БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 

       Контрольная работа

 

       по  курсу «Полиграфические материалы» 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минск 2006

Вариант 14

Вопрос 1. Размалывающие аппараты массового размола непрерывного действия. Конструкция. Особенности работы.

     В настоящее время конические мельницы выпускают трех видов: с наборной ножевой гарнитурой (мельницы Жордана) с обозначением в СССР различных марок общим буквенным индексом МКН, с литой ножевой гарнитурой — гидрофайнеры (обозначение марок общим индексом МКЛ), с базальтовой гарнитурой (общее обозначение марок — МКБ).

     Мельница  Жордана (приложение 1) имеет конической формы корпус (статор) и в виде усеченного конуса на валу ротор с укрепленными на нем ножами. Ротор приводится во вращение непосредственно от электродвигателя, через эластичную муфту. На внутренней поверхности статора также имеются ножи. Зазор и удельное давление между ножами ротора и статора регулируются с помощью присадочного механизма, осуществляющего осевое перемещение ротора относительно статора. Ножи на статоре и роторе укрепляются с помощью деревянных прокладок таким же образом, как на размалывающем барабане ролла. Толщина ножей от 3 до 10 мм.

     Наиболее  узкие ножи применяются при получении  массы для выработки впитывающих видов бумаги, т. е. в случаях, когда требуется повышенное режущее действие ножевой гарнитуры. Ножи толщиной 5-7 мм применяются у мельниц Жордана для укорачивания волокон в случаях установки мельниц на второй или третьей ступенях размола после гидрофайнеров или дисковых мельниц. Ножи толщиной 8-10 мм применяются для сравнительно небольшого укорачивания волокон при установке мельниц Жордана в одну ступень.

     Окружная  скорость ротора по его среднему диаметру у мельниц Жордана составляет у разных конструкций от 8 до 22 м/с и более. Из указанного выше следует, что у мельниц, работающих при малой окружной скорости ротора (8-14 м/с), в большей степени происходит укорачивание волокон, чем у мельниц, работающих при более высокой окружной скорости ротора (более 16 м/с).

     Угол  конусности ротора также оказывает влияние на характер массы, получаемой в результате размола. Чем больше угол конуса ротора, тем меньше мельница укорачивает волокна. В мельницах Жордана различных конструкций величина угла конуса ротора находится в пределах 16-20°.

     Масса при концентрации 3-3,5 % поступает в мельницу со стороны малого диаметра ротора и, проходя между ножами ротора и статора, выходит со стороны большого диаметра ротора. Подача массы в мельницу осуществляется насосом или же, что лучше, напором столба массы из бака постоянного уровня, расположенного над мельницей на высоте около 3 м. Движение массы через мельницу осуществляется за счет этого гидравлического напора и центробежной силы, создаваемой ротором.

     Гидрофайнер, или коническая мельница с литой гарнитурой (приложение 2), по своей конструкции и принципу работы сходен с мельницей Жордана. Однако если основным назначением мельницы Жордана является большее или меньшее укорачивание волокон, то основное назначение гидрофайнера — гидратация волокон при минимальном их укорачивании. Этим и определяются различия в условиях работы и в конструктивных особенностях указанных конических мельниц.

     Очевидно, что для уменьшения режущего действия ножи гидрофайнера должны быть толще, чем у мельницы Жордана. Они и имеют у гидрофайнера толщину 8-16 мм и не являются съемными, а выфрезерованы в литой ножевой рубашке статора и ротора. Применяемое удельное давление размола при работе гидрофайнера ниже, чем при работе мельницы Жордана. Ротор гидрофайнера имеет окружную скорость, достигающую до 24 м/с и более. Концентрация массы, поступающей в гидрофайнер, выше, чем при поступлении в мельницу Жордана, и составляет 4-6 %. Для обеспечения надлежащего прохода массы повышенной концентрации на валу гидрофайнера имеется крыльчатка.

     Коническая  мельница с базальтовой гарнитурой применяется для получения массы жирного помола. Масса размалывается в мельнице при концентрации 4 %. Базальт в виде брусков закрепляется на роторе и статоре мельницы с помощью цементного раствора или, лучше, эпоксидного клея. В некоторых случаях ротор изготовляют из монолитного куска базальта с выфрезерованными ножами на рабочей поверхности.

     Так как мельница имеет большую размалывающую поверхность, удельное давление при размоле массы в такой мельнице невелико, и волокна без существенного укорачивания подвергаются в мельнице раздавливанию и расщеплению на фибриллы.

     В свое время длительный (порядка 18 и более часов) размол массы в роллах для конденсаторной бумаги был заменен размолом в последовательно установленных мельницах с базальтовой гарнитурой. Это способствовало существенной интенсификации процесса размола и устранению попаданий в массу металлических частиц от ножей размалывающей гарнитуры. В настоящее время оказалось, однако, целесообразным при выработке конденсаторной бумаги использовать мельницы с ножами из нержавеющей стали, что исключило попадание в массу мелких частиц базальта.

     Дисковые  мельницы приобрели в настоящее  время широкое распространение  в качестве размалывающего оборудования различного назначения. Они стали универсальным размалывающим оборудованием, которое успешно используется для размола различных видов целлюлозы и полуцеллюлозы, отходов сортирования целлюлозы и древесной массы, включая и размол сучков, щепы в производстве древесной массы, термомеханической массы и массы для древесноволокнистых плит, для рафинирования бумажной и макулатурной массы. Своему широкому применению дисковые мельницы обязаны особенностям конструкции и преимуществам перед коническими мельницами.

     При размоле в дисковых мельницах снижается удельный расход электроэнергии на 15-25 % по сравнению с размолом в конических мельницах, что обусловлено снижением гидродинамических потерь в зоне размола. Дисковые мельницы занимают меньше места, чем конические. Они высокопроизводительны, более удобны для обслуживания, позволяют применять высокую концентрацию размалываемой массы (вплоть до размола воздушно-сухих волокон) и обеспечивают получение бумажной продукции с повышенными показателями механической прочности.

     По своей конструкции дисковые мельницы отличаются большим разнообразием: с вращением в противоположные стороны одного или двух дисков, сдвоенные (с одним вращающимся диском, расположенным между двумя неподвижными дисками), многодисковые. Отечественным бумагоделательным машиностроением предусмотрен выпуск дисковых мельниц с одним вращающимся диском (серия МД) и сдвоенных (серия МДС).

     В приложении 3 представлена схема одной из дисковых мельниц серии МД, работающих при концентрации массы до 6 %. Масса поступает в мельницу через центральный патрубок, проходит через регулируемый зазор между дисками и выходит из мельницы через нижний или боковой патрубки. Размалывающие диски облицованы ножевой гарнитурой, выполненной в виде сменных секторов.

     В приложении 4 изображена схема одной из дисковых мельниц серии МД, работающих при концентрации массы до 25 % и выше, что обеспечивается винтовой подачей массы.

     В приложении 5 показана схема одной из высокопроизводительных сдвоенных дисковых мельниц, работающих при концентрации массы до 6 %. Мельница имеет неподвижный средний диск и вращающиеся крайние диски, которые могут с помощью гидравлической системы перемещаться в осевом направлении. Они установлены на сквозном валу, проходящем через средний диск. Подводящие и выходные отверстия для массы выполнены так, что возможно параллельное и последовательное ее движение между поверхностями размола.

     Схемы установок машин  непрерывного действия. Эта схема может быть оснащена автоматически работающей аппаратурой для регулирования времени размола и количества рабочих циклов, дистанционной присадки роторов мельниц и переключения задвижек на массных трубопроводах.

     Схема непрерывного размола может быть использована при подготовке массы для специализированных бумагоделательных машин, вырабатывающих один или несколько сходных видов бумаги. Производительность установки непрерывного размола регулируется либо путем изменения степени рециркуляции массы, либо дросселированием на выходе из последней мельницы.

     Мельницы  могут быть включены параллельно и последовательно. При параллельном включении нескольких мельниц производительность всей размалывающей установки становится равной сумме производительностей всех параллельно включенных мельниц. Суммарная производительность последовательно включенных одинаковых по производительности нескольких мельниц равна производительности одной мельницы, но масса, последовательно проходя через каждую мельницу, будет приобретать все большую степень помола.

     Если  производительности одной мельницы и степени помола размалываемой ею массы недостаточно для удовлетворения нужд производства, то устанавливают несколько параллельно работающих технологических линий мельниц.

     В тех случаях, когда наряду с расчесыванием волокон необходимо и некоторое их укорачивание, размол часто проводят не в однотипных мельницах (гидрофайнерах или мельницах Жордана), а применяют ступенчатый размол с осуществлением на начальных ступенях размола гидратирования волокон, а на последней ступени — их укорачивания. При такой схеме размола после гидратирования волокон осуществляют нужное разбавление водой массы, поступающей на вторую ступень. Установка вначале мельниц Жордана, а затем гидрофайнеров нецелесообразна. В этом случае после мельниц Жордана пришлось бы сгущать массу, поступающую на гидрофайнеры, а перед первой ступенью размола, возможно, пришлось бы массу разбавлять водой.

     В тех случаях, когда в результате размола нужно лишь небольшое увеличение степени помола размалываемой целлюлозы (например, при выработке газетной бумаги или других видов бумаги для печати с высоким содержанием древесной массы), размол осуществляют в одну ступень в дисковых мельницах или в гидрофайнерах.

     Указанные общие положения относительно схем установки конических мельниц справедливы и в отношении установки дисковых мельниц, которые, однако, могут работать и в условиях значительно более высоких концентраций размалываемой массы. Вместе с тем они могут успешно заменить как мельницы Жордана, так и гидрофайнеры.

     Увеличение  концентрации массы при размоле  способствует усилению фибриллирования волокон вследствие повышения при этом их взаимного трения. Кроме того, при увеличении концентрации массы в зоне размола оказывается одновременно большее количество волокон и на каждое из них приходится меньшее давление размола. Оба эти фактора (повышенное межволоконное трение и пониженное удельное давление) приводят к уменьшению режущего действия размалывающей гарнитуры и усилению эффекта фибриллирования волокон, что особенно полезно при изготовлении бумаги повышенной прочности.

     Указанная тенденция упрочнения изготовляемой  бумаги при увеличении концентрации размалываемых исходных волокон  распространяется и на область повышенной концентрации массы (более 8%), при которой густую массу нельзя уже подавать к размалывающему оборудованию обычным массным насосом. Подача массы очень высокой концентрации (12-32 %) осуществляется обычно винтом.

     Установлено, что высокие показатели механической прочности бумаги, включая показатели сопротивления раздиранию и повышенной растяжимости бумаги, достигаются при использовании двухступенчатой схемы размола массы в дисковых мельницах, работающих при повышенной концентрации массы и с повышенной окружной скоростью диска. При этом первая ступень размола осуществляется с более высокой концентрацией массы, чем вторая ступень, перед которой масса разбавляется водой до нужной степени. Такой режим размола массы особо рекомендуется при выработке мешочной бумаги /1/.

 

Вопрос 2. Основные физические и химические процессы, используемые для закрепления красок

     Процесс образования на пористой поверхности  запечатываемого материала (бумаги, картона и др.) достаточно твердой  красочной пленки, позволяющей выполнять  дальнейшие операции по обработке печатной продукции. Образование красочной пленки на поверхности бумажного листа происходит в результате сложного химико-физического процесса, в начале которого краска, нанесенная на бумагу, прилипает к ней и связующее вещество частично впитывается в ее поры. Входящие в состав связующего вещества смолы быстро загустевают. Для ускорения закрепления краски при печатании на высокоскоростных рулонных машинах в ее состав вводят специальные добавки (сиккативы), ускоряющие этот процесс /3/.