Ефективне використання хімічних допоміжних речовин у виробництві паперу та картону

Санкт-Петербурзький Державний Технологічний Університет

на правах рукопису

Осипов Павло Васильович

Ефективне використання хімічних допоміжних

речовин у виробництві паперу та картону

05.21.03 – технологія та обладнання хімічної переробки біомаси дерева; хімія деревини.

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Робота виконана в Санкт-Петербурзькому державному технологічному університеті рослинних полімерів та ЗАТ «БАСФ»(м.Москва).

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Смолін Олександр Семенович

доктор хімічних наук, професор

Боголицин Костянтин Григорович

доктор технічних наук, доцент

Дубовий Володимир Климентович

Провідна організація: ВАТ "Всеукраїнський науково-дослідний інститут целюлозно-паперової промисловості", м. Санкт-Петербург.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці СПбДТУРП.

Автореферат розісланий: «____»___________2007

спеціалізованої вченої ради Швецов Ю.М.

Загальна характеристика роботи

Зниження масомісткості паперової продукції та переробка макулатури,- важливі поточні завдання ЦБП, але щоб максимально знизити залежність машин від неоднорідності вторинної сировини, втрат механічної міцності волокнистих матеріалів, різного роду відкладень та смоляних утруднень, це завдання можна вирішувати тільки з урахуванням всьому потоці та в мокрій частині БДМ/КДМ,

з урахуванням особливостей діяльності кожного підприємства. Оскільки нові потужності в ЦБП практично не будуються, приріст вироблення продукції можливий завдяки новому ставленню до хімічних продуктів та впровадженню новихтехнологій з їх використанням на БДМ/КДМ, їх перетворенню на реальний активний фактор у загальній технології виробництва.

Метою роботи є розробка нових ефективних багатокомпонентних систем хімічних допоміжних речовин, нових технологій з їх використанням на потоках БДМ/КДМ з урахуванням електрокінетичних параметрів масної суспензії та практичне впровадження результатів досліджень на підприємствах ЦБП. Виходячи з цього, слід виконати такі завдання:

  • Встановлення взаємозв'язку електрокінетичних явищ та основних хіміко-технологічних процесів виробництва із застосуванням хімічних продуктів, розробка принципів вибору та застосування хімічних продуктів для керування електрокінетичними та технологічними параметрами функціонування машин.
  • Розробка принципів зниження масомісткості продукції з макулатури без втрати або поліпшення якості готової продукції застосуванням хімічних допоміжних речовин.
  • Розробка та практичне застосування багатокомпонентних систем допоміжних хімічних речовин з метою економії різних матеріалів та ресурсів шляхом пристосування систем хімікатів до конкретних технологічних умов функціонування машин.
  • Розробка способів зниження смоляних труднощів на машинах.
  • Виявлення принципів підвищення ефективності процесу проклеювання в масі клеями на основі каніфолі та алкілкетендімерів.
  • Розробка та впровадження хімічної технології виробництва ряду видів паперової продукції на основі розроблених принципів нової технології використання систем допоміжних хімічних речовин на низькошвидкісних та високошвидкісних БДМ/КДМ.

Наукова новизна. Розроблено основи нової методології оцінкиосновних параметрів хімічної технології виробництва, що дозволяє значно підвищити продуктивність машин та всебічно покращити ефективність їх функціонування використанням взаємозв'язку електрокінетичних параметрів паперової маси та технологічних процесів на машинах.

Отримано електрокінетичні характеристики паперової маси з первинної сировини та макулатури, встановлено принципи їх регулювання застосуванням хімічних допоміжних речовин.

Запропоновано нові поєднання процесних хімікатів з високою енергією когезії хімічних груп та багатокомпонентні системи хімікатів на основі модифікованих поліетиленімінів (ПЕІ), поліамінів (ПАм), полівініламінів (ПВАм), поліакриламідів (ПАА) з лінійною структурою макромілекулами та с молекулярної маси та катіонної щільності заряду, розроблені принципи їх підбору стосовно конкретних технологічних умов функціонування машин.

Основні методичні положення роботи. Розробка систем хімічних допоміжних речовин для хімічної технології проводилася з використанням основних закономірностей електрокінетики колоїдних систем та гідродинаміки волокнистих суспензій, а також сучасних методів статистики. Грунтуючись на характеристиці міжмолекулярних взаємодій полімерів - енергії когезії, що залежить від молекулярної маси, хімічної структури, наявності в полімері активних функціональних груп, обрані для досліджень і застосовані на практиці хімічні продукти, здатні утворювати міцні зв'язки в першу чергу за рахунок водневих зв'язків та дипольних взаємодій окремо чи разом. Для посилення таких ефектів було визначено значущі фактори електрокінетичного стану паперової маси, що впливають на енергіюкогезії хімічних продуктів, з метою управління цими факторами, у тому числі виконано аналіз точок та методів, черговість подачі хімічних добавок на машинах. Стосовно високошвидкісних БДМ/КДМ розроблені багатокомпонентні системи для процесів фіксації - утримання - зневоднення - зміцнення з багатофункціональними добавками, що встановлюють міцні зв'язки з частинками маси після зусиль зсуву в процесі масопідготовки. Для цього виявлялися конкретні, технологічно обґрунтовані рівні катіонної потреби, дзета-потенціалу та потенціалу течії, електропровідності та каламутності маси та рідкої фази для кожної машини на підприємствах.

Вимірювання та автоматичне регулювання електрокінетичних характеристик маси виконано з використанням сучасного інструментарію, нового для підприємств СНД, у тому числі встановленого на машинах. Запропоновано методику оцінки водовіддачі та зневоднення масної суспензії та ефективності хімічних добавок з метою підвищення швидкості машин. Зниження вмісту повітря в масних композиціях виконано застосуванням класу деаераторів з дозуванням у масу середньої концентрації.

Практична значимість роботи. . З використанням сучасних методів статистичного аналізу опрацьовано результати лабораторних та промислових випробувань нових хімічних продуктів та нової хімічної технології для виявлення основних факторів, що впливають на продуктивне функціонування машин.конкретні умови. Відтворюваність результатів показана практичними випробуваннями на 57 машинах 30 підприємств ЦБП в Україні та Україні та впровадженням нової технології повністю або частково на більшості підприємств.

Запропоновано нові процесні хімікати з високою енергією когезії хімічних груп, практично вирішено проблему смоляних труднощів на машинах з використанням хімічної технології за новою методологією.

Показано, що нові системи процесних хімікатів допомагають посилити ефект дії функціональних хімікатів зі зниженням їх питомої витрати, і на практиці вирішено питання підвищення ефективності застосування катіонного крохмалю, клеїв для проклеювання в масі на основі каніфолі та на основі алкілкетендімерів (АКД).

Запропоновано нові синтетичні зміцнювачі на основі ПВАм, що мають високу адсорбційну здатність на вторинному волокні, які в поєднаннях з ПЕІ та ПАВ дозволяють значно підвищити властивості механічної міцності при суттєвому зниженні масомісткості продукції.

Виконано нові дослідження ефективності регульованого проклеювання в масі новими клеями на основі АКД з амфотерним захисним колоїдом при застосуванні їх у виробництві офсетного паперу з целюлозної композиції та тест-лайнера з макулатурної композиції.

Із застосуванням нових хімічних продуктів на основі ПВА показана можливість досягнення нової якості за параметром “пористість паперу та картону” з целюлозної та макулатурної композиції.

Розроблено нові рецептури для поверхневого проклеювання на новому устаткуванні – плівкових клеїльних пресах. Наведено досвід роботи з поверхневої обробки паперу та картону, в тому числі на новому для України обладнанні, що дає перспективну інформацію щодо подальшого розвитку обладнання та картону.асортименту продукції ЦБП.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, списку бібліографії – 254 найменування, 245 малюнків, 33 таблиць. Дисертація містить 292 сторінки основного тексту.

На захист виносяться такі результати роботи:

  • Розроблені принципи багатокомпонентних систем хімічних допоміжних речовин для картонно-паперового виробництва та загальна методологія оцінки ефективності функціонування машин на основі результатів експериментальних досліджень взаємозв'язку електрокінетичних характеристик паперової суспензії з хіміко-технологічними процесами при масопідготовці та мокрій частині БДМ/КД.
  • Визначення та класифікація масних суспензій за величиною катіонної потреби, принципи регулювання електрокінетичних параметрів шляхом застосування процесних хімікатів та принципи їх підбору залежно від параметрів електрокінетичного стану маси, методи розрахунку зневоднюючої здатності маси.
  • Принципи практичного вирішення проблеми смоляних утруднень на виробництві шляхом застосування спеціальних фіксаторів смоли.
  • Результати експериментальних досліджень щодо підвищення ефективності проклеювання в масі целюлозної та макулатурної композиції клейовими складами на основі АКД, принципи підвищення ефективності проклеювання каніфольними клейовими дисперсіями та підвищення ефективності застосування крохмалопродуктів за допомогою процесних хімікатів.
  • Нова хімічна технологія виробництва газетного паперу та вологоміцного паперу, основи для гіпсокартону, тест-лайнера та гофробумаги із застосуванням багатокомпонентних систем фіксації-утримання, а також використанням нових синтетичних зміцнювачів.

    • Удисертаційної роботи вирішено важливу наукову тему розробки нових технологічних рішень, що дозволяють підвищити продуктивність БДМ/КДМ різної потужності з економією енергоресурсів та різних матеріалів.

    Зміст роботи

    У вступі обґрунтовується актуальність теми, сформульовані цілі та завдання роботи. Показано важливість теоретичної та практичної роботи з розробки та впровадження нових систем хімічних допоміжних речовин для хімічної технології картонно-паперового виробництва.

    У першому розділі розглянуто цифри українського паперового виробництва та використання продуктів хімії. Менш одного відсотка від компонентів паперу та картону на сьогодні складають усі хімікати у перерахунку за вмістом сухої речовини в кожному продукті і лише близько 0,05% – синтетичні полімерні добавки (Малюнок 1).

    Малюнок 1: Застосування синтетичних добавок у паперовому