В последние десятилетия в решении задач производства все бóльшую роль играет настроенная системная химическая технология, учитывающая основные факторы производства, влияющие на эффективность работы бумаго- или картоноделательной машины. В число основных факторов входят процессы предупреждения отложений на машине, управления удержанием и обезвоживанием бумажной массы на сетке, удержания химикатов качества. Кроме этого, не менее важным фактором является управление циклом осветления и очистки оборотной и подсеточной воды. Публикация посвящена теме, как правильно подобранные химикаты для всех циклов создают надежную технологию по всем направлениям решения задач производства. 

В последние десятилетия в решении задач производства все бóльшую роль играет настроенная системная химическая технология, учитывающая основные факторы производства, влияющие на эффективность работы бумаго- или картоноделательной машины (БДМ / КДМ). В число основных факторов входят процессы предупреждения отложений на машине, управления удержанием и обезвоживанием бумажной массы на сетке, удержания химикатов качества. Кроме этого, не менее важным фактором является управление циклом осветления и очистки оборотной и подсеточной воды. Правильно подобранные химикаты для всех циклов создают надежную технологию по всем направлениям решения задач производства. Системная технология объединяет все технологические процессы в единое целое для достижения максимальной рентабельности производства. По-другому это технология логики. В ней затраты на ее реализацию всегда ниже получаемой за счет нее прибыли от роста эффективности производства, что особенно актуально на современном этапе, когда требуется диверсификация производства, внедрение инноваций. На рис.1 показаны возможные направления рационализации затрат и диверсификации.

В предупреждении отложений и управлении этим процессом главная роль принадлежит подобранным к конкретным условиям функционирования БДМ фиксирующим реагентам, в том числе для массных композиций из беленой целлюлозы, хотя большинство предприятий этот момент часто игнорируют в ущерб продуктивности машины (рис.2).

• циклом фиксации и начального удержания, обезвоживания,

• циклом удержания химикатов качества, называемых функциональными,

• циклом окончательной фиксации-удержания и обезвоживания в процессе напуска массы на сетку машины и формирования бумажного полотна,

• циклом очистки подсеточной и оборотной воды.

Рисунок 3. Системная химическая технология компании Налко

а) от химических продуктов для всех циклов определенной универсализации свойств; 

б) подбора химикатов и баланса между ними по электрокинетике массы для эффективного результата процессов в каждом цикле; 

в) выбора точек дозирования химикатов в циклах, 

необходим научно обоснованный и учитывающий условия функционирования предприятия и каждой бумагоделательной машины технический сервис, так как лавина предложений по химикатам от разных компаний-производителей и перепродавцов порой ставит бумагопроизводителей в тупик по правильной организации технологии и оценке эффективности действия химических продуктов. К тому же в лаборатории невозможно смоделировать реальный процесс на машине и можно говорить только о тенденциях. 

В зависимости от степени анионности поверхности и вариации морфологии волокна, наличия в бумажной суспензии разного рода мешающих апродуктивных веществ такая оценка решается в несколько этапов тщательно спланированного эксперимента [1,2]:

• предварительный выбор химикатов для технологии, исходя из задач и текущих проблем производства;

• первичная оценка эффективности химикатов в лаборатории с измерением параметров электрокинетического потенциала, потенциала течения, электропроводности, катионной потребности массы, мутности фильтратов, а также скорости водоотдачи массы, концентрации «смоляных» частиц, с максимально возможным моделированием условий производства — характеристик исходного волокна и композиции, соблюдением временных промежутков между дозировкой химикатов и технологическими операциями, например, разбавление оборотной или подсеточной водой перед подачей флокулянтов и т.д.; это дает информацию относительно того, как химикаты адсорбируются на поверхности волокон и других компонентов массы и / или  взаимодействуют с апродуктивными веществами;

• выявление максимально возможной дозировки катионных химикатов методом полиэлектролитного титрования с применением стандартного ПолиДАДМах-реагента. Таким образом можно определить особенности адсорбционных свойств волокна к исследуемым полимерам разной плотности заряда, химической структуры и молекулярной массы с построением кривой титрования, а также получить представление об адсорбционном слое и диффузном слое ионов в поле волокна с учетом реальной электропроводности и температуры массы, балансировка удельных расходов химикатов;

• дополнительно можно определить характеристики заряда волокна после его тщательной промывки в деионизированной воде, чтобы удалить разные загрязнения, нивелирующие истинную величину заряда;

• лабораторное тестирование технологии с производством отливок бумаги на листоотливном аппарате;

• промышленный эксперимент и корректировка технологии «on-line» либо в следующий период испытаний. 

Выполнив отмеченные операции, исследователь получает информацию как о заряде поверхности волокна, так и о коллоидно растворенных веществах в бумажной массе, в том числе мешающих работе машины, называемых апродуктивными. Взаимодействуя с загрязнениями в технической и оборотной воде, с дозируемыми химикатами, они формируют агломераты, а в конечном итоге отложения в трубопроводах, в мокрой и сушильной частях машины. Соответственно, повышаются расходы химикатов на технологию (рис.4). 

Успешная фиксация и удержание апродуктивных веществ обеспечивается тем условием, что связь фиксатора с этими веществами примерно равна или слабее связи фиксатора с волокном [3]. 

Рисунок 4. Влияние апродуктивных веществ

Рассматривая принцип системной технологии на рис.3, можно сравнить схему с используемой очень многими предприятиями отрасли в России (рис.5). Здесь нет цикла предупреждения отложений, есть цикл химикатов качества (АКД-клей и крахмальный клей), формальный цикл удержания с неприспособленным к условиям производства катионным полиакриламидом (ПАА), который также дозируется для локальной очистки подсеточной воды.  

Рисунок 5. Исходная химическая технология

Алгоритм системной технологии представлен на рис.6, где «Metrix®» — сополимер со свойствами фиксации и повышения прочности бумажной продукции в сухом состоянии, со свойствами удержания — подается в массу средней концентрации, фиксируя и удерживая на волокне также химикаты качества. На участке короткой циркуляции машины в массу низкой концентрации в третьем цикле технологии дозируется подобранный раствор ПАА Cinalab, часто в определенном соотношении вместе с продуктом «Metrix®», обеспечивая фиксацию и удержание апродуктивных веществ из разбавленной массы, обезвоживание и формование бумажного полотна и его дополнительное упрочнение. 

Рисунок 6. Алгоритм новой химической технологии 

Далее очистка оборотных вод с подобранной химией создает изначальное преимущество в подготовке массы, снижая ее катионную потребность, мутность, электропроводность, то есть обеспечивая чистоту водооборота на машине.  

В качестве практического примера преимуществ системной технологии показаны результаты ее применения: стабильность электрокинетического Z-потенциала при снижении катионной потребности массы из напорного ящика высокоскоростной БДМ (рис.7), повышение разрывной длины газетной бумаги из 100% термомеханической древесной массы (рис.8) при существенном снижении холостого хода машины (рис.9).

Рисунок 7. Электрокинетика работы БДМ

Рисунок 8. Эффект новой технологии на параметр разрывной длины газетной бумаги в машинном направлении

Рисунок 9. Холостой ход на БДМ

Теперь рассмотрим применение полимеров и сополимеров Компании Налко в случае проклейки бумажной массы клеями на основе алкенил-сукционового ангидрида (АСА-клеи), алкилкетен-димерными (АКД) клеями и, в частности, якобы давно забытыми, но широко используемыми канифольными клеями. Диаграмма созревания проклейки канифольным клеем одинакова с АСА-клеем; канифольные дисперсии рекламируются производителями с возможностью использования в нейтральном диапазоне рН массы, как и синтетические клеи, но на практике это не реализуется, поскольку не создаются необходимые условия. Суть в том, что с ростом рН массы повышается концентрация гидроксил-ионов ОН¯, связи отрицательно заряженных смоляных частиц канифоли с отрицательно заряженным волокном ухудшаются, соответственно, эффективность канифольной проклейки снижается, повышается время «созревания» — время завершения проклейки; вместе со снижением расхода сернокислого алюминия или прекращением его дозировки необходимо применение эффективного синтетического полимера-фиксатора, обладающего свойствами одновременного удержания частиц смоляного клея на волокне [4,5,6]. В издании TAPPI с тестом компании «Hercules» (рис.10) для оценки проклейки показано, что эффективность удержания частиц канифольного клея полимерами значимо выше по сравнению с применением сернокислого алюминия в любом диапазоне рН [7].

Рисунок 10. Применение приспособленных полимеров для проклейки канифольным клеем

Тему созревания частиц смоляного клея с ростом рН массы исследовал и консультант международной компании «International Paper», M.Hubbe (рис.11) [8].

Рисунок 12. Совершенствование технологии

Существует однозначно неверное мнение, что в производстве продукции из беленой целлюлозы (офисные бумаги и др.) нет необходимости в применении фиксирующих агентов. Мировая практика показывает, что это не так, используя в начале потоков массоподготовки против «смоляных» затруднений суспензии дисперсного катионного талька, бентонита, действующих на основе процессов адсорбции, также растворы низкокатионных синтетических полимеров. Остановимся на теме удержания и формования при производстве такой продукции. В этих системах традиционный полиакриламид дополняется продуктами бентонита, силиказоля, микрополимеров. Необходимо отметить, что у большинства катионных полимеров, ПАА и микрополимеров на основе ПАА с ростом рН массы выше 7,0 ед. объективно снижается эффективность действия, в отличие от минеральных суспензий бентонита и силиказоля. Этим также объясняется лучшее действие силиказоля в сочетании с катионным крахмалом по сравнению с сочетанием силиказоля с катионным ПАА. По информации от разных производителей химикатов составлена таблица сравнения систем химикатов по их эффективности действия в разных процессах химической технологии (Таблица 1). 

Опыт инноваций в химии силиказоля ООО «Компания НАЛКО» подтверждается в таблице 1, где система «Metrix®» в сочетании с силиказолем компании отвечает современным требованиям к технологии формования, включающего удержание и обезвоживание, помимо, как выше упоминалось, процессов фиксации и упрочнения полотна. 

Таблица 1. Сравнение современных систем химикатов формования

Вывод: принципы системной технологии должны находить все большее использование в российском бумажном производстве, как важный фактор повышения его эффективности.

Литература