автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона

Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет растительных полимеров

На правах рукописи

Осипов Павел Васильевич

Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона

05.21.03-технология и оборудование химической переработки биомассы дерева, химия древесины.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 8 Ш ?№

Санкт-Петербург 2008

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров и ЗАО «БАСФ» (г Москва)

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Смолин Александр Семенович

доктор химических наук, профессор Боголицын Константин Григорьевич

доктор технических наук, доцент Дубовый Владимир Климентьевич

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности», г Санкт-Петербург

Защита состоится «_/ 2008г в часов на заседании

диссертационного совета Д 212 23101 при ГОУ ВПО Санкт-Петербургский; государственный технологический университет растительных полимеров, по адресу 198095, г Санкт-Петербург, уд Ивана Черных, д 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУРП

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу 198095, г Санкт-Петербург, ул Ивана Черных, д 4

Автореферат разослан « г

Ученый секретарь диссертационного совета

Швецов Ю.Н

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современное бумажное производство немыслимо без эффективного использования различных химических продуктов в связи с повышением единичной мощности бумаго- и картоноделательных машин (БДМЖДМ), с переходом на производство продукции в нейтральной и слабощелочной среде, в том числе с карбонатом кальция Это требует разработки новых решений по применению клеев на основе канифоли, по удержанию наполнителя и мелкого волокна, повышению зольности бумаги По прогнозам, составляющая химических продуктов в бумаге существенно возрастет уже в ближайшие 10-15 лет с развитием многофакторной научной теории химической технологии бумажного производства и расширением ее практического использования как аксиомы, без знания которой невозможно добиться высокой рентабельности. В 2006 году в России химические добавки без учета сернокислого алюминия и крахмала составляли около 0,05% в пересчете на содержание сухого вещества в продуктах от составляющих бумажной продукции В технологии преобладает использование сернокислого алюминия и различных видов крахмала Недостаточное финансирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в отрасли, отсутствие направленного развития производства химикатов дая целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) не позволяет надеяться на коренное изменение в кратчайшие сроки в том числе в технологии производства Вместе с тем разработка новых эффективных технологий и новых видов продукции- в настоящее время одна из актуальных задач российской ЦБП для того, чтобы повысить конкурентоспособность и эффективность производства в целом с улучшением экологических параметров и использованием более дешевых полуфабрикатов Трудности реализации цели заключаются также в отсутствии отечественной литературы и научных обоснований и рекомендаций по этим вопросам, поскольку и в зарубежной науке по бумажной промышленности новые подходы начали провозглашаться только в последние 10-15 лет Объединенные в термин "химия мокрой части" машины,- а правильнее, "коллоидная и физическая химия бумажного производства", поскольку аналогичный подход справедлив и для технологий поверхностной обработки и облагораживания бумаги,- они должны означать комплексную, рациональную разработку технологических процессов с учетом машинных факторов и межмолекулярных взаимодействий компонентов массной композиции для всестороннего улучшения функционирования машин как по производительности, так и по качеству готовой продукции, учитывая экологические требования к производству.

Снижение массоемкости бумажной продукции и переработка макулатуры,- важные текущие задачи ЦБП, но чтобы максимально снизить зависимость машин от неоднородности вторичного сырья, потерь механической прочности волокнистых материалов, различного рода отложений и смоляных затруднений, эту задачу можно решать только с учетом знания изменений конкретных условий на всем потоке и в мокрой части БДМ/КДМ, с

учетом особенностей деятельности каждого предприятия Поскольку новые мощности в ЦБП практически не строятся, прирост выработки продукции возможен благодаря новому отношению к химическим продуктам и внедрению новых технологий с их использованием на БДМ / КДМ, их превращению в реальный активный фактор в обшей технологии производства Целью работы является разработка новых эффективных многокомпонентных систем химических вспомогательных веществ, новых технологий с их использованием на потоках БДМ / КДМ с учетом электрокинетических параметров массной суспензии и практическое внедрение результатов исследований на предприятиях ЦБП Исходя из этого, следовало выполнить следующие задачи:

• Установление взаимосвязи электрокинетических явлений и основных химико-технологических процессов производства с применением химических продуктов, разработка принципов выбора и применения химических продуктов для управления электрокинетическими и технологическими параметрами функционирования машин

• Разработка принципов снижения массоемкости продукции из макулатуры без потери или с улучшением качества готовой продукции применением химических вспомогательных веществ.

• Разработка и практическое применение многокомпонентных систем вспомогательных химических веществ в целях экономии различных материалов и ресурсов путем приспособления систем химикатов к конкретным технологическим условиям функционирования машин

• Разработка способов снижения смоляных затруднений на машинах

• Выявление принципов повышения эффективности процесса проклейки в массе клеями на основе канифоли и алкилкетендимеров

• Разработка и внедрение химической технологии производства ряда видов бумажной продукции на основе разработанных принципов новой технологии использования систем вспомогательных химических веществ на низкоскоростных и высокоскоростных БДМ / КДМ.

Научная новизна. Разработаны основы новой методологии оценки основных параметров химической технологии производства, позволяющей значительно повысить производительность машин и всесторонне улучшить эффективность их функционирования использованием взаимосвязи электрокинетических параметров бумажной массы и технологических процессов на машинах.

Получены электрокинетические характеристики бумажной массы из первичного сырья и макулатуры, установлены принципы их регулирования применением химических вспомогательных веществ

Предложены новые сочетания процессных химикатов с высокой энергией когезии химических групп и многокомпонентные системы химикатов на основе модифицированных полиэтилениминов (ПЭИ), полиаминов (ПАм), поливиниламинов (ПВАм), полиакрил амидов (ПАА) с линейной структурой макромолекул и с химическими связями между линейными цепями, разной молекулярной массы и катионной плотности заряда, разработаны принципы их подбора применительно к конкретным технологическим условиям функционирования машин.

Основные методические положения работы. Разработка систем химических ^вспомогательных веществ для химической технологии проводилась с использованием основных закономерностей электрокинетики коллоидных систем и гидродинамики волокнистых суспензий, а также современных методов статистики Основываясь на характеристике межмолекулярных взаимодействий, полимеров - энергии когезии,-. зависящей от молекулярной массы, химической структуры, наличия в полимере активных функциональных групп, выбраны для исследований и применены на практике химические продукты, способные образовывать прочные связи в первую очередь за счет водородных связей и дипольных взаимодействий отдельно либо совместно Для усиления таких эффектов были определены значимые факторы электрокинетического состояния бумажной массы, влияющие на энергию когезии химических продуктов, с целью управления этими факторами, в том числе выполнен анализ точек и методов, очередности подачи химических добавок на машинах Применительно к высокоскоростным БДМ/КДМ разработаны многокомпонентные системы для процессов фиксации -удержания - обезвоживания - упрочнения с многофункциональными добавками, устанавливающими прочные связи с частицами массы после воздействия усилий сдвига в процессе массоподготовки Для этого выявлялись конкретные, технологически обоснованные уровни катионной потребности, дзета-потенциала и потенциала течения, электропроводности и мутности массы и жидкой фазы для каждой машины на предприятиях

Измерения и автоматическое регулирование электрокинетических характеристик массы выполнены с использованием современного инструментария, нового для предприятий СНГ, в том числе установленного на машинах Предложена методика оценки водоотдачи и обезвоживания массной суспензии и эффективности химических добавок с целью повышения скорости машин Снижение содержания воздуха в массных композициях выполнено применением класса деаэраторов с дозировкой в массу средней концентрации Практическая значимость работы. Разработаны новые эффективные, сбалансированные многокомпонентные системы химических вспомогательных веществ с всесторонней экономией материальных и энергетических ресурсов на потоках БДМ / КДМ, со снижением массоемкости, повышением скорости и снижением холостого хода машин, улучшением экологических параметров деятельности предприятий С использованием современных методов статистического анализа обработаны результаты лабораторных и промышленных испытаний новых химических продуктов и новой химической технологии для выявления основных факторов, влияющих на производительное функционирование машин в конкретных условиях Воспроизводимость результатов показана практическими испытаниями на 57 машинах 30 предприятий ЦБП в России и на Украине и внедрением новой технологии полностью или частично на большинстве предприятий

Предложены новые процессные химикаты с высокой энергией когезии химических групп, практически решена проблема смоляных затруднений на машинах с использованием химической технологии по новой методологии.

Показано, что новые системы процессных химикатов помогают усилить эффект действия функциональных химикатов со снижением их удельного расхода, и на практике решен вопрос повышения эффективности применения катионного крахмала, клеев для проклейки в массе на основе канифоли и на основе алкилкетендимеров (АКД)

Предложены новые синтетические упрочнители на основе ПВАм, обладающие высокой адсорбционной способностью на вторичном волокне, которые в сочетаниях с ПЭИ и ПАА позволяют значительно повысить свойства механической прочности при существенном снижении массоемкости продукции

Выполнены новые исследования эффективности регулируемой проклейки в массе новыми клеями на основе АКД с амфотерным защитным коллоидом при применении их в производстве офсетной бумаги из целлюлозной композиции и тест-лайнера из макулатурной композиции

С применением новых химических продуктов на основе ПВАм показана возможность достижения нового качества по параметру "пористость бумаги и картона" из целлюлозной и макулатурной композиции

Разработаны новые рецептуры для поверхностной проклейки на новом оборудовании - пленочных клеильных прессах Представлен опыт работы по поверхностной обработке бумаги и картона, в том числе на новом для России оборудовании, что дает перспективную информацию по дальнейшему развитию оборудования и ассортимента продукции ЦБП

Реализация работы в промышленности. При непосредственном руководстве автором с использованием разработанных новых систем химических вспомогательных веществ с существенной экономией материалов и ресурсов, со значительным экономическим эффектом предложены и реализованы новые технологические регламенты производства газетной бумаги на OAO"Mondi Business Paper - Сыктывкарский ЛПК", производства тест-лайнера и гофробумаги на ОАО"Алтайкровля", НГР'Набережночелнинский КБК", ООО'ТЕермский Картон", производства влагопрочной бумаги на ОАО'Троицкая БФ" Промышленные испытания и внедрение новой технологии с эффектом ресурсосбережения выполнены на крупнейших бумажных предприятиях отрасли в СНГ при производстве разнообразного ассортимента продукции газетной бумаги на ОАО"Волга", тест-лайнера, гофробумаги и тарного картона на ОАО"Ступинский КПК", ОАО"Киевский КБК", 000"Измаильский ЦКК", офисной и ксероксной бумаги на OAO"Mondi Business Paper - Сыктывкарский ЛПК" Предложены новые технологии производства картона-основы для гипсокартона и газетной бумаги с наполнителем Результаты внедрения технологии вносились в технологические режимы производства полуфабрикатов и конечной продукции, включались в перспективные технические планы модернизации технологии и оборудования на предприятиях Результаты исследований и внедрения технологии публиковались в печатных изданиях России, Украины и Германии, освещались на семинарах для специалистов отрасли в СНГ

Апробация работы. Различные материалы были опубликованы в сорока семи печатных трудах, пяти авторских свидетельствах и трех патентах Основные

положения диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях''РАР-FOR" в 1996, 2000, 2002 и 2004 году в Санкт-Петербурге, всероссийских научно-технических конференциях и семинарах, организованных АО"Караваево", НПО'ЪумДревПром", СПбГТУРП, концернами"ВА8Г'и "Voith", фирмой "OMYA" Публикации. По теме диссертации опубликовано 36 работ Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов, списка библиографии - 254 наименования, 245 рисунков, 33 таблиц Диссертация включает 292 страницы основного текста

На защиту выносятся следующие результаты работы:

• Разработанные принципы многокомпонентных систем химических вспомогательных веществ для картонно-бумажного производства на основе результатов экспериментальных исследований взаимосвязи электрокинетических характеристик бумажной суспензии с химико-технологическими процессами при массоподготовке и в мокрой части БДМ/КДМ

• Определение и классификация массных суспензий по величине катионной потребности, принципы регулирования электрокинетических параметров путем применения процессных химикатов и принципы их подбора в зависимости от параметров электрокинетического состояния массы, методы расчета обезвоживающей способности массы

• Принципы практического решения проблемы смоляных затруднений на производстве путем применения специальных фиксаторов смолы

• Результаты экспериментальных исследований по повышению эффективности проклейки в массе целлюлозной и макулатурной композиции клеевыми составами на основе АКД, принципы повышения эффективности проклейки канифольными клеевыми дисперсиями и повышения эффективности применения крахмалопродуктов с помощью процессных химикатов

• Новая химическая технология производства газетной бумаги и влагопрочной бумаги, основы для гипсокартона, тест-лайнера и гофробумаги с применением многокомпонентных систем фиксации-удержания, а также использованием новых синтетических упрочнителей

В диссертационной работе решена важная научная тема разработки новых

технологических решений, позволяющих повысить производительность

БДМ/КДМ разной мощности с экономией энергоресурсов и различных

материалов.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы Показана важность теоретической и практической работы по разработке и внедрению новых систем химических вспомогательных веществ для химической технологии картонно-бумажного производства

В первом разделе рассмотрены цифры российского бумажного производства и использования продуктов химии. Менее одного процента от компонентов бумаги и картона на сегодня составляют все химикаты в пересчете по содержанию сухого вещества в каждом продукте и только около 0,05% - синтетические полимерные добавки (Рисунок 1)._

Применение групп синтетических добавок в бумажном производстве России, %

0,93

И Клеи доя массной и

поверхностной проклейки

0 Химикаты для удержания

□ Красители и отбеливатели

□ Фиксаторы

■ Связующие

□ Смолы для влагопрочностн Б Синтетические у проч нители

□ Деаэраторы и пеногаситсли

■ Остальные

Рисунок 1: Применение синтетических добавок в бумажном производстве России.

Рассмотрены главные тенденции в мировой ЦБП и эффективность работы машин по материалам и по времени, в том числе сроки службы одежды машин и качество продукции, энергетические затраты и экологические параметры функционирования. Помимо вида волокна, наполнителей, параметров механического воздействия и непосредственно машинных факторов, средствами активного воздействия на продуктивность являются химические добавки Как неотъемлемая часть современной технологии производства бумаги и картона,условно химикаты разделяют на две группы: улучшающие производительность машин и улучшающие качество продукции (Таблица 1).

Химические продукты для фиксации и удержания, обезвоживания и формования, деаэраторы и пеногасители, а также биоциды и химикаты для промывки сукон и сеток машины влияют на производительность машины (процессные химикаты), а проклеивающие реагенты, компоненты для мелования,красители и оптические отбеливатели, упрочнители бумаги и картона во влажном и сухом состоянии, минеральные наполнители помогают изменить потребительские свойства продукции (функциональные химикаты). Рассмотрены мировые тенденции в использовании химических продуктов Выполнен анализ химических групп с точки зрения их энергии когезии. Разработана контрольная карта эффективности работы машин и предложены общие принципы повышения производительности машин

Таблица 1

Основные химико-технологические процессы _в мокрой части машин и на клеильном прессе._

■ Фиксирование и удержание, обезвоживание и формование,

■ Деаэрирование и пеногашение,

■ Нюансировка красителями и окрашивание,

■ Массная проклейка,

■ Поверхностная проклейка и мелование на клеильном прессе,

■ Придание прочности в сухом состоянии,

■ Придание прочности во влажном состоянии,

» Придание продукции определенной зольности,

■ Диспергирование красителей и наполнителей,

■ Промывка одежды машин,

* Биоцидная обработка массы и оборотной воды, суспензий крахмала_

Исследования, кроме анализа цикла водооборота машин, баланса воды и волокна, включают анализ электрокинетических параметров массы по потоку " Дзета-потенциала поверхности или потенциала течения,

■ Катионной потребности массы,

■ Электропроводности суспензии,

■ Мутности жидкой фазы

Из-за высокой концентрации анионных мешающих веществ в бумажной массе возможна широкая вариация значений не только степени проклейки, но и удержания мелкого волокна и наполнителя, прочности в сухом и влажном состоянии, что приводит к повышенной обрывности в мокрой части При этом возможны два явления

а) флуктуация эффективности химических продуктов в мокрой части,

б) флуктуация заряда частиц волокна и наполнителя

В первом случае напрямую возрастает холостой ход в мокрой части, а отложения в мокрой части и сушке со временем все в большей мере влияют на эффективность работы машины, во втором- низкая начальная прочность полотна во влажном состоянии вследствие нестабильности связей, как между волокнами, так и между волокнами и химикатами, ухудшает процесс проводки полотна в прессовой части, приводит к коллоидной неустойчивости различных "смоляных" частиц и их укрупнению по размерам - к агломерации на прессах и в сушильной части, что в конечном итоге также ведет к росту числа обрывов Поэтому химические добавки несбалансированной системы удержания могут сдвигать процесс образования отложений от мокрой части машины к сушке

На основе выполненных исследований взаимосвязи электрокинетических параметров бумажной массы с химико-технологическими процессами разработаны принципы повышения производительности машин Принципы повышения производительности " Предварительная обработка массы фиксирующим агентом, контроль отложений

■ Применение приспособленной системы удержания волокна и наполнителя, продуктов проклейки и упрочнения, обеспечение стабильных условий формования

■ Выбор наилучших точек подачи химикатов с учетом особенностей технологической схемы.

■ Обеспечение совместимости химикатов и позитивного синергизма их действия

Процессы фиксации, удержания, упрочнения, обезвоживания и формования представлены в зависимости от параметров электрокинетического состояния бумажной массы Одновременно изменение этих параметров показано во взаимосвязи с различными машинными и технологическими факторами Рассмотрены механизмы упрочнения структуры бумаги и картона, в том числе с использованием новых синтетических добавок на основе поливиниламина (ПВАм), процессы деаэрирования и проклейки массы. Представлен анализ факторов с примерами из практики, влияющих на результаты проклейки с клеями на основе алкилкетендимеров (АКД), выполнены исследования реакции АКД с различными волокнистыми композициями

Из анализа работы предприятий по уровню катионной потребности (в мг ПолиДАДМАК / л) волокнистая суспензия разделена на четыре класса

• низкая - до 200 мг/л

• средняя - 200 - 500 мг/л

• высокая - 500 - 1000 мг/л

• очень высокая - свыше 1000 мг/л

Для достижения одного и того же уровня удержания на сетке машины мелкого волокна при разной концентрации мешающих веществ требуется разный расход полимеров (Рисунок 2)

Показано, что для повышения производительности машин требуется выполнение ряда обязательных технологических условий (Таблица 2)

Таблица 2

Технологические условия для повышения производительности машин

1. На основе эффективной системы фиксации-удержания

• Мониторинг потока воды, чистоты машины и водооборота,

• Мониторинг потоков мелкого волокна и наполнителя,

• Оптимизация формования и обезвоживания, влагопрочности полотна

2. На основе стабильности электрокинетических характеристик при массонапуске

• Снижение холостого хода машин и потерь продукции при ее переработке,

• Стабильность качества продукции и стабильность химико -технологических параметров функционирования машин

Представлен общий принцип нейтрализации и фиксирования анионных загрязнений применением полимеров-фиксаторов По этой концепции начальное взаимодействие имеет место между поликатионным фиксирующим агентом и полианионным мешающим веществом и таким образом формируется

полиэлектролитный комплекс с положительным зарядом. Далее этот комплекс фиксируется на волокне (Рисунок 3). Правильный выбор фиксатора по плотности заряда, молекулярной массе и химической структуре обеспечивает достаточную прочность связей фиксирования, особенно на быстроходных машинах с интенсивной гидродинамикой потоков массы и усилий сдвига в мокрой части.__

Влияние уровня катионной потребности массы на расход средств удержания Удержание

%

70

60

50

40

Катионная потребность = 260 мг/л Электропроводность = 600 мкС.им/см ^^

________ •

""*"*" Катионная Элсктропр! потребность = 460 мг ¡водность = 600 мкС* /л м/си -1

02

0,4

0,6

0,8 кгоУт 1

Рисунок 2: Расход полимеров и удержание мелкого волокна

в зависимости от уровня катионной потребности массы.

Показано, если дозировать фиксирующий агент с постепенным повышением его расхода и измерять прозрачность дисперсионной среды в каждом варианте дозировки, то на диаграмме"ттрозрачностъ фильтрата - расход фиксирующего агента" до определенной дозировки происходит снижение прозрачности, а затем скачкообразное ее повышение (Рисунок 4).

Полиэлектролитный Поверхность Зафиксированный

комплекс волокна комплекс

Рисунок 3: Механизм фиксирования полиэлектролитного комплекса на волокне.

Такой характер диаграммы означает, что на первом этапе происходит формирование полиэлекгролитного комплекса, а далее его фиксирование на дисперсной фазе. Следующим этапом после фиксирования должно быть удержание образованного комплекса в бумажном полотне так, чтобы не происходило его разрушение с последующими отложениями на разных участках машины. Сложившаяся подобранная двух - трехкомпонентная система процессных химикатов позволяет стабилизировать электрокинетические параметры массной суспензии, соответственно, условия формования в мокрой части машин и качество готовой продукции, создать предпосылки для снижения холостого хода машин (Рисунок 5).

Изменение мутности фильтрата

Рисунок 4: Изменение мутности фильтрата массы в процессе внедрения новой химической технологии.

Одновременно из графиков исследований можно сделать вывод, что при внедрении новой технологии есть период времени до начала эффективного

действия системы химикатов. В зависимости от схемы водооборота предприятия, его продолжительность по данным практики может составлять от одних до семи суток. Рассмотрен процесс удержания мелкого волокна и наполнителя во взаимосвязи с электрокинетическими характеристиками, мостиковый и мозаичный механизмы удержания, методы оценки обезвоживания массы при использовании различных химических продуктов и их сочетаний. На основе понятия энергии когезии химических групп вспомогательных веществ обоснован выбор химикатов для технологии, в том числе многокомпонентных систем для высокоскоростных машин. Поскольку одновременно со снижением молекулярной массы уменьшается и энергия когезии функциональных групп химикатов, для компенсации необходимо найти продукты с энергетически более активными химическими группами и плотностью заряда. Наиболее эффективно использовать сочетания разных по свойствам химических добавок, разной химической структуры. Причем если продукты имеют функциональные группы с высокой энергией когезии и низкую молекулярную массу, они обладают большей активной поверхностью взаимодействия с частицами массной композиции, в том числе анионными мешающими веществами, массным клеем, крахмалом, мелким волокном, также улучшая связи в формирующемся полотне с лучшим просветом. В результате самой эффективной может быть как минимум двухкомпонентная система средств фиксации - удержания. Рекомендованы принципы выбора химических продуктов фиксации - удержания по плотности заряда и молекулярной массе для технологии при разных условиях производства. Менее интенсивное флокулирование волокон и агломерирование присутствующих анионных веществ способствует в данном случае лучшей адсорбции цепочек ПАА прежде всего на мелких фракциях волокна и вытеснению-перегруппировке ассоциатов

Рисунок 6: Взаимосвязь молекулярной массы и плотности заряда химических вспомогательных веществ с формованием бумажного полотна.

В аналогичных условиях при тестах с катионными ПАА, у которых линейные цепи имеют связи между собой,- поэтому нельзя известными способами измерить молекулярную массу полимера,- так что молекулы более устойчивы к высокой электропроводности массы, но не к высокой катионной потребности, выявился тренд лучшей водоотдачи массы при использовании продуктов с более высокой плотностью заряда Вероятно, причина в том, что флокулы более однородны по размерам, адсорбция такого типа ПАА выше и прочнее на длинноволокнистых фракциях, а "мостики" с частицами волокна простираются гораздо дальше, чем у ПАА с линейными макромолекулами

Показано влияние молекулярной массы и плотности заряда химических вспомогательных веществ на процесс формования полотна как следствие удержания, флокулирования и обезвоживания(Рисунок 6)

Предложена методика оценки обезвоживающей способности массной суспензии Вместо обычного метода с выстраиванием диаграммы зависимости "время т, сек = ? ( объем отобранного фильтрата V, мл)" предложено использовать зависимость V = Г (т) Из результатов обработки практических измерений такие графики с помощью компьютерной программы МаШСАБ с достоверностью 95% описываются при положительных значениях

аргумента полиномом третьей степени типа V = К1Т3 + кг т 2 + кз т

Определив производную «IV / сЬ из соответствующего уравнения-полинома, строятся графики изменения скорости водоотдачи по вычислениям данных на Б ДМ / К ДМ при применении сочетаний полимеров. По таким графикам можно оценить скорость как в начальной стадии обезвоживания массы, так и далее в динамике. Другой формой диаграммы может быть график <1У/с1т = Г (V) (Рисунок 7) В уравнении Козени-Кармана, характеризующем скорость фильтрования через фильтрующую перегородку, производная (IV / <1т зависит от режима работы оборудования и параметров волокнистого слоя, в значительной степени от его пористости, уменьшение которой резко повышает сопротивление обезвоживанию, а также от свойств сжимаемости слоя Таким образом, по данным статистики и выполненным диаграммам можно судить о влиянии сочетаний химических добавок по всей мокрой части машины на эффект водоотдачи массой и в целом обезвоживания

Качественное формование означает получение микрофлокул бумажной массы, флокулянты и другие удерживающие/обезвоживающие химические продукты имеют при этом как положительное, так и отрицательное влияние При микрофлокулировании можно получить дополнительный эффект обезвоживания в прессовой части Если полотно содержит макрофлокулы твердой фазы, то под давлением в зонах прессования идет их сжатие, а после снятия давления силы упругости волокна стремятся вернуть форму флокул, которые впитывают воду и воздух в полотно Такой неоднократно повторяющийся процесс может значительно влиять на качество конечной продукции Задача химикаты должны обеспечивать качественное формование Для экспресс-анализа водоотдачи массы предложены диаграммы относительной водоотдачи массы в координатах " Тн / Тт - VI, мл", где

Тн - время истечения VI- объема жидкости до применения химических

добавок, сек,

Тт - время истечения VI- объема жидкости с применением химических добавок, сек,

VI - объем отбираемого из аппарата фильтрата, мл. По практическим данным представлены зависимости обезвоживания и водоотдачи от электрокинетических параметров массы, как на Рисунках 8,9.

Скорость водоотдачи йУ/дх = Г (УО

Рисунок 7. Скорость водоотдачи массы из напорного ящика Б ДМ.

Зависимость водоотдачи пассы от электропроводности

300 500 700 900 ¡100 1300

электропроводность, мкСим/см

Рисунок 8: Зависимость водоотдачи массы от величины электропроводности.

С улучшением водоотдачи, по данным измерений электрокинетических параметров массы, до оптимального уровня, снижением расхода энергоресурсов, повышением сухости полотна после мокрой части и повышением прочности полотна во влажном состоянии появляются условия

15

для того, чтобы адекватно повысить скорость БДМ / КДМ. Такой комплексный подход к вопросу подъема производительности показывает роль химической технологии как важного, активного фактора воздействия на результаты функционирования машин в целом.

Рисунок 9: Зависимость относительной водоотдачи массы из напорных ящиков БДМ/КДМ от уровня катионной потребности.

По требованиям производства часто важно повысить внутренние и поверхностные прочностные свойства конечной продукции, чтобы обеспечить надежность функционирования машины на оптимальной скорости. Предложены как известные, так и новые принципы упрочнения внутренней структуры бумаги и картона:

■ Самостоятельное или совместное применение натуральных и новых синтетических упрочнителей с высокой энергией когезии с дозировкой в массу или на поверхность полотна, либо комбинированием в массу и на поверхность.

■ Использование принципа аддитивности новых высококатионных продуктов (фиксирование с фиксатором - удержание и упрочнение с фиксатором в двухкомпонентной системе).

■ Использование функциональных и процессных химикатов разного заряда (катионный-анионный), различной химической природы ("крахмал-ПАА", "крахмал - полиамидоаминэпихлоргидриновая смола"), новых систем "ПВАм-ПАА", "ПВАм-ПЭИ" с высокой энергией когезии продуктов.

■ Использование принципа контрастности зарядов химикатов при совместном применении (сильнокатионный-сильноанионный) для

перегруппировки связей между волокнами, исходя из того, что новое связеобразоваиие будет основано на оптимальном энергетическом минимуме и образуется более прочный комплекс связей.

■ Учет собственной анионности компонентов бумажной массы для более прочного связеобразования; вероятно, поверхность бумагообразующих волокон, мелкого волокна, гемицеллюлоз, фибрилл ограничена для применения высокой дозировки химических продуктов, поэтому надо усилить фибриллирование волокон на стадии размола, найти новые химикаты и пути преобразования связей между компонентами массы. Последнее объясняется тем, что применение одного продукта для упрочнения (катионный крахмал, катионный или анионный ПВАм, катионный ПАА) недостаточно эффективно, поскольку результат упрочнения ограничивается

- реверсией заряда (возможностями заряда поверхности волокна),

- энергией когезии одного продукта, ограниченным количеством и ограниченной поверхностью фибрилл,мелких волокон и анионно заряженных гемицеллюлоз,

- фактором, что избыточное количество катионного или анионного упрочнителя не имеет анионного или катионного партнера, чтобы взаимодействовать и формировать высокоэффективные и прочные комплексы с компонентами массы.

Выделены два важных управляемых процесса, влияющих на связеобразоваиие: катионная потребность массы и размол или фибриллирование волокна(Рисунок 10)._

Формирование прочности в сухом состоянии

Рисунок 10: Формирование прочности в сухом состоянии на примере водородных связей упрочнителя с волокном.

Важным моментом в процессе формования полотна является освобождение связанного с волокном воздуха. Частицы воздуха и пена приводят к флотации мелкого волокна; с мелочью в свою очередь связано до

70% дозируемых химикатов, то есть повышенное воздухосодержание массы влияет в целом на эффективность работы машин Современные Б ДМ/К ДМ оснащены оборудованием деаэрации массы, так что удается снизить общее содержание до ограниченного минимума, но все же не ниже 0,5 - 1,0 объемных процента Дозировка в массу средней концентрации специального деаэратора позволяет снизить содержание адсорбированного и растворенного воздуха в массе до минимума Движущей силой деаэрации массы является увеличение поверхностного натяжения жидкости на границе раздела фаз"воздух-вода", что в конечном итоге приводит к увеличению частиц пены, "пузырьков" воздуха до их разрушения

Рассмотрены вопросы технологии проклейки в массе клеями на основе АКД и алкенил-янтарного ангидрида (АСА). Отмечено, что в условиях средней и выше катонной потребности массы, если отсутствует надежная система фиксации и удержания, нет оснований для стабильной проклейки как с канифольными клеями, так и с АКД - и АСА- клеями Подробно рассмотрены факторы эффективного использования клеев на основе АКД с результатами практических испытаний с выдачей рекомендаций

По результатам выполненных исследований реакции АКД-клея с волокнистыми композициями при производстве двух разных видов бумажной продукции* офсетной бумаги массой 1 м2 50, 65, 90, 120 грамм из 100% беленой сульфатной хвойной и лиственной целлюлозы с химически осажденным карбонатом кальция в качестве наполнителя, с зольностью 12 16% (Рисунок 11), и тесг-лайнера массой 175 г/м2 из 100% макулатуры разных сортов,- сделаны следующие выводы

■ В обоих практических случаях результат проклейки определяет содержание химически связанного с волокном АКД

■ Если в случае офсетной бумаги химически не связанный АКД не влияет на результат проклейки, то при производстве тест-лайнера отрицательно влияет на показатель впитываемости продукции

• С ростом содержания гидролизованного АКД в готовой продукции результаты по впитываемости ухудшаются и приводят к эффекту исчезающей проклейки

■ С ростом зольности офсетной бумаги выше доля химически связанного АКД, доля этой части АКД в тест-лайнере ниже, чем в офсетной бумаге, в целом для проклейки тест-лайнера требуется примерно на 20% АКД-клея по дозировке больше даже при эффективном удержания клея

В российскую практику автором внедрены новые эффективные АКД-клеи с амфотерным защитным коллоидом, - новый класс продуктов,- что особенно важно в производстве ксероксной и других офисных видов бумаг в сочетании с поверхностной проклейкой Они имеют высокую концентрацию и могут содержать 150-200% защитного коллоида относительно АКД-воска, что значительно ограничивает тенденцию гидролиза и миграции частиц АКД по сравнению с традиционными клеями В присутствии анионных загрязнений применение блокирующего фиксирующего агента активизирует действие

химикатов с мостиковьгм механизмом действия (крахмала, ГГАА), в том числе и в отношении лучшего удержания частиц АКД-клеев на волокнах.

и удержания АКД.

Во вторам разделе рассматриваются вопросы ресурсосбережения на основе принципов рациональной химической технологии, в том числе с использованием известных вспомогательных химических продуктов для улучшения электрокинетических параметров массной композиции по всему потоку производства, улучшения условий функционирования машин; в частности, с применением хелатирующих реагентов в цехах подготовки полуфабрикатов. Подробно представлены механизмы взаимодействия катионных фиксирующих добавок и крахмалопродуктов для снижения расхода последних и повышения их эффективности действия, так как использование катионных крахмалопродуктов, в первую очередь для упрочнения структуры полотна, ограничивается довольно низким собственным удержанием на волокне, особенно на вторичном, не превышающем 40 - 60%, даже при благоприятных условиях производства. Добавки вспомогательных фиксирующих веществ позволяют повысить удержание катионного крахмала вплоть до 90% с ростом механической прочности полотна либо снизить дозировку крахмалопродуктов в массу. В случае высокой катионной потребности массы отрицательно заряженные частицы анионных мешающих веществ препятствуют взаимодействию молекул катионного крахмала с волокном, а высокая электропроводность мешает адсорбции катионных химических веществ на волокне и повышению как собственно общего удержания, так и удержания крахмала. Вместе с тем крахмалопродуюы могут эффективно использоваться для повышения механической прочности бумаги и картона из первичных и вторичных полуфабрикатов при совместной дозировке с катионными фиксаторами в массу. При этом возможны два варианта усиления действия крахмала с их помощью:

■ Повышение плотности заряда крахмала за счет взаимодействия катионного полимера с анионными фосфатными группами,

■ Нейтрализация анионных мешающих веществ в массе за счет катионных

химических добавок и повышение таким образом адсорбции крахмала на

волокне

Рассмотрена взаимосвязь ресурсосбережения с эффектами синергизма действия химических продуктов Под термином "синергизм действия" химических продуктов подразумевается повышение положительного эффекта химико-технологического процесса от совместного действия химикатов

В третьем разделе рассмотрены вопросы совершенствования точек дозирования химических продуктов с целью повышения эффективности действия, применение новых синтетических упрочнителей вместо натуральных и совершенствование технологии проклейки клеями на основе канифоли с фиксирующими и удерживающими клей добавками на основе модифицированного ПЭИ и ПВАм Показаны преимущества дозировки химических продуктов в одной плоскости разреза коллектора напорного ящика Б ДМ, в разные точки по длине коллектора, совместной дозировки двух совместимых компонентов разной химической структуры в одну точку дозировки

На ряде российских и украинских предприятий крахмал впервые был успешно заменен на синтетический упрочнитель на основе ПВАм Программа первичных исследований на производстве включала различные варианты по точкам дозирования упрочнителя и применения процессных химикатов в технологии ПВАм, модифицированного ПЭИ, ПАА. Технология стала успешной, несмотря на присутствие только катионно заряженных веществ, показатели механической прочности гофробумаги и картона повысились на 50 - 80% Сильная замкнутость цикла водооборота с расходом свежей воды не более 6-13 м3/т повышала анионность системы, так что действие продуктов ПВАм и модифицированного ПЭИ на каждом этапе способствовало эффекту упрочнения без перезарядки поверхности волокна При добавке синтетического упрочнителя к напорному ящику вместе с ПЭИ, а также в массу средней концентрации после смесительного насоса, исключив из системы удержания катионный ПАА, выявились два положительных, можно сказать, последовательно связанных фактора, которые обусловили наиболее эффективное действие упрочнителя

а) обработка макулатурной массы средней концентрации частицами высококатионного, с низкой молекулярной массой, с высокой энергией когезии ПВАм способствовала нейтрализации и фиксации анионных веществ, что обеспечило более мелкие, мягкие, однородные флокулы, увеличенную поверхность взаимодействия волокон, и инициировало не столь быстрое, как в крафт-целлюлозных композициях, мостикообразование с новым упрочнителем,

б) после рефлокулирования,- в результате прохождения массы через насосы и сортировки, после разбавления,- волокна за счет водородных и других типов связей взаимодействовали с микрочастицами модифицированного ПЭИ с созданием микрофлокул, так что мостиковая связь волокна и упрочнителя

стала более прочной вследствие большей поверхности взаимодействия и перехода адсорбированной на волокне воды в свободное состояние На основании выполненной работы сделаны следующие выводы

■ Использование синтетического упрочнителя по эффекту адекватно упрочняющему действию крахмала

■ Синтетический упрочнитель более эффективен, чем натуральный, вследствие высокого собственного удержания и прочности связей с волокном.

■ Совместное применение натурального и синтетического упрочнителей снижает затраты на химические продукты

■ Предпочтительным местом дозирования синтетического упрочнителя для данных конкретных условий производства является коллектор напорного ящика К ДМ с достижением лучшего качества формования полотна, либо равномерное распределение его дозировкой в массу средней и низкой концентрации

■ В двойной системе удержания синергетический эффект синтетического упрочнителя на основе ПВАм выше, чем эффект использованного ПАА, если иметь в виду свойства механической прочности продукции, формование и удержание на сетке машины

Хотя в России преобладает выполнение процесса проклейки в кислом диапазоне рН, мировая тенденция движения к нейтральному интервалу, в том числе с клеями на основе канифоли, находит реализацию и в нашей стране Учет особенностей их применения позволяет снизить затраты на химические продукты и очистку сточных вод Представлены результаты промышленного применения продуктов на основе модифицированного ПЭИ и ПВАм, ПАА и ПВАм в процессах канифольной проклейки массы с экономией канифоли и глинозема, стабилизацией и приростом качества многослойного тест-лайнера и двуслойного картона-лайнера из древесной массы При выборе химических вспомогательных веществ для технологии учитывалось, что более высокий катионный заряд и низкая молекулярная масса химического продукта повышает вероятность его прямого взаимодействия с поверхностью волокна, а более низкий катионный заряд и высокая молекулярная масса увеличивает вероятность начального взаимодействия в жидкой фазе со всеми коллоидными веществами, включая частицы канифольного клея, таким образом, высока вероятность агломерации анионных мешающих и смоляных веществ из жидкой фазы при применении ПАА самостоятельно и, соответственно, вероятность снижения эффективности работы машины Во втором случае оптимизация расходов химиката с большей энергией когезии и большими возможностями образования водородных связей (высококатионный ПВАм) и химиката с лучшей флокулирующей способностью (низкокатионный ПАА) позволила полностью исключить канифольный клей при улучшении и стабилизации впитываемости картона, снизить расход глинозема в 3,5 - 4 раза, повысить свойства механической прочности картона-лайнера (Рисунок 12).

Изменение расхода химикатов на основной слой

ши Клен канифольный —J Алюмнннн сернокислым

-чй—ПВАм —О—ПАА

Рисунок 12: Изменение расходов ПВАм и ПА А в процессе производства

картона-лайнера из древесной массы при оптимизации качества.

Четвертый раздел посвящен внедрению результатов исследований и практической оптимизации химической технологии в мокрой части машин при производстве стандартной газетной бумаги на предприятии ОАСГВолга", стандартной и улучшенного качества газетной бумаги на ОАО "Mondi Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК", влагопрочной бумаги на ОАО'Троицкая БФ" Раскрыта концепция повышения скорости машин. В разработанной методике с применением многофакгорного статистического анализа особый упор делается на такие значимые процессы и факторы, как приспособленная эффективная система удержания, обезвоживание и катионная потребность массы, сухость и влагопрочность бумажного полотна после прессовой части

На основе исследований составлена диаграмма для выбора химических продуктов фиксации-удержания-упрочнения с ростом кагионной потребности и электропроводности массы (Рисунок 13). Рассмотрены направления улучшения качества и ассортимента газетной бумаги. На примерах совершенствования химической технологии производства газетной бумаги показаны возможности роста эффективности работы машин. Направления развития производства газетной бумаги в мире предусматривают использование катионного крахмального клея, как упрочнителя структуры полотна, и двухкомпонентной системы удержания из продуктов ПЭИ и ПАА с линейными молекулярными цепочками. Автором эти системы дополнены фиксирующим агентом с использованием минимальной дозировки крахмала или без его использования, применены новые ПАА с разветвленной структурой макромолекул и продукты на основе ПВАм вместо ПАА.

22

—г

Продукты Фиксации-Удержания-Упрочнения с ростом катионной потребности и электропроводности

Плотность заряда

массы

Молекулярная масса

в ы с о к и й

с р

Е

д

II

и

й

н и

3

к и й

уровень

15-20 мэкв/г

10-15 мэкв/г

8-10 мэкв/г

6-8 мэкв/г 4-6 мэкв/г 2-4 мэкв/г

2 мэкв/г 0 мэкв/г •5 мэкв/г

ПОХА ПЭИ ПВЛм

ПЭИ ПАм ПВАм Крахмал

I

t

ПАЛ ПВАм

Унрочнемие, (2хкч>М110нент*| cilcre%{g

Силмкалоль

500

1000

250

500

IIAA ПВАм Крахмал

it'll Iff.

[онентная

ПЭИ ПАм ПВАм Крахмал

ПОХА ПЭИ ПВАм Силиказоль

Катнонная потребность, мг ПолиДАДМАК/л

Электропроводность. микроСименс/см

>10 млн до 10 млн > 5-7 млн

5-7 млн 3-5 млн 1,5-2 млн

1- 1,5 млн 0,2 -1 млн < 0,2 млн

Рисунок 13 .Диаграмма для выбора продуктов фиксации-удержания-упрочнения с ростом катионной погребности и электропроводности массы.

Целенаправленная работа по внедрению новой технологии в цехе производства полуфабрикатов и на БДМ-15 ОЛСГМопсН Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК" с использованием многофакторного статистического анализа привела к существенному экономическому эффекту и приросту скорости машины для всего ассортимента продукции: газетной бумаги 45 г/м2, 48,8 г/м; и типографской бумаги 55, 60 г/м2 (Рисунок 14). Выявление роли каждого химического компонента в технологии способствовало всестороннему улучшению работы машины. Высокие уровни катионной потребности и электропроводности массы, начиная от полуфабрикатов и на стадиях подготовки массы на машине, были резко снижены (Рисунок 15). Новая химическая технология по всему потоку "БДМ-15 / цех полуфабрикатов" позволила существенно улучшить показатель пыл им ости газетной бумаги при печати. Дополнительно производство бумаги повысилось за счет снижения холостого хода и внеплановых простоев.

Благодаря выполненным технико-технологическим мероприятиям уровень катионной потребности массы стал благоприятным для функционирования машины и для снижения дозировки химикатов. Расход химических продуктов фиксации-удержания непосредственно на БДМ по удельным затратам снизился в 1,5 - 2,0 раза, не менее 6,0 кг с.в./час.

Скорость

Традиционная технология

Новая технология

Рисунок 14: Повышение скорости БДМ-15.

г/м2

045

□ 48,8

□ 55

□ 60

Рисунок 15: Изменение катионной потребности массы на БДМ-15.

ЕЗ Пероксидная

ЕШ 11ероксидная; Новая технология на БДМ

1200

Изменение катионной потребности массы при различной химической технологии на БДМ

1 ООО 800

600

ХТММ БДМ-15 ХТММ

БДМ-15

Новые точки дозирования, подбор химикатов с учетом их синергетических эффектов, использование экологически безопасного фиксатора - это новое в технологии влагоггрочных видов бумаг для упаковки пищевых продуктов с относительной влагопрочностью 12 - 30% на ОАО'Троицкая БФ".

С изменением точек дозирования и порядка подачи химикатов, внедрением системы фиксации-удержания изменился принцип взаимодействия клея с волокном, как и ход реакции этерификации между алкилкетендимером и волокном, соответственно, но в положительную сторону. Частицы АКД-клея с

амфотерным защитным коллоидом стали иметь более благоприятные условия для участия в прямой реакции с волокном.

GSD 12.738 Г~1 14,251 Г~1 15,764

I-1 17,277

I-1 18,791

I 1 20,304 Г~1 21,817 ГП 23,330 ЕЕ) 24.844

Относительная

влагоп роч ность

Во-вторых, применение экологически безопасной,- без содержания свободного, не связанного формальдегида,- полиамидоаминэпихлоргидриновой смолы (ПАЭХГС) также способствовало лучшему эффекту упрочнения бумаги во влажном состоянии со значимо меньшим расходом реагента. Достигнута высокая корреляция между суммарным расходом фиксирующего агента и ПАЭХГС в единицах сухого вещества и относительной влагопрочностью, что указывает на сбалансированность технологии, в отличие от начального электрокинетического состояния волокна в технологии, когда не удерживавшаяся большая часть смолы способствовала перезарядке поверхности волокна. Разработанная оптимизационная диаграмма расхода химических компонентов и влагопрочности бумаги позволила найти правильные дозировки химических продуктов с учетом параметров электрокинетики массы, когда дзета- потенциал поверхности беленого целлюлозного волокна и потенциал течения остаются отрицательными гораздо ниже изоэлектрической точки (Рисунок 16). Благодаря новому маркетингу предприятие расширило ассортимент выпускаемой продукции, освоив производство влагопрочной бумаги массой 30 - 40 г/м2 на рекордной скорости 520 - 505 м/мин. За период работы rio новой технологии скорость машины выросла для всего ассортимента

В пятом разделе отдельно рассмотрены вопросы пракгического внедрения рациональной технологии на предприятиях с переработкой макулатуры: ОАСГАлтайкровля", ОСЮ"Пермский Картон", ОАО"Ступинский КПК", ОАСГКиевский КБК".

агента/т ПАЭХГС/т

Рисунок 16: Оптимизационная диаграмма влагопрочности.

Полностью модернизирована технология на ОАО"Алтайкровля" с химикатами вместо канифольного клея с большим расходом сернокислого алюминия применением АКД-клея, ПВАм-фиксатора, синтетического упрочнителя в сочетании с модифицированным ПЭИ или низкокатионным ПАА вместо натурального крахмала, в зависимости от задач, решаемых производством Пункты себестоимости вырабатываемого гофрокартона изменились полностью, в том числе по затратам на полуфабрикаты, бумагу и картон, на энергоносители, очистку сточных вод, платежи за сбросы во внешние водоемы, при сохранении прежнего уровня себестоимости Существенный позитивный скачок произошел по стоимости качества продукции и снижению массоемкости продукции. При особом внимании на качество формования бумажного полотна, чему способствовал и комплекс химикатов для технологии, скорость машины возросла втрое с 70 м/мин до максимального уровня по параметрам оборудования, расширился рынок сбыта бумажной продукции и гофротары В Таблице 3 приведены параметры бумажной массы и экономии ресурсов В результате прироста удержания достигнута существенная экономия волокна, прекратились сверхнормативные сбросы со сточными водами с более низкими показателями по химическому и биологическому потреблению кислорода.

Таблица 3

Изменение параметров бумажной массы и ресурсосбережения

» — Наименование параметров Традиционная технология Новая технология

Удержание мелкого волокна, % 62 93

Концентрация массоналуска, г/л 11,0 7,5

Водоотдача массы (200 мл ), сек 19 6

Электропроводность массы напорного ящика, мкСим/см 1200 770

Мутность подсеточной воды, % 63 9

Удельный расход волокна, кг/т -120

Сброс сточных вод, % -20

ООО'ТТермский Картон": В напорном ящике бумагоделательной машины Б-21 среднее содержание воздуха составляло 8,9 объемных процента (об %) Расчет показал если массный поток от питательного насоса напорного ящика составляет 15,5 м3/мин, то непосредственно волокнистой суспензии - всего 14,1 м3/мин, и в сутки на "воздух"приходится более 2000 м3, на что затрачивается дополнительное количество электроэнергии, помимо потери производительности машины Дозировка 200 г/т деаэратора в машинный бассейн для освобождения воздуха из массы принесла ощутимый эффект содержание воздуха в напорном ящике снизилось до 1,3 - 1,9 об % с улучшением обезвоживания на сетке и приростом качества на 10 - 25%. Качественные показатели стабилизировались на уровне качества бумаги марки

Б-0 даже при изменении композиции в сторону применения макулатуры вместо крафт-целлюлозы совместно с полуцеллюлозой собственного производства Новая технология с процессными химикатами внедрена также на КДМ предприятия.

ОАСУ'Киевский КБК" обладает разносторонним производством мелованного и коробочного картонов массой 185 - 500 г/м2, картона"тест-лайнер" и гофробумаги На КДМ-1, кроме низкого уровня удержания мелкого волокна на вакуум-формерах, проблемы формования и обезвоживания не позволяли увеличить скорость, особенно при выработке картонов массой 350 -500 г/м2. Подача вместо ПАА и совместно с ПАА к каждому формеру 0,22 -0,25% модифицированного ПЭИ, а позже ПВАм, и кроме того, 0,015% деаэратора в машинные бассейны слоев картона в течение короткого времени привела к подъему скорости машины на 10 - 14%. В связи с тем, что в массу не подавались химикаты для проклейки и упрочнения структуры полотна, следовало подобрать для клеильного пресса рецептуру с реагентами, не вызывающими проблем пенообразования из-за несовместимости, и образующими равномерную, мономолекулярную пленку на поверхности картона. Таковым в дополнение к подобранному крахмальному клею стал полимерный клей с малым размером частиц и эластичными свойствами пленки. При хорошей совместимости с крахмальным клеем расход полимерного со-продукта по сравнению с клеем на основе канифоли для тех же результатов проклейки был ниже более чем на 40%. На КДМ-2 применением двух разных по свойствам ПЭИ-продуктов показано решение проблемы со смоляными затруднениями в сушильной части.______

Рисунок 17: Диаграмма комбинированной проклейки картона^тест-лайнер".

На 111ГНабережночелнинский КБК" технология с системой процессных химикатов и комбинированной Л К Д-проклейки в массе и на клеильном прессе позволила решить вопросы качества продукции и экологии производства (Рисунок 17).

В отличие от традиционной технологии производства основы для гипсокартона на предприятиях, на ООСГ'СКПК" применением сочетания ПЭИ и двух разных по степени гидролиза и молекулярной массе ПВАм-продуктов наработана технология для основы с требуемым по международным стандартам уровнем воздухопроницаемости по "Оиг1еу-НШ"-тесту (Рисунок 18).

Воздухопроницаемость основы для гипсокартона по Оиг1еу-тесту

О Традиционная Новая технология

технология

Рисунок 18: Воздухопроницаемость основы для гипсокартона с новой системой химикатов.

В шестом разделе рассмотрены процессы новой технологии поверхностной обработки полотна. Приведены этапы работы на НП'Набережночелнинский КБК" по комбинированной проклейке, по оптимизации печатных свойств мелованной бумаги на БДМ-11 и офисной бумаги на БДМ-11 и В ДМ-14 OAO"Mondi Business Рарег-Сыкгывкарский ЛПК". Подобранной системой вспомогательных веществ обеспечены свойства бумаги-основы до использования химикатов на пленочном прессе.

Полимерные частицы, которые осаждаются на крахмальную пленку и волокна на поверхности раздела "основа-рецептура", способствуют закреплению крахмальной пленки к волокнам, повышают прочность полотна во влажном состоянии, задерживают редиссоциацию крахмала и ток водной среды внутри крахмальной пленки. Растворы подобранных синтетических клеев присутствуют в мономолекулярной форме однородно распределенными поверх крахмальной пленки. С повышением расхода клея смачиваемость и вертикальный ток воды в крахмальной пленке становятся ниже. Гидрофильный/гидрофобный баланс рецептуры может быть индивидуально приведен в нужный порядок посредством

- расхода крахмала и гидрофобизирующей клеевой добавки,

- свойств сформированной пленки, способности крахмала к набуханию и к адсорбции воды,

- среднего размера частиц и свойствами текучести синтетического клея.

Разработаны рекомендации по вязкости крахмала для поверхностной проклейки. Изложены результаты исследований и режимы мело или и я офсетной бумаги с новой разработанной рецептурой.

Основные выводы:

1 В выполненной научной работе предложена новая общая методология оценки эффективности функционирования машин на основе установленной взаимосвязи электрокинетических явлений в бумажной массе и технологических процессов производства, на основе разработанных принципов подбора и применения химических продуктов для управления электрокинетическими и технологическими параметрами функционирования машин

2 Предложены и внедрены многокомпонентные системы фиксации -удержания и упрочнения для применения на низкоскоростных и высокоскоростных БДМ/КДМ путем приспособления к конкретным электрокинетическим и технологическим условиям функционирования машин, при использовании новых фиксирующих веществ и многокомпонентных систем процессных химикатов решена актуальная проблема смоляных затруднений

3. Разработаны принципы снижения массоем кости продукции из макулатуры без потери или с улучшением качества готовой продукции использованием новых синтетических упрочнителей

4 Предложены принципы повышения эффективности процесса проклейки в массе клеями на основе АКД и канифоли применением новых многокомпонентных систем химикатов

5 Применением вспомогательных фиксирующих химикатов существенно повышена адсорбция катионного крахмала на волокне и эффективность его действия при наличии анионных мешающих веществ в массной композиции

6 На основе новой методологии в условиях крупнейшего предприятия отрасли - "Mondi Business Paper - Сыктывкарский ЛПК" предложен и реализован новый технологический регламент производства газетной и типографской бумаги на БДМ-15 с экономическим эффектом более 750 тысяч евро в год.

7. Путем длительного промышленного эксперимента по производству газетной бумаги улучшенного качества на БДМ-14 OAO"Mondi Business Paper-Сыктывкарский ЛПК" с применением новой многокомпонентной системы химикатов и природным мелом до зольности бумаги 7 - 10% показано новое направление развития производства газетной бумаги в России

8 На основе новой методологии внедрена новая технология производства влагопрочной бумаги

9 Разработаны и внедрены эффективные системы фиксации - удержания -обезвоживания и упрочнения тест-лайнера, гофробумаги и различных видов картона с новыми процессными химическими продуктами на предприятиях России и Украины, новые рецептуры для поверхностной проклейки при производстве конкурентоспособной офисной и ксероксной бумаги на БДМ-11 и БДМ-14 OAO"Mondi Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК" на новом оборудовании - пленочных прессах

Основные публикации по выполненной научной работе

1 Степакин А Ф. Перспективы развития производства книжно-журнальной бумаги в ПСГСыктывкарский ЛПК" [Текст] /Степакин А.Ф, Осипов П.В, Брежнева Р.Т // Бумажная промышленность - 1990 - № 2 -С 4 - 5

2 Осипов П В Промывка целлюлозы с отжимом промываемого слоя [Текст] / Осипов П В //Целлюлоза,бумага и картон - 1990 - №17 -С 36 - 39

3 Ас 1742385 СССР Напорный сгуститель [Текст] / Осипов П В., Бушмелев В А (СССР) - 1990

4 А.с. 1745693 СССР Способ очистки сточных вод от органических примесей [Текст]/Давыдов В Д ,Осипова Г Я,Степакин А Ф.,Осипов П В (СССР) - 1992.

5 Осипов П В Патент 1654401 Устройство для обезвоживания и промывки волокнистой массы [Текст]/ Осипов П В / (Российская Федерация) - 1993

6 Осипов П В Патент 1756442 Бумажная масса для изготовления бумаги-основы, используемой для облицовывания фанеры [Текст] /Осипов П В / (Российская Федерация)- 1993

7 Осипов П В Патент 1763541. Устройство для обезвоживания волокнистой массы и промывки образованного из нее слоя [Текст] /Осипов П В / (Российская Федерация) - 1993.

8 Осипов П В Оптимизация производства бумаги и картона

с использованием средств удержания и фиксации [Текст] / Осипов П В , Вадкерти Т А, Мюнх Д // Сб 4ой МНТК"Р АР-БОК-1996",-СПб , 1996 -С 115-130.

9 Осипов П В Производство гофробумаги в нейтральной среде с проклейкой канифольным клеем[Текст]/Осипов П В ,Бойченко А Ю ,Серебренников С В , Спасенников М.Н // Целлюлоза.Бумага Картон -2000 -№ 7-8 - С 22 - 24

10 Осипов П.В. Опыт повышения потребительских свойств бумаги'Чккие" [Текст] /Осипов П В.,Головкин Б Н Друглова П Г ,Окерешко В И // Целлюлоза Бумага Картон - 2000 -№ 3-4. -С.32 - 33

11 Пфоль 3 Ресурсосбережение и рациональная технология в мокрой части бумагоделательных машин[Текст] / Пфоль 3, Осипов П В // С б 6-ой МНТК "РАР-РОЯ-2000", -СПб ,11-12 сент 2000 -С 92 - 112

12 Осипов П В Совершенствование системы удержания на потоках машин применением фиксирующих полимеров [Текст]/Осипов П В //Целлюлоза Бумага Картон. -2001 - №1-2. -С 37 - 43

13 Осипов П В Воспоминания о будущем: электрокинетический потенциал бумажной массы [Текст] /Осипов П В ,Мюнх Д //Целлюлоза Бумага Картон -2001. -№3-4 -С 16 - 20

14. Осипов П В Совершенствование производства газетной бумаги на ОАО"Сыктывкарский ЛПК"[Текст] /Осипов П В , Леонтьев А И, Ибрагимов Ф В , Бандюк В В ,Лодыгина Г Л //Целлюлоза Бумага. Картон -

2001 -№11-12 -С 6-10

15 Осипов П В Оптимизация производства влагопрочной бумаги для упаковки пищевых продуктов [Текст] / Осипов П В , Матросов А И, Глазова В А, Ковалев С А , Африканов Н И.// Целлюлоза Бумага Картон -

2002 -№1-2. -С 26-28

16 Осипов П В Эффективность химической технологии в повышении продуктивности машин [Текст] /Осипов П В // Целлюлоза Бумага Картон -2002-№3-4 -С 28-30.

17 Осипов П В Совершенствование технологии производства

на ОАО"Караваево" [Текст] /Осипов П В., Зайцев Б Г, Яблочкин Н И, Казин АН// Сб."Создание конкурентоспособного оборудования и технологий д ля изготовления бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья", Караваево / Правдинский ,-2002 - С 13 - 16 (Научные труды 3-ей международной научно-технической конференции)

18 Больманн К. Эффективность массной проклейки при использовании клея на основе АКД [Текст] /Больманн К , Осипов Л В IIСб "Создание конкурентоспособного оборудования и технологий для изготовления бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья", Караваево / Правдинский, -2002 -С 17 - 20 (Научные труды 3-ей МНТК)

19 Осипов П В Повышение продуктивности машин оптимизацией процесса проклейки в массе клеями на основе АКД [Текст] /Осипов П В.// Целлюлоза Бумага Картон -2002 -№9-10 -С 22 - 26

20 Осипов П В Современная инновационная программа концерна "BASF' в бумажном производстве' синергизм процессов и партнерство[Текст] /Осипов П В ,Пфоль 3 // Сб материалов 7ой МНТК "PAP-FOR-2002", СПб -2002 -С 112-121

21 Осипов П В Локальная очистка подсеточной воды как фактор производительного функционирования машин [Текст] /Осипов П В // Целлюлоза Бумага Картон -2002.-№5-6 -С 36-40

22 Осипов П В Вопросы повышения качества офисных видов бумаг[Текст] /Осипов П В // Сб НШГ'Современные достижения в производстве и использовании бумаги и картона для печати", -СПб. -2004 -С 59 - 67

23 Осипов П В Химические продукты как часть российского бумажного производства [Текст] /Осипов П.В // Целлюлоза Бумага Картон -2002-№11-12 -С.14-16

24. Осипов П В Производство газетной бумаги улучшенного качества

с применением наполнителя [Текст] /Осипов П В // СПб, ЛесДревПром. - 2003 -№ 7 - Май -С 36-37

25 Осипов П В. Структура бумаги и картона, придание прочности в сухом состоянии применением синтетических упрочнителей [Тексг]/Осипов П В // Целлюлоза Бумага Картон -2003 -№ 9-10, -С 28 - 30.

26 Осипов П В Повышение продуктивности машин технические аспекты [Текст] /Осипов П В, Вадкерти Т А.// Сб материалов 8ой MHTK"PAP-FOR-2004" -СПб, 2004 -С 100 - 110 / 196 - 205.

27 Осипов П В Новые химические продукты для придания специальных свойств упаковочным видам бумаги и картона [Текст] /Осипов П В // Сб.НПК"Современные технологии производства картонной тары и упаковки" -СПб, 2004 -С 36 - 41

28 Осипов П В Вспомогательные химические продукты для канифольной проклейки в псевдонейтральной и нейтральной среде [Текст] /Осипов П.В. // Целлюлоза Бумага Картон -2004 -№ 9 -С 66 - 70.

29- Осипов П.В. Вопросы применения крахмалопродуктов для упрочнения структуры бумаги и картона [Текст] /Осипов П.В // Киев -Бумага и Жизнь -2005 -№3 (57)/март/ -С.48 - 50

30. Осипов П.В. Использование клея на основе АКД [Текст] /Осипов П В, Полторацкий Г М, Куров В С //Киев-Бумага и Жизнь -2005 -№7(61) /июль/ -С 42 -45

31. Осипов П.В Технология и механизмы упрочнения внутренней структуры бумаги и картона [Текст] /Осипов П ВII С6.МНТК "Новое в химии бумажно-картонного производства и полиграфии",СПб ,16-18 05 2006

-С 18-23

32. Осипов П.В Системная технология и синергизм процессов- основа химической технологии [Текст] /Осипов П.В // Целлюлоза Бумага Картон -2006 -№9 -С 38-43.

33 Осипов П В Оценка обезвоживания, эффективности полимерных добавок и химического фильтрования в мокрой части Б ДМ Часть 1 [Текст] /Осипов П.В ,Осипов С.П //Целлюлоза Бумага Картон -2007 -№2 -С 62 - 68

34. Осипов П.В. Оценка обезвоживания, эффективности полимерных добавок и химического фильтрования в мокрой части БДМ Часть 2 [Текст] /Осипов П В ,Осипов С Ш/Целлюлоза Бумага Картон -2007 -№4 -С.54 - 56

35 Осипов П.В. Повышение скорости машин анализ и создание условий для эффективного функционирования [Текст] / Осипов П В II Целлюлоза. Бумага Картон -2007 -№ 5, С 56-58

36 Осипов П.В. Регулирование параметров формирования бумажного полотна в мокрой части машин применением систем химических продуктов [Текст]/ Осипов П.В // Целлюлоза Бумага. Картон -2007.-№8, С 68-72