Способ получения бумажной массы

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАЖНОЙ МАССЫ(71) Заявитель Производственное унитарное предприятие Бумажная фабрика Департамента государственных знаков Министерства финансов Республики Беларусь(72) Авторы Соловьева Тамара Владимировна Темрук Владимир Игнатьевич Горжанов Вадим Валерьевич Кашин Алексей Николаевич(73) Патентообладатель Производственное унитарное предприятие Бумажная фабрика Департамента государственных знаков Министерства финансов Республики Беларусь(57) Способ получения бумажной массы для производства печатных видов бумаги, включающий размол целлюлозной композиции, состоящей из хвойной и лиственной беленой сульфатной целлюлозы, с содержанием каждого вида целлюлозы от 30 до 70 , который осуществляют на последовательно соединенных как минимум двух дисковых мельницах,повышая частоту вращения ротора от первой дисковой мельницы к последней, причем частота вращения ротора на первой дисковой мельнице 800-1350 мин-1, а на последней 16002000 мин-1. Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для изготовления бумаги для печати, в том числе с водяными знаками, из беленых видов целлюлозы. Для управления параметрами бумажной массы в процессе размола существуют различные технологические решения, которые предусматривают раздельный размол каждого из волокнистых полуфабрикатов, использование различной гарнитуры, а также включение в перечень оперативных факторов частоты вращения привода мельницы. Раздельный размол бумажной массы - очень дорогое решение для технологии размола и используется только па потоках с большой единичной мощностью. Известен способ регулирования процесса размола бумажной массы 1, позволяющий обеспечить регулирование процесса размола в аппаратах непрерывного размола, например в дисковых мельницах. Способ регулирования процесса размола бумажной массы в размольном аппарате включает изменение усилия присадки мельницы в зависимости от величины технологического параметра. В качестве технологического параметра используют отношение уровня вибрации гарнитуры статора и мощности привода. Существенным недостатком такого способа размола является то, что для регулирования процесса размола 16355 1 2012.10.30 используется только один фактор процесса - величина зазора между размалывающими органами. В данном случае идет речь о стабилизации процесса размола. Не происходит избирательного воздействия на волокна целлюлозы. Процесс размола идет одновременно как в направлении рубки, так и в направлении фибриллирования для каждого из компонентов бумажной массы. Известен способ размола бумажной массы 2, позволяющий обеспечить необходимые параметры бумажной массы с минимальными затратами энергии. Это достигается путем изменения частоты вращения привода мельницы и регулирования величины зазора между ножами размалывающей гарнитуры. Недостатками данного изобретения являются ориентирование процесса размола не на достижение наилучших параметров бумажной массы и в конечном итоге качество бумаги, а на ведение процесса при минимальных затратах энергии сложный алгоритм управления при использовании в технологическом потоке размола бумажной массы более одной мельницы не эффективно, т.к. описанный способ не учитывает качественные изменения бумажной массы на промежуточных стадиях процесса, вызванные переменой частоты вращения ротора дисковой мельницы. Наиболее близким по технической сущности является способ 3, включающий процесс размола щепы для получения рафинерной древесной массы, заключающийся в механическом размоле щепы при стандартной частоте вращения ротора дисковой мельницы в начальной стадии и пониженной частоте вращения в заключительной стадии размола. В соответствии с данным изобретением происходит механическое размалывание смеси древесной щепы для производства бумажной массы, при котором смесь древесной щепы проходит по крайней мере одну стадию размола, заключающуюся в передаче энергии смеси древесной щепы импульсами вращающихся элементов. Улучшение происходит на конечной стадии, т.е. по крайней мере одна стадия размола проходит либо в мельнице с двойным диском, либо в однодисковой мельнице при низкой интенсивности размола, при этом ротор мельницы с двойным диском вращается со скоростью менее 1200 мин-1, в однодисковой мельнице - 1500 мин-1. По крайней мере одна мельница имеет частотный привод, датчик для определения параметров древесной волокнистой массы и систему управления для регулирования процесса размола. Качество параметров волокна определяется с помощью датчика. Управление процессом размола осуществляется в зависимости от получаемых параметров древесной массы. Существенными недостатками данного способа размола, в случае использования его для бумажной массы из смеси беленой сульфатной хвойной и беленой сульфатной лиственной целлюлозы, являются используется понижение частоты вращения, не используется повышение частоты вращения частота вращения снижается на заключительной стадии процесса размола. При использовании пониженной частоты вращения без применения повышенной частоты вращения ротора дисковой мельницы невозможно достичь сохранения заданной длины волокна при повышении степени помола бумажной массы. В этом случае целлюлозное волокно будет либо слишком коротким, либо недостаточно фибриллированным,неспособным образовывать достаточное количество водородных связей в готовой бумаге. В обоих случаях это отрицательно скажется на механической прочности бумаги. Низкая частота вращения ротора дисковой мельницы вызывает рубку волокна. Понижение частоты вращения ротора мельниц увеличивает удельную нагрузку в таком же размере. Такой рост удельной нагрузки существенно скажется на снижении средней длины волокна. В данном случае, при понижении частоты вращения ротора дисковой мельницы,на заключительной стадии процесса размола сложно управлять процессом размола из-за того, что хорошо фибриллированные волокна плохо поддаются укорочению. Применение пониженной частоты вращения ротора дисковой мельницы вызовет образование большого количества мелкого волокна, оставив при этом в бумажной массе много длинного волок 2 16355 1 2012.10.30 на. В связи с этим практически невозможно получить бумажную массу с заданным фракционным составом. Задачей изобретения является получение бумажной массы с равномерным фракционным составом, что улучшит прочностные и печатные свойства бумаги, а также повысит контрастность водяного знака. Задача изобретения достигается тем, что размол целлюлозной композиции хвойной и лиственной беленой сульфатной целлюлозы с содержанием каждого вида целлюлозы от 30 до 70 осуществляется на последовательно соединенных как минимум двух дисковых мельницах с частотой вращения ротора первой мельницы 800-1350 мин-1, при повышении частоты вращения на последующих мельницах и частотой вращения ротора последней мельницы 1600-2000 мин-1. Новым техническим результатом от использования заявляемого изобретения является то, что данный способ размола обеспечивает избирательное воздействие на каждый из компонентов бумажной массы, дает возможность управлять ее фракционным составом при различном соотношении компонентов, повысить качество бумаги для печати, в том числе при нанесении водяных знаков. Управление процессом размола осуществляется на основе следующих закономерностей 1. Снижение частоты вращения ротора размалывающего оборудования увеличивает укорачивание волокон длинноволокнистых хвойных целлюлоз, а повышение - обеспечивает фибриллирование, или ужирнение, бумажной массы с незначительным снижением длины волокон. 2. Для коротковолокнистой лиственной целлюлозы изменение частоты вращения ротора размалывающего оборудования незначительно сказывается на характере размола, что позволяет при совместном размоле хвойной и лиственной целлюлозы управлять фракционным составом массы преимущественно воздействием на ее длинноволокнистую (хвойную) составляющую. Бумажная масса поступает на дисковую мельницу начальной стадии размола, оснащенную частотным приводом, подвергается размолу при пониженной частоте вращения ротора. Затем проходит промежуточные стадии размола (при их наличии). Заключительная стадия процесса размола осуществляется на дисковой мельнице, оснащенной частотным приводом, при повышенной частоте вращения ротора. Результат достигается изменением частоты вращения ротора первой и последней мельниц или всех дисковых мельниц технологического потока размольно-подготовительного отделения. Сравнимые показатели качества бумаги могут быть достигнуты при различном композиционном составе бумажной массы. Размол целлюлозной композиции по заявляемому способу позволяет управлять фракционным составом бумажной массы,который можно варьировать целенаправленным изменением процесса размола целлюлозы в сторону рубки либо фибриллирования волокон при использовании стандартного комплекта гарнитуры без необходимости ее замены. Таким образом, размол целлюлозной композиции по заявляемому способу позволяет изготовить бумагу для печати высокого качества при различном ее композиционном составе за счет получения равномерного фракционного состава бумажной массы. Настоящее изобретение иллюстрируется примерами 1-10, но не ограничивается ими. Во всех примерах использована одинаковая гарнитура на начальной и заключительной стадиях процесса размола. Во всех примерах использован мелкий светлый водяной знак. Для оценки механической прочности бумаги использован показатель Разрывная длина в машинном направлении, в км. Для оценки водяного знака определяли его контрастность. Контрастность водяного знака оценивали относительным изменением коэффициентов пропускания света на водя 3 16355 1 2012.10.30 ном знаке и на общем фоне бумаги вне его. При этом коэффициенты пропускания света рассчитывались по формуле 1 1,(1) 10 где- оптическая плотность бумаги, измеренная в проходящем свете. Контрастность водяного знака (отн, ) (относительное изменение коэффициентов пропускания света бумагой) рассчитывалась по формуле 2 отнвзн б 100 ,(2) б где б - коэффициент пропускания света бумагой вне водяного знака взн - коэффициент пропускания света бумагой на водяном знаке. Параметры процесса размола, параметры бумажной массы и свойства бумаги для примеров 1-10 приведены в таблице. При этом примеры 1, 2 характеризуют заявляемый способ размола при композиционном составе и при частоте вращения ротора дисковых мельниц, которые находятся в пределах значений согласно заявляемому способу. В примерах 3, 4 размол осуществлен при значениях частоты вращения ротора первой дисковой мельницы, выходящих за пределы значений по заявляемому способу. В примерах 5, 6 размол целлюлозной композиции осуществлен при значениях частоты вращения ротора последней дисковой мельницы, выходящих за пределы значений по заявляемому способу. В примерах 7, 8 размол целлюлозной композиции осуществлен при оптимальной частоте вращения ротора дисковых мельниц, но с композиционным составом, выходящим за пределы значений согласно заявляемому способу. Пример 9 характеризует процесс размола целлюлозной композиции, осуществленный при постоянном значении частоты вращения ротора всех дисковых мельниц. Пример 10 характеризует процесс размола целлюлозной композиции, осуществленный по способу, описанному в прототипе данного изобретения. Пример 1. Способ размола целлюлозной композиции (бумажной массы), состоящей из 60 беленой сульфатной хвойной целлюлозы и 40 беленой сульфатной лиственной целлюлозы, при изготовлении бумаги для печати массой 75 г/м 2 со светлым водяным знаком на бумагоделательной машине осуществляют следующим образом. 4 -ную суспензию бумажной массы подают на первую дисковую мельницу. Размол осуществляется при частоте вращения ротора 1050 мин-1. Затем бумажная масса подается на последнюю дисковую мельницу. Размол осуществляется при частоте вращения ротора 1800 мин-1. Пример 2. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что бумажная масса по композиции состоит из 40 беленой сульфатной хвойной целлюлозы и 60 беленой сульфатной лиственной целлюлозы, а размол осуществляется при частоте вращения ротора первой мельницы 1200 мин-1, частоте вращения ротора последней мельницы 1700 мин-1. Пример 3. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что частота вращения ротора первой мельницы составляет 700 мин-1. Пример 4. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично Примеру 1 с той лишь разницей, что частота вращения ротора первой мельницы составляет 1400 мин-1. 16355 1 2012.10.30 Пример 5. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что частота вращения ротора последней мельницы составляет 1450 мин-1. Пример 6. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что частота вращения ротора первой мельницы составляет 2100 мин-1. Пример 7. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что бумажная масса по композиции состоит из 80 беленой сульфатной хвойной целлюлозы и 20 беленой сульфатной лиственной целлюлозы. Пример 8. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что бумажная масса по композиции состоит из 20 беленой сульфатной хвойной целлюлозы и 80 беленой сульфатной лиственной целлюлозы. Пример 9. Способ размола целлюлозной композиции осуществляют аналогично примеру 1 с той лишь разницей, что размол осуществляется при номинальной частоте вращения ротора мельниц. Частота вращения роторов первой и последней мельниц составляет 1450 мин-1. Пример 10. Размол целлюлозной композиции, осуществленный по способу, описанному в прототипе данного изобретения. При этом бумажная масса по композиции состоит из 40 беленой сульфатной хвойной целлюлозы и 60 беленой сульфатной лиственной целлюлозы, т.е. аналогична примеру 1, а размол осуществляется при частоте вращения ротора первоймельницы 1450 мин-1, частоте вращения ротора последней мельницы 800 мин-1. Сопоставительный анализ данных, представленных в таблице, показывает, что размол целлюлозной композиции, проведенный при условиях, которые находятся в пределах значений согласно заявляемому способу (сравнение примера 1 и примера 2), позволяет получить бумагу с наилучшими печатными свойствами - стойкость поверхности к выщипыванию по Деннисону составляет 18/20, и высоким значением контрастности водяных знаков - 30 . Небольшая разница в механической прочности обусловлена наличием в композиции бумажной массы примера 1 большего количества беленой сульфатной хвойной целлюлозы по сравнению с примером 2. При использовании в процессе размола частоты вращения ротора дисковой мельницы,выходящей за пределы значений согласно заявляемому способу, приводит к снижению контрастности водяных знаков до 25-26 , ухудшению печатных свойств бумаги - стойкость поверхности к выщипыванию по Деннисону составляет 16/18, механическая прочность снижается на 2-3(сравнение примера 1 и примеров 3, 4, 5, 6). Использование бумажной массы с композицией, выходящей за пределы значений согласно заявляемому способу, при том, что размол проведен при условиях, которые находятся в пределах заявленных значений, приводит к значительному ухудшению как контрастности водяного знака, так и печатных свойств (сравнение примеров 1, 2 и примеров 7, 8). Так, контрастность водяных знаков в примере 7 - 22 , в примере 8 - 21 . Стойкость поверхности к выщипыванию по Деннисону в примере 7 составляет 14/15, в примере 8 - 12/14. Повышенная механическая прочность бумаги в примере 7 обусловлена наличием в композиции бумажной массы большего количества беленой сульфатной хвойной целлюлозы по сравнению с примерами 1 и 2. Параметры процесса размола, параметры бумажной массы и свойства бумаги для примеров 1-10 Содержание КонтрастЧастота Частота сульфатной Количество волокна по фракциям,Разрывная Стойкость по- ность водяСтевращения вращения(с размером ячеек сита, мм) ного знакабеленой целпень Длина длина в верхности к ротора ротора попри- люлозы,помо- волокмашинном выщипыванию(отн, ) первой следней мера ла,на, дг 5 (ме- направле- по Деннисону,хвой- лист- мельницы, мельницы,1 2 3 4 ШР нии, кмтеста нее мин-1 мин-1 ной венной 16355 1 2012.10.30 Размол бумажной массы с оптимальной композицией и при постоянной частоте вращения роторов первой и последней мельниц не позволяет изготовить бумагу с повышенными механическими и печатными свойствами. Контрастность водяного знака также ниже, чем при заявляемом способе размола (сравнение примера 1 и примера 9). При сравнении свойств бумажной массы, изготовленной по примерам 1 и 10, видно,что размол бумажной массы из смеси беленой сульфатной хвойной и беленой сульфатной лиственной целлюлозы по способу-прототипу приводит к получению бумажной массы с неравномерным фракционным составом с преобладанием длинноволокнистой фракции и большому содержанию очень мелких волокон. Бумага, изготовленная из такой массы, обладает низкими значениями разрывной длины и стойкости поверхности к выщипыванию. Водяной знак на такой бумаге имеет низкую контрастность. Таким образом, заявляемый способ размола позволяет изготовить бумагу для печати высокого качества при различном ее композиционном составе за счет получения равномерного фракционного состава бумажной массы. Данное изобретение может использоваться на любом предприятии по изготовлению бумаги при условии, что мельницы оснащены регулируемыми приводами либо установлены мельницы с различной частотой вращения ротора. Источники информации 1. Патент РФ 2285564 2, МПК 402 25/00,21 1/14,21 1/02, 2006. 2. Патент США 4661911, МПК 406 15/46,02 7/14, 1985. 3. Патент США 006336602 1, МПК 402 7/14, 1999. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.