде сушки составляет не более 100 °С и остается постоянной, соответствующей температуре испаряющейся
жидкости, в течение всего первого периода сушки (рис 8 1). По окончании первого периода, после так называемой первой критической точки, скорость сушки начинает снижаться, а температура материала возрастает. Это связано с тем, что по мере развития процесса сушки уменьшается интенсивность внутреннего переноса влаги и количество влаги, поступающей к поверхности материала. При этом влагосодержание и у поверхности материала снижается и становится равным гигроскопическому. Поверхность испарения начинает углубляться, а температура материала определяет начало второго периода — периода падающей скорости сушки. Скорость сушки снижается на протяже­нии всего второго периода и становится близкой к нулю по достижении ма­лых влагосодержаний, близких к равновесным.

Процесс контактной сушки отличается значительной сложностью. Среди факторов контактной сушки на сушильных цилиндрах основными являются: температура сушильного цилиндра, качество обработки греющей поверхности, геометрические параметры сушильной части (диаметр цилиндров и их взаим­ное расположение), параметры окружающего воздуха, род материала, при­жимающего бумагу к поверхности сушильного цилиндра, скорость переме­щения бумаги и др

Для аналитического определения продолжительности про­цесса сушки на машине необходимо иметь ряд констант, опре­деляемых экспериментальным путем. В настоящее время су­ществует метод теплотехнического расчета сушильной части бу­маге-, картоноделательных и сушильных машин с применением ЭВМ [19, 50].

Выполнение указанного расчета связано с довольно трудо­емкими вычислениями. В связи с этим можно рекомендовать приближенный метод теплового расчета бумаге - и картонодела­тельных машин, позволяющий с достаточной точностью рассчи­тать активную поверхность сушильных цилиндров.

Основная цель конструктивного теплового расчета — опреде­лить число сушильных цилиндров по заданной производитель­ности и виду вырабатываемой бумаги или картона и известному распределению давления пара по группам машины [50, 57].

Для упрощения методики расчета сушильные цилиндры раз­делены на группы, соответствующие различным периодам сушки, т. е. период прогрева протекает на цилиндрах третьей группы, первый период соответствует второй паровой группе, второй пе­риод— первой паровой группе. Конструктивный расчет сушиль­ной части представлен в табл. 8.1.

Начальная температура полотна зависит от температуры массы, подаваемой на сетку. Температура влажного полотна в первом периоде сушки близка к температуре кипящей воды при атмосферном давлении. Значения tm в зависимости от тол­щины полотна и температуры стенки цилиндра trp находятся по графику (рис. 8.2).

Критическое влагосодержание икр, при котором начинает повышаться температура полотна бумаги, зависит от начальной

8.1. Конструктивный расчет сушильной части

Определяемая величина единица измерения

Зависимость в периоде прогрева

Производительность ма шины по абсолютно су­хой массе, кг/ч Площадь активной по­верхности основных су шильных цилиндров, м2, диаметром D, толщи­ной стенки дст То же, сукносі шильных цилиндров, м2, диаметром Di, толщиной стенки бет Количество сушильных и сукносушильных ци линдров, шт Доля активной поверх­ности сукносушшелей

Температура полотна начальная, в конце пе­риода прогрева, в конце первого периода, конеч­ная, °С

Средняя температура полотна, °С

Коэффициент теплопе­редачи, учитывающий нестационарность теп­лового режима, кВт'м^Х Х°С

Зависимость для всех периодов сушки

Gac = 0,06 vqB F ц = я/35фц

■ nDjBj^fc

Уас »

'l. 4

Приняты по рис 8 2

H + к

1 — Д(?

Фц 1

Температура насыще­ния пара, соответствую­щая давлению по пе­риодам сушки, °С Удельный тепловой по­ток на активной поверх­ности нагрева, кВт/м2 Сухость полотна началь­ная, конечная, %

Влагосодержание по­лотна начальное, в конце периода прогрева, ко­нечное, кг/кг

Удельная теплоемкость абсолютно сухого во­локна, Дж/(кг-°С)

Удельная теплоемкостг воды, Дж/(кг °С)

Количество тепла, вос­принимаемое полотном и сукном, кВт

Необходимое число ци­линдров по периодам сушки, шт

Qnp = J---

Фпр 3600 X [(Свод + f "іСр)(*і —<о) + т (1пр - <0Ср)]

Ч i —-------- — V

■фх 3600 А. (Свод + "кргр) х X (t2 — t0 + + («/ —«-кр)Х X С / — 'дер)]

Ql

П, ■■

X

= г|)2 3600

[(свол

+ uKCp)X X(^3 —<г)+(«кр-

— «к)х(г,°,

(2сР)

Qn

Пи :