Введение
ЦБП принадлежитк немногимотраслям мировойпромышленности,отличающимсяустойчивымразвитием.Среднегодовойприрост еепродукции неподверженконъюнктурнымвоздействиями определяетсяжесткой связьюэтого приростас численностьюнаселения,уровнем егокультуры иобразования,объемами торговли,темпами и масштабомнаучно-техническогопрогресса.Достиженияв области электронныхсредств массовойинформациине уменьшили,а пожалуй, скорееувеличилипотребностьв бумаге, картонеи изделий изних.
В настоящеевремя мироваябумажнаяпромышленностьвыпускает свыше600 видов бумагии картона, обладающихразнообразными,а в ряде случаевсовершеннопротивоположнымисвойствами:высокопрозрачныеи почти совсемнепрозрачные(неактиничные);электропроводящиеи электроизоляционные;толщиной 4-5 мкм,(т.е. в 10 раз тоньшечеловеческоговолоса) и толстыевиды картона;хорошо впитывающиевлагу и водонепроницаемые;прочные и слабые;гладкие и шероховатыеи др. Причемассортиментпродукции ЦБПпостоянновидоизменяется.Так, например,за последние8 лет произошлосокращениедоли газетнойбумаги (приодновременномросте объемаее абсолютногопроизводства)и заметноеувеличениедоли высококачественнойписче-печатнойбумаги, включаябумагу длямножительнойтехники. Возросладоля картона,упаковочнойбумаги и изделийиз них, увеличиваетсядоля тиссю исанитарно-гигиеническихизделий.
Одновременнос изменениемассортиментапроизошло иизменениеэкономическойформации. Переходк рыночнойэкономике, гдевсе определяетсоотношениеспроса и предложения,заставляетпо-новому взглянутьна процесспроизводства.
В условияхрынка и конкурентнойборьбы выигрываеттот, кто производитвысококачественныйтовар, и предлагаетего по выгоднойцене. Именнопоэтому большаячасть продаваемойв России бумагиявляется импортной.Кризис, в которомнаходитсяотечественнаяЦБП, как и всяэкономика,постепенноначинает отступать.И теперь основнаяцель российскихпроизводителейбумаги, выпускатьконкурентоспособную,качественнуюпродукцию,имеющую спрос,и при минимальныхзатратах.
Одним из путейдостиженияпоставленнойзадачи, являетсяприменениев композициибумаги функциональныххимическихвеществ.
Функциональныехимическиевещества имеютразное целевоеназначениеи в общем могутбыть разделенына следующиегруппы.
регулирующиерН среды;
проклеивающиевещества;
придающиебумаге прочностьи влагопрочность;
придающиебумаге водонепроницаемость;
дефлокуляторырастительныхволокон;
повышающиеудержаниемелкого волокнаи наполнителя;
пеногасители;
оптическиеотбеливатели;
фунгициды,препятствующиеобразованиюслизи и предупреждающиеразвитиемикроорганизмовв коммуникациях;
вещества,придающиебумаге огнестойкость;
вещества,сообщающиебумаге иликартону непроницаемостьдля прохождениягазов, жира,жидкости,ультрафиолетовыхлучей и придающиеспециальныесвойства и др.
Введениехимикатов вбумажную массуоткрываетследующиевозможности:
увеличениесопротивленийбумаги продавливанию,разрыву и надрыву;
введениев композициюбумаги повышенногоколичествакоротковолокнистойцеллюлозы инаполнителейбез сниженияпоказателеймеханическойпрочности;
сокращениерасхода электроэнергиии времени размола;
ускорениеобезвоживанияна сетке, чтообеспечиваетповышениескоростибумагоделательныхмашин, а вместес тем и увеличениеих производительности;
улучшениеусловий формованиябумажногополотна;
повышениепрочностибумаги во влажномсостоянии.
Экономическийэффект от примененияв композициибумаги различныхфункциональныххимическихсоединенийогромен и выражаетсяне только вулучшениикачества бумажнойпродукции, нои сокращениипроизводственныхрасходов. Поэтомунаблюдаетсяустойчиваятенденция красширениюих применения.Доля стоимостифункциональныххимическихвеществ в конечномпродукте, внекоторыхзарубежныхстранах, достигает50 % и более.
Ассортиментхимикатовпостояннообновляетсяза счет появленияболее эффективныхвеществ. И хотяих целевоеназначениеизвестно, всеже при добавлениихимическихвеществ в бумажнуюмассу, следуетсоблюдатьопределенныйтехнологическийрежим. Иначеположительноевоздействиеможет быть недостаточновысоким, илипоявятся побочные,отрицательныеявления.
Применениев России новыхфункциональныххимическихвеществ осуществляетсяза счет «искусствабумажногомастера», т.е.основываетсяна практическомопыте. При этом,возможно, получаютсянеплохие результаты.Но все-таки вконце ХХ века,как мне кажется,выигрываетта технология,которая имеетпрочную научнуюоснову. Дляэтого и проводиласьданная исследовательскаяработа, котораярассмотрелавлияние функциональныххимическихвеществ наобезвоживаниеволокнистоймассы.
4. Исследовательскаячасть.
Целью настоящейработы былоисследованиевлияния различныхфункциональныххимическихвеществ наобезвоживаниеволокнистоймассы. Входе работыставилисьследующиезадачи:
Исследоватьизменяетсяли обезвоживаниеволокнистоймассы при введенииразличныхколичествфункциональныххимическихвеществ.
Рассмотретьвлияние различныхдобавок функциональныххимическихвеществ вовремени.
Исследоватьвоздействиехимическихдобавок приизменении рНсуспензии.
4.1.Исследованиевлияния различныхколичествфлокулянтаП 852 на обезвоживаниеволокнистоймассы.
В качествеволокнистогоматериалаиспользуемсульфатнуюлиственнуюцеллюлозу. Дляприготовленияволокнистойсуспензиицеллюлозунеобходимораспустить.При этом всерасчеты ведутна массу абсолютносухого волокна.Поэтому сначалаопределяемвлажностьиспользуемойцеллюлозы.
Определяявлажность,готовим двепараллельныепробы. Взвешиваемна аналитическихвесах по 1 гцеллюлозы ипомещаем навескив предварительновзвешенныебюксы:
m(1 бюкса)=49,6г; m(2 бюкса)=45,7001 г
Устанавливаембюксы в сушильныйшкаф и высушиваемцеллюлозу приТ=105Св течении 2 часов.Далее вынимаембюксы из сушильногошкафа, охлаждаемв эксикатореи взвешиваем.
m I=50,5004г m I(навески)=0,9004г
m II=46,6008гm II(навески)=0,9007г
Снова помещаембюксы в сушильныйшкаф, и последующиевзвешиванияпроизводимчерез каждые0,5 часа до постоянноймассы.
Через полчаса: m I=50,5003г m I(навески)=0,9003г
mII=46,6007гm II(навески)=0,9006г
Последующиетри взвешиванияс интерваломв полчаса показали,что масса остаетсяпостоянной,т.е. в 1-ом бюксеm I=0,9002г, а во 2-ом mII=0,9005 г
Конечную массунавески определяемкак среднееарифметическое2-х параллельныхпроб: (0,9005+0,9002)/2=0,90035 г
Следовательно,влажностьцеллюлозыравна:
W=(1-0,90035)/1*100 %=9,965 %
Для приготовленияволокнистоймассы необходимовзять 2 г абсолютносухой целлюлозы.При влагосодержаниицеллюлозы 9,965% масса влажнойцеллюлозыравна:
2 г – 90,035 %
х г- 100 % х=2*100/90,035=2,22 г
Объем всейсуспензиидолжен составлять1000 см 3. Следовательно,количестводобавляемойводы определяемкак: 1000-2,22=997,78 г
Заливаем целлюлозуводой и оставляемстоять 30 мин.После распускаемна дезинтеграторев течение 35 миндо полученияоднороднойсуспензии.
Волокнистуюсуспензиюпереносим вмерный цилиндр.Так как, прироспуске теряетсянекотороеколичествоводы, то доливаемдополнительноводу до метки.
Сначала проводимхолостую пробубез флокулянта,тщательноперемешиваемсуспензию изаливаем ваппарат СР-2при закрытомклапане. Затембыстро поднимаемклапан и наблюдаемводоотдачу.При холостойпробе основнойобъем водывыходит черезбоковое отверстие,и составляет858 см 3, а черезцентральнуютрубу 86 см 3. Всумме эти 2 значенияне дают 1000 см3, значит частьводы осталасьв массе. Водоудержаниеопределяетсякак:
1000-(858+86)=56 см 3
После проведенияхолостой пробы,собираем целлюлознуюмассу с сетки,и помещаем вмерный цилиндр.Затем добавляемфлокулянт израсчета 20 г сухоговещества на1т бумаги, чтов пересчетена 0,2 %-ный растворфлокулянтасоставляет10 см 3. Доводимдо 1000 мл собраннойпри холостойпробе водой.После перемешиваниясуспензии,заливаем еев аппарат иподнимаемклапан. Наблюдаетсязамедлениепроцессаобезвоживания,о чем свидетельствуетменьшее количествоводы, уходящейчерез боковоеотверстие ибольшее количествоводы черезцентральное.Аналогичнопроводим 5 замеров,и конечныйрезультатопределяемкак среднееарифметическое.
В последующихопытах постепенноувеличиваемколичествофлокулянта.Полученныерезультатыпредставленыв таблице 4.1.1.:
| № опыта | Наименование опыта | Водоотдача | |
| боковое отверстие | центральноеотверстие | ||
| 1 | Холостой опыт(без флокулянта) | 857 | 86 |
| 2 | 20 г/1 т | 838 | 126 |
| 3 | 40 г/1 т | 814 | 147 |
| 4 | 60 г/1 т | 772 | 168 |
| 5 | 80 г/1 т | 751 | 212 |
| 6 | 100 г/1 т | 727 | 255 |
На основанииданных таблицыпостроим графики.На графике4.1.1. изображеназависимостьмежду количеством,добавляемогофлокулянта,и объемом воды,вытекшей черезбоковое отверстие.
На графике4.1.2. показаназависимостьмежду тем жеколичествомфлокулянтаи объемом воды,вытекшей черезцентральноеотверстие.
Из графиковвидно, что сувеличениемсодержанияфлокулянтав суспензиинаблюдаетсязамедлениеводоотдачи.Так как, флокулянтпредставляетсобой полимер,имеющий катионныйхарактер, онсвязываетмелкие волокнацеллюлозы,образуя агрегаты-флокулы,которые удерживаютсяна слое волокон.
Сам слой становитсяболее плотным,увеличиваетсяего толщина,и вода фильтруетсямедленнее.Также замедлениеводоотдачиможно объяснитьчастичнымрастворениемфлокулянтав воде, в результате,возрастаетее вязкость.
При суммированииобъемов воды,вытекшей черезбоковое и центральноеотверстии,получаем результатменьше 1000 мл.Значит, частьводы осталасьв целлюлозноймассе. На графике4.1.3. представленазависимостьводоудержанияволокнистоймассы в зависимостиот добавокфлокулянта.
Кривую можноразбить нанесколькоучастков. На1-ом участке отнулевой концентрациидо расхода 30г/т количествоводы в волокнеуменьшается.Затем начинаетсямедленныйподъем и криваядостигаетмаксимума приконцентрации60 г на 1т бумаги-это второйучасток. На 3-мучастке наблюдаетсярезкий спадводоудержанияи минимальноеего значениенаходится вточке соответствующейконцентрации100 г/т. Зависимостьнеоднозначнаяи нуждаетсяв более подробномобъяснении.Но уже сейчасможно сказать,что с увеличениемконцентрациифлокулянта,водоудержаниепадает. Так какфлокулянт,связывая волокнацеллюлозы,вытесняет водуиз волокнистоймассы.
4.2.Исследованиевлияния различныхдобавок флокулянтаП на обезвоживаниеволокнистоймассы в течениивремени.
При проведенииданного исследованияготовилисьтри пробы целлюлознойсуспензиисогласно методике.Для каждой изпроб проводилсяхолостой опыт(без флокулянта).Затем добавлялсяфлокулянт,причем для 1-ойпробы из расчета60 г/т, для 2-ой пробы80 г/т и 3-ей пробы100 г/т. Суспензииперемешивалии оставлялина 1 мин. По истечениивремени нааппарате СР-2определяливодоотделение.После измерениямассу собиралив мерный цилиндр,заливали водой,перемешивалии оставлялина 5 мин, по истечениикоторых такжеопределяликоличествоводы, вытекающейчерез оба отверстия.Затем суспензиюс флокулянтомП выдерживалив течение 10 и30 мин. После каждогоконтрольноговремени проводилиизмерения нааппаратеШоппер-Риглера.Данные, полученныепосле серииопытов, представленыв таблице 4.2.1.:
| t,мин | 60 г/т | 80 г/т | 100 г/т | |||
| боковое | централь- ное | боковое | централь- ное | боковое | централь- ное | |
| 1 | 750 | 172 | 726 | 227 | 700 | 261 |
| 5 | 770 | 152 | 746 | 207 | 720 | 243 |
| 10 | 780 | 143 | 750 | 203 | 726 | 238 |
| 30 | 780 | 143 | 755 | 181 | 727 | 213 |
На основанииполученныхданных построимграфики 4.2.1. и4.2.2.
Кривые на графикахможно условноразбить на 2участка. Напервом участкенаблюдаетсяплавное увеличениеколичестваводы, вытекающейчерез боковоеотверстие, иуменьшениеколичестваводы, выходящейчерез центральнуютрубу. Этосвидетельствуето некоторомускорениипроцессаобезвоживанияво времени. Навтором участкеколичествоводы, вытекающейчерез отверстия,не изменяется,остается постоянным.Возможно, ускорениепроцессаобезвоживанияво временисвязано с тем,что часть флокулянтапереходит враствор и снижаетсяего воздействиена целлюлознуюмассу.
4.3.Исследованиеобезвоживанияволокнистоймассы при добавлениифлокулянтаП и изменениивеличины рН.
Измерение рНосуществляетсяпри помощииономера Ч-135М1.Сначала измеряемрН суспензиицеллюлозы безфлокулянта.Для этого измерного цилиндрав стакан наливаем30 мл суспензии.Устанавливаемстакан на подставкуиономера, опускаемв него эталонныйэлектрод, азатем измерительный.По истечении3-х мин снимаемпоказателиприбора. рНволокнистойсуспензии равно8,00.После измерениерН, выливаемсодержимоецилиндра ваппарат СР-2,поднимаемклапан и определяемводоотделение.
Тот же порядокдействий соблюдаемпосле добавленияв суспензию30 мл флокулянта(рН цел.+фл.)=8,37.
В результатеисследованийнеобходиморассмотретьобезвоживаниепри рН: 4; 4,5; 5; 6; 7; 8; 9. Дляэтого в суспензиюдобавляемопределенноеколичествокислоты илищелочи.
Сначалаустановимэкспериментальнуюзависимостьмежду количествомдобавляемойкислоты илищелочи и изменениемрН. В стаканчикналиваем 100 млсуспензии,содержащейфлокулянт, идобавляем по0,5 мл 0,1Н раствораHCl,соответственноизмеряя рН.
Полученныеданные в таблице4.3.1.:
VHCl,мл | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| pH | 7,52 | 7,25 | 6,96 | 6,78 | 6,53 | 6,39 | 6,18 | 6,0 | 5,66 | 4,86 | 3,54 |
По этим даннымстроим графическуюзависимость.
Для нахождениянеобходимогоколичествакислоты действуемследующимобразом. Например,для получениярН=4 необходимок 100 мл суспензиидобавить 5,35 млкислоты, чтов пересчетена 1000 мл составляет53,5 мл. Отбираемиз мерногоцилиндра 53,5 млсуспензии идоливаем кислотой.Для устраненияпотерь флокулянтарассчитаем,какое его количествоследует восполнить:
1000 мл-30 мл
53,5 мл- х х=30*53,5/1000=1,6 мл
Послевведения 0,1НHCl, отбираемпробуV=30мл и проверяемрН на иономере. Убедившисьв правильностирасчетов, заливаемсуспензию ваппарат СР-2 иопределяемводоотдачу.Аналогичнымобразом поступаеми в последующихизмерениях.
Экспериментальныеданные, полученныепри различныхрН представленына графиках4.3.1., 4.3.2., 4.3.3.
Из графиковвидно, что приизменении рН,водоотдачане меняется.Значит, флокулянтустойчив винтервале рНот 4 до 9.
4.4.Исследованиевлияния добавоккатионногокрахмала наобезвоживаниеволокнистоймассы.
Согласнометодике готовим2 %-ный крахмальныйклейстер. Дляэтого на аналитическихвесах взвешиваем20 г катионногокрахмала. Переносимего в фарфоровыйстакан и заливаемдистиллированнойводой в количестве1000 мл. Устанавливаемстакан в подогретуюводяную банюи при постоянномперемешиваниинагреваемклейстер до90С.Варка осуществляетсяв течении 15-20 мин.Готовый клейстерохлаждаем ииспользуемв работе.
Подготовленнуюсуспензиюцеллюлозыпереливаемв мерный цилиндрV=1000мл, доводим принеобходимостиводой, тщательноперемешиваем.В аппарат СР-2,с опущеннымклапаном, заливаемсуспензию иизмеряем водоотдачу.После проведенияхолостой пробысобираем массув цилиндр, добавляемрасчетноеколичествокрахмала идоливаем водойдо 1000 мл. Затемтщательноперемешиваем,заливаем ваппарат и поднимаемклапан. Привведении катионногокрахмала дажев количестве0,3 кг/т, наблюдаетсярезкое замедлениепроцессаобезвоживания.Основное количествоводы выходитчерез центральноеотверстие. При дальнейшемувеличениидобавки катионногокрахмала, замедлениеводоотдачиусиливается.А при расходе1,5 кг/т значительнаячасть водыостается вмассе.
Полученныев результатеэкспериментаданные приведеныв таблице 4.4.1.:
| № опыта | Наименованиеопыта | Водоотдача | Водоудержа-ние | |
| боковое отверстие | центральное отверстие | |||
| 1 | Холостаяпроба | 826 | 113 | 61 |
| 2 | 0,3кг/т | 717 | 207,5 | 75,5 |
| 3 | 0,6кг/т | 570 | 342 | 88 |
| 4 | 1кг/т | 432 | 441 | 127 |
| 5 | 1,5кг/т | 325 | 464 | 211 |
По данным таблицыпостроим графики.На графике4.4.1. изображеназависимостьмежду количествомвводимогокрахмала иводоотдачеймассы.
При этом сувеличениемрасхода катионногокрахмала происходитплавное уменьшениеколичестваводы, уходящейчерез боковоеотверстие, иувеличениеколичествавыходящей водычерез центральноеотверстие. Награфике 4.4.2. представленазависимостьводоудержанияот концентрациикрахмала всуспензии.
До концентрации1 кг/т наблюдаетсяплавное увеличениеводоудержания,а затем резкоевозрастание.Полученныерезультатыможно объяснитьследующимобразом. Наличиев макромолекулекатионногокрахмалафункциональныхгрупп, несущихположительныйзаряд, способствуетудержаниюмелкого волокна.В результате,чего массастановитсяболее «жирной».Молекулы воды,имеющие полярнуюприроду, такжевзаимодействуютс катионнымкрахмалом.Поэтому происходитне только замедлениеобезвоживания,но и увеличенияколичестваводы в массе.При повышенииконцентрациикатионногокрахмала эффектего действияусиливается,за счет образованияна сетке пленкиклейстера,препятствующейводоотдаче.
4.5.Исследованиевлияния добавоккатионной смолыМП на обезвоживаниеволокнистоймассы.
Катионнаясмола, используемаяв работе, представляетсобой растворкоричневогоцвета 27 %-нойконцентрации.Зная, расходкатионной смолыв кг сухоговещества на1т бумаги, делаемпересчет нанеобходимыйобъем данногораствора. Сначалапроводим холостоеизмерениеводоотдачимассы. Затемпроводим сериюэкспериментов,добавляя различныеколичествасмолы. Для каждойконцентрацииделаем 5 замерови конечныйрезультатопределяемкак среднееарифметическое.Экспериментальныеданные приведеныв таблице 4.5.1.:
Таблица 4.5.1.
| № опыта | Наименованиеопыта | Водоотдача | Водоудержа-ние | |
| боковое | центральное | |||
| 1 | Холостойопыт | 839 | 110 | 51 |
| 2 | 1кг/т | 810 | 109 | 81 |
| 3 | 2кг/т | 813 | 120 | 67 |
| 4 | 4кг/т | 819 | 131 | 50 |
| 5 | 6кг/т | 818 | 135 | 48 |
| 6 | 8кг/т | 796 | 146,5 | 57,5 |
| 7 | 10кг/т | 806 | 149 | 45 |
По табличнымданным построимтри графика.На графиках4.5.1. и 4.5.2. изображенызависимостимежду количествомдобавляемойсмолы и объемомводы, вытекающейчерез боковоеи центральноеотверстии.
До концентрации1 кг/т происходитрезкое уменьшениеколичестваводы, уходящейчерез боковоеотверстие.Затем экспериментальныеточки образуютплавную кривую:сначала водоотдачанемного увеличивается,а потом плавноуменьшается.На втором графикенаблюдаетсяпочти прямопропорциональнаязависимостьмежду концентрациейМП и водоотдачейчерез центральноеотверстие.
На графике4.5.3. представленакривая, определяющаязависимостьмежду количествомкатионной смолыи количествомводы, удерживаемойволокнистоймассой.
. На участкекривой доконцентрации1 кг/т резкийскачок водоудержания,затем происходитплавное снижение.На участкесоответствующемконцентрациямот 6 до 10 кг/тводоудержаниепрактическине изменяется.
Анализируяполученныекривые можнопредположить,что:
катионнаясмола способнаудерживатьмелкое волокно,в результате,чего слой массыстановитсяменее пористым,и водоотдачаидет медленнее.
при малыхконцентрацияхкатионнойсмолы происходитрезкий скачокводоудержания,связанное,возможно, счастичнойгидратациеймакромолекулысмолы, которая,имея катионнуюактивность,адсорбируетсяна волокнахцеллюлозы.
с увеличениемконцентрацииМП в массепроисходитпостепенноеснижениеводоудержанияза счет взаимодействияс волокнамицеллюлозы ивытеснениятем самым водыиз волокнистоймассы. На определенномэтапе наступаетравновесие,о чем свидетельствуетпрямолинейныйучасток награфике водоудержания.
4.6.Исследованиевлияния добавокдеаэраторана обезвоживаниеволокнистоймассы.
Согласно методикеготовим волокнистуюсуспензиюконцентрацией2 г абсолютносухой целлюлозыв 1000 мл. На аппаратеСР-2 проводимхолостой замеробъема воды,вытекшей черезцентральноеи боковое отверстия.Затем собираемцеллюлознуюмассу в измерительныйцилиндр и добавляемдеаэратор.Перед введениемдеаэраторразбавляемдо концентрации5 % по сухомувеществу. Дляэтого берем18,5 мл 27 %-ного раствораи доводимдистиллированнойводой до 100 мл.После введениядеаэраторатакже измеряемводоотдачуна аппаратеШопер-Риглера.Для каждогоколичествапроводим по5 замеров, и конечный результатопределяемкак среднееарифметическое.Полученныеданные представленыв таблице 4.6.1.:
| № опыта | Наименованиеопыта | Водоотдача | Водоудержа-ние | |
| боковое | центральное | |||
| 1 | Холостойопыт | 815 | 110 | 75 |
| 2 | 20г/т | 820 | 115 | 65 |
| 3 | 40г/т | 823 | 114 | 63 |
| 4 | 60г/т | 806 | 112 | 82 |
| 5 | 80г/т | 795 | 113 | 92 |
| 6 | 100г/т | 791 | 116 | 93 |
По данным таблицыпостроим графическиезависимости.На рисунке4.6.1. изображеныкривые, показывающиезависимостимежду количествомвводимоговещества иколичествомводы, вытекающейчерез боковоеи центральноеотверстия.
На рисунке4.6.3. зависимостьмежду концентрациейдеаэраторав суспензиии водоудержанием.
Из последнегорисунка видно,что первоначальнопри увеличенииконцентрациивещества вмассе наблюдаетсяуменьшениеколичестваводы в целлюлозе.При концентрации она достигаетминимума изатем начинаетсяплавный подъем.
Возможно следующееобъяснение.На первоначальномэтапе молекулыПАВ, адсорбируясьна границераздела фаз«воздух-вода»,«волокно-вода»,снижает поверхностноенатяжение,волокнистыйслой становитсяболее плотными количествоводы в немуменьшается.При определеннойконцентрациидеаэраторав массе наступаетточка насыщения.Далее увеличениеконцентрацииПАВ приводитк взаимодействиюмолекул адсорбатамежду собойи образованиюполимолекулярногослоя. Причемпоследний слой,по-видимому,адсорбируетмолекулы водыи удерживаетих в массе.
4.7.Исследованиевлияния микрофлокулянтаОП на обезвоживаниеволокнистоймассы.
Согласнометодике готовим0,1 %-ный раствормикрофлокулянта.Сначала определяемплотностьисходного 100%-ного раствора.Взвешиваемна аналитическихвесах пустойстакан: m1=28,95г.
Затемналиваем в него10 мл раствораи снова взвешиваем:m2=34,093г.
Плотность 100%-ного раствораопределяемпо формуле:
=(34,093-28,95)/10=0,514г/мл
Дляприготовления0,1 %-ного растворанеобходимоотобрать ирастворить1 г раствора в1000 г дистиллированнойводы. Объем 1 граствора составит:V=1/0,514=1,94мл. Наливаем1,94 мл в фарфоровыйстакан, доводимдистиллированнойводой до 1000 мл.
После приготовлениярабочего растворамикрофлокулянта,по методикеготовим суспензиюволокнистоймассы(5 параллельныхпроб). Затем нааппарате СР-2делаем холостойзамер и длякаждой из пробпо 5 замеровводоотдачипри различнойконцентрациимикрофлокулянтав массе. Необходимоотметить, чтопосле добавлениямикрофлокулянтаводоотдачазамедляетсяи продолжается3 мин. Результатыизмеренийпредставленыв таблице 4.7.1.:
| № опыта | Наименованиеопыта | Водоотдача | Водоудержа-ние | |
| боковое | центральное | |||
| 1 | Холостойопыт | 808 | 131 | 61 |
| 2 | 20г/т | 740 | 220,5 | 39,5 |
| 3 | 40г/т | 632 | 302 | 66 |
| 4 | 60г/т | 629 | 317 | 54 |
| 5 | 80г/т | 622,5 | 324,5 | 53 |
| 6 | 100г/т | 577,5 | 406 | 16,5 |
По данным таблицыпостроим графики.На графике4.7.1. изображеныкривые, показывающиезависимостьмежду количествомдобавляемогомикрофлокулянтаи количествомводы, выходящейчерез боковоеи центральноеотверстии.
Как видно изграфика с увеличениемконцентрациимикрофлокулянтав массе уменьшаетсяводоотдачачерез боковоеотверстие иувеличиваетсячерез центральное.
На графике4.7.2. представленазависимостьмежду количествомдобавляемогомикрофлокулянтаи водоудержанием.
Кривую можноразбить нанесколькоучастков. На1-ом участке,до концентрации20 г/т происходитуменьшениеводы в массе.Затем, от 20 г/тдо 60 г/т, начинаетсяплавный подъем-2-ой участок.На 3-м участкеводоудержаниеуменьшаетсяи достигаетминимальногозначения, 16,5 мл,при концентрации100 г/т. Если на этомже графикепостроитькривую поэкстраполированнымточкам, то получаетсяобратно пропорциональнаязависимостьмежду количествоммикрофлокулянтаи водоудержанием.
Замедлениепроцессаобезвоживаниясвязано собразованиеммикрофлокулза счет удержаниямелкого волокна;волокнистаямасса становитсяменее пористой.Помимо этогочасть микрофлокулянтарастворяетсяв воде, в результате,вязкость последнейвозрастает.
Из проведенныхможно сделатьследующиевыводы:
все функциональныехимическиевещества активнои в большойстепени влияютна обезвоживаниеволокнистоймассы.
однако,характер влиянияу них отличен:флокулянт,деаэратор,катионнаясмола уменьшаютводоудержаниеи по степенивоздействияих можно расположитьв следующийряд- флокулянткатионнаясмоладеаэратор,причем деаэраторимеет болеесложную зависимость,сначала дорасхода 40 г/тнаблюдаетсяуменьшениеводоудержания,а затем плавноеувеличение.
напротив, катионныйкрахмал- увеличиваетводоудержание.
установленныйв данной экспериментальнойработе характервлияния функциональныхвеществ наводоудержаниеследует учитыватьтехнологамв производстветех видов бумагии картона, гдеприменяют этивещества.
Например, применениедеаэраторанаиболеецелесообразнопри расходедо 40 г/т, т.к. происходитусиленноеобезвоживание,способствующееувеличениюскорости БДМ.И, наоборот,снижениепроизводительностиБДМ, котороевозможно прииспользованиикатионногокрахмала, будеткомпенсированокачествомпроизводимойбумаги.
Применениефункциональныххимическихвеществ, испытуемыхв данной работе,безусловно,улучшают качествобумаги и картона.А, учитываяпроведенныеисследования,улучшится итехнология.
2.Аналитическаячасть.
Процесспроклейкибумаги иликартона в массеначинаетсяс введения клеяв водно-волокнистуюсуспензию изавершаетсяв сушильнойчасти бумагоделательноймашины. Следовательно,начиная с этогомомента и кончаяполучениемготовой продукции,этот процессподверженактивномувоздействиюмногих технологическихфакторов. Однимиз основныхфакторов являетсякачество клея.
Клей представляетсобой водныйраствор гидрофобныхвеществ с размерамичастиц, отвечающимиколлоиднымсистемам иконцентрацией15-35 г/л по сухомуостатку. Приприготовленииклея стремятсяк получениюкак можно болеемелкодисперснойи стабильнойколлоиднойсистемы гидрофобныхматериалов,поэтому техникаприготовленияклея, как правило,основана намногообразиисовременныхприемов и методов.
В мировойпрактике, хотяи появиласьцелая сериясинтетическихклеев для самогоширокого ассортиментабумаги и картонадля проклейкив массе, канифольныеклеи занимают,по-прежнему,доминирующееположение.
Канифоль-этоаморфная, твердая,хрупкая стекловиднаямасса с характернымраковистымизломом, состоящаяв основном изсмоляных кислот,общей формулыC20H30O2.Чтобы сделатьсмолу пригоднойдля проклейкибумажной массынеобходимоперевести ееиз гидрофобногосостояния вгидрофильное.Поэтому первойстадией изготовленияклея, относящаясяк одному изважнейшихпроцессовтехнологии,является варкаклея, то естьнейтрализациясмоляных кислотводным растворомщелочи приповышеннойтемпературе.Часто этотпроцесс называютомылениемканифоли из-засходства продуктовомыления солейщелочных металлови смоляныхкислот-смолянокислогонатрия с мылами.Полученныйпродукт являетсяпромежуточными представляетсобой концентрированную,с содержанием60-70 % по массе сухихвеществ, однороднуюпасту от темно-серогодо коричневогоцвета.
Вторым важнейшимпроцессом приприготовленииклея, являетсядиспергирование,или разбавлениев воде, клея-пасты,то есть получениесобственноколлоидногораствора гидрофобногоматериала.Диспергированиепротекает либосамопроизвольно,либо с помощьюспециальнойаппаратуры:паровых эжекторовили роторно-пульсационныхаппаратов.Использованиетого илииного методазависит оттребуемойдисперсностиколлоидныхчастиц, котораяв любом случаедолжна быть,возможно,максимальной.На этой стадииполучают растворыс концентрацией80-120 г/л.
Для омыления100 кг канифолитребуется всоответствиис условиямистехиометрии13,2 кг едкого натраили 17,5 кг соды.В зависимостиот содержанияв клее свободнойнеомыленнойсмолы различают:канифольныйбурый, белыйи высокосмолянойклей. Крометого, в настоящеевремя широкоприменяютсякомпозиционныйи пековый клей.
Канифольныйбурый клейпрактическине содержитсвободнойсмолы, при егополучениизадают столькощелочи на варку,чтобы нейтрализоватьвсе смоляныекислоты. Получаемаяклей-пасталегко диспергируетсяв воде (дажесамопроизвольно),образуя приэтом прозрачныйколлоидныйраствор бурогоцвета. Коллоидныечастицы характеризуютсякак среднедисперстныеи эффективностьклея достаточновысока.
Канифольныйбелый клейобычно содержит10-30 % свободнойсмолы. Содержаниев готовом клее-пастенеомыляемыхсмоляных кислотсущественносказываетсяна диспергируемостии свойствахклея. С увеличениемсвободной смолысвыше 20 % возрастаетмутность клеевогораствора, онстановитсяболее блеклыми жидкотекучим.При этом стабильностьснижается, таккак коллоидныемицеллы, находившиесяв гидрофильномсостоянии,переходят вгидрофобныеколлоидныедисперсии.Практика показала,что нейтральныйклей с содержанием15-20 % свободнойсмолы обладаетнаибольшейстабильностью.Полностьюомыленныйнеразбавленныйклей склоненк отслаиванию.
Для полученияколлоидногораствора требуетсяприменениеспециальныхметодов, в частности способы Эрфуртаи Арледтера.Первый из этихспособов являетсяодноступенчатым.В инжекторе-распылителепредварительнонагретый смолянойклей перемешиваетсяи распыляетсяпод давлениемпаровой струи.Основным недостаткомметода Эрфурта являетсянепосредственныйконтакт смолыи пара. Крометого, температураклеевого молочкасравнительновысока, чтоприводит кнежелательнойкоагуляции,выражающейсяв смоляныхпятнах в бумаге.
Внедрениеспособа многоступенчатойинжекции Арледтерапозволилоустранитьнепосредственноевоздействиепара и снизитьтемпературуклеевого молочка.Однако и этотметод не удовлетворяетвсе возрастающиетребованияв отношениистабильностираствора клеевыхчастиц.
Полученныйколлоидныйраствор характеризуетсяболее высокойстепенью дисперсностиклеевых частицпо сравнениюс бурым, мутностью,непрозрачностью, белым или слегкажелтоватымцветом. По своейпроклеивающейспособностион эффективнеебурого клея.
Высокосмолянойклей содержитдо 80 % свободнойсмолы и характеризуетсявысокой степеньюдисперсностичастиц и проклеивающейэффективностью.Преимуществовысокосмоляногоклея послужилотолчком к разработкепрактическихспособов егополучения. Еслиизвестно числоомыления, несоставляеттруда обработатьлишь некоторуючасть канифоли,используя дляэтого небольшоеколичествоедкого натра.Проблема заключаетсяв том, чтобычастично омыленнуюканифоль довестидо максимальнойдисперсностив воде. При наличиивысококачественныхсортов светлойканифоли несклоннойк кристаллизации,можно получитьстабильныедисперсии ссодержаниемсвободной смолыдо 90 %, что достигаетсяприменением соответствующихзащитных коллоидови эмульгаторов.Однако содержаниев клее свободнойсмолы не должнопревышатьопределенныхпределов, таккак это затрудняетдиспергирование.
Клей с высокимсодержаниемсвободной смолыприготавливалсяпрежде безпримененияэмульгаторов.Упомянутыевыше способыЭрфурта и Арледтерапредусматривалиизготовлениеклея с содержаниемсвободной смолыдо 50-60 %. Положениеизменилосьс применениемгомогенизаторов,работающихпод давлением,а также защитныхколлоидов(способы Жилетт,Триплекс, Штульмана).
Решениепроблемы принадлежитБ.Вигеру, разработавшемуспособ приготовленияклея Бевойд,позволившийвыпускать егов промышленныхмасштабах ивытеснившийбольшую частьметодов, ранееприменяемыхна бумажныхфабриках. Основнымузлом системыдля приготовленияклея являетсядиспергатор,представляющийбак особойконструкции,снабженныймешалкой с двухступенчатойпередачей на60 об/мин. Приизготовлениидисперсий клеяБевойд измельченнаяканифольрасплавляетсяи медленноперемешивается.Затем она частичноомыляется 45-%растворомедкого натра,что сопровождаетсябыстрым перемешиваниеми диспергированиемв присутствииказеина, растворенногов щелочи. Клейразводят вначалегорячей водой,а затем холоднойводой. Готоваяклеевая дисперсияв зависимостиот сорта канифолиможет содержатьот 70 до 90 % свободнойсмолы, даже приконцентрации35- 45 % клей являетсяжидкотекучим.Внешне растворпохож на клеевоемолочко отбелого дожелто-белогоцвета. Дальнейшееразведениеклея в случаенеобходимостиможет производитьсяхолодной водой.
С точки зренияколлоиднойхимии клейБевойд представляетсобой коллоиднуюдисперсию,состоящую изчастиц шаровойформы, заключенныхв оболочкузащитногоколлоида. Благодаряэтому достигаетсяповышеннаястабильностьклея, и возможностьхранения егов течение длительноговремени. Однакодисперсииследует предохранятьот воздействияхолода и температурывыше 45°С, онитеряют стабильностьи деструктируют.
С помощьюособой технологиипроизводстваполучают частицыочень малойвеличины, находящиесяв состояниинепрерывногохаотическогоперемещения,согласно теориибруоновскогодвижения молекул.Диаметр частицв условияхвысокой дисперсностисоставляет0,5-0,15 мк. Еслидиспергированиенеполное, точастицы имеютдиаметр 3-5 мк,происходитих седиментированиеи стабильностьклея снижается.
Весьма стабильныедисперсиивысокосмоляногоклея можнополучить методомХагойд, предложенныйГ. Граскофом.Размер частицклея Хагойдчрезвычайноравномерени несколькоменьше, чем уклея Бевойд.Особенностьспособа заключаетсяв замене около25 % канифоликаким-либодругим дешевымматериалом,частицы которогообразуют клеевоеядро. Такимзаместителемявляется каолинособого сорта,известный подмаркой “Koloisol “. Приконцентрации40 % такие дисперсии,содержащие30 % канифоли,являютсяжидкотекучими,а применениенаполнителяэкономит расходканифоли.
Следует такжекоротко упомянуть еще об одномспособе приготовленияклея, известныйпод названием“ Prosize ”. В этомслучае канифольподвергаетсясильному омылению,а для стабилизацииприменяютзащитный коллоид(казеин илисоевый протеин)и борную кислоту.В полученнуюдисперсию клеяс высоким содержаниемсвободной смолыдополнительновводят защитныйколлоид в целяхбольшей стабилизации.
Высокосмоляныедисперсии суспехом используютсяпри избыточнойжесткости воды,так как онименее чувствительнык ней, чем нейтральныйканифольныйклей. Положительнымфактором такжеявляется низкаятемператураспекания, особенно,при производствевысокосортныхбумаг.
В производствеканифольныхклеев долгоевремя использоваласьисключительноживичная канифоль.Поэтому вышеописанныетехнологииприготовлениябыли разработаныдля нее. В настоящеевремя стремительноеразвитиесульфатцеллюлозногопроизводстваи тенденцияна утилизациюпобочных продуктов,привели к выработкеталловой канифоли,ставшей заменителемдефицитнойживичной.
Талловуюканифоль получаютпри фракционированииталловогомасла. Современныеректификационныеустановкипозволяютполучить продуктс температуройплавления впределах 50-60°Си кислотнымчислом 160-170 мг КОН/ 1 г канифоли.Химическийсостав талловойи живичнойканифоли различен,и это, как показалапрактика, оказываетсущественноевлияние напроцесс приготовленияклеевых дисперсийи технологиюих использования.
В таблице1приведеныданные характеризующиесодержаниесмоляных кислотразличных видовканифоли.
| Видканифоли | Содержаниесмоляных кислот,% | |||
| левопимаровой | неоабиетиновой+ палюстровой+ абиетиновой | дегидроабиетиновой+ гидроабиетиновой | α- пимаровой | |
| Сосноваяканифоль (живица) Живичная Талловая | 30-50 0-15 менее1 | 30-50 65-80 40-50 | следы следы 20-30 | 16-30 15-30 16-30 |
Как видноиз таблицы,талловая смоласостоит в основномиз абиетиновойкислоты, в нейсовершенноотсутствуетлевопимароваякислота, непременныйкомпонентканифоли, обладающийсопряженнымидвойными связями.Отсутствиев талловойканифолиперечисленныхвыше смоляныхкислот вызванонагреваниемсырого талловогомасла в процессепроизводствасульфатной целлюлозы ипри вакуумнойперегонке.
Если образованиеи переходлевопимаровойкислоты внеоабиетиновуюкислоту, а вдальнейшемв поллюстровуюи абиетиновуюкислоты являетсяобратимымпроцессом дляканифоли, уталловой смолыабиетиноваяи дигидроабиетиноваякислоты, каки дегидроабиетиноваяуже не находятсяв равновесиии, за исключениемабиетиновой,не изомеризуются.
Вследствиевысокого содержанияабиетиновойкислоты, являющейсяненасыщеннымсоединениемс сопряженнымидвойными связями,талловые смолыпо сравнениюс канифольюобладают болеевысокой способностьюк кристаллизациии окислениюкислородомвоздуха. Вероятно,по этой причинедо 1960 года талловуюканифоль применялилишь для проклейкинизкосортныхвидов бумаги картона.
Для проклейкибумаг и картонане существуетуниверсальногоклея, пригодногодля различныхусловий работыбумажной фабрики.Эффективностьклея во многомзависит от видацеллюлозы,качествапроизводственнойводы и другихфакторов. Наиболееклассическимпроклеивающимматериаломявляется белыйклей (содержаниесвободной смолы15-25 %) из живичнойканифоли, которыйпригоден дляширокого ассортиментабумаг. Режимварки этогоклея хорошоосвоен, онприменяетсяпри периодическойи непрерывнойпроклейки.
При использованииталловой канифолидля проклейкибумаги такжепервоначальноприменяли белыйклей, не учитываяразличий вхимическомсоставеживичной италловой канифоли.Дальнейшиеисследованияпоказали, чтоклей из талловойканифоли ссодержаниемсвободной смолы20-25 % являетсянеустойчивым,частицы образуюткрупные алюморезинатныекомплексы (до10 мк).
Посколькусчитаетсяобщепризнанным,что осадокканифольногоклея фиксируетсяна волокнахв виде отдельныхчастиц, а не ввиде непрерывнойпленки, частицысвободной смолыканифоли находятсяв основном наповерхностиволокон. И еслиудерживаемостьчастиц белогоклея из живичнойканифоли составляетв бумаге 50-60 %, тоудерживаемостьсмоляных агрегатовиз талловойканифоли составляет40 %. Наоборот,проклейканейтральнымклеем на основеталловой канифолиявляется болееэффективным.Поэтому применениев бумажнойпромышленностинатуральнойталловой канифолиограниченопроизводством только полностьюомыленныхклеев.
Но и здесьвозможнытехнологическиезатруднения,из-за высокойспособноститалловой канифолик кристаллизациии окислениюкислородомвоздуха. С цельюустраненияотрицательныхсвойств канифолипроводят еемодификациюразличнымиметодами. Кметодам модификации,применяемымна практикедля улучшениясвойств канифоли,относятся:
гидрирование- присоединениеодной или двухмолекул водородапо месту двойныхсвязей. Смоляныекислоты по-разномуотносятся кпроцессугидрирования.Так, абиетиноваякислота, основнойкомпонентталловой канифоли,гидрируетсяв растворе приобычной температуре,а в расплавев присутствиикатализатора.В качествекатализаторовприменяются:никель, палладий,платина. Пофизико-химическимсвойствамгидрированнаяканифоль имеетдругой составсмоляных кислот,которые неокисляютсяна воздухе.Она на 2-4 маркисветлее исходнойканифоли, менеехрупка и светоустойчива.
В США практическоераспространениеполучилапергидрированнаяканифоль, содержащаяв основномтетрагидроабиетиновуюкислоту. Зарубежныйопыт использованиятакой канифолипоказывает,что наиболеецелесообразноприменять еев композициибумаги, предназначеннойдля длительногохранения. Однакогидрированиеталловой канифолисопряжено сопределеннымитрудностямииз-за наличияв ней большогоколичестванеомыляемыхи нейтральныхвеществ, которыеотравляюткатализатори снижают скоростьпроцесса.
диспропорционирование-это процесснаправленнойтермическойизомеризациисмоляных кислот.Врезультатереакциидиспропорционированияобразуютсяде-, ди- и тетрагидроабиетиновыекислоты.
Процессдиспропорционированияведется привысокой температурев присутствиикатализаторов.При диспропорционированиине играет решающейроли составканифоли, однако,предварительноеудаление вредныхпримесей позволяетполучатьвысококачественнуюканифоль.Диспропорционированнаяканифоль обеспечиваетвысокую стабильностьпроклейкибумаги присравнительнонебольшомрасходе (2 % отмассы волокна).Она может бытьрекомендованапри производствесильноклееныхбумаг.
полимеризация-сокращениев молекулахсмоляных кислотчисла двойныхсвязей за счетреакции каталитическойполимеризации.
Полимеризациюканифоли проводятв растворахбензина и бензолав присутствиикатализаторов:серной, ледянойуксусной ифосфорнойкислот. Полимеризованнаяканифоль даетхороший проклеивающийматериал дляполучениянейтральногои белого клеевс содержаниемсвободной смолыдо 30 %, обеспечиваетболее стабильнуюпроклейку применьшем расходе(около 3 % к весусухого волокна).
конденсацияканифоли снепредельнымисоединениями-самый распространенныйспособ модификацииталловой канифоли.Различают 3способа:
диеновыйсинтез поДильсу-Альдеру,т.е. взаимодействиевеществ, имеющихсопряженнуюдвойную связь,с α, β- ненасыщеннымикарбоновымикислотами илиих ангидридами;
конденсацияканифоли сформальдегидомили формальдегиднымисмолами (реакцияПринса);
сочетаниепервого и второгоспособов;
Чаще всегодля проведенияреакции диеновогосинтеза применяютмалеиновуюили фумаровуюкислоты илиих ангидриды.
Реакциюмодификацииканифоли малеиновымангидридомпроводят притемпературе150-220°С. При этомсодержащиесяв канифолиабиетиновая,неоабиетиновая,полюстроваякислоты изомеризуютсяв левопимаровую,которая и вступаетв реакцию. Процессосуществляетсяпри постоянномперемешиваниимассы, причеммодифицирующийагент вноситсяпостепеннонебольшимипорциями. Конечнымпродуктомявляетсямалеопимароваякислота. Онапредставляетсобой белыйкристаллическийпорошок стемпературойплавления222-224° С и кислотнымчислом 270-278 мгКОН/г.
Канифольно-фумаровыеаддукты получаютсплавлениемфумаровойкислоты с канифолью.Оптимальнаятемпературареакции 190-200°С.
Аддуктыканифоли, малеиновойили фумаровойкислоты имееттемпературуразмягчения79°С, кислотноечисло 185,3 мг КОН/г.стоек к окислениюкислородомвоздуха и егоцвет на 2-3 маркивыше, чем у исходнойканифоли.
Канифольмодифицируюттакже конденсациейс формальдегидомили формальдегиднымисмолами.
Обычно на100 массовых частейканифоли берут1-6 массовых частейформальдегидаили параформальдегида,реакция протекаетв течении 3-10 часови при Т=120-170°С.
Оба вышеописанныхспособа могутприменятьсяи в сочетании.При этом наиболееблагоприятныерезультатыдостигаются,когда за реакциейс формальдегидомследует реакцияДильса-Альдера.Талловая канифольмодифицированнаянепредельнымисоединениямихарактеризуетсябольшим содержаниемкарбоксильныхгрупп. На ееоснове готовятусиленныеканифольныеклеи, особыйприоритет вэтом принадлежитСША.
Технологиюпроизводстватаких клеевможно разделитьна 2 этапа. Напервом этапепроводят реакциюмодификации,например, реакциюДильса-Альдера.Если теоретическидля модификациивсей канифолинеобходимо33 % малеиновогоангидрида, тодля реакциииспользуют3-10 %. Таким образом,в усиленномклее модифицировано15-45 % канифоли. Навтором этапепроводят реакциюомыления щелочью,с образованиемтретичной солинатрия малеопимаровойкислоты:
Усиленныеканифольныеклеи в сравнениис обычным являетсяжидкотекучимпри одной и тойже концентрации.Даже при концентрациив пределах 50 %эти клеи ещесравнительно жидкотекучие,что позволяеттранспортироватьих насосамии легко разбавлять.При концентрации70 % они представляютсобой вязкуюпасту, котораялишь посленагрева до60-80°С становитсяжидкой и поддаетсяразбавлению.
В последниегоды талловаямодифицированнаяканифоль применяетсядля приготовлениявысокосмоляныхклеев. Зарубежныйопыт показывает,что полностьюмодифицированнаяканифоль непригоднадля производствадисперсийусиленногоклея с высокимсодержаниемсвободнойсмолы. В данномслучае применяютсмесь из обычнойи модифицированнойканифолей иликанифоль определеннойстепени модификации.После частичногоомыления идобавленияопределенныхзащитных коллоидови вспомогательныххимическихвеществ осуществляетсядиспергирование.
Дисперсииусиленногоклея выпускаютсяпри концентрации40, 50, 85 % содержаниясвободнойсмолы. Эти клеихарактеризуютсячрезвычайнонебольшимразмером частици требуют дляосажденияменьше сернокислогоглинозема, чемусиленныйнейтральныйсмоляной клей.При одной и тойже степенипроклейкирасход дисперсийклея снижаетсядо 40 против 35 % вслучае с усиленнымнейтральнымклеем. В производственныхусловиях расходканифоли сокращаетсяв среднем на15-35 %.
Рецептураи технологияприготовления канифольныхклеев постояннообновляется.Помимо добавленияразличныхзащитных коллоидовдля стабилизацииклеевых частиц,довольно широкоеприменениеприобрелидобавки кканифольномуклею полиакриламида.Он не толькоснижает расходвысокосмоляногоклея, но и улучшаеткачество проклейки,повышает прочностьбумаги, помогаетудерживатьнаполнители,что позволяетувеличить ихколичество.
В отечественнойлитературеимеются сообщенияо введенииполиакриламидав типографскуюбумагу № 1В США и Англиизапатентованряд рецептовпропиточныхсоставов сприменениемполиакриламидаи других катионо-или анионоактивныхполиэликтролитов,вводимых внебольшихколичествах.Качество проклейкив этом случаеулучшаетсяза счет того,что катионоактивныедобавки быстрееадсорбируютсяна волокнахцеллюлозы, чемсмоляные кислоты.Это увеличиваетчисло активныхцентров наповерхностиволокна дляадсорбциисмоляных кислот.Увеличениескорости адсорбциив свою очередьспособствуетравномерномураспределениючастиц проклеивающегоматериала наповерхностиволокон, таккак они не успеваютвырасти домакрочастиц.По американскимданным, привведениикатионо-активныхвеществ в количестве0,5-2 вес. ч. на 1 вес.ч. канифольногоклея водоустойчивостьбумаги повышаетсявдвое. Повышаетсятакже устойчивостьбумаги к кислотами щелочам. Приэтом способепроклейки нетребуетсяточного выдерживаниярН среды. Проклейкаидет хорошопри любом значениирН.
Кроме полиакриламида,в качестведобавок, снижающихрасход канифольногоклея могутприменятьсяи другие катионо-активныевещества, например,акриламидакриловойкислоты, полиэтиленамин,полициклогексиламино-алкил(мет) акрилатамини др.
В литературевсе эти веществаобъединеныобщим терминомфункциональныехимическиесоединения.При добавленииих в бумажнуюмассу, они нетолько способствуютудержанию ификсации наволокне частицвысокосмоляногоклея, но такжевлияют на водоотдачу,удерживаютмелкое волокнои наполнительи дают возможностьполучениябумаги с заданнымисвойствами.
Так, например,для увеличенияпрочностибумаги в бумажнуюмассу обычнодобавляютвещества, являющиесяполимерамис относительновысокой молекулярноймассой и с большимсодержаниемгидроксильныхгрупп, способныхобразовыватьводородныесвязи (моннногалактаны,крахмал и пр.).Как указываетФ. Вульч добавка кбумажной массемонногалактановспособствуетувеличениюсопротивленийбумаги изломуи выщипыванию,положительнымобразом сказываетсяна уменьшениисклонностибумаги к пылению,повышаетсявеличина показателейгладкости иудлинениибумаги прирастяжении.Заметно улучшаетсяпросвет бумагии увеличиваетсяудержаниенаполнителей.Тот же авторотмечает, чтоесли частичноотказатьсяот повышениямеханическойпрочности ипри добавкемонногалактананемного снизитьстепень помолабумажной массы,то одновременнодостигаютсядальнейшиепреимущества:повышениепоказателейсопротивленияраздиранию,мягкости,светонепроницаемости,впитывающейспособности.
Если вводитьв бумажнуюмассу альгинаты,представлющиесобой гидрофильныеколлоиды, достигаетсяповышениемногих показателеймеханическойпрочностибумаги: сопротивленийразрыву, продавливанию,выщипываниюи истиранию.Бумага и картон,предназначенныедля печати,приобретаютболее мягкуюи равномернуюповерхность.Отмечаетсяповышениеудержанияминеральныхнаполнителейи мелких волокон,повышаетсястабильностьразмеров бумагии снижаетсявпитываниечернил, красителейи лаков.
В современныхпроизводственныхусловиях применениефункциональныххимическихсоединенийнеобходимов связи с увеличениемскоростейбумагоделательныхмашин. Это повлеклоза собой ускоренияпроцессаобезвоживанияна сетке. Подвлиянием вакуума,образующегосяпод сеткой,через нее уходятв оборотнуюводу мелкиеволокна, проклеивающиевещества ичастицы минеральногонаполнителя.Очевидно, чточем выше вакуум,тем в большейстепени наблюдаетсяпровал мелочисквозь сетку.Особенно этохарактернодля современныхбыстроходныхбумагоделательныхмашин.
С целью удержаниямелкого волокнаи частиц наполнителяв массу непосредственноперед бумагоделательноймашиной вводятвещества, вызывающиехлопьеобразование.Чаще всегоиспользуютполиэтилениминили полиакриламид.Последнийпредставляетсобой сополимеракриловойкислоты и акриламида.В сухом видеэто белый порошок,нерастворимыйв большинствеорганическихрастворителей,но растворимыйв воде. Некоторымипредприятиямихимическойпромышленностион выпускаетсяв виде 8 %-ноговодного коллоидногораствора, устойчивогопри хранениив условияхнейтральногозначения рН.Этот растворимеет вязкуюжелеобразнуюконсистенцию.При подогревеи перемешиваниираствор можетбыть разбавленводой до нужнойрабочей концентрации(0,2-0,3 %).Химическийсостав ПААотвечает формуле:
Отдельныепартии техническогопродукта частоотличаютсямежду собойпо физико-химическимсвойствам взависимостиот его степениполимеризации,наличия примесейи соотношенияв продуктеамидных икарбоксильныхгрупп
ОптимальнымизначениямирН массы дляэффективногодействия ПААявляется рНв пределах4,5-6,0. В этих условияхпри дозировкеиз расчета150-300 г абс. сухогоПАА на 1 т бумагиудержаниенаполнителяувеличиваетсяна 20-25 %. Объясняетсяэто тем, чтоудлиненныемолекулы ПААодновременносвязываютсяс несколькимивзвешеннымичастичкаминаполнителя,которые оказываютсясвязаннымимежду собойв крупныеагрегаты-флокулы.Последниесостоят изтвердых частиц,“ прошитых” длинныминитями молекулПАА. Такиефлокулы хорошозадерживаютсяслоем волоконна сетке бумагоделательноймашины.
Полиэтилениминполучаютполимеризациейэтиленамина,он имеет сильноразветвленнуюмакромолекулу.Химическийсостав ПЭИотвечает формуле:
Х. Лухтенбергприводитследующийпример примененияПЭИ для повышенияудержаниянаполнителяи волокон привыработкекартона массой350 г/ м 2 с содержаниемв композициибольшого количествабумажной макулатуры.ПЭИ при концентрации0,1-0,2 % вводился вволокнистуюмассу в количестведля покровногослоя 0,12 %, среднихслоев 0,18-0,22 % и нижнего0,27 % к массе волокон.Опыты показали,что в результатевведения всреднем 0,2 % ПЭИудержаниеволокон и наполнителяповысилосьс 65 до 83 %. Производительностьмашины увеличиваетсяза счет улучшенияобезвоживанияна 9 %. Удельныйрасход параснизился 2,1 до1,9 т/ 1т картонавследствиеповышениясухости послепрессов с 38,4 до39,5 % и облегченияудаления паровпри сушке. Помимосинтетическихфлокулянтов(ПАА, ПЭИ и др.)применяютсяприродныеполимеры:карбоксиметилцеллюлоза,катионныйкрахмал.
Однако применениеэтих химикатовспособствуетхлопьеобразованию,что являетсянежелательнымпроцессом приотливе бумаги.Но, по мнениюФляте, рыхлыехлопья, полученныеблагодаряфлокулирующемудействию полимерови состоящиеиз мелких волокони частиц наполнителя,связанных междусобой электростатическимисилами, отличаютсяпо своим свойствамот пучков(сгустков)длинных волокон.Рыхлые и мелкиехлопья делаютпросвет бумагив ряде случаевболее равномернымблагодаряповышенномуудержанию вбумаге мелочи,заполняющиепространствомежду длиннымиволокнами.Эффект хлопьеобразованияможно свестик минимуму,если передподачей насетку интенсивноперемешиватьвещества массы и точно дозироватьфлокулянт. Так,например,дефлокулирующеедействие крахмаланаблюдалосьпри его добавкев суспензиюв количестве0,5-1 % к массе абсолютносухой волокон.Дальнейшееувеличениесодержаниякрахмалаприводит кусилениюнеравномерностипросвета засчетфлокулирующегодействия этойдобавки и замедлениепроцессаобезвоживания.
При отливебумажного листаодним из нежелательныхкомпонентовмассы являетсявоздух, содержащейсяв ней от 0,4 до 6 %по объему. Это,казалось бы,небольшоесодержаниевоздуха в массена самом делеявляется высокимпо отношениюк объему волокон.Вредное влияниевоздуха в бумажноймассе обнаруживаетсяпри выделенииего в виде пузырькови сказываетсяв образованиипены и сгустковволокон в потокемассы, что влечетпоявление вбумаге воздушныхпузырей, неравномерностипросвета идругих дефектов.Увеличиваетсябрак бумажнойпродукции ивозрастаетчисло обрывовбумажногополотна набумагоделательноймашине. Приизготовлениицветных видовбумаги пенообразованиенередко влечетза собой скоплениечастиц красителяна стенкахпузырьков иполучениянеравномерной,с пятнами, окраскибумаги.
Для устранениясильногопенообразованияпри выработкинекоторых видовбумаги вводятспециальныехимическиедобавки. Политературнымданным, хорошиерезультатыдали применениеэтиловогоспирта, расходуемогов количестве0,0005-0,005 % от массыволокон. Такжеприменяютсяспирты жирныхкислот, особенно,при низкойжесткости воды,а при высокойжесткости воды- эмульгируемыепродукты конденсацииэтиленоксида.Хорошимипротивопеннымисредствамисчитаются эфирыжирных кислот,высокомолекулярныхспиртов и силиконовыесоединения.При использованиипротивопенныхсредств следуетучитывать, чтоони сохраняютсвою химическуюактивностьв слабых растворахлишь в течениенесколькихчасов и во многихслучаях ухудшаютпроклейку.Иногда пенообразованиеснижается привведении вбумажную массусернокислогоглинозема.Однако известныслучаи, когдадобавки егоили ПАВ повышалипенообразование.Таким образом,эффективностьвведения этиххимикатов,по-видимому,зависит от ихдозировки,которую необходимоустанавливатьв зависимостиот местныхпроизводственныхусловий.
Также привыработкибумаги набыстроходныхбумагоделательныхмашинах припереходе бумажногополотна с сеткина первое прессовоесукно частовозникаютобрывы. Причинойобрывов являетсято, что еще неуплотненноеи сильно увлажненноеполотно являетсяменее прочным,и не поддерживаемоесеткой илисукном, слабосопротивляетсядействию натяжения.Поэтому влагопрочность,или прочностьбумаги, находящейсяво влажномсостоянии,является важнымсвойством нетолько специальныхвидов бумаги,но и любоговида бумаги,изготовляемойна современныхмашинах.
Различаютначальную, илиестественнуювлагопрочностьи искусственную,достигаемуювведениемсинтетическихсмол или другихвеществ. Дляувеличенияначальнойвлагопрочностиобычно в композицииувеличиваютсодержаниецеллюлозы. Такпо экспериментальнымданным Дж. МакКелама, с увеличениемсодержанияцеллюлозы вкомпозициигазетной бумагиот 9,1 до 23,1 % прочностьэтой бумагипри содержаниив ней 20 % сухоговещества (начальнаявлагопрочность) возрастаетна 18 %.
Вообще овлагопрочностибумаги судятпо степенисохраненияею влажномсостояниипервоначальнойпрочности,которую онаимела до увлажнения,находясь ввоздушно-сухомсостоянии. Этотпоказательдля обычныхвидов бумагинаходится впределах от3 до 10 % и редкодостигает 14процентов.Искусственнымиметодами, привыработкиспециальныхвидов бумагии картона, можнодобиться получениявлагопрочности,доходящей до60 процентов.Область применениятаких видовбумаги и картонавесьма обширна:для печатиморских и полевыхкарт, для упаковкивлажных пищевыхпродуктов,денежная бумагаи прочее.
Для приданиябумаге влагопрочностиприменяютсяразличныесредства:
обработкабумаги-основысерной кислотой;
покрытиеповерхностибумаги влагостойкимлаком;
ламинирование;
каширование(скреплениебумаги с металлическойфольгой).
Однако наибольшеераспространениев мировой практикеполучили методыс использованиемв композициибумаги мочевино-формальдегидныхили меламино-формальдегидныхсмол. Исходнымипродуктамидля их полученияявляютсясоответственномочевина- СО(NH 2)2 и меламин-(CNNH 2)3. Реакциявзаимодействияэтих веществс формальдегидомидут по следующимсхемам:
Мочевино-формальдегиднаясмола легкорастворимав воде и поэтомуее применениепроще, чеммеламино-формальдегиднойсмолы, которуюрастворяютв слабом растворесоляной кислотыпри температуреоколо 30°С.
Из исследованийсвойств мочевино-и меламино-формальдегидныхсмол былоустановлено,что неионныемочевино-формальдегидныесмолы при введенииих в бумажнуюмассу не обеспечиваютэфффективногоприданиявлагопрочностиизготовляемой бумаге. Путемвведения впроцессе синтезасмолы модификаторовмочевино-формальдегиднойсмоле могутбыть приданыкатионные илианионные свойства.Хорошие результатыбыли полученыдля изготовлениякатионноймочевино-формальдегиднойсмолы прииспользованиив качествемодификатораэтилендиамина,а при изготовлениианионной- бисульфитанатрия. Приэтом катионнаясмола обеспечивалавысокие показателивлагопрочностиизготовляемойбумаги в условияхиспользованияразличныхволокнистыхполуфабрикатов.Анионная жесмола, требующаяприменениясернокислогоалюминия длясвоего осажденияна волокнах,обеспечивалалучшие результатыпри использованиидля изготовлениябумаги волоконнебеленойцеллюлозы,особенно сульфатной.Все три видасмол (меламиновая,анионная икатионннаямочевино-формальдегидные)способствуютувеличениюжесткостибумаги. В большейстепени этомуспособствуетмеламино-формальдегиднаясмола, ведениекоторой большеснижает и впитывающуюспособностьбумаги.
В зависимостиот требуемойстепени влагопрочностиэти смолы вводятв массу в количествеот 1 до 5 % сухойсмолы к массесухих волокон.Наблюденияпоказали, чтонаиболеецелесообразновводить смолыв напорный ящикбумагоделательноймашины.
Технологическийпроцесс изготовлениявлагопрочныхвидов бумагина бумагоделательноймашине, в общем,ничем не отличаетсяот соответствующегопроцесса изготовленияобычной бумагиза исключениемрежимов сушкии переработкисухого брака.При сушке происходитполиконденсациянаходящихсяв бумаге искусственныхсмол, переходих в водонерастворимоесостояние собразованиеммежду ними ирастительнымиволокнамисвязей, которыевода уже неможет полностьюразрушить. Дляпротеканияполиконденсациинеобходимоподдерживатьтемпературув середине иконце сушильнойчасти в пределах115-120°С.
Кроме указанныхформальдегидныхсмол для приданиябумаге влагопрочностиприменяют такжедиальдегидно-галактоманнановыесмолы. Действиеэтих смол, повышающихпрочностьбумаги в сухоми во влажномсостояниях,основано, судяпо литературнымданным, наблокированиигидроксильныхгрупп в молекулецеллюлозы иобразованиикарбонильныхгрупп. Заметноповышаетсяпрочностьбумаги в воздушносухоми во влажномсостоянияхуже при расходедиальдегиднойсмолы всеголишь 1 % к массеволокон. Опытыпоказали, чтос увеличениемпомола целлюлозыотмечался роствлагопрочностиизготовляемойбумаги.
В тех случаях,когда бумагаподвергаетсякратковременномудействию влаги,для приданияей влагопрочностиможет бытьиспользованглиоксаль,образующийс гидроксильнымигруппами целлюлозыполуацетальныесвязи по схеме:
Полуацетальныесвязи глиоксаляс целлюлозойбыстро возникаютпри высушиваниии легко разрушаютсяпри погружениибумаги в воду.
Одним изважных преимуществтехнологииизготовлениябумаги с использованиемглиоксаля дляпридания ейвлагопрочностипо сравнениюс технологиейизготовлениявлагопрочной бумаги с применениеммочевино- илимеламино-формальдегиднойсмол являетсято, что влагопрочностьбумаги не зависитот температурысушки. У такойбумаги высушеннойпри комнатнойтемпературеили при 100-150°С,влагопрочностьодинакова инаходится впределах 30-40 %.
В бумажнуюмассу глиоксальвводить нерекомендуется,так как егореакция сгидроксильнымигруппами целлюлозыпротекает также, как и с гидроксильнымигруппами воды.Поэтому в присутствиибольшого количестваводы глиоксальреагирует нес целлюлозой,а с водой. Такимобразом, лучшимспособомиспользованияглиоксаля длявыработкивлагопрочныхвидов бумагиявляется способпропитки готовойбумаги.
Для изготовлениявлагопрочныхвидов бумагипредставляетинтерес применениев их композициисмол, полимеризующихся в слабощелочнойили нейтральнойсреде. Использованиеподобных смолпри изготовлениибумаги даетвозможностьбез уменьшениявпитывающейспособностибумаги по отношениюк воде получитьодновременновысокую степеньвлагопрочности.
Одной из такихсмол являетсяполи-β-аспарагинваясмола катионноготипа, хорошорастворяющаясяв воде и затемиз водногораствора легкоосаждаемаяна растительныхволокнах. Этасмола, судя политературнымданным, обнаруживаетвысокую эффективностьдействия дажев условияхвведения еев массу в малыхколичествах(примерно 1 % кмассе волокон).Дальнейшееувеличениевводимой вмассу смолысущественноувеличиваетвлагопрочностьбумаги. Указаннаясмола способствует:
увеличениюудержания вбумаге минеральногонаполнителяи мелких волокон(мельштофа);
повышениюстепени проклейкибумаги в случаепримененияканифольногоклея;
уменьшениюсклонностибумаги к выщипываниюс ее поверхностиотдельныхволоконец,т.е. повышениюпрочностиповерхностногослоя бумаги.
По даннымработы [10],при изготовлениивлагопрочныхвидов бумагидля печативесьма пригоднойоказаласьполиамидо-полиамино-эпихлориднаясмола (ППЭ). Онаодновременнопридает бумагемного ценныхсвойств: повышенноеудержаниеминеральныхнаполнителейи мелких волокон,стабильностьразмеров, повышенныепоказателимеханическойпрочности иособенносопротивленияотделениюволокон с поверхностибумаги (привведении вмассу из неразмолотойи непроклеенойцеллюлозы 1 %ППЭ этот показательувеличиваетсяв 2 раза), устойчивостьк старению вслучае использованияв качественаполнителякарбонатакальция и проклейкив нейтральнойсреде, хорошуюспособностьк восприятиюпечатной краски(при оптимальнойдобавке в данномслучае 0,35-0,5 % смолы).
Как видноиз рассмотренныхпримеров ассортиментфункциональныххимическихсоединенийочень разнообразени постояннообновляется.Химическойпромышленностьювыпускаютсяболее эффективныедобавки новогопоколения.Назначениеновых функциональныххимическихсоединенийизвестно. Однакопрежде, чемприменять ихпри производствебумаги следуетопределитькакое количествохимиката являетсянаиболее эффективным,как во времениизменяетсяего влияниена бумажнуюмассу, зависимостьот температурыи рН среды. Ктому же функциональныехимическиесоединениямогут неоднозначновести себя втехнологическомпотоке и вызватьряд нежелательныхэффектов.Следовательно,перед использованиемновой добавкиследует всестороннеизучить е влияниена различныефакторы технологическогопроцесса. Даннаяисследовательскаяработа направленана изучениевлияния функциональныххимическихсоединенийна обезвоживаниеволокнистоймассы. Она являетсяначалом большойнаучной работы,которая будетпродолженав будующем.
3. Методическаячасть
3.1. Материалы,используемыепри исследовании
3.1.1.Целлюлозасульфатнаялиственнаябеленаяиз смеси березыи осины вырабатываетсяна КотласскомЦКБ и АрхангельскомЦБК по ТУ-810447-77 четырехмарок:
ЛБ-0-для изготовлениявысококачественныхвидов бумаги картона из100 % целлюлозы;
ЛБ-1-для выработкиписчей бумаги,бумаги дляпечати, тетрадной,белых покровныхслоев многослойногокартона;
ЛБ-2-для писчейбумаги, бумагидля печати,техническихвидов бумаг;
ЛБ-3- для производствасанитарно-бытовыхи гигиеническихвидов бумаг.Вданной исследовательскойработе использоваласьцеллюлоза маркиЛБ-1 со следующимихарактеристиками:
| Показатели | Первыйсорт | Высшийсорт |
| Механическаяпрочностьпри размолев ЦРА до 60 ШР: -разрывнаядлина -абсолютноесопротивлениераздиранию -прочностьна излом-числодвойных перегибов Белизна Сорность: -наличиевключенийразмером свыше0,1 мм2до 1мм2 -от1 мм2до 2 мм2; -свыше2 мм2 рН воднойвытяжки Влажность | 7,1 45 300 87 % 45 2 0 6-7 20% | 6,8 45 300 87% 50 2 0 6-7 20 % |
3.1.2.Крахмал-смесьполисахаридов,встречаетсяв растенияхв виде зерен.Его общая формула[C6H10O5]n.
Полисахаридыкрахмала можноразделить на2 главные фракции:амилозу иамилопектин.
Макромолекулаамилозы представляетсобой линейные,малоразветвленныецепи, состоящиеиз 200-1000 остатковД-глюкозы, которыесвязаны междусобой -гликозиднымисвязями. Молекулярнаямасса полимеранаходится впределах 32 000-160000, легко растворимв воде и даетмаловязкиерастворы.
Макромолекулаамилопектинасильно разветвлена,она содержитот 6—до 6000 остатковД-глюкозы, связанноймежду собой-1,4гликозиднымисвязями, а вместах ветвлетвения-1,6глюкозиднымисвязями и обладаетвысокой полидисперсностью(молекулярнаямасса от 100 000 до1 000 000). В воде растворяетсяпри нагреве,растворы имеютстабильнуювысокую вязкостьи прозрачность.В среднем крахмалсодержит 25% амилозыи 75% амилопектина.
Применениеприродногокрахмала затрудненов связи с повышеннойвязкостью егорастворов исклонностьюк ретроградации,т.е. образованиюосадка прихранении иохлажденииклейстера.Поэтому, напрактике применяютмодифицированныекрахмалы:гидролизованныекислотами илиэнзимами,деструктированные,окисленные,замещенные.
Наилучшимобразом зарекомендовалисебя катионныекрахмалы. Ихсинтез выполняетсяхимическимиметодами изаключаютсяво введениив молекулукрахмалафункциональныхгрупп, несущихположительныйзаряд, например,четвертичныйаммоний илифосфор, третичныеамино-, сульфо-и др группы.Введение группыв молекулупроисходитв результатеобменной реакции:
В водной средечетвертичныеаммонийныегруппы несутположительныйзаряд, обуславливающийкатионныесвойства крахмалов.Степень замещенияводорода вД-глюкозныхзвеньях катионнымигруппами достигает0,02-0,05 на одно звено.Третичныеаммониевыегруппы снижаюттемпературуклейстеризациикрахмала, причемэта зависимостьпрямо пропорциональна.Приготовленныерастворы крахмалаявляются стабильнымидаже при низкихзначениях рН,не подверженныхретроградации.
Катионныйкрахмал КК-5163– белый порошоквлажностью14 %. Используетсяв бумажнойпромышленностидля повышенияретенции волокнаи наполнителя,увеличенияпрочностибумаги, пониженияпроцесса пыления.Расход егосоставляет5-10 кг/ т бумаги.
3.1.3.ФлокулянтФ852(ФП 852)представляетсобой порошокбелого цветас содержаниемосновноговещества 99,9 %.Хорошо растворяетсяв воде. Однакоблагодаря своейвысокомолекулярнойприроде еговодные растворыдаже при концентрации1 % имеют оченьвязкую, тягучуюконсистенцию.Поэтому приработе с флокулянтомрекомендуетсяготовитьнизкоконцентрированныерастворы. Из-заналичия вмакромолекулефункциональныхгрупп, несущихположительныйзаряд, флокулянтП-852 характеризуетсякатионнойактивностью.
Основноеназначениефлокулянта-повышенияудержаниямелкого волокнаи наполнителяв бумаге и картоне.Также целесообразноего использоватьдля осветленияоборотной воды.Расход ФП-852составляетдо 100 г/ т бумагиили 1,5 г/ м3осветленнойводы. При добавлениивещества вбумажную массу,в коллекторнапорного ящикаили трубопроводподачи массыперед напускнымустройством,удержаниемелкого волокнаи наполнителяповышаетсяна 20-25 %. Аналогичнаяэффективностьдостигаетсяпри использованииФП для осветленияводы.
3.1.4.ДеаэраторФ-112,продукт ЗАО«Новокремс».Представляетсобой жидкуюэмульсию белогоцвета, концентрацией27 % по сухомувеществу. Всостав воднойэмульсии входятгидроксильныесоединения,эфиры жирныхкислот иповерхностно-активныевещества.
ДеаэраторФ-112 предназначендля удалениявоздуха, в томчисле растворенного,из водно-волокнистойсуспензиибумажногополотна, а такжеиз оборотныхвод. Достигаетсяэто за счетпонижениямежфазногоповерхностногонатяжения награнице «волокно-вода»и «воздух-вода».Помимо основнойфункции, привведении ДФ-112, возможно повышениепрочностимокрого бумажногополотна иинтенсифицированиеобезвоживания,повышаетсяудержаниенаполнителяи мелочи в бумаге,улучшаетсяобезвоживаниев прессовойи сушильныхчастях, уменьшаютсяобрывы полотна.
3.1.5.Катионная смолаМП- аналогполиамидо-полиамино-эпихлориднойсмолы с улучшеннымикачествами.Представляетсобой жидкостькоричневогоцвета и концентрациейсухого вещества20 %. ОсновноефункциональноеназначениеМП - приданиебумаге влагопрочности.Кроме этогоповышаетсяудержаниеминеральногонаполнителяи мелких волокон,стабильностьразмеров, повышаетсямеханическаяпрочность,особенно,сопротивлениеотделениюволокон с поверхностибумаги. Расходкатионной смолыпо сухому веществусоставляетот 2 до 10 кг/ т бумаги.
3.1.6.МикрофлокулянтОПпредставляетсобой вязкуюжидкость белогоцвета с содержаниемосновноговещества 100 %. Егоосновное назначение-удержание вбумажной массечастиц минеральногонаполнителяи мелкого волокна.
3.2. Приборы,используемыев работе.
Дезинтеграторс частотойвращения пропеллера3000150об/ мин.
Аппарат СР-2для определениястепени помолатипа Шоппер-Риглера.Снабжен сеткой№ 40 по ОСТ 13 252.
Весы лабораторныес пределомвзвешиванияне более 1000 г,погрешностьвзвешиванияне более 0,03 г поГОСТ 24104.
Иономер Ч-135М1.
МешалкаЕР-10.
3.3. Приготовлениерабочих растворовфункциональныххимическихсоединений.
3.3.1. Приготовлениераствора флокулянта.
Растворыготовятся попроцентнойконцентрациикомпонентовна единый объем.
ФлокулянтПР представляетсобой белыйпорошок растворимыйв воде. Растворыдаже при малойконцентрациивещества имеютвязкую желеобразнуюконсистенцию.Поэтому дляпроведениялабораторныхэкспериментовготовим рабочийраствор сконцентрацией0,2 %.
Нааналитическихвесах отвешиваем1 г флокулянтаи количественнопереносимпорошок в фарфоровыйстакан объемом1000 см3.Добавляем 500см3дистиллированнойводы при Т=20С.Ставим стаканна водяную банюи нагреваемраствор припостоянномпомешиваниив течение 30-40 мин.Готовый растворимеет однороднуюконсистенцию,без комков исгустков.
3.3.2. Приготовлениекрахмальногоклейстера.
Методикаварки катионногокрахмала состоитиз следующихэтапов:
определяемколичествокрахмала, котороенеобходимодля приготовленияодного литра2 %-ного раствора:
1000 г- 100 %
х г - 2% , т.е. х = 1000*2/100 =20 г.
взвешиваемна аналитическихвесах 20 г катионногокрахмала ипереносим егов стакан объемом1000 см3.
добавляемдистиллированнуюводу в количестве1 дм3и нагреваемна водянойбане при постоянномпомешиваниив течение 15-20 мин.
3.3.3. МетодикаприготовлениярастворамикрофлокулянтаОП.
Сначалаопределяемплотностьисходного 100%-ного раствора.Для этого взвешиваемна аналитическихвесах пустойстакан. Затемналиваем в него10 мл раствораОП и взвешиваем.Тогда плотностьнашего раствораопределяетсяпо формуле: =(m2-m1)/10,где
m1-массачистого стакана;
m2-массастакана с раствора;
10 мл-объем раствора.
После определенияплотностиготовим рабочийраствор. Таккак, исходныйраствор имееточень вязкуюконсистенцию,то рекомендуетсяв работе использоватьрастворы низкойконцентрации,например, 0,1 %-ный.
Дляприготовления0,1 %-ного растворанаходим объемраствора, которыйсоответствуетмассе 1 г, т.е.V=1/.Отбираем полученныйобъем в фарфоровыйстакан и доливаемдистиллированнойводой до 1000 мл.
3.3.4. Методикаприготовленияпроб целлюлозы.
Отборпроб сульфатнойлиственнойцеллюлозыосуществляетсяв соответствиис ГОСТ 7004.
Приприготовлениипроб расчетведут на количествоабсолютносухого волокна,поэтому сначалаопределяемвлажность,используемойцеллюлозы. Дляэтого навескуцеллюлозымассой 1 г помещаемв предварительновзвешенныйна аналитическихвесах бюкс.Затем бюкс сцеллюлозойоставляют всушильном шкафупри Т=105С.
Первое взвешиваниепроводим через2 часа, затемкаждые полчаса.Высушиваниепроводим допостоянноймассы. Влажностьцеллюлозыопределяемпо формуле:
W=(p1-p2)/p1*100%; где
р1-навеска целлюлозыдо высушивания;
р2-навеска целлюлозыпосле высушивания.
При проведенииработы по определениювлажностииспользуемдве параллельныепробы и конечныйрезультатрассчитываемкак среднееарифметическое.
После определениявлажности,приступаемк подготовкепробы для роспуска.Допустим, дляроспуска берется16 г целлюлозывлажностью71 %. Значит навескав стакане равна:
16*100/29=55 г
Объемвсей волокнистойсуспензиидолжен составлять1000 см3.Следовательно,количестводобавляемойводы составит:1000-55=945 см3.
Передроспускомнавеску целлюлозыпомещают встакан, заливаютрассчитаннымколичествомводы, тщательноперемешиваюти оставляютстоять 30 минпри Т=20˚С.Затем стаканзакрепляютв дезинтегратореи включаютпропеллер.Роспуск осуществляетсяв течение 30-35 мин.После роспускаволокнистуюсуспензию изстакана переносимв мерный цилиндробъемом 1000см3 ипри необходимостидоводим доотметки водой.
3.4. Исследованиеобезвоживанияволокнистоймассы в зависимостиот количествадобавляемогофлокулянта.
Суспензиюволокнистоймассы, содержащую2 г абсолютносухой целлюлозы,помещают визмерительныйцилиндр, доводятводой до 1000 см3,при Т=20-25Си тщательноперемешивании.
В аппаратеСР-2 закрываютуплотняющийконус, заливаютсуспензию взагрузочнуюкамеру и через5с поднимаютуплотнительныйконус. Вода приэтом стекаетчерез слоймассы и сеткув стаканы,установленныепод боковыми центральнымотверстием.Таким образом,определяемобъем водывытекшей черезбоковое и центральноеотверстии. Этохолостая проба.
Затемсобираем массус сетки и помещаемв цилиндр. Добавляемнеобходимоеколичествофлокулянта,доводим водойдо объема 1000 см3 итщательноперемешиваем.Выливаем суспензиюв аппарат иопределяемколичествоводы, вытекшейоба отверстия.Для каждойконцентрациифлокулянтапроводим 5 проб,конечный результатопределяемкак среднееарифметическое.Количествовводимогофлокулянтапри различныхконцентрацияхпредставленав таблице.
| № п/п | расходфлокулянтана 1 т, г | расходфлокулянтана 1 кг, мг | количество0,2 % раствора,мл |
| 1 | 20 | 20 | 10 |
| 2 | 40 | 40 | 20 |
| 3 | 60 | 60 | 30 |
| 4 | 80 | 80 | 40 |
| 5 | 100 | 100 | 50 |
3.5. Исследованиеобезвоживанияволокнистоймассы в зависимостифлокулянтаи времени еговоздействия
Сначалаготовим суспензиюцеллюлозысогласно предыдущейметодике. Проводимхолостое измерение.Затем собираеммассу с сеткиаппарата вмерный цилиндри добавляемфлокулянт.После добавленияфлокулянтасуспензиюперемешиваеми оставляемна 1 мин. По истечениивремени выливаемее в аппаратШопер-Риглераи определяемколичествовытекшей воды.Затем собираеммассу обратнов цилиндр, заливаемсобранную водуи выдерживаем5, 10 и 30 мин. По истечениикаждого контрольноговремени проделываемзамеры водоотделения.
3.6. Исследованиеобезвоживанияволокнистоймассы при заданнойконцентрациифлокулянтаи различныхзначениях рН.
Дляизмерения рНрастворовиспользуемиономер И-135М1.Преждечем приступатьк работе с прибором,необходимовнимательноознакомитьсяс инструкциейи расположениемотдельных узлови органов управления.
Извлекаемиз упаковкиоснованиедатчика соштангой.
Устанавливаембачок проточноговспомогательногоэлектродасравнения наштангу датчика.Заполняембачок насыщенным(при комнатнойтемпературе)растворомхлористогокалия. Для этогоизвлекаем изстекляннойтрубки пробкусо стекляннымволокном. Поднимаемнаконечникна 1-2 см вышесосуда и, удерживаяего в такомположении,заливаем всосуд 150-300 мл растворахлористогокалия. Опускаемнаконечникниже уровняраствора всосуде и поднимаяего, добиваемсятого, чтобывся трубкабыла заполненарастворомхлористогокалия без пузырьковвоздуха, которыемогут нарушитьэлектрическийконтакт междуконтролируемымраствором иэлектродом.Затем опуститьнаконечникниже уровняраствора (приэтом раствордолжен медленновытекать изотверстия),образуя навыходе выпуклыймениск и вставитьрезиновуюпробку со стекляннымволокном.
Подключаемхлорсеребрянныйэлектрод кклемме с надписью«Всп».
Установитьв держателестеклянныйэлектрод иавтоматическийтермокомпенсатор.Подключитьвывод стеклянногоэлектрода кклемме «Изм».
Закрепляемположениеограничителяповорота столиказажимом с винтом.При закрепленииограничителяповорота следуетобратить вниманиена то, чтобыстолик, отведенныйв крайнее правоеположение,находился подэлектродамии имел возможностьповорота влевона 90 ˚.
Отвестистолик влевона 90 ˚ , установитьна него стаканс дистиллированнойH2Oипогружаем встакан стеклянныйэлектрод для«вымачивания».
Подключаемприбор к сети220 В с помощьюсетевого шнура,он готов к работе.
СначалаопределяемрН исходнойволокнистойсуспензии. Дляэтого из цилиндрав стаканчикотбираем 30 см3суспензии.Опускаем встаканчик ссуспензиейэталонныйэлектрод, затемизмерительный.По шкале прибораопределяемзначение рН.Затем проводимхолостую пробуна аппаратеСР-2, измеряемколичествоводы, вытекшейчерез боковоеи центральноеотверстии.После добавленияфлокулянтатакже измеряемрН и водоотделение.
Сцелью определенияколичествакислоты илищелочи, котороенеобходимодобавить всуспензию,чтобы получитьтребуемый рН,находим экспериментальнуюзависимость.Для этого встаканчик,содержащий30 см3волокнистойсуспензии сфлокулянтом,добавляемравные объемыкислоты илищелочи измеряемполучаемыезначения рН.На основанииэтих данныхстроим графическуюзависимостьи по ней определяем,какое количествокислоты илищелочи требуетсядобавить к 30см3суспензии дляполученияопределенногозначения рН.Найденные пографику значения,пересчитываемна объем суспензии1000 см3.Для каждогозначения рН:4; 4,5; 5; 6; 7; 8; 9 на аппаратеСР-2 определяемводоотделение,проводя по 5замеров, и конечныйрезультат длякаждого значениярН рассчитываемкак среднееарифметическое.
3.7. Исследованиевлияния различныхдобавок КК-5163на обезвоживаниеволокнистоймассы
Методикапроведенияработы аналогичнаработе с флокулянтом.Сначала делаетсяхолостая проба.Затем вводятопределенноеколичестваКК-5163 и делают5 замеров водоотделенияна аппаратеШоппер-Риглера.Количестводобавляемогокрахмала приводитсяв таблице.
| № п/п | РасходКК-5163 на 1т массы,кг | РасходКК-5163 на 1 кг массы,г | Количество2 %-ного раствора,мл |
| 1 2 3 4 | 0,3 0,6 1 1,5 | 0,3 0,6 1 1,5 | 15 30 50 75 |
3.8. Исследованиевлияния добавоккатионной смолыМП на обезвоживаниеволокнистоймассы.
Катионнаясмола МП представляетсобой растворкоричневогоцвета концентрацией20 %. Зная, расходсухого веществана 1т массыпересчитываемего на объем20 %-ного раствора.Аналогичнопредыдущимисследованиямсначала проводимхолостую пробу,затем добавляемнеобходимоеколичествокатионной смолыи измеряемводоотделение.Для каждогоколичествавводимой смолыпроводим 5 замеров.КоличестводобавляемогоМП приведенов таблице.
| № п/п | Расходна 1т массы, кг | Расходна 1 кг массы,г | Количество20 %-ного раствора,мл |
| 1 2 3 4 5 6 | 1 2 4 6 8 10 | 1 2 4 6 8 10 | 5 10 20 30 40 50 |
3.9. Исследованиевлияния добавокдеаэратораФ-112 на обезвоживаниеволокнистоймассы.
Методикаисследованияаналогичнапредыдущимвеществам.Деаэратор –водная эмульсиябелого цвета27 %-ной концентрации,имеет сметанообразнуюконсистенцию.Поэтому готовимменее концентрированныйраствор. Дляэтого берем18,5 см3 раствора идоводим дистиллированнойводой до 100 см3,в результатеполучаем растворс содержаниемсухого вещества5 %. Количестваданного раствора,необходимыепри исследованииприведены втаблице.
| № п/п | Расходна 1 т массы, г | Расходна 1 кг массы,мг | Количество5 % раствора |
| 1 2 3 4 5 | 20 40 60 80 100 | 20 40 60 80 100 | 0,4 0,8 1,2 1,6 2 |
3.10. Исследованиевлияния добавокмикрофлокулянтана обезвоживаниеволокнистоймассы.
Готовимволокнистуюсуспензию,содержащую2 г абсолютносухого вещества,и на аппаратеСР-2 проводимхолостой опыт.Далее собираемцеллюлозу вмерный цилиндр,добавляемрассчитанноеколичествомикрофлокулянта,доливаем водойдо 1000 мл. На аппаратеШопер-Риглераопределяемводоотдачуволокнистоймассы. Необходимопровести 5 серийэкспериментовс различнымрасходом. Длякаждой концентрацииделаем по 5 замерови каждый результатопределяемкак среднееарифметическое.КоличестводобавляемогомикрофлокулянтаОП приведенов таблице.
| № п/п | Расходна 1 т , кг/т | Расходна 1 кг, мг | Количество0,1 % раствора, мл |
| 1 | 20 | 20 | 20 |
| 2 | 40 | 40 | 40 |
| 3 | 60 | 60 | 60 |
| 4 | 80 | 80 | 80 |
| 5 | 100 | 100 | 100 |
6.Охрана труда.
Системазаконодательныхактов и соответствующихим социально-экономических,технических,гигиеническихи организационныхмероприятий,обеспечивающихбезопасность,сохранениездоровья иработоспособностичеловека впроцессе труданазываетсяохранойтруда.
Основнымисоставнымичастями охранытруда являютсятрудовоезаконодательство,техника безопасностии производственнаясанитария,неразрывносвязанные междусобой. Законодательствопо охране труданаправленона обеспечениебезопасноститруда на каждомрабочем месте,разработкуи осуществлениеорганизационныхи техническихмероприятий,исключающихвозможностьвозникновениянесчастныхслучаев.
Вопросыохраны труданеразрывносвязаны с технологиейпроизводства,конструированиеми эксплуатациейтехнологическогои вспомогательногооборудования,проектированиеми устройствомзданий и сооружений.Основной задачейохраны трудаявляется устранениепричин несчастныхслучаев ипрофессиональныхзаболеваний.
Проектныеи внедряющиеорганизации,научно-исследовательскиеинституты,изучающиепроблемы охранытруда на всехобъектах народногохозяйства,разрабатываютнеобходимыемеры для созданияздоровых ибезопасныхусловий труда,предупреждениянесчастныхслучаев и содержаниярабочих меств надлежащемсанитарно-гигиеническоми техническомсостояниисогласно общими специальнымправилам.
Дальнейшеесовершенствованиепроизводства,разработкановых материалови технологийв большинствеслучаев идутрядом со всёболее широкимприменениемхимическихвеществ в различныхкомпозициях.А решить поставленныезадачи можнолишь при наличиибольшого числаисследовательскиххимическихлабораторий,укомплектованныхсовременнымиприборами ишироким спектромнеобходимыххимическихреактивов. Ноглавный залогуспеха грамотныйперсонал лаборатории,соблюдающийдисциплинутруда и чётковыполняющийвсе правилапо охране труда.
Современнаяхимическаялаборатория,даже без учетаконкретногохарактера ееработы, оборудованасложным комплексомсанитарно-технических,энергетических и других вспомогательныхустройств.Характер работыхимическойлабораториитребует поэтомуопределеннойорганизациии режима. Неправильнаяорганизацияработы лабораториии нарушениеее режима, какправило, приводятк созданиюусловий профессиональнойвредности,отравлениями травматизму.
Обеспечениебезопасноститруда, освобождениеработающегоот излишнегоперенапряженияспособствуетболее эффективномуиспользованиюзатрачиваемойэнергии и темсамым увеличениюпроизводительноститруда.
Оптимальныйуровень благоприятныхдля человеческогоорганизмаусловий трудаявляется непременными основнымэлементомвысокой культурыпроизводства.
Существуютобщие правилапо техникебезопасностипри работе вхимическихлабораторияхинститута.
В данномразделе проведенанализ условийтруда с точкизрения наличиявредных факторовпроизводствав процессепроведенияопытов, рассмотренымероприятияпо созданиюбезопасныхи безвредныхусловий трудав химическойлаборатории,а также выполненрасчёт искусственногоосвещения сприменениемлюминесцентных(газоразрядных)ламп.
6.1. Производственнаясанитария.
Системаорганизационныхи санитарно-техническихмероприятийи средств,предотвращающихвоздействиена работающихвредных производственныхфакторов называетсяпроизводственнойсанитарией.
Санитарныминормами проектированияпромышленныхпредприятийСН 245 – 71, ГОСТ 12.1.005– 88 установленытребованияк охране здоровьяи жизни трудящихся.
Соблюдениенорм и требованийпроизводственнойсанитарии и,в первую очередь,предельнодопустимыхконцентрацийядовитых газов,пыли, нормтемпературы,влажностивоздушной средынапряжённостиэлектромагнитныхполей, уровнейшума и вибрации,вентиляциипроизводственныхпомещенийявляется важнейшимфактором сниженияутомляемости,повышениястойкостиорганизмаработниковк различнымзаболеваниями, в конечномрезультате,снижения потерьрабочего временипо болезнями повышениюпроизводительноститруда.
Условиятруда это совокупностьфакторовпроизводственнойсреды, оказывающихвлияние наздоровье иработоспособностьчеловека впроцессе труда.Факторы, характеризующиеусловия труда,условно можноразделить начетыре группы:
организационно-правовые;
социально-психологические;
техническаяоснащенностьтруда;
санитарно-гигиеническиеусловия.
Наибольшеевлияние наорганизм рабочегооказываетсреда, в которойон работает.Одним из важнейшихпоказателей,характеризующихвоздух рабочейзоны, являютсяметеорологическиеусловия, включающиетемпературувоздуха, относительнуювлажность искорость движениявоздуха. Человекбыстрее всегореагирует наизменениеименно этихпараметровокружающейсреды. Поэтомуодним из основныхтребованийпроизводственнойсанитарииявляется обеспечениена рабочемместе благоприятныхметеорологическихусловий. Неблагоприятныйметеорологическийрежим ведетк развитиюпростудныхзаболеваний,нарушениютерморегуляциии ослаблениюорганизма.
6.1.1. Краткийанализ условийтруда в лаборатории.
Данная химическаялабораторияпредназначенадля научно-исследовательскихработ.
Лабораторияоборудованаспециальнымихимическимистолами и вытяжнымишкафами. Размерылаборатории:а = 6 м, в= 2,5 м, с = 4,5 м.
Освещениев лабораториикомбинированное.Кроме общегоосвещения ввытяжных шкафахпредусмотреноместное освещениелюминесцентнымилампами. Также присутствуетестественноеосвещение изокна. Размерыокна: ширина= 1,5 м; высота = 2 м.Искусственноеосвещениеосуществляетсялюминесцентнымилампами типаЛДЦ – 80.
Лабораторияоснащена вытяжнымишкафами спринудительнойвентиляцией.
В даннойлабораториипроводиласьнаучно – исследовательскаяработа с применениемцеллюлозы иразличныххимическихсоединений:проистол, мелопрет,катионныйкрахмал, деаэратор.Упомянутыевещества неоказываюттоксичного,раздражающего,аллергическогои мутагенноговоздействия.
Лабораторияотносится кпожароопаснымпомещениямкатегории «В»,класс пожароопасностипо ПЭУ – П - класс.
Класс взрывоопасностипо ПЭУ – невзрывоопасно.
По условиямокружающейсреды с нормальнойсредой.
По степениопасностипораженияэлектрическимтоком – безповышеннойопасности.
Приборыи аппараты,применяемыев лаборатории,техническисовершенныи практическине производятникакого шумаи вибраций,поэтому применениесредств индивидуальнойзащиты от шумаи вибраций -нецелесообразно.
В лаборатории,где проводилисьисследования,уровень шумане превышалмаксимальнодопустимогозначения;метеорологическиеусловия составляли:
Температура,С | 22 |
| Влажность,% | 47 |
| Скоростьдвижениявоздуха, м/с | 0,1 |
6.1.2.Мероприятияпо производственнойсанитарии
В соответствиис СН 245 – 71 работав лабораторииотносится ккатегории «А»(лёгкая работа).Затраты энергиипри такой работесоставляютдо 150 кКал/ч. Помещениелабораториихарактеризуетсянезначительнымизбытком явноготепла (20 ккал).Для поддержаниямикроклиматав указанныхприделах лабораторияоборудованаобщей приточно-вытяжнойвентиляциейи местнымиотсосами изпропиточныхустановок исушильныхустановок.
Скоростьдвижения воздухав рабочем проёмеместного вытяжногоустройствадолжна быть0,3 0,7 м/сек в зависимостиот количестваи степени нагревавредного вещества.Отсасываемыйиз помещениявоздух долженкомпенсироватьсяпритоком наружноговоздуха, очищенногоот пыли, а в зимнеевремя подогретого.
Нижеприведеныоптимальныеи допустимыенормы температуры,относительнойвлажности искорости движениявоздуха:
допустимые | оптимальные | |
Температура,С | 21- 25 | 22- 24 |
Влажность,% | 75 | 40- 60 |
Скоростьдвижения воздуха,м/с, не более | 0,1 | 0,1 |
Шум.В соответствиеГОСТ 12.1.003.-83 максимальнодопустимыйуровень шумав помещенияхлабораторийдля проведенияэкспериментальныхработ не долженпревышать 80дБ.
Уровнизвуковогодавления, дБ,в октавныхполосах сосреднегеометрическимичастотами вГц не должныпревышать:
Гц | 63 | 125 | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 8000 |
дБ | 94 | 87 | 82 | 78 | 75 | 73 | 71 | 70 |
6.2. Техникабезопасности.
Техникабезопасности– системаорганизационныхи техническихмероприятийи средств,предотвращающихвоздействиена работающихопасных производственныхфакторов.
6.2.1. Общие требованиябезопасностив химическойлаборатории.
Химическаялабораториядолжна бытьрасположенав помещениис естественнымосвещением,отоплением,водопроводоми канализацией.
Сцелью обеспечениябезопаснойработы в химическойлаборатории,принято, чтово время проведенияисследовательскихработ в лабораториидолжно находитьсяне менее 2-хсотрудников.
Каждыйсотрудникдолжен твердознать:
свойстваимеющихся влабораториихимическихреактивов,техническихпродуктов,синтезирующихвеществ, а такжевеществ, поступающихв лабораториюдля анализа,особенно ихтоксичность,огнеопасностьи взрывоопасность;
опасныемоменты припроведениив лабораторииработ и методыих предупреждения;
профессиональныеопасностиданной работыи методы борьбыс ними;
мерыпервой доврачебнойпомощи приотравлениях,ожогах, пораженияхэлектротокомили при другихнесчастныхслучаях.
Всеработы в химическойлабораториидолжны проводитьсяпри исправномэлектрооборудовании,арматуры,электропроводкии заземляющихустройств. Всеработы, связанныес выделениемвредных паровили газов должныпроводитьсяв вытяжныхшкафах. Производитьработы принеисправнойили не включеннойвентиляциизапрещается.Реактивы влабораторияхдолжны хранитьсяв таре с четкойнадписью, указывающейее содержание.Запрещаетсяиспользованиестекляннойпосуды, имеющейтрещины, надколы,острые и отбитыекрая.
Необходимострого соблюдатьвсе меры предосторожностипри работе сядовитыми,взрывоопаснымии огнеопаснымивеществами.
На рабочемместе нужноиметь толькосамое необходимое,не создаваялишних запасов.
Помещениеи оборудованиедолжны содержатьсяв чистоте; уборкапомещения,протирка оборудованияпроизводятсяне реже 1 разав день.
Экономноотноситьсяк реактивам,материалам,посуде; бережноотноситьсяк оборудованию.
Влабораторияхдолжны бытьобщие инструкциипо охране трудаи специальныеинструкциипо видам работ.
Передначалом работысотрудникдолжен:
надетьспецодеждуи привести еев порядок;
проверитьсостояниерабочего местаи его чистоту:исправностьосвещения,электропроводки,заземляющегоустройства;
кработе приступатьтолько послеустранениявсех обнаруженныхнеисправностей;
приточно-вытяжнаявентиляциявключаетсяв лабораторииответственнымза ее эксплуатациюлицом за 30 минутдо начала проведенияисследований.
Работающиев лабораториидолжны знатьи соблюдатьправила обращенияс реактивами.Необходимознать основныесвойства применяемыхими реактивов,особенно степеньядовитостии способностьк образованиювзрывоопасныхсмесей с другимиреактивами.Просыпавшийсяна стол реактив(неизбежно приэтом загрязняющийся),нельзя ссыпатьобратно в туже банку, гдеон храниться.Постояннаязабота о сохранениичистоты реактивовсамое главноеправило приработе с ними.Если рассыпантвёрдый реактив,его следуетосторожнособрать в отдельнуюсклянку и применятьтолько длянеответственныхработ. Братьреактивы избанки нужнопри помощифарфоровойложки, фарфоровогошпателя илипересыпатьпри помощиворонки. Приперемешиваниижидкостей нужнообязательнопользоватьсяворонками. Приотвешиваниисухих реактивовнельзя насыпатьих прямо начашку весов,т.к. при этомвозможны порчавесов, а такжезагрязнениереактива. Реактивыследует расходоватьэкономно, дляработы братьтакое количество,которое действительнонеобходимо.Реактивы,изменяющиесяот действиясвета, следуетхранить тольков тёмных склянках.
Нельзя выливатьв раковинукрепкие растворыкислот, щелочей,ртутных солей,металлическуюртуть, эфир,бензин, хлороформ.При выливаниив раковинукислот нужноодновременнопускать сильнуюструю воды.
Запрещаетсявыбрасыватьв раковинуцеллюлознуюмассу, кусочкиметаллическогонатрия и калия,углеродистогои фосфористогокальция; хранитьи приниматьпищу в лаборатории,где работаютс ядовитымивеществами,не допускается.
6.2.2. Мероприятияпо техникебезопасности
При работес электроприборамисуществуетопасностьпораженияэлектрическимтоком, поэтомупредусмотренанадёжная изоляцияпроводов путёмпрокладки ихв керамическихтрубах. Дотрагиватьсядо проводовмокрыми рукамикатегорическизапрещено.
Для нормальнойработы необходимоудобное рабочееместо, чем являетсярабочий столс размеромповерхности1500 х 800 мм и высотой1000 мм. Оптимальныйвид стула дляработы в лабораториистул круглыйс вращающимсясидением ирегулируемойвысотой сиденья.Поверхностьстола и стуладолжны бытьстойкими квоздействиющелочей и кислот.
Каждыйработник лабораториидолжен бытьснабжён халатом,перчатками,полотенцеми мылом.
Уходя излабораториинадо убедиться,что все кранызакрыты. Выключитьрубильник итолько тогдапокинуть лабораторию.
Так какв лабораторииимеются химическиевещества, тодля них отведеноспециальноеместо.
6.3. Пожарнаябезопасностьв химическойлаборатории.
В химическойлаборатории,в которой проводятсяисследовательскиеработы, сотрудникидолжны постоянноподдерживатьчистоту в помещенияхи на рабочихместах, следитьза исправностьюэлектрическихприборов, розеток.
Запрещаетсякурить в необорудованныхи не отведенныхдля этого местах,а также непосредственнона рабочихместах, в лабораторияхи других помещениях;накапливатьотходы бумаги,тряпья и другиелегковоспламеняющиесяматериалы.
Такжезапрещаетсяпользоватьсяэлектропроводкойс нарушеннойизоляцией,применять«жучки» вместостандартныхпредохранителей,допускатьперегрузкиэлектросети;использоватьэлектрооборудованиене по прямомуназначению; загромождатьпожарные выходы,коридоры, лестничныеклетки, проходымежду оборудованиемк местам храненияпротивопожарногоинвентаря.
Большуюпожарную опасностьпредставляютнеисправныеэлектронагревательныеприборы. Пользованиеими запрещено.Нельзя оставлятьзажжённыегорелки и включенныеэлектронагревательныеприборы безприсмотра.Перед уходомдаже на короткоевремя источникнагрева долженбыть выключен.
Пожар вхимическойлабораториииногда возникаетиз-за неправильногохранениянесовместимыхвеществ (азотнойкислоты с глицерином,спиртом, сернойкислоты соскипидаром,бензином испиртом и т.д.).
Сотрудникилабораториидолжны помнить,что необходимо:
по окончанииработ обесточитьэлектросетьи закрыть помещениена замок;
подержатьв исправностии постояннойготовностипервичныесредствапожаротушения(огнетушители,песок, пожарныекраны и др.) иуметь имипользоваться.
Дляпредотвращениявозможныхслучаев пожараили взрываработающиедолжны соблюдатьследующиеосновные требования:
неприменятьоткрытый огоньв пожароопасныхместах;
куритьтолько в специальноотведенныхместах;
содержатьрабочее местов чистоте,своевременнопроизводитьуборку рабочегоместа, не допускатьскопленияпыли.
Каждыйсотрудникхимическойлабораториидолжен знать:
правилапротивопожарнойбезопасностии выполнятьих;
местарасположенияизвещательнойэлектрическойпожарнойсигнализации,огнетушителейи средств личнойзащиты, следитьза их наличием,исправностьюи уметь имипользоваться;
номерапожарной части,газоспасательнойстанции, аварийнойслужбы, медицинскойслужбы институтов;
При возникновениипожара (загорания)сотрудники,обнаружившиеего, обязаны:
немедленносообщить обэтом в пожарнуюохрану по телефону9 – 01;
обесточитьлабораторию(снять напряжениес распределительногощита);
доложитьо пожаре (загорании)заведующемукафедрой ируководствуинститута;
до прибытияпожарной охраныприступитьк тушению пожараимеющимисясредствамии ликвидациилюдей и имуществав соответствиис обязанностямипо пожарномурасчёту;
По прибытиипожарногоподразделениявыполнятьуказания руководителятушения пожара
Сотрудникилабораторииобязательнодолжны знатьправила оказанияпервой медицинскойпомощи пострадавшимпри несчастныхслучаях.
Лаборатория,в которой проводилисьисследования,снабженаогнетушителем,автоматическойпожарнойсигнализациейне оборудована.
Лабораторияотносится кпожароопаснымпомещениямкатегории «В»,класс пожароопасностипо ПЭУ – П - класс.
Класс взрывоопасностипо ПЭУ – невзрывоопасно.
По условиямокружающейсреды с нормальнойсредой.
По степениопасностипораженияэлектрическимтоком безповышеннойопасности.
В лабораторииимеются огнетушителиОХП, песок, одеяло.В корпусахустановленыпожарные краныи шланги.
6.4. Расчет искусственногоосвещения отлюминесцентных(газоразрядных)ламп
Правильноустроенноеискусственноеосвещениепозволяетповыситьпроизводительностьтруда на 20 – 25%,уменьшитьутомлениезрения. Правильновыбранные типысветильников,провода и способыпроводки, выключателипозволяютисключитьвозможностьпожаров и взрывов.
Исходныеданные:
1.Наименованиепомещения –химическаялаборатория.
2. Размерыпомещения, м:длина а = 6; ширинав = 2,5; высота с =4,5.
3. Окраскастен – зеленая,потолка – белая.
4. Выделениепыли светлой,менее 5 мг/м3.
5. Выделениепаров кислоти щелочей, атакже газов,способных присоприкосновениис влагой образовыватьслабые растворыкислот и щелочей,обладающихбольшой коррозирующейспособностью,- да.
6. Поверхность,над которойнормируетсяосвещенность,расположенана высоте 0,8 мот пола.
7. Плоскость,на которойнормируетсяосвещенность,- горизонтальная.
8. Коэффициентотражения отрабочей поверхностиРрп = 10%
9. Характеристиказрительныхработ: наименьшийразмер объектаразличения- 0,5-0,7 мм; фон – средний;контраст –средний; точность– средняя.
10. Расстояниеобъекта от глазработающего– 0,5 м.
11. Длительностьнепрерывногонапряжениязрения 7 ч.
12. Повышеннойопасноститравматизма– нет.
13. Пребываниелюдей – постоянное.
14. Оборудованиетребует постоянногообслуживания.
15. Источниксвета – люминесцентныелампы.
16. Высотаподвески светильниковhсв= 3,7 м.
17. Напряжениесети Uc= 220 В.
18. Рабочиеместа у стенприсутствуют.
Расчетискусственногоосвещения:
Определяемрасположениесветильников.Принимаемнаиболеераспространенное– параллельнымирядами.
Определяемхарактеристикуокружающейсреды в помещении:
а) по пожарнойбезопасностипо ПУЭ оно относитсяк пожароопаснымзонам класса П- II;
б) по взрывоопасностипо ПУЭ – невзрывоопасно.
Определяемстепень опасностипораженияэлектрическимтоком по ПУЭ,по степениопасностипораженияэлектрическимтоком по ПУЭотносим к помещениямбез повышеннойопасности.
Определяемхарактеристикуокружающейсреды, по характеруокружающейсреды помещениеможет бытьотнесено кпомещениямс химическиактивной средой.
Определяемтип светильниковпо зонам классавзрыво- и пожароопасности,принимаем типсветильников– ПВЛ.
По зонамкласса П – IIвыбираем проводадля осветительнойсети и способпрокладки.Принимаемпровода АТПРФ,АВРГ (в исключительныхслучаях АСРГили АСРА) с открытойпрокладкойпо поверхностистен и потолка.
По размеруобъекта различения0,5-0,7 мм, фону среднему,контрастусреднему определяемразряд и подразрядработы. Выполняемаяработа относитсяк разряду IY,подрязряду«в», минимальнаяосвещенностьот комбинированногоосвещенияЕмин.к. = 400 лк иобщее освещение200 лк.
Выбираемэкономическивыгодную схемуосвещения.Принимаемкомбинированную.
Определяемпотребнуюосвещенностьпри комбинированномосвещениигазоразряднымилампами отсветильниковобщего освещенияЕо.к. = 150 лк, отместного освещенияЕм.к. = 250 лк.
По выделяемойпыли светлойменее 5 мг/м3определяемкоэффициентзапаса, Кз = 1,8.
По выбранномутипу светильникаПВЛ определяемнаиболее выгодноеотношение vрасстояниямежду светильникамиLсвк высоте подвескиhсви принимаем
v= Lсв/hсв= 1,4
По отношениюv = 1,4 определяемрасстояниемежду светильникамипо ширине помещения:
Lсвш= v*hсв=1.4*3.7 = 5.18м. Принимаем5 метров.
Расстояниемежду светильникамипо длине принимаетсяв зависимостиот длины корпусасветильникаlсв и расстояниямежду корпусамисветильниковt.При длине корпуса1,3 м принимаемt =0,1 м:
Lсвд= lсв+ t= 1,3+0,1 = 1,4 м.
Определяемрасстояниеот стены допервого рядасветильников.При наличиирабочих месту стены – L1= 0.3*Lсвш, а приотсутствии– L1 = 0.5*Lсвш.Для наших условий:
L1= 0.3*Lсвш = 0,3*5 = 1,5м.
Определяемрасстояниемежду крайнимирядами по ширинепомещения:
L2= в – 2*L1= 2.5-2*1.5 = -0.5
т.к. расстояниемежду крайнимирядами по ширинепомещенияполучилосьотрицательное,то в даннойлабораториинужно расположитьодин ряд светильников.
Определяемрасстояниемежду крайнимирядами по длинепомещения:
L3= a – 2*L1 = 6-2*1.5 = 3 м.
Определяемчисло рядовсветильников,которые можнорасположитьмежду крайнимирядами по длинепомещения:
nсв.д.= L3/Lсвд– 1= 3/1,4-1 = 1.14.
Принимаем1 ряд.
Общее числорядов светильниковпо длине составит:
nд.общ.= nсвд+ 2 = 1+2 = 3 ряда
Определяемобщее количествосветильниковв помещении:
nсв.общ= nш.общ.*nд.общ.= 3*1 = 3 светильника.
Поцветовой отделкепомещенияопределяемкоэффициентыотражения отстен и потолка:Рст = 30%; Рп = 50%.
Определяемкоэффициентz,учитывающийнеравномерностьосвещения взависимостиот типа светильникаи отношенияv = 1.4.Принимаем z=1.1.
Площадь полаосвещаемогопомещениясоставляет:
Sп= а*в = 6*2,5 = 15 м2.
Поразмерам помещенияи высоте подвескисветильниковнаходим показательпомещения:
=(а*в)/(hсв*(а+в))= (6*2,5)/(3,7*(6+2,5)) = 0,22.
По показателюпомещения,типу светильникаи коэффициентамотражения отстен и потолкаопределяемкоэффициентиспользования световогопотока и принимаемnи= 0,23 Потребныйсветовой потокодной лампысоставит, лм:
Fл.расч=Ео.к * Кз* z *Sn/n св.общ *nл.св *nu
Fл.расч=150*1,8*1,1*15/2*3*0,23=3228,3
По потребномусветовомупотоку определяеммощность лампы.Принимаем типлампы ЛДЦ80 –4 мощностью 80Вт и световымпотоком Fл.табл.= 3560 лм.
Определяемдействительнуюосвещенность,лк:
Едейств.=Fл.табл*nсв.общ*nл.св.*nu/Kз*z*Sn
Eдейств.=3560*2*3*0,23/1,8*1,1*15=165
Определяемвеличинуосвещенности,которую должныобеспечитьсветильникиместного освещения:
Ем.к. = Емин.к– Едейств. = 400-165= 235 лк.
Как ужеотмечалосьвыше, даннаялабораторияоснащеналюминесцентнымилампами типаЛДЦ – 80. Однакоколичестволамп не соответствуетрассчитанному.Для того чтобыне менять числоламп, заменимсуществующиедругими. Рассчитаем потребный световой поток,если количествосветильниковравно 2.
Fл.расч=Ео.к * Кз* z *Sn/n св.общ *nл.св *nu
Fл.расч=150*1,8*1,1*15/2*2*0,23=4842
По потребномусветовомупотоку из таблицыпринимаем типлампы ЛБ80-4 мощностью80 Вт и световымпотоком Fл.табл.=5220лм.
Желательнов данной лабораториизаменить существующиелюминесцентныелампы ЛДЦ – 80на рассчитанныев данном разделелампы ЛБ80 – 4 сбольшим световымпотоком.
Схема расположениясветильниковв лаборатории.
Проведенныйанализ условийтруда и предложенныемероприятияпо охране трудаспособствуютповышениюпроизводительноститруда и улучшениюусловий работы.
5.Технологическаячасть.
5.1. Возможностьизменениятехнологическойсхемы производствабумаги в связис добавлениемв композициюкатионногокрахмала идеаэратора.
При производствебумаги с различнымипотребительскимисвойствамии показателямикачества используютсяразличныетехнологическиережимы производства.
В даннойнаучно – исследовательскойработе базовымвариантомявляется процесспроизводстваофсетной бумаги№1 на АО «СоветскийЦБЗ» с содержаниемнаполнителя10 – 12%. Производстводанной бумагиосуществляетсяна БДМ №4.
В работепредлагаетсяв композициюбумаги ввестифункциональныехимическиевещества: катионныйкрахмал и деаэратор.Добавка катионногокрахмала способствуетулучшениюпотребительскихсвойств офсетнойбумаги: сопротивлениераздиранию,истиранию,выщипыванию;уменьшаетсяпылимость.Благодаря тому,что катионныйкрахмал способствуетудержаниюминеральногонаполнителяи мелкого волокна,появиласьвозможностьувеличитьсодержаниенаполнителяв композициибумаги на 2-3 %, темсамым сэкономитьволокнистыеполуфабрикаты.Применениедеаэратораснижает пенообразование,удаляет избумажной массывоздух, чтоприводит кулучшениюпросвета бумагии снижениюриска появлениятаких дефектовкак воздушныепузыри и пятна.
Катионныйкрахмал вводятв машинныйбассейн, егорасход составляет0,75-1 % от массы волокна.Деаэратордобавляют вподсеточнуюводу, котораяпоступает всмесительныйнасос для разбавлениябумажной массы.По экспериментальным данным, полученныев данной работе,наиболее оптимальныйрасход деаэраторасоставляет40 г на 1т бумаги.
5.2. Технологическаясхема производстваофсетной бумагина АО «СоветскийЦБЗ»
Согласнотехнологическойсхеме производстваофсетной бумагипоступающиеисходные волокнистыематериалы(хвойная и лиственнаяцеллюлоза)вначале попадаютв гидроразбиватели,где происходитроспуск целлюлозына отдельныеволокна. Впроизводствебумаги на АО«СоветскийЦБЗ» используютсягидроразбивателимарки ГРВ – 0 иГРВ – 04.
После гидроразбивателейкаждый потокнаправляетсяв свой приемныйбассейн, а оттудав промежуточныебассейны.
Из промежуточныхбассейнов массанаправляетсяна размол черезочистителивысокой концентрацииОМ – 01 и ОМ – 02. Размолмассы послепромежуточныхбассейновпроизводитсяна дисковыхсдвоенныхмельницах маркиМДС – ОО дляпотока хвойнойцеллюлозы иМДС – 02 для потокалиственнойцеллюлозы.
После размолана дисковыхмельницахпотоки массынаправляютсяв смесительныйбассейн, гдеперемешиваютсямежду собой.В этот же бассейндобавляетсярассчитанноеколичествоканифольногоклея – пасты.Так же в смесительныйбассейн поступаютпредварительнораспущенныйи размолотыйпроизводственныйбрак с каландраи наката, переливмассы из бакапостоянногоуровня и массасо второй ступеницентриклинеров.
Масса изсмесительногобассейна поступаетдалее в машинныйбассейн, кудадобавляетсякатионныйкрахмал и сернокислыйалюминий дляосаждения икоагулированияна волокнахцеллюлозысодержащихсяв массе клеевыхчастиц канифольногоклея.
Из машинногобассейна массапоступает надомол в смесительныйнасос черезбак постоянногоуровня. В смесительномнасосе в массудобавляетсякаолин дляпридания бумагинеобходимойбелизны и регистроваявода 1 – ого разбора,содержащаядеаэратор.Такое использованиеоборотной водыпозволяетснизить расходсвежей воды,а также уменьшитьпотери в сток(промои) волокони наполнителей,так как оборотнаявода содержитнекотороеколичествомелких волокони частиц наполнителя,прошедших сводой черезсетку.
После смесительногонасоса массапоступает навихревые коническиеочистителис деаэрациеймассы. В даннойсхеме производствабумаги используютсяочистителимарки УВК – 90– 01.
Далее массас очистителей1 – ой ступенипроходит вертикальнуюсортировкуи поступаетна бумагоделательнуюмашину, гдепроисходитформованиебумажногополотна, сопровождаемоеего обезвоживаниемна сетке, прессование,сушка, охлаждениеполотна, увлажнениеперед машиннымкаландрированиеми намотка врулон на накате.
Готовуюбумагу разрезаютна рулоны илилисты. Последниесчитают иупаковывают.Рулоны такжеупаковываюти отправляютна склад.
Избытокоборотной водынаправляютв улавливающуюаппаратуру,откуда уловленныеволокна используютсяв производстве,а осветленнаявода идет всток. Бумажныйбрак с бумагоделательноймашины, суперкаландра,станков, разрезающихбумагу, еёперематывающихи упаковывающих,идет на переработкуи в виде волокнистоймассы используетсядля изготовлениябумаги.
5. Экономическаячасть.
Глубокий кризисв котором находитсяотечественнаяЦБП, как и всяроссийскаяпромышленность,при всех еготяготах и невзгодахвсе же состояниевременное.Решение практическихзадач выживанияи выхода изкризиса неможет в этойсвязи и не должнозаслонитьопределениецелей стратегическогохарактера ипутей их достижения.
ЦБП принадлежитк немногимотраслям мировойпромышленности,отличающимсяустойчивымразвитием.Среднегодовойприрост еепродукции неподверженконъюнктурнымвоздействиями определяетсяжесткой связьюэтого приростас численностьюнаселения,уровнем егокультуры иобразования,объемами торговли,темпами и масштабомнаучно-техническогопрогресса.Достиженияв области электронныхсредств информациине уменьшили,а пожалуй, скорееувеличилипотребностьв бумаге, картонеи изделиях изних.
Целями стратегическогохарактера донедавнеговремени считалилишь количественныйрост. Все прогнозыв конечномсчете сводилиськ тому, сколькомиллионов тоннбумаги, картона;целлюлозы,древесной массыбудет изготовленов N-ском годуи сколько килограммпридется надушу населения.Между тем, вусловиях рыночнойэкономики,такими целымиявляются:
Расширениеи изменениеструктурыассортиментапродукции,обеспечивающиеудовлетворениемногообразныхпотребностейнародногохозяйства вXXI веке, высокоекачество иэкологическаячистота продукции.
Достижениеэффективнойструктурыиздержекпроизводства,обеспечивающейвозможностьпланомерногообновленияоборудованияи технологийза счет собственныхинвестиций.
Повышениепроизводительноститруда.
Увеличениеобъемов производства,уровня концентрациии специализации.
Достижениестратегическихцелей невозможнобез целеустремленногонаучно-техническогоразвития. Всеего направленияв большей илименьшей степениих обеспечивают.Однако реализацияэтих направленийтребует нетолько средств,но и немалоговремени, необходимыхорганизационныхусловий и усилий.
Весьма характернои представительновыглядит в этомотношениисоздание новойтехнологииполучениямассовых видовбумаги с применениемв их композициифункциональныххимическихсоединений.
Экономическийэффект от примененияв композициибумаги химикатовогромен. Преждевсего он выражаетсяв снижениипроизводственныхзатрат за счет:
сокращениярасхода волокнистыхполуфабрикатов;
возможностиувеличенияколичествавводимогонаполнителя;
уменьшениярасхода электроэнергиина размол;
ускоренияобезвоживанияна сетке, а,следовательно,увеличенияскоростибумагоделательноймашины;
снижения содержанияв производственнойводе мелкихволокон инаполнителяспособствуетее лучшей очисткепри меньшихзатратах.
Кроме того,улучшаетсякачество получаемойбумаги:
-равномерностьструктурыбумажноголиста;
-прочностныеи механическиепоказатели;
-печатные свойстваи другие.
В качествепримера экономическойцелесообразностидобавок функциональныххимическихвеществ, рассмотримпроизводствоофсетной бумагитрадиционнойкомпозициии с применениемкатионногокрахмала идеаэратора.Аналогичнаябумага наАрхангельскомЦБК в количестве50 тыс. тонн в год.
Согласно ГОСТ9094 бумага офсетнаяимеет следующиехарактеристики:
масса 1м 2 - 120г;
плотность0,85-0,95 г/см 3;
степень проклейки1,2-1,8 мм;
массовая долязолы 10-14 %;
состав по волокну-70% лиственнойсульфатнойбеленой целлюлозыи 30 % хвойнойсульфатнойбеленой целлюлозы.
5.1.Рассчитаемнормы расходаволокнистыхполуфабрикатови химикатовна 1т офсетнойбумаги традиционнойкомпозиции.
Исходнымиданными являютсятехническиепоказателиустановленныеГОСТ.
Определяемсодержаниеабсолютносухого веществав 1т бумаги поформуле: Рас=1000-1000*В/100 ; гдеВ - влажностьбумаги.
При В=6 %, Рас=1000-1000*6/100=940кг
Содержаниенаполнителязависит отзольностибумаги и определяетсяследующимобразом: Н=Рас*(Зб-Зв)/100-Сн,где
Зб-зольностьбумаги;
Зв- зольностьволокна;
Сн- потери массынаполнителяпри прокаливании;
В качественаполнителяиспользуемкаолин, поэтомуСн=12 %, Зб=14 %
Н=940*(14-1)/100-12=138,86 кг
Дляпроклейкибумаги напредприятияхиспользуютготовый дисперсионныйклей с содержаниемсвободнойсмолы 80 %. Расходтакого клея(по сухому веществу)составляет5 кг/т бумаги,при этом степеньпроклейкисоставляет1,3-1,5 мм.
Содержаниеабсолютносухих волокнистыхматериаловв 1т бумагисоставит: Вм= Рас-(Н+К)=940-(138,86+5)=796,14 кг
Рассчитываемобщую нормурасхода ВПФпри стандартнойвлажности-12 %на получение1т бумаги: Ввс=Вм*100/0,88(100-П), гдеП- потери волокнас промоями
Ввс=796,14*100/0,88(100-5)=952кг
В композицииофсетной бумаги70 % составляетлиственнаяцеллюлоза и30 % хвойная. Поэтомунаходим весовоесодержаниесоответствующихВПФ в 1т бумаги:
Вл=952*0,7=666,4 кг
Вхв=952*0,3=285,6 кг
Реальныйрасход наполнителяустанавливаетсяв соответствиис его удерживаемостьюв бумаге. Обычностепень удерживаемостикаолина составляет50 %. Следовательно,расход абсолютносухого наполнителярассчитываетсяпо формуле: Нас=Н/У*100=138,86/50*100=277,72 кг
В пересчетена стандартнуювлажность(15%) норма расходакаолина равна:
Нв=Нас*100/100-15=277,72*100/100-15=327кг
Нормарасхода глинозема,необходимогодля осажденияканифоли, составляет10 кг/т.
В последнеевремя в традиционнуюкомпозициюофсетной бумагистали добавлятькатионныйкрахмал в количестве0,75-1 % от массы волокнаи деаэраторв расчете 40 г/1т бумаги.
Введение катионногокрахмала способствуетлучшему удержаниюнаполнителяи мелкого волокна.Это позволяетувеличитьпроцентноесодержаниенаполнителяна 2-3 % и сократитьрасход волокна.
Тогдаколичествовводимогокаолина составит: Н=940(16-1)/(100-12)=160кг
Расходканифоли остаетсянеизменным.
Следовательно,содержаниеволокнистыхматериаловв 1т бумаги равно:
Вм=Рас-(Н+К)=940-(160+5)=775кг
С учетом стандартнойвлажностицеллюлозырасход ВПФсоставит: Ввс=Вм*100/0,88(100-П),
При добавлениив композициюкатионногокрахмала уменьшаютсяпотери волокнас промоями, П=1% , значит,Ввс=775*100/0,88(100-1)=889,6 кг
4) Т.к. офсетнаябумаг состоитна 70 % из лиственнойцеллюлозы ина 30 % из хвойной,то Вл=Ввс*0,7=889,6*0,7=622,7кг
Вхв=Ввс*0,3=889,6*0,3=266,9 кг
5) Реальный расходнаполнителяснизится, т.к.удержание егов бумажноймассе возрастети составит 75%: Нас=160/75*100 %=213 кг
А с учетом 15 %-нойвлажности,потребностьв каолине на1т бумаги:
Нв=213/85*100 %=250,5 кг
На основаниирассчитанныхнорм расходаволокнистыхматериалови химикатовна производство1 тонны офсетнойбумаги, составим2 сравнительныетаблицы материальногообеспечениябумажногопроизводствана год.
Материальноеобеспечениепроизводстваофсетной бумагитрадиционнойкомпозициина год.
| Наименованиематериальногоресурса | Нормарасхода на1т продукции,кг | Годоваяпотребностьв натуральномвыражении, т | Ценафранко-складпредприятия,руб | Годоваяпотребностьв стоимостномвыражении,млн. руб |
| Сульфатнаялиственнаяцеллюлоза | 666,4 | 33 320 | 15 400 | 513,128 |
| Сульфатнаяхвойная целлюлоза | 285,6 | 14 280 | 18 480 | 263,89 |
| Каолин | 327 | 16 350 | 330 | 5,4 |
| Канифоль | 17 | 850 | 14 476 | 12,3 |
| Сернокислыйалюминий | 10 | 500 | 3300 | 1,65 |
Итого: 796,37
Материальноеобеспечениепроизводстваофсетной бумагис использованиемв композициихимическихдобавок.
| Наименованиематериальногоресурса | Нормарасхода на1т продукции,кг | Годоваяпотребностьв натуральномвыражении, т | Ценафранко-складпредприятия,руб | Годоваяпотребностьв стоимостномвыражении,млн. руб |
| Сульфатнаялиственнаяцеллюлоза | 622,7 | 31 135 | 15 400 | 479,5 |
| Сульфатнаяхвойная целлюлоза | 266,9 | 13 345 | 18 480 | 246,6 |
| Каолин | 250,5 | 12 525 | 330 | 4,13 |
| Канифоль | 17 | 850 | 14 476 | 12,3 |
| Сернокислыйалюминий | 10 | 500 | 3300 | 1,65 |
| Катионныйкрахмал | 10 | 500 | 24 640 | 12,3 |
| Деаэратор | 0,04 | 2 | 33 880 | 0,068 |
Итого:756,55
Полученныерезультатыговорят о том,что при использованиифункциональныххимическихвеществ в композицииофсетной бумаги,снижаютсяматериальныезатраты, а, значит,и себестоимостьготовой продукции.
Помимо этогоповышаютсякачественныепоказатели:
| Показателисвойств бумаги | Катионныйкрахмал | Деаэратор |
| Сопротивлениеизлому | + | |
| Разрывнаядлина | + | + |
| Степеньпроклейки | + | |
| Просвет | + | + |
| Стойкостьк выщипыванию | + | |
| Отсутствиепылимости | + |
5.2.Расчет себестоимости,прибыли ирентабельностипроизводстваофсетной бумагитрадиционнойкомпозициии с добавкамихимикатов.
Себестоимостьвключает в себявсе затраты,возникающиепри производствеи реализациипродукции. Припроизводствеофсетной бумагидвумя вышеописаннымиспособамиразличия вструктурезатрат существуюттолько по статье«Сырье и материалы».Поэтому рассчитаемсебестоимостьпродукции лишь,учитывая материальныезатраты. Тогдасебестоимостьбумаги традиционнойкомпозициисоставит:
С=Зм/V, гдеЗм- материальныезатраты
V- объемпроизводстваза год
С=796 370 000/50 000=15 927 руб.
А себестоимостьбумаги с функциональнымихимическимидобавками:
С=756 550 000/50 000=15 131 руб.
Рентабельностьпредставляетсобой разницумежду объемомреализуемойпродукции воптовых ценахи полной себестоимостьюэтой продукции.Пусть объемреализуемойпродукции равенобъему товарнойпродукции,которая определяетсяследующимобразом:
ТП=V* Ц=50 000*25 000=1 250 млн.руб.
Отсюда прибыльот реализацииофсетной бумагитрадиционнойкомпозициисоставит:
П=РП-С=1 250-796,37=453,63 млн.руб
А от реализациибумаги с химическимидобавками:
П=1 250-756,55=493,45 млн.руб.
Следовательно,рентабельность,характеризующаядолю прибыли,полученнойв результатереализациипродукции накаждый рубльзатрат напроизводство,соответственнобудет равна:
Р=П/С*100 %=453,53/796,37*100 %=60 %- длятрадиционнойбумаги
Р=493,45/756,55*100 %=65 %- для бумагис химическимидобавками.
Таблицасопоставленияпоказателейэффективностипроизводстваофсетной бумагис использованиемновой технологии.
| Показатели | Ед. изм. | Базовоепроизводство | Проектноепроизводство |
| тыс.т. млн.руб. руб. млн.руб. руб. млн.руб. | 50 1 250 15 927 796,37 9 073 453,63 | 50 1 250 15 131 756,55 9 869 493,45 |
Данная научно-исследовательскаяработа быланаправленана изучениефункциональныххимическихвеществ, добавляемыхв композициюбумаги с цельюулучшения еесвойств. Зная,определенныезакономерностиих применения,в будущем появитьсявозможностьсовершенствоватьтехнологиюпроизводствапечатных видовбумаги. Однакоулучшаетсяне только качествопродукции, нои, как показываетрасчет, снижаютсязатраты на еепроизводство.А, следовательно,увеличиваетсяприбыль, котораяможет бытьнаправленана расширениепроизводстваи на повышениезаработнойплаты рабочегоперсонала.
В заключенииследует отметить,что подобнаянаучно-исследовательскаяработа находитсяв начальномсостоянии ибудет продолжена.Поэтому цифры,полученныев данном расчете,в дальнейшеммогут бытьуточнены идополнены.