Назад
22 4 мая в журнале ПРО ЦБП были опубликованы четвертый случай и четвертая задача. Напомню суть и дам ответ на Задачу 4.
Четвертая задача и ответ
Довольно сложный случай из технологической практики связан со «Светогорским ЦБК» (Выборгский р-н, Ленинградская обл.), одним из крупнейших отечественных предприятий, имеющим богатую историю.В начале 80-х годов в рамках большой реконструкции Светогорского ЦБК запускали новую линию по производству печатных видов бумаги. По тем временам крупнейшая БДМ для производства офсетной бумаги имела ширину 8,4 м, традиционный клеильный пресс и приличную пусковую скорость ~ от 450 до 650 м/мин. Одновременно пускали цех по производству белёной сульфатной целлюлозы, которая обеспечивала новую БДМ сырьем.
Всё было новым. Финские фирмы сдавали «под ключ» здание цеха, полный набор технологического оборудования БДМ с несколькими новыми участками приготовления химикатов и технологию в целом. Много нового было не только в потоке БДМ, но и на участках приготовления химикатов.
Немного расскажу о технологии, которая считалась передовой в те годы. На фабриках использовалась традиционная кислая проклейка бумаги канифольным клеем и глинозёмом. При этом канифольная клей-паста концентрацией 70% поставлялась из Финляндии в 200-литровых бочках. Клей-паста была очень вязкой и для её выгрузки использовали специальное устройство карусельного типа, где 6-8 бочек устанавливали по кругу под наклоном в специальные держатели, оборудованные подогревом. Клей из бочек подогревался и стекал в центральный резервуар. Далее клей разбавляли до рабочей концентрации и подавали в бумажную массу.
Новой была и технология приготовления крахмала методом комбинированной энзимно-окислительной модификации для поверхностной проклейки бумаги в клеильном прессе. Крахмал готовили в больших открытых реакторах, а не в кукерах, как сейчас. В то время крахмал поставляли в джутовых мешках по 50 кг, а не в биг-бэгах, как сейчас. Для их загрузки в реактор использовали специальную машину для разрыва мешков. Это бункер, на дне которого вращались два горизонтальных шнека во встречном направлении. Мешки с крахмалом бросали в бункер, и джутовый мешок, попадая в зазор вращающихся шнеков, нещадно разрывался, а крахмал просыпался в бак для приготовления суспензии. Обрывки мешков удалялись, но огромное количество джутовых волокон попадало в крахмальную суспензию, это вызывало проблемы. Такая суспензия поступала на два набора мощных сетчатых фильтров в рост человека, и джутовые волокна забивали фильтры примерно каждые 20-30 мин. Автоматического переключения не было, потому там почти постоянно стоял рабочий, который переключал вручную фильтры: один набор фильтров работал, другой промывался обратным током воды.
Одновременно на предприятиях осваивали систему приготовления суспензии каолина для подачи в массу, систему приготовления глинозёма. Эти участки находились вне бумажного цеха. В цехе БДМ также осваивали линию приготовления полиакриламида для подачи в массу.
Ход пусковых работ и главная проблема
На стадии пусковых работ БДМ участвовали 4 организации:1) Сотрудники вновь запускаемой фабрики;
2) Большая команда ленинградской пуско-наладочной организации во главе с талантливым техническим руководителем Ведехиным;
3) Большая группа финских специалистов по пуску-наладке оборудования и технологии с привлечением специалистов соседних финских фабрик;
4) Научные сотрудники трех лабораторий Центрального НИИ Бумаги (Московская обл.).
В целом пуск и получение бумаги на накате БДМ шли удовлетворительно. Бумагу заданной массы на накате БДМ получили довольно быстро. Однако возникал ряд проблем. Были трудности с достижением заданной впитываемости на офсетной бумаге, были проблемы с повышенной обрывностью на клеильном прессе.
Но главной проблемой была пена. Огромное количество устойчивой пены, которая образовывалась в баке сбора регистровой и оборотной воды. Пена переливалась через края большой сборной ёмкости. Пена была настолько устойчивой, что сама не разрушалась и постепенно заполнила весь нулевой этаж. Её уровень доходил до груди человека среднего роста. Чтобы не допустить коротких замыканий и остановки работы массных насосов, питающих БДМ, трое рабочих фабрики посменно и круглосуточно шлангами с водой отгоняли пену от работающих насосов.
Каждый день в 8.00 утра и в 17.00 вечера проводились рабочие совещания с участием представителей всех четырех организаций, участвующих в пуске БДМ. И каждый день утром и вечером совещание начиналось и заканчивалось одним вопросом начальника производства Н. Быстрова: «Что нам делать с пеной?». Запомнился искренний ответ одного из финских специалистов, который почти бил себя в грудь и отвечал: «Я являюсь лучшим специалистом в Европе по поверхностной проклейке, объездил много стран, но такой пены я никогда не видел». Что делать, он не знал. Финские специалисты с других фабрик тоже ничем помочь не сумели. Через пару дней приехал еще один финский специалист. Увидев его, мы спросили откуда загар? Он ответил, что приехал прямо с отдыха с Канарских островов. Но и канарский загар нам не помог. Пены не убывало почти неделю.
Проблему надо было решать. Через 2-3 дня неудачных попыток справиться с пеной, мы с Ведехиным систематизировали разные попытки и написали вручную, под копирку, последовательную программу из 10 вариантов – изменений в режиме размола, подачи химикатов, включая расходы глинозёма, клея, их взаимных точек подачи (прямая и обратная схема проклейки, поскольку канифольный клей способствует пенообразованию), регулировку рН (автоматический рН метр на БДМ работал), регулировку подачи суспензии каолина (в нем были сомнения), пуска установки и подачу раствора ПАА (пустили не сразу), подачу дизеля для снижения пенообразования (современных пеногасителей тогда не было), регулировку уровня в баках сбора оборотной воды (чтобы уменьшить захват воздуха насосами) и даже контроля обрывности на клеильном прессе, чтобы окисленный крахмал, который тоже давал пену, не попадал в поток бумажной массы.
Последний из вариантов пришелся на конец незабываемой рабочей недели – субботу, когда многие из активных участников пуска БДМ, отчаявшись, уже ушли отдыхать или поехали в Лесогорск, в магазин, за дефицитными финскими товарами.
Наш труд был вознагражден: сработал 10-й вариант, на котором лично я получил небольшую травму. Пена исчезла, проклейка бумаги полностью восстановилась, и проблема в этом плане была решена.
Кстати, после решения проблемы загорелый финский специалист уже у нас консультировался, как решить проблему на аналогичной БДМ в Финляндии. Там на бумаге набегала едва заметная косая складка по всей длине и ширине полотна. Мы поделились своими соображениями. Не знаю, помогло ли.
Вопрос
Как вы думаете, какой или какие факторы из перечисленных выше сработали и помогли устранить уникальное пенообразование?Подсказка. Все факторы в свободном порядке перечислены выше.
Ответ и комментарий
Как мы предполагали, основной причиной повышенного пенообразования была недостаточно хорошая промывка целлюлозы, поступавшей жидким потоком с целлюлозного производства после отбелки. На это мы повлиять не могли: у целлюлозников были свои пусковые проблемы. Сопутствующими факторами, способствовавшими пенообразованию, были: мощная система обезвоживания БДМ, подача каолина и, по сути, отсутствие удерживающей системы (ПАА пустили уже в конце), что приводило к большому провалу мелочи и каолина, значительному захвату воздуха при мощном обезвоживании и формированию плотной структуры пены за счет большого содержания каолина и мелких волокон в ней. Повышенному провалу способствовала и невысокая масса офсетной бумаги 60 г/м². Пенообразованию способствовал и повышенный расход канифольной клей-пасты.Вначале поэтапно снизить пенообразование удалось за счет регулировки расхода глинозёма и оптимизации рН. Регулируя расход глинозёма по встроенному автоматическому рН-метру, при рН ~4,8 удалось существенно снизить пенообразование. Но полностью устранить избыточное пенообразование удалось при подаче ПАА. Именно при подаче ПАА удержание в бумаге мелочи, каолина и клея значительно увеличилось, и проблема провала и пенообразования сошла на нет. Небольшая же травма случилась у меня именно при пуске ПАА – поскользнулся на растворе ПАА, попавшем на бетонный пол. После подачи ПАА удалось сократить и расход клея и каолина при сохранении требуемых показателей офсетной бумаги 60 г/м².
Случай 5
Непростой и резонансный случай из технологической практики имел место на Сыктывкарском ЛПК в конце 80-х годов прошлого века при освоении картона-основы для упаковки молока в пакеты типа «Пюр-пак». Молочная промышленность СССР озаботилась повышенными цифрами потерь молока при упаковке в старые пакеты тетраэдальной формы (пирамидки по 0,5л). Картон для упаковки молока в «пирамидки» изготавливался при проклейке канифольным клеем. Данный вид проклейки не обеспечивал высокой стойкости картона к молочной кислоте и пакеты зачастую промокали и разваливались. Если я правильно помню, то указывалась цифра потерь молока в тех пакетах на уровне ~ 6,5%. На правительственном уровне было решено перейти на более надежный вид упаковки молока, как и «пирамидки» разработанный фирмой «Тетра-Пак». Кстати, в г. Лунде, Швеция в главном офисе этой фирмы нам показывали, как исторический экспонат – первый ручной аппарат – формировал первые картонные «пирамидки» для упаковки молока. Этот аппарат включал ещё деревянные детали и был изобретен фирмой в начале 50-х годов прошлого века.В 80-е годы на уровне Минбумпрома был заключен крупный контракт с участием фирмы «Тетра-Пак», «Фойт», «Валмет», «Геркулес» и другими, который включал все стадии технологии, оборудования, производства картона-основы, производства ламинированной упаковки, изготовления картонных заготовок и линий розлива молока в пакеты, называемые тогда «Пюр-пак» – литровые прямоугольные пакеты с «гребешком», без пробки. Надо отметить, что наше министерство честно боролось за снижение цены контракта, и поэтому главный подрядчик от зарубежных компаний поменялся. Проект включал участие не только предприятий ЦБП, но и предприятия молочной промышленности.
От общей исторической информации, которая тоже интересна, перехожу непосредственно к технологическим вопросам.
Для производства картона и увеличения производительности была проведена серьёзная модернизация КДМ СЛПК. Основу технологии картона-основы для пакетов типа «Пюр-пак» впервые в СССР составляла нейтральная проклейка картона из 100% белёной сульфатной целлюлозы. Был существенно модернизирован цех и участок по приготовлению химикатов. Наиболее существенным и новым был участок по приготовлению эмульсии АКД. Участок включал плавильную печь, куда загружали воск АКД из двух бочек по 180 кг. Ниже стояли 2 ёмкости для варки катионного амилопектинового крахмала и ёмкости хранения. В ёмкости с раствором крахмала выпускали расплав воска АКД, добавляли вспомогательные компоненты, при перемешивании получали грубую эмульсию и проводили гомогенизацию при температуре 36-38°С на гомогенизаторе при давлении 150-175 бар. Принципиально эта технология сейчас хорошо известна. Потом технология АКД на СЛПК не раз менялась. Но изначальными авторами технологии АКД в мире была фирма «Геркулес» (США), которой давно уже нет. Особенность технологии приготовления эмульсий АКД на СЛПК была в том, что концентрация готовой эмульсии АКД была невысокой ~ 6% по АКД и 7,8% по общим сухим веществам. То есть транспортировать её было не удобно и не выгодно.
Низкая концентрация имела и преимущество: при концентрации 6-8% не возникало проблем загустевания эмульсии при хранении. Надо отметить, что качество эмульсии АКД после приготовления контролировали в том числе по размеру частиц. В соответствии с переданной методикой это делали под микроскопом при увеличении ~ в 600 раз, сравнивая с эталонными фото (6 уровней качества эмульсии по фото). Обращали внимание как на сам размер частиц, так и на количество агрегатов частиц в виде виноградных гроздьев (их должно быть минимум). Надо отметить, что представитель фирмы «Геркулес» проявил крайне высокую требовательность к чистоте оборудования, он сам обследовал с фонариком чистоту ёмкостей хранения АКД перед заполнением, требовал повторной промывки и даже грозил претензиями по контракту, когда рабочие хотели отказаться от повторной промывки до идеального состояния. Это было не зря, так как эмульсия содержала раствор крахмала и при хранении в теплом состоянии могла быстро портиться, а консервант в АКД добавляли не всегда, только при длительном хранении остатков эмульсии АКД (до следующей выработки).
Кроме АКД в бумажную массу подавали катионную влагопрочную смолу типа «Кюмене», а также катионный крахмал. Вместе эти хорошо известные компоненты обеспечивали высокий уровень проклейки, и главное: обеспечивали высокий уровень специфического показателя для данного вида продукции – «торцевое впитывание молочной кислоты». Именно нейтральная проклейки клеем АКД обеспечивает высокий уровень данного показателя, в отличие от возможностей канифольного клея и даже клея АСА.
Для обеспечения другого специфического показателя – прочности поверхности картона по Деннисону (требование ≥№18) – картон проклеивали в клеильном прессе окисленным крахмалом, сначала импортным, потом внедрили свой. В целом сразу была поставлена задача заменять все возможные импортные химикаты на отечественные. В этом направлении работали несколько институтов, они разрабатывали и отечественный воск АКД, и отечественный окисленный крахмал, и катионный крахмал, и даже катионизирующий реагент. С крахмалами получилось, а с воском АКД и катионизирующим реагентом дальше опытно-промышленных партий дело не пошло.
Можно отметить, что технология варки крахмала для поверхностной проклейки, которую мы внедрили по энзимно-окислительной технологии в открытых ёмкостях, была настолько эффективной, что продержалась там более 20 лет, хотя на других машинах СЛПК (и последующих владельцев) уже давно установили автоматические кукеры для крахмала.
Возвращаюсь к конкретной технологии и возникшей проблеме.
В бумажную массу подавали эмульсию АКД, приготовленную на месте. Расход составлял в пересчете на сухой воск АКД ~ 2,3-2,4 кг/т. Добавляли влагопрочную смолу «Кюмене», с расходом ~ 3-4 кг/т. Катионная смола «Кюмене» изначально разрабатывалась фирмой «Геркулес». Эта смола совместно с клеем АКД и отличается наилучшей способностью фиксировать частицы АКД на волокнах. Катионный крахмал с расходом ~ 6 кг/т завершал триаду массной проклейки, так как обеспечивал не только упрочнение, но и хорошее удержание мелочи, а с ней и большую часть частиц клея АКД в картоне. Именно эта система обеспечивала высокий уровень проклейки в целом и конкретно необходимый уровень показателя «торцевой впитываемости молочной кислоты». Надо сказать, что и катионный, и окисленный крахмалы готовили первоначально в открытых ёмкостях, далее разбавляли до рабочей концентрации, перекачивали в большие расходные емкости и подавали в бумажную массу. Технология отлива на КДМ – отлив на двух плоских сетках. Химикаты подавали в массу каждого слоя картона отдельно. Картон-основа типа «Пюр-пак» имел массу 340 г/м².
Пуск КДМ и все показатели картона в целом были достигнуты без особых проблем. СЛПК выпускал картон-основу небольшими партиями. Надо сказать, что периодически после выпуска партии картона с нейтральной проклейкой фабрика возвращалась к производству коробочного картона с канифольной проклейкой и глинозёмом. Собственно говоря, в то время в 80-е годы, по такой же схеме работали и фабрики в Швеции. Такая схема работы – 2 недели нейтральной проклейки, 2 недели кислой проклейки – позволяла минимизировать рост бактерий и биообрастание потока. Такое биообрастание довольно быстро происходит в нейтральной среде, а в кислой значительно меньше.
Суть проблемы
Сложности на КДМ СЛПК возникли через несколько месяцев или даже через год. У картона стал пропадать ключевой показатель – торцевая впитываемости молочной кислоты. За этим показателем особенно требовательно следили потребители – молочники. Если отвлечься от специфики показателя, суть в том, что степень проклейки картона стала временами сильно ухудшаться. Комбинат не знал, что делать. Сотрудники предприятия консультировались по телефону с финскими специалистами, которые поставляли основные химикаты. Финские специалисты, видимо, тоже разводили руками и советовали проверить, не подается ли в массу глинозём. По указанию министерства от ЦНИИБа и УкрНИИБа срочно направили сотрудников, вопрос с потребителями стоял очень остро.Руководство комбината допоздна сидело в цехе, контролируя показатели картона в кризисные моменты. Мы, научные сотрудники, вместе с технологами цеха примерно неделю разбирались с проблемой и далеко не сразу смогли её решить. Проверили не только приготовление и подачу химикатов, но и показатели целлюлозы. Мы заметили, что временами вязкостное число, по сути молекулярная масса целлюлозы, было заметно ниже нормы, вероятно это происходило из-за повышенной отбелки хлором, что в том числе сказывалось и на снижении другого важного показателя – энергии связи волокон по Скотт-Бонду. Но явных отклонений мы не находили. Только после того, как в третий или пятый раз обошли все стадии приготовления и подачи химикатов, я заметил необычное отклонение, которое в дальнейшем дало ответ на вопрос, почему регулярно снижались показатели проклейки картона.
