2. Теоретическая часть

Установление количественных зависимостей между свойствами тре­буемой продукции /бумаги или картона/ и основными характеристиками помола волокнистой массы позволяет определить способы получения этой продукции, выбрать основное размольное оборудование и задать оптимальные параметры его работы. Массный размол определяет физико- механические свойства бумаги и картона, а также условия отлива и обезвоживания полотна на бумаго- и картоноделательных машинах. Механическое измельчение волокна в водной суспензии сопровож­дается коллоидными процессами набухания и гидратации. При набухании вода связывается с атомами волокон целлюлозы водородными мостиками. Фибрилляция приводит к дальнейшему развитию внешней поверхности волокна, усиливая процесс адсорбции воды волокном. Волокна приобре­тают гибкость и пластичность, лучше удерживают воду в суспензии при ее фильтровании, прессовании и тепловой сушке.

При формировании полотна на сетке и его мокром прессовании связи между волокнами возникают через воду. При сушке под действием сил поверхностного натяжения волокна сближаются, а после испарения влаги между поверхностными гидроксилами волокон возникают водород­ные связи, характеризующиеся адгезионными силами сцепления.

Кроме того, при формовании полотна волокна между собой переплетаются и заклиниваются, между ними возникают силы трения, кото­рые называются когезионными.

Эти адгезионные и когезионные силы определяют механическую прочность конечного изделия.

На первой стадии размола силы связи между волокнами растут бо­лее интенсивно, чем уменьшается средняя длина волокна, поэтому воз­растают такие показатели механическом прочности, как разрывная дли­на, сопротивления излому и раздиранию. С дальнейшим размолом силы связи уже не могут компенсировать снижение прочности за счет умень­шения средней длины волокна и его усталости и прочностные показате­ли начинают падать.

Направленность процесса размола:

(3)

определяется соотношением между гидратирующим воздействием, которое характеризуется приростом степени помола механически/укорачивающим/ воздействием, которое приводит к уменьшению средней длины волокна на величину выраженную в процентах от его исходной средний длины l_н:

На интенсивность размола влияет много факторов, главным из ко­торых являетcя удельное давление размалывающих поверхностей на во­локно. C его ростом снижается гидратирующее и увеличивается режущее воздействие на волокно. Влияние размалываемого материала на процесс размола определяется его упруго-вязкостными свойствами.

Основной геометрической характеристикой ножевой гарнитуры мельницы является секундная режущая длинна L_s которая покавывает общую длину пересечения ножей статора ножами ротора за 1 с:

(4)

Где число ножей соответственно статора и ротора; l-длина ножей,м; n - частота вращения ротора, 1/c . Исполь­зуемые в работе гарнитуры ротора и статора показаны на рис. 5 и 6.

Размол волокна происходит в узком зазоре между ножами под действием нормального сжимающего усилия R, определяемого величи­ной зазора или удельным давлением, и тангенциальным сдвигающим уси­лием Т. Обычно коэффициент размола /коэффициент трения в зоне размола/

Полезная мощность размола, Вт

(5)

где B_s - работа размола при встрече ножа ротора единичной дли­ны с ножом статора, Дж/м.

Практически полезная мощность размола определяется как разница между общей мощностью N , потребляемой мельницей при за­данном режиме размола, и мощностью х.х. N_х. волокнистой суспен­зией и разведенной гарнитурой:

(6)

Для каждого вида волокнистого материала существует оптимальное значение B_so удельной нагрузки на кромки ножей. Работа ножевой машины с B_so обеспечивает хорошие прочностные показатели бумаги или картона при минимальном расхода энергии на размол.

При B_s>B_so происходит более интенсивная рубка волокон, и прочностные показатели бумаги ухудшаются. При Bs<Bso прочност­ные свойства не улучшаются, а удельный расход энергии на размол воз­растает /снижается КПД мельницы/.

Опытные значения B_so для различных видов волокнистых материалов приведены в табл. 3.

Необходимое удельное давление размола, а следовательно, и удель­ная нагрузка B_s на кромки ножей обеспечиваются регулированием зазора между ножами.

Рис.1 Гарнитура ротора: а – со сдвоенными ножами; б – с одиночними ножами.

Рис.2 Гарнитура статора

Таким образом, если направленность процесса размола определяет­ся значением удельного давления или B_s то качество разработки волокна характеризуется количеством работы, затраченной в межножевом зазоре. Отнеся эту работу к массе волокна, прошедшего через мельницу, получим показатель полезного удельного расхода энергии, кВтч/т:

Где Q – суточная производительность мельници, т.а.с/т ШР.

Расчет мельницы ведется обычно с помощью показателя полезной удельной энергоемкости размола, кВтч/т ШР:

(7)

Удельная оптимальная нагрузка B_so дли различных видов волокнистых материалов

Вид размалываемого материала	Bso,Дж/м
Целлюлоза сульфатная небеленая хвойная	2,5...2,7
беленая	1.8
сульфитная небеленая еловая	1.5
сульфатная беленая	0,8.. .1,0
осиновая	1,1...1,3
тростниковая	0,8
Полуцеллюлоза бисульфитная хвойная	1,4
лиственная	1,1...1,2
Отходы сортирования древесной массы	1,5

Здесь А_п - удельный полезный расход энергии, необходимый для повышения степени помола массы на °ШР.

Полезная удельная энергоемкость показывает, какая рабо­та затрачивается в межножевом зазоре мельницы для того, чтобы одну тонну абсолютно сухого волокна размолоть на 1°ШР. При постоянном удельном давлении в зазоре она не зависит от типа ножевой машины и определяется только вцдом волокнистого материала, его сопротивляе­мостью размолу, т.е. зависит от его природы /вида/, способа получе­ния и вида полуфабриката.

Табличные значения Е_п позволяют рассчитать полезную мощность размола, кВт:

(8)

При необходимости – секундную режущую длину гарнитуры L_s, м/с:

Где j – количество поверхностей размола мельници, а также производительность дисковой мельницы Q, г.а.с./с

(9)

С другой стороны, эксперементальную производительность дисковой мельници в переодическом режиме работы можно опредилить по аналогии с таковой для ролла

(10)

Здесь - экперементальная производительность мельници, определенная по i-той пробе, г.а.с./с; G_ac – начальная масса волокнистого материала, поданная на размол, г.а.с; - сумарная масса волокнистого материалла, взятая из емкости на анализ,г.а.с; - общее время размола, включая последнюю взятую на анализ пробу.

КПД мельницы:

(11)