AppcubeЭффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона - Appcube

Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона

Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона тема диссертации и автореферата по ВАК 05.21.03, доктор технических наук Осипов, Павел Васильевич

 Год:
2007
Автор научной работы:
Осипов, Павел Васильевич
Ученая cтепень:
доктор технических наук
Место защиты диссертации:
Санкт-Петербург
Код cпециальности ВАК:
05.21.03
Специальность:
Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины
Количество cтраниц:
295

Оглавление диссертации доктор технических наук Осипов, Павел Васильевич

Введение, постановка целей и задач работы.

I. Эффективность работы бумаго- и картоноделательных машин и ее зависимость от физико-химических процессов при массоподготовке и в мокрой части машин.

1.1. Параметры эффективности функционирования и химико-технологические процессы при массоподготовке и в мокрой части машин.

1.2. Фиксирование и удержание, обезвоживание и формование.

1.2.1. Элекгрокинетические характеристики бумажной массы.

1.2.2. Фактор мешающих веществ, уровень катионной / анионной потребности массы.

1.2.3. Катионная потребность бумажной массы.

1.2.4. Нейтрализация заряда частиц.

1.2.5. Электропроводность массы. о^ч,’.

1.2.6. Мутность жидкой фазы массной суспензии.

1.2.7. Процесс фиксирования анионных мешающих частиц.

1.2.8. Процессы удержания, флокулирования и обезвоживания.

1.2.9. Краткое рассмотрение механизмов удержания.

1.2.10. Электрокинетический потенциал бумажной массы, водоотдача и обезвоживание массной суспензии.

1.2.11. Вопросы формования бумажного полотна.

1.3. Упрочнение.

1.4. Деаэрирование и пеногашение.

1.5. Проклейка массы.

1.5.1. Химические продукты для проклейки в массе.

1.5.2. Проклейка в массе клеями на основе АлкилКетенДимеров.

1.6. Повышение эффективности функционирования через оптимизацию химической технологии в мокрой части машин.

II. Ресурсосбережение на потоках бумаго- и картоноделательных машин и принципы рациональной химической технологии.

2.1. Ресурсосбережение, основные и вспомогательные химические продукты в технологических процессах в мокрой части машин.

2.2. Механизмы повышения эффективности катионных крахмалов применением фиксирующих полимеров.

Ш. Эффекты синергизма химических продуктов и ресурсосбережение.

3.1. Синергизм продуктов и эффект синергизма за счет оптимизации точек подачи средств удержания.

3.2. Новая технология применения синтетических упрочнителей в производстве продукции из макулатуры.

3.3. Проклейка массы канифольным клеем в нейтральной среде.

IV. Внедрение результатов исследований и практическая оптимизация химической технологии в мокрой части машин при производстве различных видов бумажной продукции.

4.1. Оптимизация производства газетной бумаги.

4.1.1. Новая технология производства стандартной газетной бумаги на ОАСГВолга».

4.1.2. Новая технология производства стандартной газетной бумаги на OAO»Mondi Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК».

4.1.3. Новая технология производства газетной бумаги улучшенного качества.

4.2. Новая технология и оптимизация производства влагопрочной бумаги.

V. Повышение продуктивности производства тест-лайнера и гофробумаги.

5.1 Новая технология производства на ОАО»Алтайкровля».

5.2 Развитие технологии производства на 000″Пермский Картон».

5.2.1. Производство гофробумаги.

5.2.2. Производство тест-лайнера и коробочного картона.

5.3 Новая технология производства на ОАО»Ступинский КПК».

5.4 Новая технология производства коробочного картона, тесг-лайнера и гофробумаги на ОАО»Киевский КБК».

VI. Поверхностная обработка бумажного полотна.

6.1. Вопросы мелования бумаги и картона.

6.2. Поверхностная проклейка бумаги и картона.

Введение диссертации (часть автореферата) На тему «Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона«

Учитывая жесткие условия рынка, существование целлюлозно-бумажных предприятий целиком зависит от их рентабельности. В период после 1998 года целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) России работала в направлении достижения уровней производства тридцатилетней давности практически без обновления основного технологического оборудования. В 1999-2005 годах наметился рост производства благодаря благоприятным условиям поставок некоторых видов продукции на экспорт, повышению спроса на упаковочные виды бумаги и картона и санитарно-гигиенические виды бумаги на внутреннем рынке. Однако в ближайшие годы вопросы повышения технологического уровня производства, совершенствования и модернизации оборудования, существенного повышения качества продукции, экологической безопасности производства будут первостепенными; без их решения российский рынок бумаги может не быть российским. Уже в настоящее время офисные и мелованные виды бумаг, высококачественная картонная и бумажная упаковка большей частью произведены за рубежом. По прогнозам иностранных и отечественных аналитиков, к 2015 году Россия, обладающая крупнейшими лесными запасами, может превратиться в крупнейшего импортера бумажной продукции. Еще по итогам 2003 года было отмечено, что лесная и целлюлозно-бумажная отрасли промышленности стали проблемными: по данным Госкомстата, все базовые подотрасли, от лесоперерабатывающего комплекса до целлюлозно-бумажной промышленности, показали темпы роста ниже, чем в остальной промышленности страны, — в среднем 1,5% против 7%.

Читайте также:  Эффективность производства и потребления гофрированного картона и гофротары в условиях Санкт-Петербургского региона

Недостаточное финансирование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в отрасли, недостаток высококвалифицированных кадров, отсутствие направленного развития производства химикатов для ЦБП не позволяет надеяться на коренное изменение в кратчайшие сроки в том числе в технологии производства. Мировая тенденция все большего применения химических добавок в бумажном производстве еще не проявилась явно в России, хотя в отличие от дорогостоящего, в основном импортного оборудования, затраты на продукты химии при постановке технологии производства на современном, научном уровне быстро окупаются либо приносят экономию предприятиям сразу же, снижая затраты на экологию, энергетические ресурсы, одежду машин с одновременным повышением производительности машин и повышением качества готовой продукции. Разработка новых эффективных технологий и новых видов продукции-одна из актуальных задач российской ЦБП в настоящее время с тем, чтобы повысить конкурентоспособность и эффективность производства в целом с улучшением экологических параметров и использованием более дешевых полуфабрикатов. Несмотря на очевидность проблемы, трудности реализации цели заключаются в отсутствии отечественной литературы и 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 системную, комплексную разработку технологических процессов с учетом машинных факторов и факторов компонентов массной композиции, требований к качеству вырабатываемой продукции со стороны потребителя, с учетом экологических требований к производству. Но такой объединяющей теории до сих пор нет в мире, и хотя применение химических добавок в мировой бумажной промышленности за последние 25 лет выросло по отношению к произведенной продукции в два раза, их расход от общего количества компонентов бумажной композиции составляет примерно 3%. Все же 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. Именно проблемам разработки основ современной технологии и их практического применения посвящена данная работа,чтобы российская бумажная промышленность имела важное «оружие» в конкурентной борьбе. Сейчас в мире химические добавки без учета сернокислого алюминия и крахмала составляют примерно 1%; в России последняя цифра в настоящее время составляет около 0,05% в пересчете на содержание сухого вещества в продуктах, ведь глинозем и крахмал преобладают в технологии.

Цифры производства мелованных видов продукции, в которых волокнозамещение может доходить от 10% и выше, вообще не фигурируют в статистике по российской бумажной промышленности.

В нейтральной среде в России вырабатывается примерно 29% от общего объема производимой продукции, а с проклейкой в нейтральной среде-около 19%. В Западной Европе в нейтральной среде в 2000 году вырабатывалось 80% бумажной продукции и сейчас эта цифра возросла почти до 90%.

Исходя из вышеизложенного, целями и задачами настоящей работы являются:

• 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.

Читайте также:  Оценка технической эффективности полиграфических комплексов для производства упаковки из картона

Суммируя, основная цель диссертационной работы- разработка основ рациональной химической технологии бумажного производства для комплексной оптимизации процессов формирования бумажного полотна и практической оптимизации качества готовой продукции для конкретного потребителя на основе закономерностей физической и коллоидной химии. Практическая работа при производстве различных видов печатных бумаг, мелованных бумаги и картона, гофробумаги, лайнера, упаковочных видов бумаги и картона из первичного сырья и макулатуры была выполнена на 57 бумаго- и картоно-делательных машинах 30 предприятий в России и на Украине: — ОАСГВолга», ОАО»Кондопога», OAO»Mondi Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК«, ОАО»Соликамскбумпром», ОАО’ТСиевский КБК», Камский ЦБК, ОАО»Алтайкровля», 000″Пермский Картон», ОАСГТроицкая БФ», ОАСГСтупинский КПК«, СЮО»СКПК», НГГНабережночелнинский КБК», ОАСГКотласский ЦБК», ОАСГСанкт-Петербургский КТЖ«, ОАО»Сокольский ЦБК», Уссурийский КБК, ОАО’Тостовбумага», ОАО»Измаильский ЦКК«, ОАСГЖидачевский ЦБЬС’ и других.

На защиту выносятся следующие результаты работы:

• Разработанные принципы многокомпонентных систем химических вспомогательных веществ для картонно-бумажного производства 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 крахмалопродукгов 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.

I. Эффективность работы бумаго- и картоноделательных машин и ее зависимость от физико-химических процессов при массоподготовке и в мокрой части.

Рассмотрим некоторые цифры развития российского бумажного производства и использования продуктов химии (Рисунок 1).

Последние годы объем производства бумаги и картона не превышал 7 млн.тонн в год; традиционно доминировало производство газетной бумаги на крупнейших российских предприятиях (ОАО»Кондопога», ОАО»Волга», ОАО»Соликамскбумпром», OAO»Mondi Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК»): в 2006 году было произведено около 2 млн.тонн газетной бумаги. При этом доля зарубежных поставок в общем объеме реализации составляет 60-70%, и половина из этого количества — в Западную Европу, где требуется определенно хорошее качество. Всего же в 2006 году было произведено чуть более 4 млн.тонн разных видов бумаги и 3 млн.тонн картона. С ростом экономики России в целом получило развитие производство упаковочных видов картона и бумаги: коробочного картона, гофрокартона и его составляющих, мелованного картона,- на АО»Архбум», ОАО»Котласский ЦБК», ОАСГСанкт-Пегербургский КПК», ШГ’Набережночелнинский КБК», OAO»Mondi Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК», 000″Пермский Картон», большом количестве малых предприятий.

В полуфабрикатной базе (Рисунок 2), с учетом обширных лесосырьевых ресурсов, преобладает первичное волокно: целлюлоза и полуцеллюлоза, древесная масса. Только сейчас наметился прогресс в использовании макулатуры для производства картона и гофробумаги благодаря усилиям самих предприятий.

Говоря о минеральных добавках, до сих пор наполнители (мел,каолин) применяются в основном при выработке офсетных бумаг, хотя зарубежные производители газетной и суперкаландрированной бумаги широко используют их в целях экономии волокнистых полуфабрикатов и повышения печатных свойств бумаги.

Менее одного процента от компонентов составляют химикаты в пересчете по содержанию сухого вещества в каждом продукте (Рисунок 2). Пожалуй, за последние десять лет доля использования сернокислого алюминия существенно не снизилась.

Три основные группы бумажной продукции в России, % Картон и гофробу мага • Офсетная бумага □Газетная бумага □ Другие виды

Рисунок 1: Производство бумажной продукции в России

Полуфабрикаты н химические продукты в бумажном производстве

России, V»

0,95

7,42 0,67

19,57

25,87

О Целлюлоза и полу целлюлоза Древесная масса

Макулатура

Наполнители тмм/хтмм

Химикаты

Рисунок 2: Полуфабрикаты и химические продукты в бумажном производстве.

Соотношение основных химикатов в бумажном производстве России, %

7,8

34,3

50,2

13

Читайте также:  Повышение эффективности производства и применения коробочного картона в Санкт-Петербургском регионе

П Сернокислый алюминий □ Крахмал Клей канифольный О Синтетические добавки

Рисунок 3: Химикаты в бумажном производстве России.

В числе прочих факторов потому, что сектор высококачественных офсетных и мелованных бумаг, почти полностью производимых в нейтральной среде из первичного волокна с использованием карбоната кальция, никогда не был определяющим направлением в российской ЦБП. Без учета объема производства газетной бумаги, дозировка глинозема по отношению к расходу канифольного клея гораздо выше технологически необходимой нормы. Очевидно,предприятия в целом не владеют информацией о современной химической технологии в мокрой части машин, так как по-прежнему используют только один рычаг регулирования в процессах — снижение рН массной суспензии с помощью соединений алюминия. Не случайно процент применения химикатов, всесторонне улучшающих функционирование машин, оставляет желать лучшего (Рисунок 4) [231. И* всего небольшого количества синтетических добавок в 0,049% они составляют около 30%.

Небезинтересны данные по производству в нейтральной среде, ведь задача повышения качества продукции и улучшения экологических параметров деятельности предприятий становится все актуальней и без прогрессивной технологии проклейки она не может решаться (Рисунок 5).

Применение групп сишегических добавок в бумажном производстве России, %

2,8

О Ююи дин массной и поверхностной проклейки

Химиквты для удержания

Красители и отбеливатели

Фиксаторы

Связующие

О Смоли для влаг о прочности

Синтетические упрочиители П Деаэраторы и пеногасители

Остальные

Рисунок 4: Синтетические добавки в бумажном производстве (данные 2006 г.).

Производство проду кции в кислой и нейтральной среде Нейтральная среда □ Кислая среда

Рисунок 5: Производство продукции и рН среды.

Внедрение современных технологий — рычаг коренного переворота в российской бумажной промышленности. Это позволит не только управлять качеством продукции, но и оптимизировать работу машин с экономией различных ресурсов. Рациональная, системная химическая технология преобразовываем технологию в реальный активный фактор производства.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Осипов, Павел Васильевич

Основные выводы:

1. В выполненной научной работе предложена новая общая методология оценки эффективности функционирования машин на основе установленной взаимосвязи электрокинетических явлений в бумажной массе и технологических процессов производства, на основе разработанных принципов подбора и применения химических продуктов для управления электрокинетическими и технологическими параметрами функционирования машин.

2. Предложены и внедрены многокомпонентные системы фиксации — удержания и упрочнения для применения на низкоскоростных и высокоскоростных БДМ/КДМ путем приспособления к конкретным электрокинетическим и технологическим условиям функционирования машин; при использовании новых фиксирующих веществ и многокомпонентных систем процессных химикатов решена актуальная проблема смоляных затруднений на машинах.

3. Разработаны принципы снижения массоемкосгги продукции из макулатуры без потери или с улучшением качества готовой продукции использованием новых синтетических упрочнителей.

4. Предложены принципы повышения эффективности процесса проклейки в массе клеями на основе АКД и канифоли применением новых многокомпонентных систем химикатов.

5. Применением вспомогательных фиксирующих химикатов существенно повышена адсорбция катионного крахмала на волокне и эффективность его действия при наличии анионных мешающих веществ в массной композиции.

6. На основе новой методологии в условиях крупнейшего предприятия отрасли — «Mondi Business Paper — Сыктывкарский ЛПК» предложен и реализован новый технологический регламент производства газетной и типографской бумаги на машине БДМ-15 с экономическим эффектом более 750 тысяч евро в год.

7. Путем длительного промышленного эксперимента по производству газетной бумаги улучшенного качества на БДМ-14 OAO»Mondi Business Рарег-Сыктывкарский ЛПК» с применением новой многокомпонентной системы химикатов и природным мелом до зольности бумаги 7 — 10% показано новое направление развития производства газетной бумаги в России.

8. На основе новой методологии внедрена новая технология производства влагопрочной бумаги.

9. Разработаны и внедрены эффективные системы фиксации — удержания — обезвоживания и упрочнения тест-лайнера, гофробумаги и различных видов картона с новыми процессными химическими продуктами на предприятиях России и Украины, новые рецептуры для поверхностной проклейки при производстве конкурентоспособной офисной и ксероксной бумаги на Б ДМ-11 и БДМ-14 OAO»Mondi Business Рарег-С ы кты вкарс ки й ЛПК» на новом оборудовании -пленочных прессах.[CSVCS]

Posted on in Ученые записки

Back to Top