close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Размол волокнистых полуфабрикатов нетрадиционным способом..pdf

код для вставкиСкачать
ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2009. №2. С. 165–168.
УДК 676.024.67
РАЗМОЛ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ НЕТРАДИЦИОННЫМ
СПОСОБОМ
©
Ю.Д. Алашкевич1,2, И.А. Воронин1*, В.И. Ковалев1, Н.С. Решетова1
1
Сибирский государственный технологический университет, пр. Мира, 82,
Красноярск, 660049 (Россия) E-mail: ivan_voronin@list.ru
2
Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок,
Красноярск, 660036 (Россия)
В данной статье представлена методика расчета силового воздействия на волокнистую суспензию рабочих органов в
размольной установке с инерционным движением тел. Цель исследований – расчет усилия, приходящегося на площадь
одного зуба инерционного тела при различных скоростях вращения ротора, определение влияния окружной скорости
движения инерционных тел на процесс размола волокнистых полуфабрикатов.
Ключевые слова: размол, инерционные тела, волокнистая суспензия, сила инерции.
Введение
Размол бумажной массы является исключительно важным этапом технологии производства бумаги, в
процессе которого стремятся придать волокнистому материалу необходимый фракционный состав с тем,
чтобы обеспечить при отливе на бумагоделательной машине требуемую структуру и плотность бумажного
листа. Придание волокнистому материалу физико-химических свойств обеспечивается путем изменения
степени дисперсности волокнистой суспензии, расщепления волокон и обработки их поверхности, от которых будет зависеть образование межволоконных сил связей и, следовательно, механическая прочность и
многие другие свойства бумажного полотна [1].
Повсеместное использование ножевого размалывающего оборудования не привело к существенному снижению энергоемкости процесса размола. Кроме того, при использовании ножевой металлической гарнитуры
целлюлозные волокна подвергаются сильным рубящим воздействиям, что приводит к их повреждению или
разрушению [1, 2].
Поэтому вполне естественен поиск новых принципов и устройств для уменьшения энергопотребления
при размоле волокнистых материалов.
К числу специальных размалывающих аппаратов относятся различные машины, у которых рабочие органы отличаются от ножевых машин. Размалывающие воздействия на массу в них осуществляются иначе,
чем у ножевых машин. Все специальные аппараты такого рода можно подразделить по способу их воздействия на волокно: аппараты, снабженные особыми устройствами для механической обработки волокон; аппараты, использующие для завершения роспуска и рафинирования взаимное трение волокон, создающееся при
турбулентном течении массы; аппараты с гидродинамической пульсацией давления, и пр. [3].
К таким машинам также относится аппарат с инерционным движением рабочих тел.
Экспериментальная часть
Размол волокнистого материала в таком аппарате производится путем перекатывания инерционного тела
по внутренней стенке размольного стакана под действием центробежной силы, возникающей при его вращении вокруг центрального вала и собственной оси.
*
Автор, с которым следует вести переписку.
166
Ю.Д. АЛАШКЕВИЧ, И.А. ВОРОНИН, В.И. КОВАЛЕВ, Н.С. РЕШЕТОВА
Волокна обрабатываются между двумя рабочими поверхностями: инерционными телами, имеющими на
боковой поверхности соответствующий зубчатый профиль, и внутренней поверхностью стаканов, имеющей
наклонную накатку – насечку.
На рисунке 1 представлена расчетная схема силового воздействия на волокнистую суспензию рабочих
органов в размольной установке.
Рис. 1. Схема воздействия инерционного тела на
волокно: 1 – стакан; 2 – инерционное тело; T – сила
трения, Н; J – сила инерции, Н
Из рисунка видно, что основной силой обеспечивающей разрушение волокна, является сила инерции J и
препятствующая ей сила трения Т.
Условие разрушения волокна может быть записано в следующем виде:
J > T.
(1)
Сила инерции J, Н определяется по формуле:
(2)
J = m ⋅ ω2 ⋅ R ,
где m – масса инерционного тела, кг; ω – угловая скорость, с-1; R – радиус стакана, м.
Угловая скорость ω, с-1 вычисляется по формуле:
ω=
νC ,
(3)
R
где ν C – скорость стакана, м/с;
νС =
2 ⋅π ⋅ R ⋅ n ,
60
(4)
где n – частота вращения стакана вокруг собственной оси, об/мин.
Сила трения Т, Н находится по формуле:
T = f ⋅P = f ⋅m⋅g
,
(5)
где f – коэффициент трения металла по металлу; P – сила, с которой инерционное тело давит на поверхность
движения, Н; m – масса инерционного тела, кг; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Усилие, приходящееся в месте контакта тела с внутренней поверхностью стакана P1, Н, рассчитывается
по формуле:
P1 = J − T
.
(6)
Давление, приходящееся на всю площадь контакта Р, Па, можно выразить:
P=
P1
F
,
(7)
РАЗМОЛ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ …
167
где F – площадь контакта инерционного тела со стенкой стакана, м2.
Усилие, приходящееся на площадь одного зуба инерционного тела P2, Н, определяется по формуле:
P2 = P ⋅ FЗ ,
(8)
где Fз – площадь одно зуба инерционного тела, м2.
По представленной методике был произведен расчет силового воздействия на волокнистую суспензию со стороны рабочих органов в зависимости от частоты вращения ротора, результаты расчета представлены в таблице.
В лаборатории кафедры «Машины и аппараты промышленных технологий» Сибирского технологического университета была проведена серия опытов для определения влияния окружной скорости движения
инерционных тел на процесс размола волокнистых полуфабрикатов. Для этого использовалась установка с
шестью инерционными телами. Установка позволяет регулировать частоту вращения ротора (инерционные
тела) (с–1) в пределах 1,66; 2,075; 2,49; 2,91. В качестве исследуемой массы использовалась сульфитная небеленая целлюлоза концентрацией 3% – полуфабрикат ООО «Енисейский ЦБК».
Усилие, приходящееся на площадь одного зуба инерционного тела при различной частоте вращения ротора
n, с-1
P2, Н
1,66
8,49
2,075
14,15
2,49
21,28
2,91
29,42
Обсуждение результатов
На основании экспериментальных данных были построены зависимости, отражающие характер разработки волокнистой массы в зависимости от частоты вращения рабочих органов и как следствие усилий,
приходящихся на площадь одного зуба инерционного тела.
Результаты экспериментальных исследований показали, что размол массы осуществляется при частоте
вращения ротора 1,66 с–1, что соответствует величине усилий со стороны рабочих органов Р2 = 8,49 Н.
От величины усилий зависит прирост градуса помола по °ШР или производительность установки и качество размалываемой массы.
Как видно из рисунка 2, при всех прочих равных условиях время, затрачиваемое на размол при частоте
вращения инерционных тел 1,66 с–1, значительно выше, чем при 2,91 с–1. Это можно объяснить тем, что величина центробежной силы, действующей на инерционные тела, меняется в квадратичной зависимости от
изменяющейся окружной скорости вращения тел.
На основании экспериментальных данных построен график зависимости длины волокна от градуса помола (рис. 3).
Анализ графической зависимости изменения средней длины волокна от градуса помола показал, что с
увеличением градуса помола длина волокна уменьшается, что не противоречит классическим зависимостям
свойств бумаги от ножевого размола волокнистой массы [4]. Из рисунка 3 видно, что средняя длина волокна
незначительно снижается при увеличении скорости вращения инерционных тел.
Одним из основных показателей прочностных свойств готовых отливок является разрывная длина.
По результатам исследований нами были получены графические зависимости разрывной длины от степени помола по °ШР (рис. 4)
Из рисунка 4 следует, что величина разрывной длины отливки быстро растет в первой стадии размола,
достигая максимума при степени помола около 50–55 ºШР, а затем начинает снижаться. Данный характер
изменения прочности отливок можно объяснить качественными изменениями волокнистой массы при размоле. Согласно утверждению С.Н. Иванова, такое развитие кривых механической прочности отливок объясняется развитием сил связи между волокнами и изменением средней длины волокна при размоле.
В нашем случае на первой стадии размола (до 50–55 °ШР) наблюдается интенсивный прирост градуса
помола по °ШР при сравнительно незначительном укорочении волокон. На второй стадии размола после
55 °ШР наблюдается менее интенсивный прирост градуса помола по ШР° со значительным увеличением
количества мелких волокон.
168
Ю.Д. АЛАШКЕВИЧ, И.А. ВОРОНИН, В.И. КОВАЛЕВ, Н.С. РЕШЕТОВА
80
Гр адус п о м о ла, °Ш Р
70
60
50
40
-1
30
-2
20
-3
10
-4
Средняя длина волокна, мм
3
-1
-2
2,4
-3
-4
1,8
1,2
0,6
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
10
20
30
40
50
60
70
Градус помола, °ШР
Время размола, мин
Рис. 2. Зависимость прироста градуса помола от времени
размола. Частота вращения инерционного тела:
1 – 100 об/мин = 1,66 с–1; 2 – 125 об/мин = 2,075 с–1;
3 – 150 об/мин = 2,49 с–1; 4 – 175 об/мин = 2,91 с–1
Рис. 3. Зависимость средней длины волокна от градуса
помола. Частота вращения инерционного тела:
1 – 100 об/мин = 1,66 с–1; 2 – 125 об/мин = 2,075 с–1;
3 – 150 об/мин = 2,49 с–1; 4 – 175 об/мин = 2,91 с–1
Разрывная длина, м
10000
8000
6000
-1
-2
4000
-3
-4
2000
10
20
30
40
50
60
Градус помола, °ШР
70
80
Рис. 4. Зависимость разрывной длины от градуса помола.
Частота вращения инерционного тела:
1 – 100 об/мин = 1,66 с–1; 2 – 125 об/мин = 2,075 с–1;
3 – 150 об/мин = 2,49 с–1; 4 – 175 об/мин = 2,91 с–1
Установлено, что мелочь является естественным связующим в бумажной массе и существенно влияет на
бумагообразующие и физико-механические свойства. Повышение в определенных пределах содержания
мелочи способствует увеличению разрывной длины [5]. Из рисунка 4 видно, что наилучшие показатели разрывной длины наблюдаются при частоте вращения инерционных тел 2,91 с–1, где преобладает наибольшее
количество мелких волокон, при малых же скоростях вращения инерционных тел (1,66 с–1) показатель разрывной длины имеет более низкое значение.
Выводы
1. Производительность установки и качество помола волокнистой массы зависят от скорости вращения
инерционных тел, с увеличением которой наблюдается рост производительности, но вместе с тем снижается
показатель средней длины волокна; усилий, возникающих при минимальной из рассмотренных нами значений скорости вращения инерционных тел, достаточно для разрушения волокна при использовании этой установки для размола волокнистых полуфабрикатов.
2. Увеличение скорости вращения инерционных тел вызывает положительное изменение физикомеханических характеристик готовых отливок.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
Алашкевич Ю.Д., Барановский В.П., Мицкевич Ф.И. и др. Машины для получения и размола волокнистой массы. Красноярск, 1980. 131 с.
Легоцкицй С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы. М., 1990. 24 с.
Корда И, Либнар З., Прокоп И. Размол бумажной массы: Учебник для вузов. М., 1967. 421 с.
Иванов С.Н. Технология бумаги. М., 1970. 96 с.
Фляте Д.М. Свойство бумаги. М., 1976. 648 с.
Поступило в редакцию 18 марта 2009 г.
80
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
303 Кб
Теги
полуфабрикаты, способов, pdf, нетрадиционные, волокнистой, размола
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа