Облагораживание макулатуры в производстве бумаги

Рисунок 26 - Механизм отделения типографской краски от волокна

Ионы Na⁺, образовавшиеся в результате диссоциации омыленных связующих веществ типографской краски, ввиду своей высокой подвижности и небольших размеров, проникают в межфибриллярное пространство и капилляры волокна, снижая общую щелочность суспензии.

Омыленные вещества связующего краски подвергаются гидролизу:

При этом образуется мелкодисперсная смола, которая, также как и волокна, имеет отрицательный заряд. Ионы Na⁺, проникая в пространство между волокном и краской, омыляют смоляные вещества краски также и со стороны соприкасающейся с волокном.

Образовавшиеся на поверхности волокна и частицы типографской краски отрицательные заряды создают условия для их разделения. Прореагировавшая часть связующих веществ краски (мыла) выполняют роль эмульгатора или стабилизатора частиц краски. Их эмульгирующее действие облегчается тем, что на поверхности частичек печатной краски адсорбируются отрицательные ионы мыла R - COO^-, полученного в результате его диссоциации в воде:

Причем диссоциированные ионы адсорбируются на частицах краски таким образом, что к поверхности частиц направлена длинная смоляная часть молекулы R-COO^- с отрицательным знаком заряда, а ионы Na⁺ с положительным знаком заряда ориентированы в сторону воды. Однако величины зарядов волокна и частичек краски не велики и не обеспечивают устойчивого разделения их и стабилизации частичек краски в суспензии.

Для более эффективного и устойчивого отделения частичек печатной краски от волокна в суспензию вводят поверхностно-активные вещества ионогенного типа (мыла).

Молекулы ПАВ, в силу большей гидрофобности поверхности типографской краски, ориентируются своими гидрофобными (углеводородными) «хвостами» к их поверхности, модифицируя их, гидрофилизируя их поверхность, и в силу высокой полярности «головы» увеличивают их отрицательный заряд. При достижении критической концентрации мицеллообразования (ККМ) поверхностно-активные вещества образуют мицеллы. Углеводородные радикалы с прикрепленными к ним частичками краски, слипаясь за счет Ван-дер-Ваальсовых сил, образуют внутреннюю часть мицелл (ядро), а полярные группы обращаются в водную фазу. Таким образом, полученная мицелла - это как бы микрокапелька (микрофлокула) углеводорода с частичкой типографской краски, заключенная в оболочку из гидратированных полярных групп, химическими силами связанных с углеводородными цепями ядра. Частичка типографской краски с модифицированной поверхностью является устойчивым образованием. На этом заканчивается процесс отделения частицы типографской краски от волокна.

Особенности технологии подготовки макулатурной массы к флотации не позволяют регулировать размеры частиц краски, отделившихся от волокон. Их величина колеблется в широком интервале размеров. На рисунке 27 представлены результаты исследований по определению размеров частиц, которые были определены двумя способами: традиционным-микроскопическим и с помощью прибора проф. Дрикера, принцип действия которого основан на изменении проводимости капилляра, при прохождении через него частички краски.

Рисунок 27 - Распределение частиц краски по размерам (А), схема прибора по определению размеров частиц краски (Б)

Технологическая схема производства облагороженной макулатурной массы.

На основании результатов, полученных после проведенных исследований по облагораживанию макулатурной массы, нами предложена технологическая схема облагораживания, представленная на рисунке 28.

Рисунок 28 - Технологическая схема производства облагороженной макулатурной массы

Макулатура, предназначенная для облагораживания, загружается в аппарат шнекового типа 1 для проведения гидро-термообработки. Также в этот аппарат подается NaOH в количестве 1,5 % от а.с. массы макулатуры. Содержимое аппарата нагревается паром до температуры 100 ⁰С и выдерживается при этой температуре в течение 30 мин при постоянном перемешивании шнеком.

Гидро-термообработанная макулатурная масса подается на роспуск в гидроразбиватель 2. Концентрация при роспуске 5-7 % температура не ниже 50-60 ⁰С. В гидроразбиватель загружаются также флотореагенты в установленных количествах: Na₂SiO₃ - 3,0 % от а.с. массы макулатуры; соапсток - 2,5 % от а.с. массы макулатуры; Н₂О₂ - 3,0 % от а.с. массы макулатуры. Время роспуска 20-30 мин.

Из гидроразбивателя масса подается в приемную емкость 3 и выдерживается в ней в течение 1-1,5 ч при температуре 40-50 ⁰С. Далее процесс идет непрерывно.

Из приемной емкости масса через бак постоянного уровня 13 поступает на разбавление в смесительный насос 12. Откуда масса с концентрацией 1,5 % поступает в промежуточный бассейн 4 из него на вихревой очиститель 5 - это предварительная очистка проводится для удаления тяжелых загрязнений. Затем масса поступает на сортирование в турбосепаратор 6 для отделения загрязнений, плотность которых близка или равна плотности воды (скотч, полимерные пленки и др.). После сортирования масса поступает в приемный бассейн 7, из которого на двух ступенчатую флотацию 8. Флотация проводится на флотаторах типа «Берд-Хельберг» при концентрации 1,5 %. Время флотации 10 - 15 мин. После флотации масса сгущается на сгустителе 9 и дополнительно диспергируется на энтштиппере 10. При необходимости бумажная масса подвергается дополнительной отбелке пероксидом водорода в течение 20 мин. Отходы от флотаторов обезвоживаются на сгустителе 9. Вода от сгустителей поступает в сборник оборотной воды 11.

Наши рекоментации были реализованы при закупке, монтаже и пуско-наладке оборудования на ОАО «Новолялинский ЦБК». После двух недель пусконаладочных работ цех по облагораживанию макулатуры достиг проектной мощности. В настоящее время ОАО «Новолялинский ЦБК» выпускает бумагу-основу для гофрирования и картон для плоских слоев гофрокартона из 100 % облагороженной макулатуры. Использование облагороженной макулатуры для производства бумаги-основы для гофрирования и картона для плоских слоев гофрокартона дало экономический эффект свыше 14 млн.руб. в год.

Выводы

1. Уточнены представления о причинах «необратимого ороговения», как следствия образования монолитных низкомолекулярных пленок, действия усадочных напряжений и обосновано улучшение бумагообразующих свойств дополнительной технологической обработкой, что позволяет многократно использовать макулатуру.

2. Предложенная реологическая модель поведения бумажного полотна в процессах высыхания-увлажнения с учетом представлений о структурном стекловании дает возможность оценивать способность бумаги к повторному роспуску.

3. Полученные решения распределения скоростей и давлений уравнений движения пузырька воздуха в диспергированном потоке волокнистой суспензии позволяют проводить гидродинамический расчет ячейки флотатора.

4. Разработанная модель флотации типографской краски, включающая набор дифференциальных уравнений в частных производных, адекватно описывает эффективность процесса флотации.

5. Предложенный механизм отделения типографской краски от волокон, основанный на реакции омыления жирных кислот, входящих в состав связующего краски, объясняет применение флотационных реагентов.

6. Установлена роль ж-потенциала, поверхностного натяжения, длины углеводородной цепи ПАВ, флотационных реагентов при флотации малых частиц, как факторов эффективного управления процессом флотации.

7. Разработанная рациональная технологическая схема процесса облагораживания макулатуры обеспечивает реализацию принципа recycling.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

Монографии

1. Агеев, М.А. Гидродинамика процесса облагораживания суспензии вторичных волокон / М.А. Агеев, Н.Л. Медяник, А.Я. Агеев. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2005. - 187с.

Учебники и учебные пособия

2. Агеев, М.А. Процессы обезвоживания и формования бумажного листа: учеб. пособие / М.А. Агеев, А.В. Синчук, А.Я. Агеев. - Екатеринбург: УрО РАН, 2000. - 215 с.

Статьи в центральных журналах и научных трудах

3. Агеев, М.А. Особенности флотации мелких частиц типографской краски при облагораживании газетной макулатуры / М.А. Агеев, О.Ю. Бауэр, А.Я. Агеев, В.Н. Старжинский // Лесной вестник. - 1999. - №4. - С. 109-114.

4. Агеев, М.А. Механизм флотации типографской краски / М.А. Агеев, О.Ю. Бауэр, Н.Н. Еремеева // Лесной вестник. - 1999. - №6. - С. 75.

5. Агеев, М.А. Использование параметра растворимости при приготовлении канифольного клея / М.А. Агеев, О.Ю. Бауэр, А.Я. Агеев // Лесной вестник. - 1999. - №1. - С. 45-47.

6. Агеев, М.А. Исследование коллоидно-химических свойств парафиновой дисперсии / М.А. Агеев, О.Ю. Бауэр, А.Я. Агеев, С.П. Санников // Лесной журнал. - 2001. - №1. - С. 114-120.

7. Агеев, М.А. К уравнению Дарси-Кугушева при флотации волокнистых суспензий в условиях деформирования волокнистого слоя / М.А. Агеев, А.В. Синчук, А.Я. Агеев // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2003. - №7-8. - С. 78-86.

8. Агеев, М.А. Исследование взаимодействия частичек типографской краски с воздухом при флотационном облагораживании макулатуры / М.А. Агеев, В.В. Свиридов, Н.Л. Медяник // Лесной журнал. - 2005. - №4. - С.124-134.

9. Агеев, М.А. Влияние длины углеводородной цепи ПАВ на эффективность извлечения типографской краски из макулатуры / М.А. Агеев, С.М. Репях, А.Я. Агеев // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2005. - №9. - С. 54.

10. Агеев, М.А. Усадочные напряжения при сушке / М.А. Агеев, В.Л. Глузман; Московский гос. горный ун-т. - М., 2006. - 14с. Библиогр.: с. 13-14. - Деп. В МГГУ 14.11.06, № 549/01-07.

11. Агеев, М.А. Методика гидродинамического расчета ячейки флотатора / М.А. Агеев; Московский гос. горный ун-т. - М., 2006. - 12с. Библиогр.: с. 12. - Деп. В МГГУ 14.11.06, № 550/01-07.

12. Агеев, М.А. Влияние химикатов на эффективность флотационного облагораживания макулатуры / М.А. Агеев, Н.Л. Медяник, А.Я. Агеев // Лесной журнал. - 2006. - №1. - С.83-89.

13. Агеев, М.А. Роль поверхностно-активных веществ при флотации макулатурной массы / М.А. Агеев // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2006. - пилотный научный выпуск. - С.24-26.

14. Агеев, М.А. Механизм отделения типографской краски от волокна / М.А. Агеев // Химия растительного сырья. - 2007. - №1. - С. 91-93.

15. Агеев, М.А. Кинетика набухания волокон макулатуры / М.А. Агеев, В.Л. Глузман // Химия растительного сырья. - 2007. - №1. - С. 95-98.

16. Агеев, М.А. Экспериментальные исследования движения пузырьков воздуха в не разрушенной волокнистой суспензии / М.А. Агеев // Лесной журнал. - 2007. - №2. - С.

17. Агеев, М.А. К гидродинамике элементарного акта флотации / М.А. Агеев, В.Л. Глузман, В.В. Беспалов, А.Я. Агеев // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2007. - №1. - С. 28-33.

18. Агеев, М.А. Движение пузырька воздуха в волокнистой суспензии при флотации / М.А. Агеев, А.И. Короткий // Лесной журнал. - 2007. - №6. - С. 114-119.

19. Агеев, М.А. Причинно-следственный анализ результатов квалиметрической оценки упаковочных видов бумаги / М.А. Агеев, В.Л. Глузман // Лесной вестник. - 2008. - №3. - С. 130-137.

20. Агеев, М.А. Параметр растворимости - критерий набухаемости вторичного волокна при увлажнении / М.А. Агеев // Лесной вестник. - 2008. - №3. - С. 128-130.

21. Агеев, М.А. Усадочные напряжения в бумаге при сушке / М.А. Агеев // Химическая промышленность. - 2006. - №10 . - С. 470-480.

22. Агеев, М.А. Отходы - в доходы / М.А. Агеев, А.Я. Агеев // Инновации. - 1997. - №2-3. - С. 67-76.

23. Агеев, М.А. Экологически чистая технология утилизации бумажной макулатуры с целью получения товаров народного потребления и полуфабрикатов для производства печатных видов бумаги / М.А. Агеев, В.Н. Старжинский, А.Я. Агеев // Техноген - 97: тез. докл. междунар. выст. и конф. - Екатеринбург, 1997. - С. 35.

24. Агеев, М.А. Ресурсосберегающие технологии переработки макулатуры в тароупаковочные виды продукции и товары народного потребления / М.А. Агеев, А.Я. Агеев // Роль инноваций в экономике Уральского региона: матер. первой региональной конф. - Екатеринбург, 1998. - С. 47-48.

25. Агеев, М.А. Механизм флотации типографской краски / М.А. Агеев // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тез. докл. IX всеросс. науч. конф. - Екатеринбург, 1999. - С. 57.

26. Агеев, М.А. Экологические проблемы ЦБП / М.А. Агеев, А.Я. Агеев // Экологические проблемы и химические технологии: сб. тр. к 70-летию УГЛТА. - Екатеринбург, 2000. - С. 56-63.

27. Агеев, М.А. Современное состояние и перспективы использования макулатуры в мировой ЦБП / М.А. Агеев // Экологические проблемы и химические технологии: сб. тр. к 70-летию УГЛТА. - Екатеринбург, 2000. - С. 47-55.

28. Агеев, М.А. Влияние длины углеводородной цепи ПАВ на облагораживание макулатуры / М.А. Агеев, А.В. Синчук, Ю.Н. Александрова // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тез. докл. XI всерос. науч. конф. - Екатеринбург, 2001. - С. 43-44.

29. Блинова, И.А. Оптимизация процесса мерсиризации МБС / И.А. Блинова, М.А. Агеев, Ю.В. Юрченко // Экология: образование, наука, промышленность и здоровье: тез. докл. II междунар. науч.-практ. конф. - Белгород: Вестник БГТУ, 2004. - №8. - ч. 6. - С. 76-78.

30. Фурсаева, А.В. Исследования мешочной бумаги, содержащей в композиции макулатуру / А.В. Фурсаева, М.А. Агеев // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: матер. I всерос. науч.-техн. конф. - Екатеринбург, 2004. - С. 26-27.

31. Черепанова, С.Я. Влияние гидротермообработки на количество циклов ее использования / С.Я. Черепанова, В.В. Беспалов, М.А. Агеев // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: сб. матер. всерос. студенч. олимпиады, науч.-практич. конф. и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых. - Екатеринбург, 2004. - С. 58-59.

32. Кощеева, О.Б. Топливные брикеты на основе макулатуры / О.Б. Кощеева, В.П. Ануфриев, А.Я. Агеев, М.А. Агеев // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: сб. матер. всерос. студенч. олимпиады, науч.-практич. конф. и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых. - Екатеринбург, 2004. - С. 44-45.

33. Яцюк, Д.С. Влияние термической обработки макулатуры на ее бумагообразующие свойства / Д.С. Яцюк, М.А. Агеев, П.Е. Лазарев // Экология: образование, наука, промышленность и здоровье: тез. докл. II междунар. науч.-практ. конф. - Белгород: Вестник БГТУ, 2004. - №8. - ч. 6. - С. 75-76.

34. Блинова, И.А. Изучение возможности использования МБС для получения Na-КМЦ / И.А. Блинова, М.А. Агеев, Ю.В. Юрченко // Машины и аппараты целлюлозно-бумажного производства. межвуз. сб. науч. тр. - Санкт-Петербург: СПбГТУРП, 2004. - С. 16-21.

35. Николаенко, А.А. Использование диаграммы Парето для оценки дефектов мешочной бумаги / А.А. Николаенко, В.Л. Глузман, М.А. Агеев // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: матер. III всерос. науч.-техн. конф. - Екатеринбург, 2007. - С. 21-23.

36. Чернышева, С.В. Квалиметрическая оценка мешочной бумаги марки М-78А ОАО Новолялинский ЦБК / С.В. Чернышева, В.Л. Глузман, М.А. Агеев // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: матер. III всерос. науч.-техн. конф. - Екатеринбург, 2007. - С. 48-51.

37. Глузман, В.Л. Адаптация методов квалиметрии к продукции целлюлозно-бумажной промышленности / В.Л. Глузман, М.А. Агеев // Современные системы контроля и управления качеством бумаги и картона: сб. тр. междунар. науч.-практич. конф. - С.Петербург, 2007 . - С. 78-86.

38. Глузман, В.Л. Методы улучшения качества бумаги: причинно-следственная связь / В.Л. Глузман, М.А. Агеев // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: матер. IV всерос. науч.-техн. конф. - Екатеринбург, 2008. - С.252-254.

39. Калугина, Н.В. Расчет коллектора потокораспределителя напорного ящика бумагоделательной машины / Н.В. Калугина, В.Л. Глузман, М.А. Агеев // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: матер. IV всерос. науч.-техн. конф. - Екатеринбург, 2008. - С.266-268.

40. Агеев, М.А. Бумагообразующие свойства волокон макулатуры марки МС-3А / М.А. Агеев, В.Л. Глузман, В.В. Беспалов // Научные основы инновационных технологий бумаги и картона: сб. тр. I всерос. науч.-техн. конф. - Полотняный Завод, 2008. - С. 68-74.

Патенты и изобретения

41. Пат. 1801 Российская Федерация, Ритуальные изделия / Агеев М.А., Бурочкин Ю.В., Скорынин В.А., Челмаев В.А., Агеев А.Я.; заявитель и патентообладатель МП «Студент». - № 94031605; заявл. 29.08.94 опубл. 16.03.96., Бюл.№ 3. - 2с.

42. Пат. 2738 Российская Федерация, Ритуальные изделия / Агеев М.А., Бурочкин Ю.В., Скорынин В.А., Челмаев В.А., Агеев А.Я.; заявитель и патентообладатель МП «Студент». - № 94031544; заявл. 29.08.94 опубл. 16.09.96., Бюл.№ 9 - 2с.

Размещено на Allbest.ru