Совершенствование технологий разволокнения, агрегирования и кондиционирования целлюлозных материалов

УДК 676.1

Ф. Т. Юсупов, А. А. Саетшин, З. Т. Валишина, В. Г. Борбузанов, Е. Л. Матухин

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗВОЛОКНЕНИЯ, АГРЕГИРОВАНИЯ

И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: целлюлоза, разволокнение, агрегирование, кондиционирование.

В статье рассматривается проблема совершенствовании технологии и оборудования модификации целлюлозных материалов путем разволокнения, агрегирования и кондиционирования в производстве нитратов целлюлозы. Высокая компактность агрегированной целлюлозы по сравнению с рыхлой целлюлозой позволит снизить модуль нитрации и увеличить массу загружаемого продукта в нитраторы, центрифуги и другие технологические емкости

Keywords: cellulose, razvoloknenie, aggregation, and air conditioning.

The article addresses the problem of improving the technology and equipment modification of cellulosic materials by pulping, aggregation, and air conditioning in the production of cellulose nitrate. The high compactness of the aggregate as compared with cellulose fluff pulp will reduce the modulus and increase the weight of the nitration product loadable nitratory, centrifuges and other processing capacity

Введение

На сегодняшний день актуальной работой является создание технологии производства нитратов целлюлозы на основе современных универсальных компактных технологических комплексов, а также установление корреляционной зависимости структуры и свойств целлюлозного материала от размеров частиц, которая может обеспечить решение основной принципиальной задачи- улучшение показателей качества и получение материалов с новыми технически ценными эксплуатационными свойствами.

Эффективность технологии производства нитратов целлюлозы на основе современных универсальных компактных технологических комплексов определяется возможностью расширения номенклатурного ряда производимой продукции и переработкой различного вида сырья (хлопковой целлюлозы ХЦ, древесной и льняной целлюлозы) плотных форм или в виде «кипы».

В настоящее время предприятия-изготовители используют хлопковую целлюлозу ХЦ по ГОСТ 595, импортируемую с заводов Казахстана (г. Чимкент) и Узбекистана (г. Фергана).

Целесообразно решить проблему изготовления НЦ (коллоксилинов и лакокрасочных материалов) на их основе частичной заменой сырья на древесную целлюлозу. Однако для этого необходим ряд мероприятий, связанных с восстановлением хотя бы на одном из целлюлозно-бумажных комбинатов действовавших ранее

производственных марок целлюлозы ЦА, РБ [1].

Оборудование для изготовления хлопковой целлюлозы в г.г. Н. Новгород, Кемерово, Бийске в настоящее время частично перепрофилировано на производство другого вида продукции или практически простаивает из-за отсутствия линта первого, второго сортов.

Резка листов папки на элементы площадью 10^25 мм2, по аналогии с подготовкой к нитрации целлюлозы РБ, из-за высокой плотности материалапапки, не обеспечивает достаточный

диффузионный обмен между внутренними слоями элементов и объемом нитросмеси. Это в конечном итоге приводит к получению коллоксилинов с пониженным содержанием азота, неоднородных по степени этерификации. Таким образом, получение высококачественных нитратов целлюлоз (НЦ) из элементов, получаемых резкой целлюлозной папки с использованием стандартных нитросмесей является проблемной задачей.

Для решения этой проблемы, на ФКП «КГКПЗ» было решено использовать новый комплекс подготовки целлюлозного сырья на основе молотковой мельницы.

Молотковые мельницы используются для разволокнения рулонной, листовой древесной и хлопковой целлюлозы. Взависимости от размера ячейки сита изменяется размер волокна целлюлозы. Качество разволокнения целлюлозы напрямую влияет на качество дальнейшего процесса нитрации и на качество конечной нитроцеллюлозы.

Технологический комплекс разволокнения

целлюлозного сырья (рис. 1) состоит из:

1. Откаточного устройства (1) для закрепления целлюлозы в виде рулонов;

2. Втяжного устройства (2) для подачи целлюлозы ввиде рулонов или «папки» на молотковую мельницу;

3. Молотковой мельницы (3), где происходит разволокнение поступающего плотного материала и рыхление;

4. Вентилятора (4), с помощью которого волокна разрыхленной целлюлозы по пневмопроводу подается на следующую стадию.

Внедрение производственного комплекса позволило перерабатывать хлопковую и древесную целлюлозу уплотненной физической формы при производстве лаковых коллоксилинов.

Разработанный комплекс разволокнения хлопковой и древесной целлюлозы уплотненной физической формы может применяться при переработке целлюлозного сырья для изготовления нитратов целлюлозы и других эфиров целлюлозы

(метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, оксиэтил-целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза) и целлюлозы порошкообразных форм.

Рис. 1 - Схема технологическогокомплекса разволокнения целлюлозного сырья

Главными факторами, влияющими на свойства и структурные особенности получаемой продукции являются тип целлюлозы (хлопковая, древесная, льняная, пеньковая), способ деструкции

(гидролитический, радиационный, механо-химический), режимы обработки, способы сушки целлюлозы и ее последующего модифицирования, включая агрегирование и кондиционирование разволокненной целлюлозной массы [1-3].

Агрегирование это метод изготовления гранул мелкодисперсии целлюлозы, основанный на увлажнении мелкодисперсного сырья во вращающемся оборудовании. При вращательном движении отдельные частицы сырья слипаются и формируются в агрегированные сферы. Вовремя этого процесса получаются сферические гранулы желаемого размера.

Размер гранул может быть 4 - 30 мм.

Преимущества агрегирования

Ликвидация запыленности, увеличение насыпной плотности агрегированного материала, сохранение и унификация формы гранул.

При агрегировании получаются гранулы, обладающие пористой структурой, способные сохранять первоначальную унифицированную форму пригодную для нитрования.

В результате интенсивного измельчения может достигаться однородность массы, предназначенной для гранулирования. Увеличение степени диспергирования повышает силу сцепления и внутреннего трения между частицами,

обеспечивающими получение гранул, обладающих пористой структурой.

Ранее [4], анализируя работы И.М. Наймана и специалистов НИИ-6, Г.К. Клименко утверждал, что организационно-технические мероприятия по внедрению целлюлозы формы ЦА, осуществленные в производственных условиях, позволили повысить производительность валков для разрыхления в два раза, сушилок в два раза,натраторов в 1,4 раза, центрифуг в 1,3 раза, голландеров на 10...15%. Расход кислот был снижен с 1,44 до 1,22 тонны на 1 тонну нитроцеллюлозы.

Сушка целлюлозы, в существующем процессе, осуществляется во время перемещения целлюлозы по пневмопроводу, что недостаточно в холодное время года.

Для решения указанной проблемы предлагается осуществлять кондиционирование целлюлозы в роторной сушилке.

Сушилка роторная предназначена для

кондиционирования разволокнённой целлюлозы с 510% до 1,5-2% остаточной влажности путём перемещения продукта внутри цилиндрического корпуса шнеком и обдува его горячим воздухом.

Воздух подогревается калориферами и подается в сушилку посредством вентилятора в I и II зоны кондиционировани. Посредством шиберных заслонок можно регулировать количество подаваемого горячего воздуха по зонам и соответственно температуру в них.

Перемещение целлюлозного материала

всушилке осуществляется за счёт вращения ротора-шнека внутри аппарата. Скорость перемещения целлюлозы в сушилке (время пребывания в сушилке - время сушки) можно регулировать числом оборотов ротора и углом наклона корпуса самой сушилки.

Рис. 2 - Роторный аппарат для кондиционирования целлюлозы

Выводы

1. Разработанный новый комплекс разволокнения хлопковой и древесной целлюлозы уплотненной физической формы может применяться припереработке целлюлозного сырья для изготовления других эфиров целлюлозы (метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, оксиэтилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза) и целлюлозы порошкообразных форм.

2. Рассмотрены особенности процессов агрегирование и кондиционирование разволокненной целлюлозной массы.

3. Модификация целлюлозы из различного вида сырья (хлопковая и древесная целлюлоза) и получение продуктов их переработки являются перспективными направлениями исследований, поскольку целлюлоза является неисчерпаемым, возобновляемым и экологически чистым материалом.

4. Высокая компактность агрегированной целлюлозы по сравнению с рыхлой целлюлозой позволит снизить модуль нитрации и увеличить

массу загружаемогопродукта в нитраторы, центрифуги и другие технологические емкости.

Литература

1. Валишина З.Т., Гарифзанов. Г.Г., Матухин Е.Л. Всесоюзн.конф. Экологические проблемы

фармокологии и токсикологии Тез докл. Казань, 1990. с.17.

2. Петропавловский, Г.А., Котельникова Н.Е., Погодина Т.Е. // Химия древесины, 6, 78-82 (1983).

3. Валишина. З.Т., Косточко. А.В., Матухин Е.Л. [и др.] // Вестник Казанского технологического университета, 2013.-Т.16.-№ 20.-С.62-64.

© Ф. Т. Юсупов - вед. инженер-технологФКП «КГКПЗ», e-mail: Ошибка! Закладка не определена. @list.ru; А. А. Саетшин

- аспиранткафедры ХТВМС КНИТУ e-mail:aidar.saetschin@ru; З. Т. Валишина - д.х.н, профессор каф. ХТВМСКНИТУе-mail: zimval1@yandex.ru; В. Г. Борбузанов - главный инженер ФКП «КГКПЗ», аспирант каф. ХТВМС КНИТУ, e-mail:

kazanpowder@list.ru; Е. Л. Матухин - д.т.н., профессор, главный научный сотрудник ФКП «КГКПЗ» , e-mail:

kazanpowder@list.ru.

© F. T. Yusupov - Leading Engineer of the FCP «KGKPZ», kazanpowder@list.ru; A. A. Saetshin - graduate student of HTVMS KNRTU, aidar.saetschin@yandex.ru; Z. Т. Valishina - Ph.DProfessor department of HTVMS KNRTU, zimval1@yandex.ru; V. G. Borbuzanov - Chief engineer of the FCP "KGKPZ" graduate student cafes. HTVMS KNRTU, kazanpowder@list.ru; E. L. Matukhin - Ph.DProfessor, Department head FKP «KGKPZ» e-mail: kazanpowder@list.ru.