Технологический процесс изготовления бумаги (картона) включает следующие основные операции: аккумулирование бумажной массы; разбавление ее водой до необходимой концентрации и очистку от посторонних включений и узелков; напуск массы на сетку; формование бумажного полотна на сетке машины; прессование влажного листа и удаление избытка воды: сушку; машинную отделку и намотку бумаги (картона) в рулон. В технологическом потоке производства бумаги бумагоделательная машина - самостоятельный агрегат, основные узлы которого установлены строго последовательно вдоль монтажной оси.
Аккумулирование. Приготовление бумажной массы проводят в размольно-подготовительном отделе. Потоки волокнистых, наполняющих, проклеивающих, окрашивающих и других материалов,- составляющих композицию данного вида будущей бумаги, направляются в дозатор или составитель композиции, где они непрерывно и строго дозируются в заданном соотношении, а затем поступают в мешальный бассейн. В этом бассейне масса тщательно перемешивается и аккумулируется (накапливается). При выпуске бумаги в мешальный бассейн подается также канифольный клей. Сульфат алюминия в этот бассейн обычно не подается. Он прибавляется в машинном бассейне в уже хорошо перемешанную с клеем массу. Назначение аккумулирования бумажной массы - непрерывно поддерживать однородность и стабильность ее качества и обеспечить бесперебойную работу машины в течение некоторого времени. Концентрация массы в бассейне 2,5- 3,5%.
Из мешального бассейна бумажная масса подается в машинный бассейн с циркуляционным устройством. В современных системах непрерывной подготовки бумажной массы при использовании автоматически действующей контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры вместимости мешального и машинного бассейнов принимается из расчета работы машины в течение 30- 40 мшг.
Рафинирование Л Рафинирование бумажной массы производится перед ее подачей па машину в аппаратах непрерывного действия - конических и дисковых мельницах. В процессе рафинирования бумажной массы происходит выравнивание степени помола массы, устранение пучков волокон и некоторый подмол массы. Для этого мельницы устанавливают после машинного бассейна непосредственно перед бумагоделательной машиной.
При выработке технических бумаг (конденсаторной, папиросной, бумаги-основы для копирования и др.) массу подвергают домалыванию и рафинированию на двух или трех конических мельницах, устанавливаемых последовательно. В мельницах степень помола массы возрастает от 0,5 до 2,5-3°ШР.
Подача массы на бумагоделательную машину. По выходе из машинных бассейнов масса при концентрации 2,5- 3,5 % дозируется и направляется на бумагоделательную машину. Перед поступлением на машину она разбавляется оборотной водой, очищается от посторонних загрязнений, а также от узелков и комочков. Для поддержания постоянной массы 1 м2 вырабатываемой бумаги необходимо, чтобы в единицу времени на сетку машины поступало одно и то же количество массы, при этом скорость -м ашины должна быть постоянной. Скорость машины изменяют при переходе на выработку другого вида бумаги.
На современных бумагоделательных машинах массу 1 м 2 вырабатываемой бумаги поддерживают постоянной автоматическими регуляторами. На бумагоделательную машину массу подают с помощью насоса и ящика постоянного напора. Масса, поступающая на бумагоделательную машину, разбавляется водой в смесительном насосе. Разбавление необходимо, во-первых, для последующей очистки массы, так как из густой массы трудно удалять загрязнения, и, во-вторых, для лучшего формования бумаги на сетке бумагоделательной машины.
Система подготовки и подачи массы на машину обеспечивает постоянство композиции, концентрации массы, степени помола, не допускает осаждения волокон, выделения проклеивающих и наполняющих веществ, а также контролирует расход бумажной массы, поступающей на машину, предварительно прошедшей тщательную очистку и деаэрацию. В качестве очистного оборудования широко применяются конические вихревые очистители и узлоловители закрытого типа.
Формирование бумажного листа на сетке бумагоделательной машины. Бумажная масса, разбавленная до необходимой концентрации и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик бумагоделательной машины. Необходимая степень разбавления массы для отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины зависит от массы 1 ма бумаги, рода волокна и степени помола массы . Обычно для ускорения процесса формования бумажного полотна концентрацию, бумажной массы, поступающей на сетку, повышают с увеличением массы 1 м 2 бумаги. При отливе тонкой бумаги требуется более сильное разбавление массы, при этом волокна дольше задерживаются в водном слое на сетке во взвешенном состоянии и тем самым условия формования бумажного полотна улучшаются. Такие же условия формования полотна создаются и при выработке высокопрочных видов бумаги. Так, для получения высокопрочной мешочной бумаги массой 1 м 2 70 и 80 г концентрация массы в напорном ящике должна быть 0,15-0,3 %.
На процесс обезвоживания массы существенное влияние оказывает степень ее помола. Масса с более высокой степенью помола (жирная) труднее отдает воду на сетке машины, поэтому в этом случае бумагу вырабатывают при меньшем разбавлении массы. Понижение разбавления при отливе бумаги из жирной массы не ухудшает формования листа, так как волокна легче и лучше диспергируются и медленнее оседают на сетку. Например, при выработке тонкой туалетной бумаги массой 1 м 2 8-12 г из массы очень садкого помола ее разбавляют до 0,1 %, тогда как при выработке конденсаторной бумаги массой 1 м2 8-12 г из массы очень жирного помола ее концентрация обычно составляет 0,25-0,28%.
Напуск массы на сетку. Эта операция осуществляется при помощи напускного устройства - напорного ящика. Для нормальной работы машин при скоростях 450-500 м/мин требуется напор массы в напорном ящике 2,5-Зм, при скорости 600 м/мин - около 4,2 м и т. д. Напускное устройство обеспечивает напуск бумажной массы па бесконечную сетку, движущуюся в направлении от грудного к гауч-валу, с одинаковой скоростью и в одинаковом количестве по всей ширине сетки. Напуск массы осуществляется почти параллельно сетке без всплесков. Скорость напуска массы па сетку должна быть па 5-10 % ниже скорости сетки. Если скорость массы значительно отстает от скорости сетки, то увеличивается продольная ориентация волокон (ориентация в машинном направлении) и прочность бумаги в продольном направлении. Если же скорость напуска массы выше скорости сетки, то образуются наплывы массы, которые ухудшают качество бумаги. Равномерность напуска массы на сетку является одним из важных факторов получения бумаги с равномерным просветом, по которому судят о качестве процесса формования бумажного листа. Чем равномернее просвет, тем качественнее отлив бумаги.
Формование бумажного листа (отлив). Формование, или отлив, бумажного листа представляет собой процесс объединения волокон в листовую форму с созданием определенной объемной капиллярно-пористой структуры. Этот процесс осуществляется на сеточной части бумагоделательной машины постепенным и последовательным удалением воды из бумажной массы (обезвоживанием). Режим обезвоживания, начинаемый в начале сеточного стола и закапчиваемый сушкой бумаги в сушильной части, на всех этапах технологического процесса оказывает существенное влияние на качество бумаги и производительность машины.
На быстроходных машинах обезвоживание бумажной массы в начале сеточного стола протекает настолько интенсивно, что ухудшается качество бумаги: увеличиваются промой волокна, проклеивающих, наполняющих и красящих веществ. Поэтому обезвоживание замедляют установкой формующей доски шириной 400- 800 мм и вместо обычных регистровых валиков в начале сеточного стола - желобчатых валиков. Замедление обезвоживания способствует лучшей беспорядочной ориентации волокон в слое водно-волокнистой суспензии на сетке и обусловливает получение бумаги с лучшим просветом и равномерностью свойств в машинном и поперечном направлениях.
Далее слой суспензии, транспортируемый бесконечной сеткой, последовательно проходит над регистровыми валиками или гидропланками, где постепенно обезвоживается под действием слабого вакуума, создаваемого этими обезвоживающими элементами и напором массы на сетке. По мере удаления воды слой суспензии сгущается, образуется определенная структура бумажного полотна в виде слоя волокнистой массы на сетке концентрацией 2-4 %. Обезвоживание такого слоя с помощью вакуума, создаваемого регистровыми валиками или гидропланками, затрудняется. Поэтому дальнейшее обезвоживание проводят с помощью отсасывающих ящиков, в которых создается вакуум с помощью вакуум-насосов, причем от первого к последнему ящику вакуум повышается. Разрежение в ящиках устанавливают в зависимости от вида вырабатываемой бумаги, оно находится в пределах 2-3 кПа. После отсасывающих ящиков сухость бумажного полотна составляет 8- 10 %. Затем полотно бумаги обезвоживается в конце сеточного стола на гауч-вале под действием вакуума в отсасывающей камере, а иногда и давления прижимного вала, устанавливаемого над гаучвалом. Вакуум в камере гаучвала может составлять от 20 до 80 кПа.
В зависимости от вида вырабатываемой продукции сухость бумажного полотна после сеточной части равна 12-22 %. Сформованное бумажное полотно с указанной сухостью имеет определенную структуру и прочность, называемую прочностью в мокром состоянии. Этой прочности достаточно, чтобы полотно можно было передать в прессовую часть машины для дальнейшего обезвоживания. Обезвоживание механическим отжимом воды в прессах после достижения сухости 12-22 % более эффективно, чем обезвоживание повышением вакуума. В то же время чем больший вакуум создается в отсасывающих ящиках и гауч-вале, тем больше высасывается мелкого волокна, проклеивающих наполняющих и других веществ из стороны бумажного полотна, прилегающей к сетке. Это и является причиной усиления разносторонности бумаги.
Прессование. После сеточной части бумажное полотно поступает в прессовую, состоящую обычно из нескольких прессов, на которых оно последовательно обезвоживается до сухости 30- 42 %- Для интенсификации обезвоживания полотна в прессовой части применяют прессы с желобчатыми валами и повышенным линейным давлением между ними. Важное значение для обезвоживания полотна имеют надлежащий подбор сукон и их кондиционирование. Бумажное полотно, сформованное в сеточной части, автоматически вакуум-пересасывающим устройством передается на сукно прессовой части. Современные конструкции комбинированных многовальных прессов обеспечивают прохождение бумаги без свободных участков (участков, где полотно бумаги не поддерживается сукном), что позволяет осуществить безобрывную проводку бумаги в прессовой части.
Прессовать бумажное полотно нужно при постепенно возрастающем линейном давлении от 176 до 784 Н/см длины прессового вала. Это обеспечит сохранение его структуры. Например, при выработке газетной бумаги давление на первом прессе 343- 441 Н/см длины вала, на втором 441-490 Н/см и на третьем 490- 539 Н/см. При повышении скорости машины длительность прессования сокращается, и степень обезвоживания бумажного полотна уменьшается.
Во время прессования бумажное полотно не только обезвоживается, но и уплотняется. При этом увеличивается площадь контакта и силы сцепления между волокнами. Кроме того, изменяется.р яд свойств бумаги: растет объемная масса, снижается пористость, воздухопроницаемость, впитывающая способность, увеличивается механическая прочность на разрыв, излом и продавливание, повышается прозрачность и т. д.
Прессовая часть бумагоделательной машины должна работать с максимальной нагрузкой, так как повышение на 1 % сухости бумажного полотна после прессов снижает расход пара на. 5 % и позволяет уменьшать число сушильных цилиндров в сушильной части машины на 4-5 %. Кроме того, обезвоживание бумажного полотна в сушильной части в 10-12 раз дороже, чем в прессовой, и в 60-70 раз дороже, чем обезвоживание на сетке.
Сеточную и прессовую части машины называют мокрой частью. Из общего количества воды, удаляемой из бумажного полотна на машине, на сеточную часть приходится 94-96 %, на прессовую 3-4 %. Дальнейшее обезвоживание (сушка) бумажного полотна происходит в сушильной части машины.
Сушка. В сушильной части бумагоделательной машины бумажное полотно обезвоживается до конечной сухости 92-95% В процессе сушки удаляется 1,5-2,5 кг воды на 1 кг бумаги, что примерно в 50-100 раз меньше, чем на сеточной и прессовой частях машины. При сушке одновременно происходит дальнейшее уплотнение и сближение волокон. В результате повышается механическая прочность и гладкость бумаги. От режима сушки зависят объемная масса, впитывающая способность, воздухопроницаемость, прозрачность, усадка, влагопрочность, степень проклейки и окраска бумаги.
Бумажное полотно, проходя по сушильным цилиндрам, поочередно соприкасается с нижними и верхними цилиндрами то одной, то другой своей поверхностью. Для лучшего контакта между цилиндрами и бумагой и облегчения заправки применяют сушильные сукна (сетки), охватывающие сушильные цилиндры примерно на 180°.
Сушка бумаги на сушильном цилиндре состоит из двух фаз: на нагретой поверхности цилиндра под сукном и на участке свободного хода, т. е. когда бумажное полотно переходит с одного цилиндра на другой. В первой фазе, под сукном, испаряется основное количество влаги: на тихоходных машинах до 80-85 %, на быстроходных до 60-75 % всей влаги, испаряемой в сушильной части машины. Во второй фазе, на участках свободного хода влага испаряется с обеих сторон бумаги за счет тепла, поглощенного бумагой в первой фазе сушки. При этом бумага в зависимости от скорости машины претерпевает понижение температуры на 4-15°. При падении температуры снижается скорость сушки, особенно на тихоходных машинах, так как на них падение температуры полотна бумаги больше, чем па быстроходных. С повышением скорости машины количество испаряемой воды па участке свободного хода бумаги увеличивается. С уменьшением количества воды в бумажном полотне интенсивность сушки на свободном участке понижается.
Температуру сушильных цилиндров повышают постепенно, что способствует улучшению качества бумаги и завершению процесса проклейки. В конце сушильной части температуру поверхности цилиндров снижают, так как высокая температура при небольшой влажности бумаги действует на волокна разрушающе. При выработке некоторых видов бумаги из 100 %-ной сульфатной целлюлозы, например мешочной, температуру последних цилиндров не снижают. Температурный режим сушки устанавливают в зависимости от вида вырабатываемой бумаги. Для выработки большинства видов температура сушильных цилиндров составляет 100- 115°, а для некоторых видов 80-100 °С. Повышение температуры сушильных цилиндров ускоряет процесс сушки. Следовательно, сушку нужно вести при максимально допустимой температуре, которая не ухудшает качество бумаги.
Для интенсификации сушки в сушильной части применяют закрытые колпаки скоростной сушки с сопловым обдувом бумажного полотна горячим воздухом. Значительный эффект, особенно на скоростных машинах, наблюдается от применения синтетических сеток (вместо сукон). Благодаря открытой структуре сеток интенсифицируется процесс парообразования с поверхности бумажного полотна, облегчается вентиляция сушильной части и существенно увеличивается срок службы одежды. Для бумаг с ярко выраженной пористой структурой (санитарно-бытовых видов бумаги, фильтровальных картонов и др.) эффективной оказалась сушка прососом воздуха сквозь полотно, осуществляемая на специальных перфорированных цилиндрах.
Сухость бумажного полотна после сушильной части составляет 92-95 %, а температура 70-90°С. Для обеспечения высококачественного каландрирования и хорошей намотки полотна в конце сушильной части устанавливают холодильные цилиндры, охлаждаясь на которых, бумажное полотно впитывает влагу и увлажняется на 1-2 %
Отделка. После сушки бумажное полотно с целью уплотнения и повышения гладкости проходит через машинный каландр, состоящий из расположенных друг над другом -2 8 валов. Полотно, огибая поочередно валы каландра, проходит между ними при возрастающем давлении. Современные машинные каландры снабжаются механизмами прижима, подъема и вылегчивания валов. Нижний вал и один из промежуточных выполняются с регулируемым прогибом, что позволяет применять высокие давления в захватах валов при сохранении равномерности давления по ширине полотна. Пройдя каландр, бумажное полотно непрерывно наматывается на тамбурные валы в рулон диаметром до 2500 мм. Перезаправка с одного тамбурного вала на другой осуществляется при помощи специальных механизмов и устройств.
После бумагоделательной машины бумага поступает на продольно-резательный станок и далее к упаковочной машине. Для получения более высоких показателей плотности, гладкости и лоска большинство видов бумаги для печати, писчей и технической пропускают через суперкаландр.
Размещение бумагоделательных машин. Бумаго-и картоноделательные. машины размещаются на двух этажах. Основные узлы машины, где формируется, обезвоживается и наматывается полотно, размещаются на втором этаже, а вспомогательное оборудование технологических коммуникаций - на первом. На первом этаже устанавливается также оборудование для переработки мокрого (гауч-мешалка) и сухого (гидроразбиватель) брака, станция централизованной смазкн и др.
Наверное, не каждый задумывается о том, как изготавливают бумагу для повседневного использования, поэтому мы решили уделить особенное внимание этой теме. Изготовление бумаги – это очень сложный химико-физический процесс. Результат же этого процесса достаточно прост: обычный лиси бумаги.
Если вы поймете все факторы процесса изготовления данного сырья, это может вам помочь в выборе нужной бумаги для печати. От вашего выбора зависит качество изображения на том или ином листе, оно может очень сильно отличаться.
Процесс изготовления бумаги
Печатная бумага состоит полностью из целлюлозных волокон. Целлюлозные волокна получают из древесины. Но есть сорта бумаги, которые полностью изготавливают этих волокон, эта печатная бумага высшего сорта и безупречного качества.Характеристики листа бумаги можно определить многими факторами качества, например, порода дерева. Деревья с очень мягкой древесиной (к которым можно отнести хвойные деревья), идут на изготовление достаточно прочной, но вместе с тем и немного грубоватой бумаги. Из твердой древесины получается очень гладкая бумага, но вместе с тем и недостаточно прочная.
В зависимости от того, где именно расположена фабрика, можно судить о качестве бумаги, так как фабрики используют тот тип древесины, которая растет в непосредственной близости от нее.
Изготовление бумаги предусматривает и смесь мягкой с твердой древесиной, от этого бумага получается более однородной и качественной. Но не нужно забывать, что процесс, при котором производится изготовление бумаги, очень быстрый и без колебания технологических параметров здесь не обойтись. Также учитывайте то, что основной компонент в изготовлении - это дерево, а оно не как не может иметь постоянные и неизменные характеристики. Вот почему на фабриках и нужны специалисты по контролю сырья, в обязанности которых входит проверка древесины на качество.
Изготовление бумаги
Для начала нужно приступить к снятию коры с доставленного на фабрику дерева, после следует измельчение самой древесины. Измельченная древесина в последствии подвергается высокой температуре и химической обработке при большом давлении. В последствии образуется достаточно жидкая смесь волокон из дерева. В варочном котле эти самые волокна всплывают на поверхность, это и ест пульпа.
Следующий этап, предусматривает отбивание волокон и отделение их друг от друга. Данный процесс отвечает за степень изогнутости производимой бумаги, ее рыхлость, прозрачность и жесткость. В процессе добавляются особые химикаты и наполнители, которые оказывают свое влияние и придают физические свойства производимой бумаге. Они в очень большой степени определяют отражающие свойства бумаги, а эти качества и определяют сорт.
На данном этапе, уровень воды в пульпе составляет 99%, далее всю смесь помещают в бумагоделательную машину. Смесь поступает в машину, проходит через множество различных трубок и поступает в емкость с повышенным давлением, именно она несет ответственность за распределение пульпы.
После всех этих манипуляций смесь теряет около 10-15% влаги, в следствии чего волокна начинают потихоньку выдерживать свой собственный вес. Далее, следует откачивание оставшейся воды и прессовка, после следует проклейка. Смесь проходит через сушильные барабаны, где остаточно убирается вся оставшаяся влага, затем бумага проклеивается. Проклейка производится для того, чтобы укрепить волокна бумагу и ее структуру в целом. Если бумага не качественно проклеена, она может привести к поломке ваше оборудование для печати. Отделяющиеся от поверхности бумаги частички волокон будут загрязнять ваше оборудование, что в свою очередь приведет к поломке.
Изготовление бумаги предусматривает определенный процент содержания жидкости в ней. Если процент будет слишком большим, это приведет к скручиванию бумаги. Идеальное соотношение влаги в бумаге будет 1%.
Упаковка и резка
После того, как бумага выходит из машины, ее наматывают на специальный барабан, которые достигают веса в 50 тонн. Эта намотка просто необходима, так как бумага из бумагоделательной машины выходит на очень большой скорости, это помогает также остыть бумаге и принять свой окончательный размер. Затем бумага режется согласно госту на стандартные размеры.Специальное устройство для резки производит высокоточный срез. Далее происходит упаковка в специальные коробки, которые будут отправлены заказчику.
Теперь вы знаете, как изготавливают бумагу , это высокотехнологический процесс, который требуют точности, отлаженности и четкого шаблона в производстве.
Видео сюжет технологии производства и изготовления бумаги:
С.Н. Иванов
ТЕХНОЛОГИЯ
Издание третье
ШКОЛА БУМАГИ МОСКВА 2006
ISBN 5-86472-161-1
Технологиябумаги. Изд. 3-е. Иванов С.Н., 2006, стр. 696.
В учебном пособии описаны процессы производства бумаги, применяемое оборудование и его работа. Изложены теория и технология процессов: размола, проклейки, наполнения, применения связующих материалов и влагопрочных смол, крашения, очистки, отлива, прессования, сушки и каландрирования бумаги. Рассмотрены волокнистые материалы, применяемые для выработки бумаги, и типы бумагоделательных машин. Дана методика технологических расчетов и приведены практические данные по отдельным вопросам производства.
Таблиц 68, иллюстраций 257, формул 163, библиографий 326.
Книга переиздана в рамках проекта «ШКОЛА БУМАГИ» к 105-летию со дня рождения автора - Сергея Николаевича Иванова.
Организаторы проекта выражают благодарность спонсорам 3-его издания книги Иванова С.Н. «Технология бумаги»:
ООО «Австрийская бумага» - Генеральный директор Никольский Андрей Николаевич – оплата электронной верстки и макета издания;
ЗАО «Балтийская целлюлоза» - Генеральный директор Баскин Григорий Львович – оплата полиграфических работ;
«Краснокамская бумажная фабрика – филиал ФГУП «ГОЗНАК» - Директор Агафонов Александр Николаевич – офсетная бумага ВХИ «Г» 65 г/м2 на внутренний блок книги.
ОАО «Каменская бумажно-картонная фабрика» - Директор Арзуманян Арзум Ашотович – картон переплетный толщиной 2 мм.
ОАО «Щелковская фабрика технических тканей» - Генеральный директор Бондарчук Юрий Валентинович – переплетный материал на обложку: ледерин на тканевой основе.
ООО «Редакция журнала «Целлюлоза. Бумага. Картон.»- Главный редактор Шварц Александр Ефимович – информационная поддержка.
Выражаем благодарность за помощь и активное участие в издании книги: Никольскому Николаю Георгиевичу и Острерову Михаилу Анатольевичу.
ИВАНОВ Сергей Николаевич
ПРЕДИСЛОВИЕКТРЕТЬЕМУИЗДАНИЮ
С выпуском книги профессора, доктора технических наук С.Н. Иванова «Технология бумаги» преодолен своеобразный «вакуум» в сфере информации для специалистов ЦБП. Следует отметить, что за последние 30 – 35 лет подобных учебных и научно-тех- нических трудов не издавалось.
Особенно важно, что книга издана в период высокого спроса на информацию, как для производственных специалистов, так и для высших учебных заведений. Ценность и значение книги подтверждается тем, что последнее издание, вышедшее тиражом 11 тысяч экземпляров, давно уже невозможно где-нибудь приобрести.
Учитывая то, что за последние годы российская целлюлозно-бумажная промышленность начала подниматься на ноги и по-
лучать значительное развитие, особенно за счет сравнительно небольших предприятий, возникла потребность в такой технической специальной литературе в большом объеме.
Автор книги «Технология бумаги» С.Н. Иванов обладал исключительно большим опытом, знаниями в области производства бумаги и картона, пройдя большую практическую школу. Он работал на ряде предприятий, таких как Марийский и Окуловский комбинаты, Краснокамской фабрике «ГОЗНАК», а также преподавал на кафедре целлюлозно-бумажного производства Лесотехнической Академии, передавая свой богатый производственный и научный опыт студентам и аспирантам.
Книга охватывает полный комплекс технологических процессов бумажного производства – размола, проклейки, наполнения, крашения, отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины, прессования, сушки, каландрирования бумаги и картона; устройства оборудования, проведения и организации технологических процессов бумажного производства, а также практические рекомендации по эксплуатации оборудования.
Широта охвата рассматриваемых вопросов и глубина разработки как теоретических, так и практических вопросов бумажного производства ставит книгу С.Н. Иванова в ряды лучших трудов по бумажному производству не только в России, но и за рубежом. Книга С.Н. Иванова «Технология бумаги» была издана в ряде европейских стран с развитой целлюлозно-бу- мажной промышленностью.
Приобретая настоящую книгу, Вы будете обладать широкими знаниями и информацией в области технологии производства бумаги.
ПРИГОТОВЛЕНИЕБУМАЖНОЙМАССЫ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ
Исторический обзор
Бумага является упруго-пластическим, капиллярнопористым листовым материалом, состоящим главным образом из мелких растительных волокон, соответствующим образом обработанных и соединенных в тонкий лист, в котором волокна связаны между собой поверхностными силами сцепления. Соединение мелких волокон в бумажное полотно производится обычно методом осаждения и фильтрации на сетке бумагоделательной машины из сильно разбавленной в воде волокнистой суспензии. Затем бумажное полотно подвергается прессованию, сушке и отделке. Для придания бумаге необходимых свойств к размолотому волокнистому материалу добавляют минеральные наполнители, гидрофильные или гидрофобные проклеивающие вещества, красители и другие химикаты. С этой же целью готовую бумагу подвергают дополнительной отделке или специальной обработке.
В последнее время, кроме обычного способа изготовления бумаги, находит все большее применение так называемый «сухой» способ, при котором волокна соединяются в лист бумаги методами текстильного производства в отсутствии воды. Все большее практическое значение для изготовления специальных видов бумаги приобретает также применение различных синтетических и искусственных волокон взамен растительных. Независимо от способа производства волокна в бумажном листе связаны между собой поверхностными силами сцепления, что отличает бумагу от текстильного материала.
Изобретение бумаги обычно связывают с именем китайца Цай-Луня и относят к 105 г. н. э. Однако, как показали последние исследования, первое упоминание о бумаге относится к 12 г. н. э., а в 76 г. н. э. на ней уже печатали книги . Цай-Лунь обобщил имеющийся опыт изготовления бумаги и усовершенствовал способ ее производства. Сырьем для бумаги сначала служиливолокнаживотногопроисхождения(шелк-сырециотходышелка), а затем стали использоваться волокна растительного происхождения: лубяных волокон тутового дерева и конопли, бамбука, соломы и др., а также тряпье.
В древние времена взамен бумаги для письма применяли папирус – материал, который изготовляли в Египте из растения Cyperus papyrus , произраставшего в низовьях Нила. Стебель этого растения, имеющий трехгранную форму в сечении, разрезали на куски и расщепляли на пластинки, которые затем склеивали между собой клеем. Так получали лист папируса, который затем уплотняли, ударяя по нему деревянными молотками, сушили на солнце, разглаживали гладким камнем и склеивали в длинные полосы.
Хотя по своему внешнему виду и составу папирус близок к бумаге, однако технология его изготовления совсем иная. Производство папируса возникло не менее чем 5500 лет тому назад (сохранились свитки папируса, насчитывающие около 5450 лет).
В ряде европейских стран бумага получила свое название от корня сло-
ва папирус: das Papier (по-немецки), le papier (по-французски), the paper (по-английски) и т. д.
Термин бу мага, возможно, происходит от восточного названия хлопчатника «бумаг», из которого изготовляли бумагу, а может быть от итальянского слова «бомбицина», которым именовали очень рыхлую, пухлую и шероховатую бумагу, вырабатываемую арабами. Этот вопрос еще точно не выяснен .
На протяжении семнадцати столетий, с момента изобретения технологического процесса производства, бумагу изготовляли исключительно ручным, кустарным способом, который мало совершенствовался. Громадным толчком к дальнейшему развитию производства бумаги послужило изобретение книгопечатания Иоганном Гутенбергом в 1453 г.
В XVII в. в Голландии был применен новый, более производительный размалывающий аппарат – ролл, заменивший устаревшую и малопроизводительную толчею, а конец XVIII века ознаменовался изобретением самочерпки – машины, заменившей ручной труд рабочих-черпальщиков, изготовлявших бумагу. Изобретение самочерпки, или бумагоделательной машины, французом Луи Робером (1799 г.) положило начало стремительному росту бумажной промышленности и в немалой степени содействовало всеобщему росту культуры и прогрессу человечества.
Рост бумажного производства, последовавший вслед за изобретением бумагоделательной машины, натолкнулся на острый недостаток волокнистого сырья, так как тряпья, из которого вырабатывалась бумага, было недостаточно уже и при старом, кустарном производстве бумаги. Наступил сырьевой голод, заставивший основательно заняться поисками новых источников сырья для производства бумаги. Эти поиски увенчались успехом с изобретением способов производства волокнистых полуфабрикатов из древесины. В середине прошлого столетия были открыты способы производства сначала древесной массы, затем натронной и сульфитной целлюлозы и, наконец, сульфатной целлюлозы. С этого момента бумажное производство получило неисчерпаемые источники сырья и стало развиваться быстрыми темпами. За 165 лет своего существования, с момента введения
машинного производства бумаги, бумажная промышленность проделала громадный путь развития и превратилась в одну из передовых отраслей промышленности.
Первая бумагоделательная машина, сконструированная Луи Робером и работавшая некоторое время на бумажной мануфактуре в городе Эссоне во Франции, была очень примитивна (рис. 1). Она состояла из бесконечной сетки, натянутой на двух деревянных валиках, которые располагались над деревянным черпальным бассейном, и приводилась в движение вручную вращением валика от рукоятки. Над черпальный бассейном вращалось
Рис. 1. Бумагоделательная машина Луи Роббера:
1 – сетка;2 – валики;3 – черпальный бассейн;4 – черпальное колесо;5 – отражательный щит;6 – накат
черпальное колесо, изготовленное из тонких медных полос, которое зачерпывало разбавленную водой волокнистую массу из чана, отбрасывало на отражательный щит и выливало ее на движущуюся сетку. Сырая бумага наматывалась на накат, откуда ее периодически снимали. Длина медной сетки 3,4 м , ширина 0,64м . Машина была далеко не совершенной и по своей производительности лишь ненамного превосходила ручную выработку. Тем не менее сам принцип, заложенный в конструкцию машины, – непрерывный отлив бумажной массы на движущейся сетке – оказался прогрессивным и был использован в последующих конструкциях бумагоделательных машин, созданных братьями Фурдринье и Донкиным. Поэтому имя Луи Робера вполне заслуженно почитается как имя изобретателя машины, сыгравшей в истории техники такую же огромную роль, как типографский станок или паровая машина.
Луи Робер не смог создать промышленной установки бумагоделательной машины. Это сделали конструкторы англичане Сили и Генри Фурдри-
нье, а также заводчик Бриан Донкин, купивший совместно с французским промышленником Дидо патент у Луи Робера за 24 700 франков. Технические знания и опыт в машиностроении помогли им значительно усовершенствовать первоначальную конструкцию машины Роббера и создать бумагоделательную машину, нашедшую широкое промышленное применение. Первая бумагоделательная машина Донкина была установлена в Англии в городе Фрогморе в 1804 г., а в 1805 г. была установлена вторая такая же машина в городе Гартфордшайре. С этого времени бумагоделательные машины стали быстро входить в практику бумажной промышленности, они появляются, кроме Англии, во Франции, Германии и в России.
Первые машины Донкина (рис. 2) не имели сушильной части, состояли только из сеточной, прессовой частей и наката. Вначале отсутствовали
Рис. 2. Первая бумагоделательная машина Донкина:
1 – черпальный чан; 2 – лоток; 3 – сетка; 4 – декельный ремень; 5 – гауч-пресс; 6 и 7 – прессы; 8 – накат
даже отсасывающие ящики. Сырое полотно бумаги, снятое с машины развешивали для просушки на открытом воздухе. Сушильная часть машины была введена только в 1823 г., причем вначале сушильные цилиндры были открытыми и обогревались изнутри жаровнями с углем. Пар для обогрева сушильных цилиндров стали использовать несколько позже. В 1826 г. француз Кансон применил вакуум-насос для отсасывающих ящиков сеточной части, что резко повысило эффективность обезвоживания бумажного полотна на сетке и позволило повысить скорость машины. Из дальнейших усовершенствований бумагоделательной машины отметим изобретение эгутера (ровнителя), позволившего получать бумагу с водяными знаками (Маршалл, 1826 г.), введение сначала плоских (1830 г.), а затем цилиндрических узлоловителей для очистки массы (Франке, 1856 г.), песочницы (Берг, 1838 г.) и ряд других усовершенствований, которые сделали бумагоделательную машину одни из наиболее совершенных агрегатов в промышленности. Это дало основание Карлу Марксу в своем труде «Капитал»1 назвать бумагоделательную машину образцом механизированного непрерывно действующего агрегата.
1 Маркс К. Капитал, т. I, Госполитиздат, 1952, стр. 387.
Наряду с усовершенствованием длинносеточной столовой машины в первой половине XIX столетия были сделаны и другие важные изобретения по созданию новых типов бумагоделательных машин. Так, в 1805 г. Иосиф Брама сконструировал цилиндровую машину, в 1827 г. Эдельхейзер разработал конструкцию самосъемочной машины. В этот же период было предложено несколько типов бумагоделательных машин для выработки бумаги листами.
В конце XIX и в XX столетии были сделаны дальнейшие усовершенствования бумагоделательной машины, которые дали возможность значительно повысить ее скорость, увеличить выработку бумаги и почти полностью автоматизировать процесс работы машины. В результате этого были созданы машины производительностью до 500 т бумаги и до 1000т картона в сутки.
Этим успехам содействовали следующие основные усовершенствования:
1) создание многодвигательного электрического привода бумагоделательной машины, заменившего громоздкий групповой привод с ременной передачей (1908 г.);
2) замена простых линеек для напуска массы на сетку напорным ящиком высокого давления (1911 г.);
3) замена гауч-пресса отсасывающим валом (1908 г.) и внедрение отсасывающих валов в прессовой части машины;
4) создание накатов барабанного типа, заменивших неудобные фрикционные накаты, тормозившие повышение скорости бумагоделательной машины:
5) автоматизация управления отдельными частями машины и процессами ее работы (управление движением сеток и сукон, натяжение сукон, заправка бумаги, ведение процесса сушки бумаги, регулирование концентра-
ции массы, ее температуры, кислотности среды, веса 1 м 2 бумаги и т. п.).
Таблица 1
Показатели машины Луи Робера и современной машины для выработки крафт-мешочной бумаги
Современная |
||
Наименование показателей | ||
выработки |
||
мешочной |
||
Производительность, т в сутки. . . . . . . . . . . . . | ||
Рабочая скорость, м/мин . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
Ширина сетки, м | ||
Длина сетки, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
Число сушильных цилиндров. . . . . . . . . . . . . . . | ||
Мощность двигателей переменной части, квт . . . . . . . | ||
Вес машины, т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
Длина машины, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
Наряду с этим были созданы более совершенные аппараты для очистки массы перед машиной: вихревые очистители, центриклинеры и селектифайеры, новые типы высокопроизводительных узлоловителей. За последнее время значительно усовершенствована конструкция напорного ящика. Создан напорный ящик закрытого типа, обеспечивающий надлежащее формование бумаги при скорости бумагоделательной машины, превышающей 1000 м /мин . Значительно усовершенствованы сеточная, прессовая,
Рис. 3. Современная бумагоделательная машина
сушильная части машины и системы вентиляции. Широкое применение получили вентиляционные установки с использованием тепла уходящего воздуха. Все эти усовершенствования и многие другие, о которых будет сказано далее, привели к созданию современной бумагоделательной машины (рис.3).
Чтобы оценить путь развития бумагоделательной машины, сравним первую машину Луи Робера и современную бумагоделательную машину
Прибавим к этому, что машина Робера была установлена в небольшой комнате, тогда как современная бумагоделательная машина требует для своей установки громадного зала длиной свыше 150 м , шириной около 27м и высотой около 25м . Несмотря на гигантские размеры, эта машина, как и машина Робера, обслуживается пятью рабочими.
Одновременно с развитием конструкции бумагоделательной машины совершенствовалась и технология бумажного производства, создавалось новое оборудование для размола, проклейки и наполнения массы, отделки бумаги и других процессов. В 1858 г. Иосифом Жорданом была сконструирована коническая мельница, которая впоследствии превратилась в один из основных размалывающий аппаратов непрерывного действий. В 1862 г. в Германии завод Гаубольд выпустил многовальный суперкаландр для отделки бумаги. В 1870 г. француз Верни создает саморезку гильотинного типа для разрезания бумаги на листы. Позже появились продольно-реза- тельные станки и ротационные саморезки, обладающие высокой производительностью. Создавались новые конструкции станков, внедрялись новые методы отделки бумаги. Бумага стала находить все большее применение в промышленности и в быту.
С введением машинного способа производства ручной отлив бумаги при помощи специальных черпальных форм, который был единственным способом производства бумаги на протяжении 17 веков, утратил свое значение и начал исчезать. В настоящее время, способ ручного черпания является редкостью. Он сохранился только для производства некоторых специальных видов бумаги: чертежного ватмана, документных бумаг с локальным знаком и т. п. Серьезного промышленного значения этот способ выработки не имеет.
Возникновение бумажного производства в России относится к XVI веку. Но о существовании первой бумажной мельницы на реке Уче в Московском уезде нам мало что известно. Более определенные сведения имеются о постройке в 1655 г. и работе бумажной мельницы на реке Пахре в слободе Зеленой.
Производство бумаги в России начало развиваться при Петре I, по указу которого было выстроено несколько бумажных мельниц под Москвой и около Петербурга. Благодаря его заботам бумажная промышленность в России по своему уровню не уступала заграничной. Появились такие крупные бумажные мануфактуры, как Полотнянозаводская (1720 г.) и Ярославская; на каждой из них работало по 500 рабочих.
Первая бумагоделательная машина в России булла установлена на Петергофской гранильной фабрике в 1817 г. Монтажными работами, которые велись русскими мастеровыми, руководил англичанин Вестингаузен, представитель фирмы Донкина. Многие части машины были изготовлены на Петербургском чугунолитейном заводе. С этого времени в России получает развитие машинный способ производства бумаги. Тем не менее бумажная промышленность, несмотря на большие сырьевые ресурсы, до Великой Октябрьской социалистической революции в России не получила должного развития.
В годы первых пятилеток бумажные фабрики Советского Союза были реконструированы и оснащены новой техникой. Было построено несколько современных целлюлозно-бумажных комбинатов, впервые создана маши-
Всем привет и продолжая раскрывать тему полиграфии, хочу перейти к сырью, которое используется для производства бумаги. Обычно для производств бумаги, в качестве основы, применяются волокна целлюлозы, которую добывают из самых различных источников. Самым распространенным источником ялятся древесина, хлопок и вторсырье (использованная бумага и макулатура) 
Древесина делится на твердую и мягкую. К твердой можно отнести березу, а к мягкой сосну и ель. Из мягкой древесины получают длинные волокна, которые улучшают прочность бумаги, а из твердыах пород получают короткие волокна, которые влияют на качественные показатели. 
Из вторсырья чаще всего делаю бумагу низкого качества: газетная и упаковочная бумага. Это довольно экономический процесс, т.к. на производство не расходуются природные источники сырья. Но и это сырье имеет свои ограничения по использованию. Так, с каждым использованием вторсырья укорачивается волокна, ухудшаются качества производимой бумаги. Это так же влияет и на качество печати.
Для получения целлюлозы (отделение волокон целлюлозы от основной части древесины) используют два метода: механический и химический. От вида получения волокон зависит большой спектр свойств, полученной бумаги. Вкратце пройдемся по каждому.
Механический способ говорит сам за себя… Сами же волокна в древесине соединены очень сильным склеивающим веществом — лингином, поэтому древесину предварительно отмачивают и после этого подают на вращающийся жернов, который отделяет волокна целлюлозы от древесины.
Химический способ заключается в отбеливании. При первичной обработке целлюлоза имеет цвет как показано на рис.1 и не обладает достаточным качеством и белизной, поэтому ее используют для производства упаковки. А для получения более качественной бумаги, сырье (целлюлозу) подвергают многоступенчатой обработки отбеливанием.
Светло-коричневый оттенок (рис.2) можно получить путем отбеливания целлюлозы кислородом в первой стадии. И так до того момента, пока в результате не получится ярко-белая целлюлозная масса (рис.3), которая соответствует последней стадии отбеливания.
На протяжении долгого времени применялось хлорное отбеливание, но в следствии его вредности на окружающую среду, сейчас применяется без хлорное отбеливание целлюлозы. Так же, промежуточной белизны можно добиться с помощью перекиси водорода. Такая целлюлоза имеет знак TCf.
Поэтому выделяют 2 вида целлюлозы:
- Сульфатная — получают путем варки древесной массы едконатрия (щелочной метод)
- Сульфитная — получают путем варки в кислоте (кислотный метод)
Около 80% производимой во всем мире целлюлозы — это сульфатная. Она более прочная, чем сульфитная, но имеет меньшую степень белизны. Сульфитная целлюлоза более белая и процесс ее производства занимает больше времени, это влияет на ее стоимость, а значит ее реже используют.
Вторичное сырье получают из макулатуры. Практически все вторичное сырье составляет 60% общего состава бумаги. Из 100% вторичного сырья изготавливают только газетную бумагу. Максимум вторичное сырье можно переработать до 5 раз, а потом необходимо добавлять первичное волокно.
И в завершение темы сырья для производства бумаги, предлагаю посмотреть видео Обыкновенная история. Бумага. Часто третья
1 этап. В первую очередь следует начальная подготовка готового древесного сырья. Подготовленная древесина (ель, сосна) пилится на специальных слесарных станках с дисковой пилой на брус длиной 1.2 м, затем снимается кора (окаривание) на окорочном станке сухим методом. С помощью рубительной машины окоренные заготовки измельчаются в технологическую щепу.
2 этап. Второй этап – это изготовление полуфабриката из термомеханической и древесной массы. В специализированных цехах (древесно-массных) производят древесную массу, которая получается методом механического истирания в дефибрерах мерного баланса. Балансы загружают в дефибреры, затем, их прижимают на протяжении всей длины к керамическому вращательному камню. За счет вращения камня прижатая к нему древесина разделяется на отдельные волокна. После этого древесную массу сортируют, очищают, сгущают, отбеливают.
Цеха термомеханической массы предназначены для изготовления из щепы технологической термомеханической массы. Для ее получения пропаренную щепу под давлением подвергают двухступенчатому размолу. Масса термомеханическая также проходит этапы сортировки, сгущения, отбеливания.
3 этап. Изготовление бумаги. Бумагу, из которой в будущем делают буклеты , получают путем смешения, полученных в ходе первого и второго этапов, полуфабрикатов (массы древесной и массы термомеханической), а также товарной беленной сульфатной целлюлозы привозной.
Масса бумажная подается на бумагоделательную машину только после прохождения подготовительных этапов: сортировки, очистки, тонкого сортирования и деаэрации. В сеточной части бумагоделательной установки формируется бумажное полотно, которое обезвоживаются за счет давления валов пресса. Затем, бумажное полотно сушат в специальных сушильных цилиндрах, работающих на пару, придают ему дополнительную гладкость за счет пропускания бумаги через валы каландровые. Завершающий этап – эта намотка гладкой бумаги на валы наката. Продольно-резательный станок разрезает готовое бумажное полотно на рулоны необходимых форматов. После этого разрезанную бумагу упаковывают и складируют. Готовые бумажные рулоны поставляются заказчикам в железнодорожных вагонах, водным и автомобильным транспортом.
Процессы изготовления бумаги
При изготовлении бумаги, на которой в будущем будет производится печать листовок , материалы его составляющие, проходят несколько этапов: аккумулирование массы бумажной, доведение ее до требуемой концентрации путем разбавления водой; очистка бумажной массы от сторонних включений, узелков; нанесение массы на сетку и формирование на сетке из бумажной массы бумажного полотна; высушивание бумажного полотна и прохождение его через пресс; механическая отделка бумаги и намотка её (картона) в рулоны. Бумагоделательная машина в технологическом процессе изготовления бумаги представляет самостоятельный агрегат, отдельные узлы которого устанавливаются в определенной последовательности у монтажной оси.
Аккумулирование. Бумажную массу изготавливают в размольно-приготовительных цехах. Необходимые волокнистые материалы, наполнители, а также материалы проклеивающие и окрашивающие, с учетом вида будущей бумаги, добавляются в определенном соотношении в составитель композиции или дозатор. После этого они направляются в мешальный бассейн. В мешальном бассейне бумажная масса тщательным образом перемешивается, затем, аккумулируется, то есть накапливаются.
Аккумулирование бумажной массы необходимо для поддержания бесперебойной работы машины в какой-то определенный промежуток времени. Бумажная масса в бассейне поддерживается в определенной концентрации. Обычно на уровне 2,5-3,5 %.
Рафинирование. Перед подачей бумажной массы на бумагаделательную машину она проходит процесс рафинирования в агрегатах непрерывного действия (конических и дисковых мельницах). За счет рафинирования в бумажной массе выравнивается степень помола массы, устраняются пучки волокон, подмол массы. Рафинирование производится до попадания бумажной массы в мешальный бассейн, непосредственно перед загрузкой ее в бумагоделательную машину.
