авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона

-- [ Страница 1 ] --

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

Санкт-Петербург

2007

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 212.231.01 при ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, по адресу: 198095, г. Санкт-Петербург, ул. 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: «____»___________2007 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 (БДМ/КДМ), 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 для целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) не позволяют 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, 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 общей 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), полиакриламидов (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 ОАО“Mondi Business Paper – Сыктывкарский ЛПК”, производства тест-лайнера и гофробумаги на ОАО”Алтайкровля”, НП”Набережночелнинский КБК”, ООО“Пермский 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”Сокольский ЦБК”, ОАО“Киевский КБК”, ООО”Измаильский ЦКК” и других, офисной и ксероксной бумаги на ОАО“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 в СНГ и Германии.

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“PAP-FOR” в 1996, 2000, 2002 и 2004 году в Санкт-Петербурге, всероссийских научно-технических конференциях и семинарах, организованных ОАО”Караваево”, НПО”БумДревПром”, СПбГТУРП, концернами“BASF”, “Voith” и 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 и общая методология оценки эффективности функционирования машин 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).

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:



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.