Введение к работе
Актуальность проблемы. В процессе фильтрования, используемого для повышения чистоты жидкостей, воздуха и газов, применяют фильтровальные вида бумаги и картона. Целлюлозно-бумажная промышленность изготавливает 80 тыс.г. фильтровальных видов бумаги и картона, что составляет 50 % общей их потребности. Однако растущая потребность фильтровальных видов бумаги и картона обусловлена прежде всего неоправданно высокими удельными нормами расхода этих материалов при фильтровании из-за их низких эксплуатационных свойств, в частности, срока службы. Следует отметить, что ассортимент изготавливаемых фильтровальных видов бумаги и картона также не удовлетворяет потребности.
Предприятия не производят фильтровальные виды бумаги и картона для предварительной очистки жидкостей, воздуха и газов перед мембранами. Применение существующих фильтровальных видов бумаги' и картона не по назначению приводит не только к снижению эффективности процессов фильтрования, но также и к неоправданному увеличению расхода этих материалов. Необходимо решение проблемы замены асбеста в составе фильтровальных видов бумаги и картона на биологически безопасные компоненты.
Совершенствование технологии фильтровальных видов бумаги и картона, направленное на снижение их гидравлического сопротивления, повышение задерживающей способности, пыле- и грязеемкости и /еханической прочности, позволят увеличить срок службы этих фильтровальных материалов и, соответственно, сократить материалоемкость гроцесса фильтрования жидкости, воздуха и газов. Придание фильтровальным видам бумаги и картона адсорбционных свойств, биологически инертности, терме- и хемостойкости позволит также расширить )бласть их применения в биотехнологических, электронных, химичес-сих, машиностроительных и других производствах^
Актуальность я значимость развития исследований, направленных іа создание фильтровальных видов бумаги и картона с улучшенными жеилуатационными свойствами, обусловили их включение в ряд спе-даа льно принятых ГКНТ и Президиумом АН программ и распоряжений, іежотраслевнх и отраслевых программ. В частности, проведенная ра-юта является составной частью программ : "Создать и освоить [роцессы для очистки сточных еод, концентрирования и регенерации родуктов в химической и других отраслях промышленности'', выпол-
_ 4 -ненной по координационным планам МНГК "Мембраны" ; "Экологически
безопасные процессы химии и химической технологии"; "Химия и технология чистой воды"; межотраслевой программы по совершенствован! очистки горючесмазочных материалов, заправляемых в воздушные суд;
Цель и задачи работы. Основной целью является создание научных основ совершенствования структурных и функциональных своі фильтровальных видов бумаги и картона и разработка технологии, обеспечивающей улучшение эксплуатационных характеристик фильтров; ных видов бумаги и картона для очистки технологических, рабочих і медико-биологических жидкостей и воздуха.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи
исследовать существо явлений, происходящих при фильтровании, и определить их взаимосвязь со структурными и функциональными свой вами бумаги и картона ;
развить и экспериментально обосновать представления о влиянии поверхностных свойств компонентов на структурные и функциональны свойства бумаги и картона ;
разработать общие принципы выбора компонентов и способов их обработки, направленных на совершенствование структурных и функциональных свойств бумаги и картона ;
выявить условия и разработать технологические способы кзготові ния бумаги и картона, направленные кз увеличение их эффективной пористости и улучшение функциональных свойств ;
разработать и освоить в производственных условиях технологию фильтровальных видов бумаги и картона с улучшенными эксплуатацис ными свойствами для очистки технологических, рабочих и медико-бі логических жидкостей и воздуха.
Методы исследований. Научные гипотезы диссертационной рабо: базируются на фундаментальных воззрениях физической и коллоидно! химии ; на достижениях в области технологии волокон, сорбенк и связующих, а также бумаги и картона. Для обоснования выдвину: научных положений использованы инструментальные методы исследов; газовая и жидкостная хроматография, термогравиметрический, ртуті -лорометрический, спектроскопический, электронно-микроскопическ) электроосмос. Предложенные способы изготовления фильтровальных I териалов проверялись на опытном и промышленном оборудовании пре, приятии отрасли. Экспериментальные, опытные и промышленные обра фильтровальных материалов испытаны в производственных условиях.
- 5 -Научная новизна. Получили дальнейшее развитие и экспериментальное обоснование представления о взаимосвязи структурных и функциональных свойств фильтровальных видов бумаги и картона, учитывавшие физико-химическое взаимодействие фильтруемой среды с поверхностью пор и возникающие при этом поверхностные явления. Установлен характер изменения эффективного объема пор бумаги и картона в зависимости от поверхностных свойств компонентов, физико-химических свойств фильтруемой среды и условий фильтрования. Еыявлены характеристики структуры бумаги и картона, комплексно отражающие эффективность использования объема пор в бумаге и картоне при фильтровании. Уточнены првдставления о влиянии структурных свойств бумаги и картона на взаимодействие вязкостных и инерционных сил при фильтровании жидкостей, содержащих дисперсную фазу. Показано влияние дискретного и непрерывного изменения эффективной пористости бумаги и картона на процессы разделения фильтрованием дисперсной фазы и дисперсионной среды. Установлены закономерности изменения адсорбционных свойств бумаги и картона от их эффективной пористости и поверхностных свойств компонентов. Получили дальнейшее развитие представления о роли смачиваемости и адгезии на механизм удерживания дисперсной фазы поверхностью пор бумаги и картона в период фильтрования. В результате изучения процесса разделения фильтрованием дисперсной фазы и дисперсионной среды выявлены условия, при которых совместное влияние ситового эффекта, гидродинамических сил, эффекта касания и электрических сил взаимодействия повышает задерживающую способность и улучшает гидравлические характеристики бумаги и картона. На основе комплексной оценки влияния технологических факторов на эффективную пористость и функциональные свойства бумаги и картона продемонстрирована и обоснована возможность прогнозирования их эксплуатационных характеристик.
Отличаются новизной и выносятся автором на защиту следующие основные результаты диссертационной работы :
-
Представления о характере влияния физико-химических свойств фильтруемой среда и условий фильтрования на эффективность использования пористости бумаги и картона при фильтровании .
-
Представление о характере взаимосвязи структурных и функциональных свойств фильтровальных видов бумаги и картона.
-
Обоснование принципов выбора компонентов и способов их обработки, обеспечивающих увеличение эффективной пористости и улучшение функциональных свойств бумаги и картона.
4. Обоснование способов формирования структуры бумаги и картона, обеспечивающих максимальное использование их пористости и улучшение функциональных свойств.
Реализация работы в промышленности. Полученные результаты исследований использованы автором при разработке технологии фильтровальных видов бумаги и картона для очистки технологических, рабочих и медико-биологических жидких и газообразных сред и являются научной основой совершенствования технологии материалов этого назначения. Новизна технических решений, принятых по результатам исследований, подтверждена 29 авторскими свидетельствами на изобретения. В соответствии с разработанной технологией впервые в промышленных условиях Кооинской бумажной фабрики, Краоногородскої ЭЦБЗ, Волжского НИИ ЦБП организовано производство 25 новых фильтровальных видов бумаги и картона. В частности, бумага и картон : для предварительного фильтрования жидкостей перед мембранами ; для стерильной фильтрации жидкостей ; для очистки рабочих жидкостей машин и механизмов ; для очистки воздуха ; бумага для хромато-графических исследований ; бумага для лабораторного анализа крови и других клинических исследований. Фильтровальные материалы используются на предприятиях народного хозяйства, имея социальное и экономическое значение для развития государства. Экономический эффект от применения новых видов продукций на 1989 г. составил I млн.700 тыс.руб. Фильтровальные материалы экспонировались на межотраслевых выставках : "Композиция-87", "НТШ-87", "Изобретения и НТО", отраслевой выставке "Композиционные материалы" (1988г.), выставке "Здравоохранение-ЭО", на выставке ВДНХ ССОР "Изобретатели отрасли - народному хозяйству" (1992 г.), международной выставке "Наука и техника на службе мира и прогресса" (1988 г. Индия), на международных технических ярмарках в г.Пловдиве (НРБ), в Чехословакии и ГДР, 1988 г.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных, всесоюзных и отраслевых научно-технических и практических конференциях и семинарах (21 доклад), а также на предприятиях отраслвй, изготовлянцих и потребляющих фильтровальные вида бумаги и картона.
- 7 -Публикация работы. По материалам диссертации опубликовано
114 работ, в том числе 29 авторских свидетельств, 4 обзора по тенденциям развития производства фильтровальных материалов и монография "Фильтровальные вида бумаги и картона(для промышленных технологических процессов)" объемом 19,19 уч.-изд.листа. Кроме того, на новые виды материалов разработано 16 технических условий, зарегистрированных в установленном порядке.