Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности производства и качества готовой продукции при экономном и рациональном использовании сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов является важнейшим и приоритетным направлением развития любого промышленного предприятия. Для целлюлозно-бумажной промышленности решение этих задач связано с разработкой и внедрением ресурсосберегающих, экологически чистых технологий и оборудования, позволяющих значительно увеличить производство готовой продукции и повысить её качество.
Одним из основных путей экономного расходования древесного сырья и химикатов в целлюлозно-бумажном производстве является выработка бумаги и бумажных изделий пониженной массоёмкости с высокой степенью однородности. Равномерность распределения волокон и наполнителей в формуемых бумажных изделиях во многом определяется степенью диспергирования бумажной массы. Во всех гидравлических машинах и аппаратах целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) происходит изменение структуры потока, сопровождающееся изменением реологических параметров. Оценку степени диспергирования и взаимосвязь внутренних напряжений со скоростями деформации можно получить на основании реологической характеристики, являющейся комплексным критерием состояния бумажной массы в процессе производства. Следовательно, получение диспергированного потока и знание его реологических параметров перед формованием является необходимым условием производства готовой продукции высокого качества.
Одним из аппаратов, позволяющих получить диспергированный поток бумажной массы и тем, самым, создать необходимую структуру потока в процессе формования бумажных изделий, может служить роторно-пульсационный аппарат (РПА).
Процесс диспергирования в РПА заключается в воздействии на бумажную массу ряда гидромеханических факторов, причём их влияние будет определяться особенностью конструктивных элементов ротора и статора в зависимости от требуемого технологического результата.
До настоящего времени практически отсутствуют исследования диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационных аппаратах, созданных на базе центробежных насосов, вследствие сложности изучения воздействия различных гидромеханических факторов на волокно и конструктивных особенностей аппаратов, работающих с реологически сложными системами, к которым относится бумажная масса.
Поэтому повышение эффективности процесса диспергирования реологически сложных систем и расчет конструктивных параметров РПА являются актуальной задачей для целлюлозно-бумажной промышленности.
Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» по заданию – «разработка теоретических основ гидроаэродинамических процессов разделения многофазных нестационарных систем с регенерацией химикатов и использованием вторичных биоэнергетических ресурсов при глубокой химической переработке древесного сырья».
Целью работы является разработка и реализация теоретических положений и практических рекомендаций по совершенствованию процесса диспергирования бумажной массы и повышение качества вырабатываемой из неё продукции.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка теоретической модели процесса диспергирования бумажной массы в РПА;
- определение влияния конструктивных параметров РПА и тех-нологических характеристик бумажной массы на повышение эффективности процесса диспергирования;
- разработка методики расчёта конструктивных параметров РПА;
- разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций РПА для диспергирования бумажной массы;
- промышленная апробация результатов работы.
Основные положения методики исследования
Теоретические исследования процесса диспергирования волокнистой суспензии в роторно-пульсационном аппарате выполнены на основе анализа влияния основных физических факторов, обусловленных пульсационным, кавитационным, ударным, механическим и воздействием жидкостного трения на волокно.
Экспериментальные исследования осуществлялись на разработанной установке, позволяющей диспергировать волокнистую суспензию с наполнителем, основным элементом которой является роторно-пульсационный аппарат. Установка снабжена измерительными приборами для определения технологических характеристик роторно-пульсационного аппарата. Степень диспергирования волокнистой суспензии контролировалась на разработанном в университете приборе по определению процентного содержания нераспущенных пучков волокон путём отбора проб. В процессе проведения экспериментов контролировались степень помола и длина волокна с применением стандартных методик.
Для решения системы уравнений и неравенств использовалась компьютерная программа MathCAD.
Научная новизна. Разработана теоретическая модель процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате. Определено влияние конструктивных параметров РПА и технологических характеристик бумажной массы на повышение эффективности процесса диспергирования. Разработаны научные рекомендации по совершенствованию конструкций РПА для диспергирования бумажной массы и методика расчета конструктивных параметров роторно-пульсационного аппарата.
Практическая ценность заключается в использовании разработанных теоретических положений и экспериментальных результатов для решения задач по совершенствованию конструкции РПА для диспергирования бумажной массы. Проведённые исследования позволили разработать конструкцию роторно-пульсационного аппарата для диспергирования бумажной массы и методику инженерного расчёта основных геометрических и технологических параметров РПА, созданного на базе центробежного насоса. Разработанный роторно-пульсационный аппарат защищён патентом Российской Федерации.
Основные результаты работы предназначены для расчётов при проектировании новых и модернизации действующих конструкций РПА с целью стабилизации условий диспергирования и массоподачи.
По результатам проведённой работы были разработаны рекомендации по использованию РПА при модернизации технологической линии массоподводящей системы производства литой тары для упаковки яиц в условиях промышленного предприятия ЗАО «ГОТЭК-ЛИТАР».
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на следующих Всероссийских и Международных конференциях:
Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: «Молодые ученые университета – ЛПК России». - Санкт-Петербург, 2006 г.;
Международная научно-практическая конференция «Новое в технологии и оборудовании для производства гофрокартона и гофротары». - Санкт-Петербург, 2007 г.;
Международная научно-практическая конференция «Гофрокартон от сырья до печати». - Санкт-Петербург, 2008 г;
Международная научно-практическая конференция «Химия в ЦБП». - Санкт-Петербург, 2008 г.
Структура и объем диссертации.
