ОТДЕЛЬНЫЕ СТАДИИ РАЗМОЛА
Теоретические представления о приготовлении бумажной массы и формовании бумаги позволяют определить наши взгляды на процесс размола в целом и его отдельные элементы.
Особо следует подчеркнуть значение воды и внутреннего фиб - риллирования как важнейших факторов, влияющих на образование связанных поверхностей и прочность связей в бумаге. Процесс приготовления массы можно расчленить на отдельные стадии в соответствии со следующей схемой:
------- Разделение на волокна (дефибрация)
Предварительный роспуск
Окончательный роспуск Рафинирование-—
Размол (поперечное резание)
Фибриллирование (продольное расщепление)
Выравнивание- |
—^Усреднение (гомогенизация)
Каждая из этих стадий, требуя применения особых узкоспециализированных размалывающих устройств, вносит определенные изменения в свойства обрабатываемых волокнистых материалов. Наглядное представление о внешних изменениях
Волокнистых материалов, происходящих на отдельных стадиях размола, дает следующая схема:
Предварительный роспуск |
Выравнивание или усреднение |
Рафинирование |
Листы (целлюлозы) и пр.
Отдельные Пучки лепестки волокон
Окончательный роспуск
►Части волокон (фибриллы и пр.)
Добавки-
Волокна |
Бумажная масса Г |
Размол или фибриллирование
При проведении завершающих операций подготовки бумажной массы — выравнивания и усреднения — исходят из композиции. Выравнивание применяется в тех случаях, когда волокна в завершающей стадии размола могут быть еще раз подвергнуты более или менее интенсивным воздействиям размалывающих устройств. Значение отдельных операций размола и ход их развития будут рассмотрены ниже.
Разделение на волокна. Как уже было отмечено, растительные волокна, используемые в бумажном производстве, связаны между собой срединной пластинкой. При применении механических способов получения волокнистой массы срединная пластинка разрывается. При химико-механических способах получения массы, осуществляемых при воздействии тепла, химикатов и воды, в результате пластификации срединной пластинки и других содержащих остаточный лигнин составных частей волокна, а также в результате механических воздействий рабочих поверхностей размалывающих аппаратов, происходит удаление срединной пластинки и распад древесины на волокна. Этот процесс разделения волокон в древесине получил название дефиб- рации. Дефибрация обычно осуществляется на специально сконструированных устройствах, называемых дефибраторами, работающих при повышенной температуре и сравнительно высоком давлении пара. В некоторых случаях для этой цели используются и дисковые рафинеры.
К дефибрации нужно отнести и переработку на волокна сучков — отходов целлюлозного производства.
Процесс дефибрации относится скорее к производству полуцеллюлозы, а к процессу собственно размола имеет лишь косвенное отношение. На бумажную фабрику волокнистая масса должна поступать уже после дефибрации. Машины и аппараты, применяемые для размола массы, не приспособлены к тому, чтобы в них вести процесс дефибрации. Если на бумажную фабрику поступает прошедшая дефибрацию волокнистая масса
в виде суспензии, то ее можно направлять непосредственно на рафинирование. Если же масса после дефибрации была высушена и в таком виде поступила на бумажную фабрику, перед рафинированием необходимо превратить ее в водно-волокнистую суспензию. Некоторые машины и аппараты, а также рабочие приемы, используемые при дефибрации, будут описаны в главе о дисковых рафинерах.
Предварительный роспуск. Если волокнистые полуфабрикаты поступают на переработку в сухом виде, их необходимо прежде всего распустить в воде. Основной целью предварительного роспуска является разрыв и размыв волокон для того, чтобы без всяких затруднений доставлять массу по назначению путем перекачивания. В случае поступления на бумажную фабрику волокнистых полуфабрикатов в виде жидкой массы стадию предварительного и окончательного роспуска из схемы размола можно исключить и работать по схеме дефибрация — рафинирование.
На роспуск оказывает благоприятное влияние увеличение содержания воды в волокнистом материале. При проникновении воды внутрь волокон вплоть до капилляров, пор и стенок растительных клеток происходит разрушение водородных связей между взаимосвязанными поверхностями волокон. Образуются новые связи через мономолекулярные слои ориентированных молекул воды, а также возникают неустойчивые связи через слои воды различной толщины. Вследствие этого значительно снижается общая прочность связей. Соприкасающиеся поверхности соседних волокон по мере проникновения между ними новых количеств воды все более отдаляются и все связи между ними оказываются разрушенными. В этих условиях волокнистые материалы можно с минимальной затратой энергии диспергировать в воде на отдельные волокна. Если целлюлоза не была подвергнута интенсивной сушке, то связи в ней сохраняют обратимость и полное разделение волокон достигается в бурлящей воде за несколько минут. В волокнистом материале, поверхностные слои которого подверглись прочному ороговению в результате сушки при высокой температуре, образуются необратимые связи. Разрушить эти связи путем одной лишь пропитки в воде в нормальных условиях не представляется возможным. В таких случаях для разделения волокон необходимы дополнительные механические усилия, что и осуществляется в аппаратах для окончательного роспуска. Таким же образом приходится поступать и при переработке сильноспрессованных волокнистых полуфабрикатов, поскольку доступ воды к отдельным волокнам у них затруднен. .
В современных условиях для роспуска волокнистых полуфабрикатов в воде используются чаще всего вихревые гидро - разбиватели. С точки зрения экономики производства роспуск массы нужно заканчивать в той стадии, когда произошел разрыв легкообратимых водородных связей. В большинстве случаев после роспуска волокнистых полуфабрикатов в массе наряду с разъединенными волокнами содержатся и лепестки материала размером до 10 мм.
Окончательный роспуск массы. Для разделения на отдельные волокна лепестков, узелков и пучков, к которым вода в результате сильного прессования не получила должного доступа, а также для разрушения прочных связей в ороговевшей поверхности волокнистых материалов применяются специальные аппараты для окончательного роспуска. В последнее время появилось большое количество различных типов таких аппаратов, использующих разные принципы работы. В этих аппаратах отдельные частички, протекающие с массой в узких каналах, подвергаются значительным энергетическим воздействиям. Расходуемая энергия принимает здесь форму интенсивных турбулентных движений, пульсирующего давления и акустических воздействий. Величина расходуемой энергии весьма значительна и ее вполне достаточно для разрушения прочных и необратимых связей, что обеспечивает дезинтеграцию полуфабрикатов, т. е. распад их на отдельные волокна.
Рафинирование. Суспензия целлюлозы после выхода ее из разбивателей различных типов наряду с хорошо разделенными волокнами все же содержит еще пучки волокнистых сплетений. Задачей рафинирования является разделение на отдельные волокна всех оставшихся пучков, связок, волокон и узелков. Воздействие рафинирующих устройств весьма интенсивно, вследствие чего происходит частичное разрушение первичной стенки и изменение формы волокон, что облегчает проникновение воды внутрь волокна и набухание стенки клетки. При этом пластичность волокон повышается.
Анализ проблемы рафинирования, исходя из представлений как технологии, так и гидравлики, позволяет сделать вывод, что разрушение первичной стенки и изменения во вторичной стенке происходят не вследствие прямого воздействия рабочих поверхностей рафинирующих устройств, а, вероятно, по причине взаимного трения и мятия волокон, вследствие интенсивного турбулентного движения массы. Упругость и гибкость волокон постепенно повышается по мере роста интенсивности завихрений в рафинирующих устройствах. Рафинирование сопровождается частичным увеличением степени помола и незначительным сокращением средней длины волокон. Повышение «жирности» массы, пропорциональное увеличению активной поверхности, происходит главным образом вследствие фибриллирования поверхностных слоев волокон.
При недостаточно внимательном рассмотрении массы под микроскопом фибриллы на поверхности волокон незаметны, так как при рафинировании, как правило, не происходит разрушения фибриллярной ткани и полного отделения фибрилл. В результате многократных перегибов и мятия волокна теряют свою жесткость и хорошо набухают, происходит внутреннее фибриллирование, которое прежде всего и приводит к увеличению механической прочности бумаги.
Для рафинирования применяются соответствующие аппараты, создающие интенсивное завихрение массы и мятие волокон. До настоящего времени для этой цели используют главным образом конические рафинеры. Можно полагать, что в дальнейшем для той же цели будут использованы и дисковые рафинеры. Этот способ особенно применим для прочных волокнистых материалов, например полуцеллюлозы, при обработке которых рафинирование часто является непосредственным продолжением процесса дефибрации.