Содержание статьи
- Введение в технологию дисковых рафинеров
- Принцип работы и конструктивные особенности
- Параметры дисков и зазоров
- Концентрация массы и ее влияние
- Степень помола по Шоппер-Риглеру
- Технические характеристики и расчеты
- Оптимизация процесса рафинирования
- Современные тенденции и инновации
- Часто задаваемые вопросы
Введение в технологию дисковых рафинеров
Дисковые рафинеры представляют собой ключевое оборудование в современной целлюлозно-бумажной промышленности, предназначенное для обработки волокнистых материалов с целью получения качественной бумажной массы. Эти аппараты непрерывного действия обеспечивают эффективное измельчение и фибриллирование целлюлозных волокон, что напрямую влияет на физико-механические свойства готовой продукции.
Дисковые рафинеры работают по принципу механического воздействия на волокнистую суспензию между вращающимися дисками, оснащенными специальными размалывающими элементами. Процесс рафинирования сопровождается сложными физико-химическими изменениями в структуре волокон, включая их укорочение, фибриллирование и увеличение удельной поверхности.
Принцип работы и конструктивные особенности
Рабочий процесс дискового рафинера основан на пропускании волокнистой массы в виде водной суспензии через зазор между размалывающими дисками. На рабочих поверхностях дисков располагаются размалывающие элементы в виде ножей или ребер, которые создают необходимые условия для механической обработки волокон.
Типы конструкций дисковых рафинеров
| Тип рафинера | Количество дисков | Особенности конструкции | Область применения |
|---|---|---|---|
| Двухдисковый с одним подвижным диском | 2 | Один диск неподвижный (статор), один вращающийся (ротор) | Размол целлюлозы средней жесткости |
| Двухдисковый с двумя подвижными дисками | 2 | Оба диска вращаются в противоположных направлениях | Интенсивный размол жестких волокон |
| Трехдисковый | 3 | Вращается средний диск, крайние неподвижные | Высокопроизводительный размол |
Параметры дисков и зазоров
Диаметр дисков и величина зазора между ними являются определяющими факторами эффективности процесса рафинирования. Современные промышленные установки оснащаются дисками диаметром от 600 до 1500 мм, что обеспечивает широкий диапазон производительности и возможность адаптации к различным типам сырья.
Зависимость производительности от диаметра дисков
| Диаметр дисков, мм | Площадь рабочей поверхности, м² | Производительность при 3% концентрации, т/сут | Оптимальная мощность двигателя, кВт |
|---|---|---|---|
| 600 | 0,57 | 5-15 | 60-120 |
| 800 | 1,01 | 15-30 | 100-200 |
| 1000 | 1,57 | 25-50 | 150-350 |
| 1200 | 2,26 | 40-80 | 250-450 |
| 1500 | 3,53 | 60-120 | 350-600 |
Влияние величины зазора на процесс рафинирования
Зазор между дисками регулируется в диапазоне 0,5-3,0 мм с точностью до 0,025 мм. Этот параметр критически важен для достижения требуемой степени помола и обеспечения стабильности процесса.
Площадь живого сечения (S) = Длина режущих кромок × Зазор между дисками
Для диска диаметром 1000 мм с зазором 1,0 мм:
S = 3,14 × 1000 × 1,0 = 3140 мм² = 31,4 см²
| Зазор, мм | Характер воздействия | Степень помола, °ШР | Применение |
|---|---|---|---|
| 0,5-0,8 | Интенсивное рафинирование | 50-60 | Производство высококачественной бумаги |
| 1,0-1,5 | Умеренное рафинирование | 30-45 | Производство газетной и офисной бумаги |
| 2,0-3,0 | Щадящее рафинирование | 20-30 | Производство картона и упаковочных материалов |
Концентрация массы и ее влияние
Концентрация волокнистой массы в дисковых рафинерах поддерживается в диапазоне 3-6%, что обеспечивает оптимальные условия для механической обработки волокон. Правильный выбор концентрации влияет на качество рафинирования, энергопотребление и производительность оборудования.
Влияние концентрации на различные типы целлюлозы
| Тип целлюлозы | Оптимальная концентрация, % | Удельный расход энергии, кВт·ч/т | Достигаемая степень помола, °ШР |
|---|---|---|---|
| Сульфитная целлюлоза | 4,0-4,5 | 90-160 | 40-55 |
| Сульфатная целлюлоза | 5,0-5,5 | 120-200 | 35-50 |
| Древесная масса | 3,0-4,0 | 60-120 | 25-40 |
| Макулатурная масса | 3,5-4,5 | 80-150 | 20-35 |
Коэффициент эффективности = (Достигнутая степень помола / Удельный расход энергии) × 100
Для сульфатной целлюлозы при концентрации 5,5%:
Кэфф = (45 / 150) × 100 = 30 единиц эффективности
Степень помола по Шоппер-Риглеру
Степень помола волокнистой массы измеряется в градусах Шоппер-Риглера (°ШР) и характеризует способность массы к обезвоживанию. Этот показатель является основным критерием качества рафинирования и напрямую связан с физико-механическими свойствами готовой продукции.
Диапазоны степени помола для различных видов продукции
| Вид продукции | Степень помола, °ШР | Характеристики бумаги | Время обезвоживания, с |
|---|---|---|---|
| Газетная бумага | 20-30 | Низкая плотность, высокая пористость | 15-25 |
| Офисная бумага | 30-45 | Средняя плотность, хорошая печатность | 25-40 |
| Мелованная бумага | 45-55 | Высокая плотность, гладкость | 40-60 |
| Картон | 15-25 | Высокая жесткость, прочность | 10-20 |
| Фильтровальная бумага | 55-60 | Максимальная плотность, минимальная пористость | 60-90 |
Технические характеристики и расчеты
Эффективная работа дисковых рафинеров требует точного расчета технологических параметров и учета множества взаимосвязанных факторов. Основными расчетными величинами являются производительность, удельный расход энергии и режущая длина дисков.
Расчет основных технологических параметров
Q = S × v × C
где: Q - производительность (т/ч), S - площадь живого сечения (м²), v - скорость потока (м/с), C - концентрация массы (%)
| Параметр | Формула расчета | Единица измерения | Типичные значения |
|---|---|---|---|
| Окружная скорость диска | V = π × D × n | м/с | 35-55 |
| Режущая длина | L = π × D × К | м | 500-2000 |
| Удельная нагрузка | N = P / Q | кВт·ч/т | 80-250 |
| Гидравлическое сопротивление | ΔP = ρ × g × h | кПа | 200-500 |
Важным аспектом проектирования является правильный выбор числа оборотов дисков. Современные рафинеры работают в диапазоне 450-1000 об/мин, при этом оптимальные значения зависят от диаметра дисков и типа обрабатываемого сырья.
Оптимизация процесса рафинирования
Достижение максимальной эффективности дисковых рафинеров требует комплексного подхода к оптимизации всех технологических параметров. Современные системы управления позволяют автоматически регулировать зазор между дисками, расход массы и энергопотребление в зависимости от требуемых характеристик готовой продукции.
Факторы, влияющие на эффективность рафинирования
| Фактор | Влияние на качество | Оптимальные значения | Методы контроля |
|---|---|---|---|
| Температура массы | Влияет на пластичность волокон | 40-60°C | Термометры, системы охлаждения |
| pH массы | Определяет склонность к набуханию | 6,5-8,0 | pH-метры, дозирование щелочи |
| Износ ножей | Снижает эффективность размола | Замена через 200-500 ч | Контроль удельного расхода энергии |
| Однородность подачи | Обеспечивает стабильность качества | ±2% от номинала | Расходомеры, регулирующие клапаны |
Современные тенденции и инновации
Развитие технологии дисковых рафинеров направлено на повышение энергоэффективности, улучшение качества продукции и снижение эксплуатационных затрат. Современные установки оснащаются системами автоматического управления, позволяющими в реальном времени корректировать параметры процесса.
Инновационные решения в конструкции рафинеров
Последние разработки включают применение сегментированных дисков с различной геометрией ножей, системы активного охлаждения и технологии предварительной обработки сырья паром. Особое внимание уделяется созданию энергосберегающих систем привода и оптимизации гидродинамики потоков внутри рафинера.
