Ефективно използване на химични спомагателни вещества при производството на хартия и картон
Държавен технологичен университет в Санкт Петербург
Като ръкопис
Осипов Павел Василиевич
Ефективно използване на химични спомагателни вещества
вещества в производството на хартия и картон
05.21.03 - технология и оборудване за химическа преработка на дървесна биомаса; дървохимия.
Автореферат на дисертация за научна степен доктор на техническите науки
Работата е извършена в Санкт Петербургския държавен технологичен университет за растителни полимери и CJSC BASF (Москва).
Официални опоненти: д.т.н., проф
Смолин Александър Семенович
доктор на химическите науки, професор
Боголицин Константин Григориевич
доктор на техническите науки, доцент
Дубови Владимир Климентиевич
Ръководител: Общобългарски научноизследователски институт по целулозно-хартиената промишленост, Санкт Петербург.
Дисертацията може да се намери в библиотеката на СПбГТУРП.
Резюмето е изпратено: "____" ___________ 2007 г
Съвет за дисертация Швецов Ю.Н.
общо описание на работата
Намаляването на масовото съдържание на хартиените продукти и рециклирането на отпадъчна хартия са важни настоящи задачи на целулозно-хартиената промишленост, но за да се сведе до минимум зависимостта на машините от хетерогенността на вторичните суровини, загубата на механична якост на влакнестите материали, различни видове отлагания и препятствия от смола, тази задача може да бъде решена само като се вземат предвид промените в специфичните условия в целия поток и в мократа част на машината за хартия / машината за хартия,
като се отчитат особеностите на дейността на всяко предприятие. Тъй като в целулозно-хартиената промишленост практически не се изграждат нови мощности, е възможно увеличаване на производството на продукти поради ново отношение към химическите продукти и въвеждането на новитехнологии с използването им върху PM / KDM, превръщането им в реален активен фактор в цялостната производствена технология.
Целта на работата е да се разработят нови ефективни многокомпонентни системи от химически ексципиенти, нови технологии с тяхното използване върху потоци PM / KDM, като се вземат предвид електрокинетичните параметри на масовата суспензия и практическото прилагане на резултатите от изследванията в целулозно-хартиените предприятия. Въз основа на това трябва да се изпълнят следните задачи:
- Установяване на връзката между електрокинетичните явления и основните химико-технологични производствени процеси с използване на химични продукти, разработване на принципи за избор и използване на химични продукти за управление на електрокинетичните и технологични параметри на функциониране на машините.
- Разработване на принципи за намаляване на масовото съдържание на продукти от отпадъчна хартия без загуба или с подобряване на качеството на готовите продукти с помощта на химически помощни вещества.
- Разработване и практическо приложение на многокомпонентни системи от спомагателни химикали с цел спестяване на различни материали и ресурси чрез адаптиране на химични системи към специфични технологични условия за работа на машините.
- Разработване на начини за намаляване на пречките от смола върху машините.
- Разкриване на принципите за повишаване на ефективността на процеса на оразмеряване на маса с лепила на базата на колофон и алкилкетенови димери.
- Разработване и внедряване на химическа технология за производство на редица видове хартиени продукти, базирани на разработените принципи на нова технология за използване на спомагателни химически системи на нискоскоростни и високоскоростни хартиени машини / хартиени машини.
Научна новост. Разработени са основите на нова методология за оценкаосновните параметри на технологията на химическото производство, което позволява значително да се увеличи производителността на машините и цялостно да се подобри ефективността на тяхното функциониране, като се използва връзката между електрокинетичните параметри на хартиената маса и технологичните процеси на машините.
Получени са електрокинетичните характеристики на хартиената маса от първични суровини и отпадъчна хартия, установени са принципите на тяхното регулиране чрез използване на химични спомагателни вещества.
Предложени са нови комбинации от процесни химикали с висока кохезивна енергия на химични групи и многокомпонентни системи от химикали на базата на модифицирани полиетиленимини (PEI), полиамини (PAm), поливиниламини (PVAm), полиакриламиди (PAA) с линейна структура на макромолекули и с химични връзки между линейни вериги, различни молекулни тегла и плътности на катионни заряди, разработени са принципи за техния избор във връзка с специфични технологични условия за работа на машините.
Основните методологични разпоредби на работата. Разработването на системи от химични спомагателни вещества за химическата технология е извършено с помощта на основните закони на електрокинетиката на колоидните системи и хидродинамиката на влакнестите суспензии, както и съвременните статистически методи. Въз основа на характеристиките на междумолекулните взаимодействия на полимерите - енергията на кохезия - в зависимост от молекулното тегло, химическата структура, наличието на активни функционални групи в полимера, бяха избрани химически продукти за изследване и приложени в практиката, химически продукти, способни да образуват силни връзки главно поради водородни връзки и диполни взаимодействия поотделно или съвместно. За да се засилят тези ефекти, бяха определени значими фактори на електрокинетичното състояние на хартиената маса, които влияят на енергията.кохезия на химически продукти, за да се управляват тези фактори, включително анализ на точки и методи, последователност на доставка на химически добавки на машини. По отношение на високоскоростните PM/KDM са разработени многокомпонентни системи за процесите на фиксация - задържане - дехидратация - втвърдяване с многофункционални добавки, които установяват силни връзки с частиците на масата след излагане на срязващи сили в процеса на подготовка на масата. За това са идентифицирани специфични, технологично обосновани нива на катионно търсене, зета потенциал и потенциал на потока, електропроводимост и мътност на масата и течната фаза за всяка машина в предприятията.
Измерванията и автоматичният контрол на електрокинетичните характеристики на масата бяха извършени с помощта на съвременни инструменти, нови за предприятията от ОНД, включително тези, инсталирани на машини. Предложена е техника за оценка на загубата на вода и дехидратацията на масова суспензия и ефективността на химическите добавки с цел увеличаване на скоростта на машините. Намаляването на съдържанието на въздух в масовите състави се извършва с помощта на клас деаератори с дозиране в масата със средна концентрация.
Практическо значение на работата. Разработени са нови ефективни, балансирани многокомпонентни системи от химически ексципиенти с цялостно спестяване на материални и енергийни ресурси на потоците PM / CDM, с намаляване на масовото потребление, увеличаване на скоростта и намаляване на празния ход на машините и подобряване на екологичните параметри на предприятията. Използвайки съвременни методи за статистически анализ, резултатите от лабораторни и промишлени тестове на нови химически продукти и нови химически технологии се обработват, за да се идентифицират основните фактори, влияещи върху продуктивното функциониране на машините вспецифични условия. Възпроизводимостта на резултатите се доказва от практически тестове на 57 машини от 30 целулозно-хартиени предприятия в България и Украйна и въвеждането на нова технология изцяло или частично в повечето предприятия.
Предложени са нови технологични химикали с висока енергия на кохезия на химически групи, проблемът със смолните трудности при машините е практически решен с помощта на химическа технология съгласно нова методология.
Доказано е, че новите химически системи за процес спомагат за увеличаване на ефекта на функционалните химикали с намаляване на тяхната специфична консумация и на практика се решава въпросът за повишаване на ефективността на използването на катионно нишесте, лепила за масово оразмеряване на базата на колофон и на базата на алкилкетенови димери (AKD).
Предложени са нови синтетични втвърдители на базата на PVAm, които имат висок адсорбционен капацитет върху рециклирани влакна, които в комбинация с PEI и PAA могат значително да подобрят свойствата на механичната якост, като същевременно значително намаляват масовото съдържание на продуктите.
Проведени са нови проучвания за ефективността на контролирано масово оразмеряване с нови лепила на базата на AKD с амфотерен защитен колоид, когато се използва в производството на офсетова хартия от целулозна композиция и тестова подложка от рециклирана композиция.
С използването на нови химически продукти на базата на PVAm беше показана възможността за постигане на ново качество по отношение на параметъра „порьозност на хартия и картон“ от целулоза и състав на отпадъчна хартия.
Разработени са нови формулировки за повърхностно оразмеряване на ново оборудване - преси за оразмеряване на филми. Представен е опитът в повърхностната обработка на хартия и картон, включително на ново оборудване за България, което дава обещаваща информация за по-нататъшното развитие на оборудването игама от продукти от целулоза и хартия.
Структура и обем на дисертационния труд. Дисертационният труд се състои от увод, шест раздела, заключения, библиография - 254 заглавия, 245 фигури, 33 таблици. Дисертацията включва 292 страници основен текст.
За защита се представят следните резултати от работата:
- Разработените принципи на многокомпонентни системи от химически ексципиенти за производство на картон и хартия и общата методология за оценка на ефективността на работата на машини въз основа на резултатите от експериментални изследвания на връзката между електрокинетичните характеристики на хартиената суспензия и химико-технологичните процеси по време на подготовката на суровината и в мократа част на машината за хартия / машина за хартия.
INДисертационната работа решава важна научна тема за разработване на нови технологични решения, които позволяват да се увеличи производителността на PM / KDM с различни мощности, като същевременно се спестяват енергийни ресурси и различни материали.
Съдържание на работата
Във увода се обосновава актуалността на темата, формулират се целите и задачите на работата. Показано е значението на теоретичната и практическата работа по разработването и внедряването на нови системи от химични ексципиенти за химическата технология на производството на картон и хартия.
Първият раздел разглежда цифрите за българското производство на хартия и използването на химически продукти. По-малко от един процент от компонентите на хартията и картона днес са всички химикали на база сухо вещество във всеки продукт и само около 0,05% са синтетични полимерни добавки (Фигура 1).
Фигура 1: Приложение на синтетични добавки в хартия