РАЗМОЛ БУМАЖНОЙ МАССЫ

Размалывающие аппараты, использующие гидравлические пульсации давления

Аппараты для завершения роспуска и рафинирования массы, работающие с использованием гидродинамических пуль­саций давления, основываются на несколько иных принципах действия, чем ранее описанные устройства. В обычных аппара­тах для завершения роспуска и рафинирования массы на во­локна воздействуют в основном ножи размалывающего устрой­ства. Удельное давление на рабочих поверхностях таких аппара­тов велико. Так, например, у конических мельниц оно даже может превысить 4 кГ/см2. Изменение величины гидродинамиче­
ского напора в волокнистой суспензии, возникающее при враще­нии ножевого ротора в ножевом статоре в тот момент, когда нож ротора перекрывает межножевую канавку статора, ничтожно мало по сравнению с общей величиной размалывающих воздей­ствий в аппаратах со скрещивающимися ножами. Поэтому в та­ких аппаратах воздействием изменяющейся величины гидроди­намического напора можно пренебречь.

У аппаратов, использующих для целей размола гидродинами­ческие пульсации давления, рабочие поверхности ротора и ста­тора удалены друг от друга на такое расстояние, что непосред­ственного соприкосновения этих поверхностей не происходит, а зазор между ними при оптимальной регулировке превышает в десятки раз среднюю ширину волокна. У этих аппаратов непо­средственное воздействие на массу рабочей поверхности незна­чительно. Основной размалывающий эффект объясняется дейст­вием гидродинамических пульсаций давления, возникающих в ре­зультате периодического уменьшения и увеличения площади живого сечения протекающей массы. При каждом уменьшении или увеличении площади живого сечения та часть массы, про­текающей с сравнительно большой скоростью, которая в этот момент находится в рабочей зоне (т. е. между размалывающими поверхностями), подвергается чередующимся сжатиям под дей­ствием гидродинамических ударов. Такие воздействия на массу приводят к ее весьма эффективному диспергированию и рафини­рованию.

Периодическое уменьшение и увеличение площади живого сечения осуществляется в основном двумя способами. При пер­вом способе используются неподвижный и вращающийся диски с радиальными щелями, которые периодически перекрываются при вращении одного из дисков. При втором способе периодиче­ски перекрываются выступы и углубления в соответствующих кольцевых зонах статора и ротора. Все устройства такого типа работают с большими окружными скоростями. Наиболее распро­страненным аппаратом, в котором канавки статора попеременно перекрываются выступами ротора, в настоящее время является супратонатор [201].

Рабочий принцип супратонатора

Размалывающее устройство супратонатора (рис. 115) со­стоит из кольца ротора оригинальной формы и двух колец ста­тора. Первое из колец статора способствует продвижению массы в радиальном направлении, второе кольцо имеет скос под углом приблизительно 40° к осевому направлению. В кольцах выфрезе - ровано 176 или 240 канавок (ячеек). При вращении ротора про­исходит периодическое перекрытие канавок ротора выступами на кольце статора, в результате чего площадь живого сечения для прохода массы частично сокращается. Возникают гидроди­намические удары (пульсации) с периодическим переходом ки­нетической энергии потока массы в потенциальную энергию дав­ления. Перед описанным размалывающим устройством установ­лен короткий с крутым подъемом конус, на котором имеются неглубокие овальные желобки. Основное назначение конуса заключается в равномерном распределении массы по окружности колец и создание необходимой скорости, которой должна обла­дать суспензия, чтобы без затруднений преодолеть давление,

Рис 115. Рабочая часть супратонатора

-крутой конус, 2 — первое кольцо статора, 3— второе кольцо статора, 4 — размалывающее кольцо ротора

Создающееся в зоне размола. Непосредственное воздействие ко­нуса на массу незначительно, так как между поверхностями ста­тора и ротора имеется значительный зазор. Скорость чередую­щихся гидродинамических ударов, т. е. частота пульсаций давле­ния зависит от угловой скорости вращения ротора и от числа канавок в кольцах статора и ротора. Подсчет этой величины можно произвести по формуле

К • h

Пульсаций в 1 сек, (81)

Где:

F — число пульсаций давления в секунду; К — число канавок в кольце; п — число оборотов ротора в минуту.

У супратонатора марки 408е частота пульсаций давления до­стигает 8800 в секунду. Величина окружной скорости на разма­лывающей поверхности ротора также не совсем обычна. На ок­ружности, соответствующей меньшему диаметру размалывающего кольца, эта скорость равна 21 м/сек, в центральной части кольца она составляет 33 м/сек и на периферии кольца достигает 40 м/сек. В конических мельницах, как правило, средняя окруж­ная скорость не превышает 25 м/сек, а ее приращение вдоль конуса вполне равномерно. Напротив, в супратонаторе окруж­ная скорость, а следовательно, и центробежная сила, возрастают скачкообразно, достигая максимального значения на узком уча­стке между кольцами размалывающего устройства. Быстрое воз­растание центробежной силы позволяет достичь-наибольшей раз­ности максимума и минимума давления при пульсации. Общая площадь живого сечения на стороне кольца статора составляет приблизительно 14 см2. Площадь живого сечения между стато­ром и ротором (при зазоре 0,3 мм) составляет приблизительно 1,5 см2, т. е. суммарная площадь живого сечения составляет 15,5 см2 в положении, когда канавки ротора находятся против выступов статора. При повороте на 7зб2 полного оборота канавки ротора совмещаются с канавками статора, ячейки в кольце ро­тора, таким образом открываются и освобождается проход для массы. Общая площадь живого сечения при этом возрастает еще на 14 см2, т. е. становится равной 30 см2. Периодическая смена величины площади живого сечения оказывает влияние на коли­чество протекающей массы. Согласно производственным расче­там, у супратонатора типа 408е при минимальной площади жи­вого сечения количество протекающей массы составляет около 430 л/мин. При максимальной площади живого сечения это ко­личество возрастет приблизительно до 800 л/мин. В среднем ко­личество протекающей массы можно принять равным 600 л/мин. Количество протекающей массы можно подсчитать таким же способом, как и для конических мельниц по формулам (34), (34') и (41). Скорость течения массы wc зависит от среднего количе­ства протекающей через супратонатор суспензии и может быть определена по формуле

TOC \o "1-3" \h \z М/сек, (82)

Где:

Q — среднее количество протекающей массы, л/мин;

Fq — эффективная площадь живого сечения, см2.

Время пребывания массы в зоне размола составляет всего лишь несколько тысячных секунды и может быть определено по формуле,

Т = -^-сек, (83)

Где:

Т — время пребывания массы в зоне размола в секундах X X10;

L3 — эффективная длина канавок в размалывающих кольцах, мм;

Гидродинамические удары у супратонатора типа 408е (f= = 8800) происходят при каждом перекрытии и открытии канавок (ячеек), длящемся 0,1136 миллисекунды. Эту величину можно определить из уравнения:

• Tx = сек. (84)

За время своего нахождения в зоне размола масса измель­чается под действием многократных повторных повышений и по­нижений давления( пульсации, гидродинамических ударов). Ко­личество таких ударов тк, которым масса подвергается за время своего нахождения в зоне размола, определяется по формуле

Тк = -£-. (85)

Ч

Величина гидродинамического напора в зоне размола вслед­ствие больших окружных скоростей достигает десятков метров водяного столба. Поэтому пульсации давления оказывают дис­пергирующее воздействие на пучки волокон уже при одноразо­вом пропуске массы через аппарат.