автореферат диссертации по , 05.06.03, диссертация на тему:Исследование и разработка мельницы для газоструйного диспергирования целлюлозы

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ГО ДИСПЕРГИРОВАНИЮ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ

1.1. Характеристика диспергированной целлюлозы

1.2. Основные требования, предъявляемые к аппаратам для диспергирования целлюлозы. Существующие конструкции аппаратов

1.3. Теоретические и экспериментальные исследования по диспергированию материалов в кольцевой струйной мельнице

1.4. Физико-механические свойства и особенности разрушения полотна целлюлозы

1.5. Выводы и постановка задачи исследования

2. ТЕОРИЯ ГАЗОСТРУЙНОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В

КОЛЬЦЕВОЙ СТРУЙНОЙ МЕЛЬНИЦЕ.

2.1. Аналитическая оценка силовых факторов в кольцевой струйной мельнице

2.1.1. Турбулентные касательные напряжения в струе газа

2.1.2. Турбулентные касательные напряжения в канале размольной камеры мельницы

2.1.3. Напряжения при разгоне частиц целлюлозы в струе газа

2.1.4. Пульсационное движение частиц целлюлозы

2.1.5. Взаимодействие частиц со стенкой размольной камеры и друг с другом.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА ГАЗО СТРУЙНОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

3.1. Описание экспериментальных установок

3.1.1. Установка дня газоструйного диспергирования целлюлозы.

3.1.2. Установка для увлажнения и предварительного диспергирования полотна целлюлозы

3.1.3. Прибор для фракционирования сухих материалов

3.2. Методика проведения эксперимента по диспергированию целлюлозы в экспериментальной струйной мельнице

3.3. Методика исследования диспергирования полотна целлюлозы в механическом устройстве

3.4. Методика определения содержания пучков волокон в диспергированной целлюлозе

3.5. Оценка погрешности эксперимента

4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЕИМА ГАЗОСТРУЙНОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

4.1. Условия получения и прочностные свойства диспергируемого материала.

4.2. Расчёт течения струй газа в размольной камере мельницы

4.3. Оценка воздействия силовых факторов на диспергирование частиц целлюлозы.

4.4. Влияние основных параметров на эффективность газоструйного диспергирования целлюлозы

4.5. Диспергирование полотна целлюлозы в механическом устройстве

4.6. Определение режима фракционирования диспергированной целлюлозы в воздушной среде .III

4.7. Обоснование выбора конструктивных параметров кольцевой струйной мельницы .III

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

5.1. Испытания опытно-промышленной струйной мельницы

5.2. Испытания опытно-промышленной технологической линии по газоструйному диспергированию целлюлозы

5.3. Производственные испытания механического диспергирующего устройства

6. ВЫ ВО Д Ы

Директивами ХХУ1 съезда КПСС в одиннадцатой пятилетке в лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышле;нности предусматривается увеличить объём выпуска продукции на 17 -ь 4- 19^, повысить производительность труда на 16 f 1 ^ [ 1 ] . Большое внимание уделяется увеличению производства товаров народного потребления. В области охраны природы планируется совершенствовать технологические процессы с целью сокращения выбросов в окружающую среду.В решении поставленных задач важная роль отводится увеличению масштабов создания, освоения и внедрения в производство новой высокоэффективной техники. Эти проблемы базируются на постановке таких теоретических и поисковых исследований, конечной целью которых является разработка принципиально новых видов технологического оборудования, значительная интенсификация процессов при достижении высокой экономичности и эффективности.Одним из путей существенного снижения расхода текстильных материалов и хлопка в сфере медицинского и бытового обслуживания населения является использование комбинированных санитарно-гигиенических изделий разового пользования, основным адсорбирующим слоем в которых является диспергированная целлюлоза, называемая в данном производстве: также "распушённой целлюлозой'.' Изделия из распушённой целлюлозы обладают удельной впитывающей способностью в три раза большей, чем аналогичные изделия из МНОГОСЛОЙНОЙ крепированной бумаги [2 J . Себестоимость производства данного вида изделий на 30 -J- 35^ ниже, чем изделий из крепированной бумаги.В СССР производство санитарно-гигиенических изделий из распушённой целлюлозы освоено впервые в 1976 году в ГО "Кондровобум- 6 пром" в объёме 7,5 тыс.тонн в год. В XI пятилетке планируется довести мощности производства этих изделий по распушённой целлюлозе до 30 тыс.тонн в год.Большие перспективы развития в СССР имеет также сухой способ формования бумаги из диспергированной целлюлозы. Реализация в промышленности данного способа позволит экономически эффективно решать вопрос защиты окружающей среды в условиях увеличивающегося дефицита пресной воды [3, Ч] .Область использования диспергированной целлюлозы непрерывно расширяется; она может найти применение для изготовления фильтрующих материалов мокрым способом f 5] , а также в других областях производства.Одним из основных процессов в указанных производствах является диспергирование целлюлозы в воздушной среде. В настоящее время для этих целей используются механические диспергирующие аппараты, основным недостатком которых является низкое качество получаемой диспергированной целлюлозы, содержащей большое количество укороченных волокон целлюлозы и неразделённых пучков волокон.Указанные недостатки приводят к снижению впитывающей способности диспергированной целлюлозы и вследствие этого увеличению её содержания в санитарно-гигиенических изделиях, а в производстве бумаги сухим способом - к снижению качества бумаги и её механической прочности. Кроме того, данные аппараты не позволяют диспергировать целлюлозу с влажностью более 84-12 ,^ что ограничивает возможность их использования.Для повышения качественных показателей диспергированной целлюлозы необходима разработка принципиально новых методов её получения. Одним из перспективных направлений в ЭТОЙ области является использование газоструйного способа диспергирования целлюлозы - 7 _ В кольцевой струйной мельнице [б] . Данный способ позволяет устранить недостатки механических аппаратов и осуществлять диспергирование целлюлозы без укорочения её волокон.Перспективность использования нового способа состоит' в том, что он позволяет повысить качественные показатели вырабатываемой продукции, а в производстве санитарно-гигиенических изделий также сократить расход целлюлозы на их производство.Процесс газоструйного диспергирования целлюлозы является принципиально новым и для его реализации в промышленности необходимо проведение теоретического и экспериментального обоснования конструкции аппарата для осуществления процесса.Таким образом, вследствие большой потребности народного хозяйства в диспергированной целлюлозе, необходимости повышения её качественных показателей и снижения расхода на производство ГОТОВОЙ продукции, требуются теоретические исследования по разработке газоструйного процесса диспергирования целлюлозы. Целью настоящей работы является теоретическая и экспериментальная разработка предпосылок к созданию аппарата для газоструйного диспергирования целлюлозы, испытание опытно-промышленного образца и разработка рекомендаций к созданию промышленных аппаратов данного типа. - 8 I . ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ДИСПЕРГИРОВАНИЮ ЦЕШШОЗЫ: В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ

Результаты работы защищены 3 авторскими свидетельствами и 3 патентами за рубежом; по запросу зарубежных фирм ведётся коммерческая проработка с целью продажи лицензии.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981. -223 с.

2. Потапов B.C. Распушённая целлюлоза для санитарно-гигиенических изделий. В ж.: Бумажная промышленность, № 2, 1973. 28-29 с.

3. Процесс Юльхя по производству бумаги сухим способом. По материалам выставки-симпозиума Валки 81. - М.: Экспоцентр, 8-10.04.81. - 13 с.

4. Сухой способ формования волокнистого слоя. Патентно«информационный обзор. Л.: ВНПбумпром, 1975. - 25 с.

5. Осипов П.С. Фильтрующий картон для очистки смазочных масел. Л.: ВНИИБ, Заключительный отчёт по теме № 13-70, раздел 2, 1975. - 84 с.

6. Флювеллинг X. Способ и устройство для индивидуализации волокон древесной целлюлозы перед формованием полотна. Л.: ВНГОбумпром, перевод № 97, 1974. - 13 с.

7. Патент. 3.596.840 (США). Способ диспергирования сухой целлюлозной массы. Опубл., 1971.

8. Горбушин В.А., Огурцов В.Н., Поликанов Ю.Г. Влияние вида древесных целлюлозных волокон на физико-механические свойства бумаги сухого формования. В сб.трудов ЦНИИБ: № II, 1976, 56-61 с.

9. Горбушин В.А., Поликанов Ю.Г. Повышение прочности бумаги сухого формования с каучуковыми связующими. В сб. трудов ЦНИИБ: № 13, 1977, с.128-132.

10. Потапов B.C. Установка дня получения целлюлозной ваты. В экспресс-информации: Бумага и целлюлоза. - ВНИПИЭИпес-пром, вып.14, 1971. - 4 с.

11. Hechler Е. Flockenvliese.: Wochcnblatt fur Papier-fabrikation, N 18, 1970. 829-831.

12. Патент 3.572 595 (США). Дисковая мельница. Опубл.,1971.

13. Патент 1235 171. (США). Устройство для разделения волокнистого материала на волокна. Опубл., 1971.

14. Патент 45248 (Финляндия). Машина для измельчения волокнистых материалов. Опубл., 1971.

15. Патент 3385 531 (США). Способ и устройство для измельчения и формования целлюлозной массы. Опубл., 1965.

16. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. -М.: Химия, 1968. 382 с.

17. Труды европейского совещания по измельчению. М.: Стройиздат, 1966. - 603 с.

18. Акунов В.И. Струйные мельницы. М.: Машиностроение, 1967, 263 с.

19. Rumpf Н. Versuche zur Bestimmung der Teilchenbewegung in Gasstrahlen und des beanspruchungsmechanismusin Stralilmuh.len.: Chemie-Ingenier-Technick, 32 Iahrg, N 5, 1960. 335-342.

20. Tanaka T. Effect of solid concentration on rate of jet milling.: Industrial and engineering chemistry. Process design and development, 12, N 2, 1975- 215-215 p.

21. Dotson I.M. Extending the range of jet mills.: Indust-riall and engineering chemistry, 54, N 2, 1962. 62-65 P«

22. Muschelnautz E., Norbeprt R. Neuere Untersuchugen an Strahlmiihlen.! Verfahrenstechnik, 5, N 6, 1971. 225-250 S.

23. Muschelnautz E., Giersiepen G., Kink N. Stromungsvorgange bei der Zerkleinerung in Strahlmuhles.: Chemie-Ingenier-Technick, 42, N 1, 1970. 6-15 S.

24. Tanaka T. Scale up Theory of let Mills on Basis of Comminution Kinetica.s Industrial and engineering chemistry. Process design and development, Vol.11, N 2, 1972. 258-241 p.

25. Rumpf H. Prinzipien der Prallzer kleinerung und ihre Anwendung beiderstrahlmahling.: Chemie-Ingenieur-Technick, 52, И 5, 1960. 129-155 S.

26. Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы. M.-JL: АН СССР, 1962. - 711 с.

27. Фрей-Висслинг А. Общая структура волокон. Основные представления о волокнах, применяемых в бумажном производстве. М.: Гослесбумиздат, 1962, с.9-13.

28. Аликин В.П. Физико-механические свойства природных целлюлозных волокон. М.: Лесная промышленность, 1969. - 140 с.33. фяяте Д.М. Свойства бумаги. М.: Лесная промышленность, 1970. - 455 с.

29. Van Den Akker I.A., Lathorp A.L. Volker M.H., Dearth L.K.1.fluence of fiber strengs on paper strengs.s TAPPI,V.418,1958. 416-425 p.

30. Бергман Д., Реннел Д. Зависимость между прочностью волокна и прочностью бумаги. Л.: ВНИИБ, Перевод П-П251,1969.- 49 с.

31. Гольдшмидт Д. Механизм разрыва бумаги. Л.: ВНИИБ. Перевод № 47, 1972. - 17 с.

32. Гартлер Н., Кул Г., Стокман Л. Определение прочности волокон путём измерения отдельных волокон. Л.: ВНИИБ. Перевод91, 1967. 27 с.

33. Келлог Р., Вангаард Ф. Влияние прочности волокна на прочность бумаги. Л.: ВНИИБ. Перевод № 154, 1962. - 95 с.

34. Шварц Л., Перии Д., Берг Д. Поверхностно-активные вещества и моющие средства. М.: Иностранная литература, I960,с.188-196.

35. Щербакова Л.И., Горбушин В.А. Применение поверхностно-активных веществ для улучшения свойств распушённой целлюлозы.- В сб.трудов: ЦНИИБ, № 13, 1977, с.123-127.

36. Диклер М.Г. Применение волокнистых полуфабрикатов для получения распушённой целлюлозы. В реф.инф.: Целлюлоза, бумага, картон. М.: ВНИПИЭИлеспром, № 19, 1977, c.IO-II.

37. Патент 156 1756 (ФРГ). Способ получения целлюлозного материала и гигиенические изделия, изготовленные с применением этого материала. Опубл., 1970.

38. Рукк X. О набухании природной целлюлозы. Л.: ВНИИБ, Перевод № 20, 1971. - 51 с.

39. Папков С.П., Файнберг Э.З. Взаимодействие целлюлозы и целлюлозных материалов с водой. М.: Химия, 1976. - 231 с.

40. Иванов С.Н. Технология бумаги. М.: Лесная промышленность, 1970. - 681 с.

41. Кэмпбелл Б. Механизм связи между волокнами. Л.: ВНИИБ,160. 10 с.

42. Робертсон А. Физические свойства мокрого полотна. Л.: ВНИИБ, Перевод № 175, I960. - 38 с.

43. Лайн Л., Голи В. Изучение основных законов прочности влажного бумажного полотна. Л.: ВНИИБ, Перевод № 218,1957.-22с.

44. Робертсон А. Физические свойства мокрого полотна. Свойства волокна и поведение мокрого полотна из целлюлозы. Л.: ВНИИБ, Перевод № 143, 1963. - 95 с.

45. А.с. 690104 (СССР). Способ получения распушённой целлюлозы. /Вьюков И.Е., Глазунов А.И., Набилков В.Б., Попов В.А., Потапов B.C., Дахно В.Т., Чуйков В.А. Опубл. в Б.П., 1979, № 37./.

46. Патент 414202 (Швеция). Способ и устройство для изготовления целлюлозных волокон. /Вьюков И.Е., Глазунов А.И., НабилковВ.Б., Попов В.а., Потапов B.C., Дахно В.Т., Чуйков В.а., Зотова.Д., Титов С.Н. Опубл. в пат.бюл. Швеции, 1980, № 25.

47. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. - 847 с.

48. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия, 1974.- 592 с.

49. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физмат-гиз, I960. - 715 с.

50. Гиневский А.С., Илизарова Л,И., Шубин Ю.М. Исследованиемикроструктуры турбулентной струи в спутном потоке. В ж.: Механика жидкости и.газа, № 4, 1966. - 81-88 с.

51. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Академия Наук СССР, 1955. - 351 с.

52. Ромадин В.П. Пылеприготовление. М.: Госэнергоиздат, 1953. - 519 с.

53. Ушаков С.Г., Зверев Н.й. Инерционная сепарация пыли.- М.: Энергия, 1974. 168 с.

54. Рудицин М.Н., Артемов П.Я., Любомиц М.И. Справочное пособие по сопротивлению материалов. Минск: Высшая школа, 1970.- 630 с.

55. Горбис З.Р., Спокойный Ф.Е. Некоторые закономерности пульсационного движения твёрдой частицы в турбулентном потоке.- В ж.: Механика жидкости и газа. Изв. АН СССР, № I, 1969, с.137- 141.

56. Горбис З.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М.: Энергия, 1970. - 423 с.

57. Гернет М.М. Курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 1973. - 461 с.

58. Столяров А.В. Коэффициенты трения бумаги. if.: Химическое и нефтяное машиностроение, № I, 1980, с.36-37.

59. Цейтлин В.Г. Техника измерений расхода и количества жидкостей, газов и паров. М.: Изд.стандартов, 1968. - 191 с.

60. Повх ИЛ. Аэродинамический эксперимент в машиностроении.- JT.: Машиностроение, 1974. 344 с.

61. Петунин А.Н. Измерение параметров газового потока. М.: Машиностроение, 1974. - 260 с.

62. Малис А.Я. Пневматический транспорт сыпучих материалов при высоких концентрациях. М.: Машиностроение, 1969. - 183 с.

63. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Л.: Машиностроение, 1969. - 743 с.

64. Сергеева А.С. Технологический контроль целлюлозно-бумажного производства. М.: Лесная промышленность, 1969. - 216 с.

65. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. - 192 с.

66. Зейдель А.Н. Элементарные оценки измерений. М.: Наука, 1968. - 96 с.

67. Пластичность и разрушение. Под редакцией В.Л.Колмогорова. И.: Металлургия, 1977. - 336 с.

68. Бакулев В.И., Голубев В.А., Макаров И.С. Расчёт системы струй в сносящем потоке. В сб.: Исследование двухфазных, магни-тогидродинамических и закрученных турбулентных струй. - М.: Труды МАИ, 1972. - 128 с.

69. Палатник И.Б., Темирбаев Д.1. Закономерности распространения осесимметричной воздушной струи в сносящем потоке. В сб.: Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, вып.4, Алма-Ата. - Наука, 1967. - 166 с.

70. Шандаров Г.С. Расчёт оси струи в сносящем потоке. В ж.: Авиационная техника. Известия вузов, № 2, 1966, с.100-104.

71. Кириллин В.А., Сычёв В.В., Щейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1974. - 447 с.

72. Прандтль Л. Гидроаэромеханика. М.: Иностранная литература, 1949. - 327 с.

73. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 474 с.

74. Ленжел П. Переработка хлопьевидной целлюлозы. Л.: ВНИИБ, Перевод № 123, 1973. - 19 с.

75. Фильчаков П.Ф. Справочник по высшей математике. Киев:Наукова думка, 1973. 743 с.

76. Корн Т., Корн ТТ. Справочник по математике. М.: Наука, 1970. - 720 с.