Maszyna papiernicza - Paper machine

Obraz zewnętrzny
ikona obrazu Obejrzyj film o maszynie papierniczej
Maszyna papiernicza Fourdrinier

Maszyny papierniczej (lub maszyny papierniczej ) to urządzenie przemysłowy, który jest stosowany w przemyśle celulozowym i papierniczym do tworzenia papieru w dużych ilościach, przy dużej prędkości. Nowoczesne maszyny papiernicze opierają się na zasadach maszyny Fourdrinier, która wykorzystuje ruchomą tkaną siatkę do tworzenia ciągłej wstęgi papieru poprzez odfiltrowanie włókien utrzymywanych w papierze i wytworzenie stale poruszającej się mokrej maty z włókien. Jest ona suszona w maszynie, aby wytworzyć mocną wstęgę papieru.

Podstawowy proces jest uprzemysłowioną wersją historycznego procesu ręcznego wytwarzania papieru, który nie był w stanie sprostać wymaganiom rozwoju nowoczesnego społeczeństwa dla dużych ilości podłoża do drukowania i pisania. Pierwsza nowoczesna maszyna papiernicza została wynaleziona przez Louisa-Nicolasa Roberta we Francji w 1799 roku, a ulepszona wersja opatentowana w Wielkiej Brytanii przez Henry'ego i Sealy'ego Fourdriniera w 1806 roku.

Ten sam proces jest stosowany do produkcji tektury na maszynie do tektury.

Sekcje procesowe

Maszyny papiernicze mają zwykle co najmniej pięć odrębnych sekcji operacyjnych:

  • Sekcja formująca , potocznie nazywana mokrym końcem, to ciągła obracająca się siatka druciana, która usuwa wodę z papieru poprzez odsysanie go z zawiesiny za pomocą próżni.
  • Sekcja prasy , w której mokra wstęga włókien przechodzi między dużymi rolkami obciążonymi pod wysokim ciśnieniem, aby wycisnąć jak najwięcej wody.
  • Sekcja susząca, w której sprasowany arkusz przechodzi częściowo wokół, w sposób serpentynowy, szeregu cylindrów suszących ogrzewanych parą. Suszenie usuwa zawartość wody do poziomu około 6%, gdzie pozostanie ona w typowych warunkach atmosferycznych w pomieszczeniach. Suszarki na podczerwień są również używane do uzupełniania suszenia cylindrów tam, gdzie jest to wymagane.
  • Sekcja prasy zaklejającej , w której półsuszony papier jest nakładany cienką warstwą skrobi i/lub innych chemikaliów w celu poprawy kilku właściwości papieru, zmniejsza pylenie i przepuszczalność powietrza, zwiększa sztywność, wytrzymałość na rozerwanie i ściskanie przy małej rozpiętości
  • Sekcja kalandra , gdzie wysuszony papier jest wygładzany pod dużym obciążeniem i naciskiem. Tylko jeden zacisk (gdzie arkusz jest wciskany między dwie rolki) jest potrzebny do utrzymania arkusza, który kurczy się przez sekcję suszącą i jest utrzymywany w napięciu pomiędzy sekcją prasującą (lub stosem łamaczy, jeśli jest używany) a kalandrem. Dodatkowe szczypce dają większe wygładzenie, ale kosztem wytrzymałości papieru.
  • Sekcja rolek, gdzie papier wychodzący z maszyny nawijany jest na pojedyncze szpule w celu dalszej obróbki.

Może istnieć również sekcja powlekania, aby modyfikować właściwości powierzchni za pomocą powłok, takich jak glinka biała.

Historia

Przed wynalezieniem ciągłego wytwarzania papieru, papier wytwarzano w pojedynczych arkuszach przez mieszanie pojemnika z zawiesiną masy włóknistej i wlewanie go do sita tkaninowego zwanego formą arkuszową lub zanurzanie i podnoszenie formy arkuszowej z kadzi. Jeszcze na tkaninie w formie arkuszowej, mokry papier dociskano w celu usunięcia nadmiaru wody. Arkusz był następnie podnoszony i zawieszany na linie lub drewnianym pręcie do wyschnięcia na powietrzu.

Maszyna Fourdrinier

Model maszyny do ciągłego wytwarzania papieru Fourdrinier w papierni Frogmore Paper Mill

W 1799 Louis-Nicolas Robert z Essonnes we Francji otrzymał patent na maszynę do produkcji papieru ciągłego. Robert pracował wówczas dla Saint-Léger Didot , z którym kłócił się o prawo własności do wynalazku. Didot uważał, że Anglia jest lepszym miejscem do rozwijania maszyny. Ale w niespokojnych czasach Rewolucji Francuskiej sam nie mógł tam pojechać, więc wysłał swojego szwagra, Johna Gamble, Anglika mieszkającego w Paryżu. Poprzez łańcuch znajomych, Gamble został wprowadzony do braci Sealy i Henry Fourdriniera , Stationers Londynu, który zgodził się na sfinansowanie projektu. Gamble otrzymał brytyjski patent nr 2487 w dniu 20 października 1801 r. Maszyna Fourdrinier wykorzystywała taśmę przenośnika z siatki ze specjalnie tkanej tkaniny (znaną jako drut, ponieważ kiedyś była tkana z brązu) w sekcji formującej, w której znajdowała się zawiesina włókien (zwykle drewna lub inne włókna roślinne) jest odsączany w celu utworzenia ciągłej wstęgi papieru. Oryginalna sekcja formująca Fourdriniera wykorzystywała poziomą powierzchnię drenażową, zwaną stołem drenażowym .

Z pomocą Bryana Donkina , wykwalifikowanego i pomysłowego mechanika, ulepszona wersja oryginału Roberta została zainstalowana w Frogmore Paper Mill w Apsley, Hertfordshire , w 1803 roku, a następna w 1804 roku. Trzecia maszyna została zainstalowana w firmie Fourdriniers młyn na Dwóch Wodach. Fourdriniers kupili również młyn w St Neots, zamierzając zainstalować tam dwie maszyny, a proces i maszyny nadal się rozwijały.

Thomas Gilpin jest najczęściej uznawany za stworzenie pierwszej amerykańskiej maszyny papierniczej typu cylindrycznego w Brandywine Creek w stanie Delaware w 1817 roku. Maszyna ta została również opracowana w Anglii, ale była to maszyna do formowania cylindrycznego. Maszyna Fourdriniera została wprowadzona do USA dopiero w 1827 roku.

Podobne projekty

Dokumenty pokazują, że Charles Kinsey z Paterson w stanie New Jersey już w 1807 roku opatentował maszynę do produkcji papieru w procesie ciągłym. Maszyna Kinseya została zbudowana lokalnie przez Daniela Sawna i do 1809 roku maszyna Kinsey z powodzeniem produkowała papier w Essex Mill w Paterson. Stres finansowy i potencjalne możliwości stworzone przez embargo z 1807 r. ostatecznie przekonały Kinseya i jego zwolenników do zmiany zainteresowania papierni z papieru na bawełnę, a wczesne sukcesy papiernicze Kinseya zostały wkrótce przeoczone i zapomniane.

Patent Gilpina z 1817 roku był podobny do patentu Kinseya, podobnie jak patent Johna Amesa z 1822 roku. do pracy na jego maszynie.

Powiązane wynalazki

Zademonstrowany przez maszynę papierniczą sposób ciągłej produkcji wpłynął na rozwój ciągłego walcowania żelaza, a później stali i innych ciągłych procesów produkcyjnych .

Rodzaje miazgi i ich przygotowanie

Włókna roślinne stosowane do masy celulozowej składają się głównie z celulozy i hemicelulozy, które mają tendencję do tworzenia wiązań molekularnych między włóknami w obecności wody. Po wyparowaniu wody włókna pozostają związane. W przypadku większości gatunków papieru nie jest konieczne dodawanie dodatkowych środków wiążących, chociaż można dodawać zarówno dodatki zwiększające wytrzymałość na mokro, jak i na sucho.

Szmaty z bawełny i lnu były głównym źródłem masy papierniczej przed miazgą drzewną. Obecnie prawie cała masa celulozowa składa się z włókien drzewnych. Włókno bawełniane jest używane w specjalnych gatunkach, zwykle w papierze drukarskim do takich rzeczy, jak życiorysy i pieniądze.

Źródła szmat często pojawiają się jako odpady z innej produkcji, takie jak fragmenty dżinsu lub kawałki rękawic. Włókna z odzieży pochodzą z torebki bawełnianej. Włókna mogą mieć długość od 3 do 7 cm, ponieważ występują na polu bawełny. Wybielacz i inne chemikalia usuwają kolor z tkaniny w procesie gotowania, zwykle za pomocą pary. Tkanina rozbija się mechanicznie na włókna, a włókna zostają skrócone do długości odpowiedniej do produkcji papieru metodą cięcia. Szmaty i wodę zrzucamy do koryta tworząc zamkniętą pętlę. Częścią pętli jest cylinder z krawędziami tnącymi lub nożami oraz łoże noża. Wirujący cylinder wielokrotnie popycha zawartość koryta. Ponieważ powoli obniża się w ciągu kilku godzin, rozbija szmaty na włókna i przycina je do pożądanej długości. Proces cięcia kończy się, gdy mieszanka przejdzie przez cylinder wystarczającą ilość razy przy zaprogramowanym końcowym prześwicie noży i łoża.

Inne źródło włókna bawełnianego pochodzi z procesu odziarniania bawełny . Nasiona pozostają otoczone krótkimi włóknami znanymi jako linters ze względu na ich krótką długość i podobieństwo do kłaczków. Linters są za krótkie, aby z powodzeniem wykorzystać je w tkaninie. Linters usuwany z nasion bawełny jest dostępny jako pierwszy i drugi krój. Pierwsze cięcia są dłuższe.

Dwie główne klasyfikacje masy celulozowej to chemiczna i mechaniczna . Masy chemiczne dawniej wykorzystywały proces siarczynowy , ale obecnie dominuje proces siarczanowy . Masa celulozowa siarczanowa ma wyższą wytrzymałość niż masy siarczynowe i mechaniczne, a zużyte chemikalia w procesie siarczanowym są łatwiejsze do odzyskania i regeneracji. Zarówno pulpy chemiczne, jak i pulpy mechaniczne mogą być bielone do wysokiej jasności.

Roztwarzanie chemiczne rozpuszcza ligninę, która wiąże włókna ze sobą i wiąże zewnętrzne fibryle, które składają się na poszczególne włókna, z rdzeniem włókna. Lignina, podobnie jak większość innych substancji, które mogą oddzielać włókna od siebie, działa jak środek rozklejający, obniżając wytrzymałość. Siła zależy również od utrzymania długich łańcuchów cząsteczek celulozy. Proces siarczanowy, ze względu na zastosowane związki alkaliczne i siarkowe, ma tendencję do minimalizowania ataku na celulozę i niekrystaliczną hemicelulozę , co sprzyja wiązaniu, jednocześnie rozpuszczając ligninę. Kwaśne procesy roztwarzania skracają łańcuchy celulozy.

Pulpa siarczanowa zapewnia doskonałą tekturę pokryciową oraz doskonałe papiery do drukowania i pisania.

Ścierane drewno , główny składnik papieru gazetowego i główny składnik papierów czasopism (publikacje powlekane), jest dosłownie mielonym drewnem produkowanym przez szlifierkę. Dlatego zawiera dużo ligniny, co obniża jej siłę. Podczas mielenia powstają bardzo krótkie włókna, które powoli spływają.

Pulpa termomechaniczna (TMP) to odmiana ścieru drzewnego, w której włókna są oddzielane mechanicznie w wystarczająco wysokich temperaturach, aby zmiękczyć ligninę.

Pomiędzy masami chemicznymi i mechanicznymi znajdują się masy półchemiczne, w których stosuje się łagodną obróbkę chemiczną, a następnie rafinację. Miazga półchemiczna jest często używana do fałdowania medium.

Bele papieru makulaturowego (zwykle stare pojemniki z tektury falistej) dla niebielonych (brązowych) rodzajów opakowań można po prostu rozdrobnić na miazgę, przesiać i wyczyścić. Recykling do produkcji białych papierów odbywa się zwykle w zakładzie odbarwiania, który obejmuje przesiewanie, czyszczenie, mycie, wybielanie i flotację. Pulpa Deinked jest stosowany w druku i pisania prac i tkanek , serwetek i ręczników papierowych . Często miesza się go z miazgą z pierwszego tłoczenia.

W zintegrowanych zakładach celulozowo-papierniczych masa celulozowa jest zwykle przechowywana w wieżach o wysokiej gęstości przed przepompowaniem do przygotowania masy. W młynach niezintegrowanych stosuje się suchą lub mokrą (prasowaną) miazgę celulozową, zwykle otrzymywaną w belach. Bele pulpy są ugniatane w rozdrabniaczu.

Przygotowanie zapasów (miazgi)

Przygotowanie masy to obszar, w którym masa celulozowa jest zwykle rafinowana, mieszana do odpowiedniej proporcji drewna liściastego , miękkiego lub włókna z recyklingu i rozcieńczana do możliwie jednolitej i stałej konsystencji. Wartość pH jest kontrolowana i różne wypełniacze, takie jak środki wybielające, wielkość i wytrzymałość na mokro i wytrzymałości na sucho są dodawane, jeśli to konieczne. Dodatkowe wypełniacze, takie jak glinka , węglan wapnia i dwutlenek tytanu, zwiększają nieprzezroczystość, dzięki czemu drukowanie na odwrotnej stronie arkusza nie będzie odwracać uwagi od zawartości na odwrotnej stronie arkusza. Wypełniacze poprawiają również jakość druku.

Miazga jest przepompowywana przez szereg zbiorników, które są powszechnie nazywane skrzyniami , które mogą być okrągłe lub częściej prostokątne. Historycznie były one wykonane ze specjalnego żelbetu licowanego płytkami ceramicznymi, ale używa się również stali miękkiej i nierdzewnej. Ponieważ włókno i wypełniacze są gęstsze niż woda i mają tendencję do szybkiego osiadania, a włókna są przyciągane razem, tworząc grudki zwane kłaczkami, zawiesiny masy celulozowej o niskiej konsystencji są utrzymywane w tych skrzyniach przez mieszadła śrubowe w pobliżu ssania pompy na dnie skrzyni.

W następującym procesie różne rodzaje masy włóknistej, jeśli są stosowane, są zwykle przetwarzane na oddzielnych, ale podobnych liniach technologicznych, aż do połączenia w skrzyni mieszanej:

Z magazynu o wysokiej gęstości lub z slusera/rozcieracza miazga jest pompowana do skrzyni magazynowej o niskiej gęstości (zbiornika). Stamtąd jest zazwyczaj rozcieńczany do około 4% konsystencji przed przepompowaniem do nierafinowanej skrzyni z zapasami. Z nierafinowanej skrzyni wsadowej zapas jest ponownie pompowany, z kontrolą konsystencji, przez rafiner. Rafinacja jest operacją, w której zawiesina masy włóknistej przechodzi między parą dysków, z których jeden jest nieruchomy, a drugi obraca się z prędkością zwykle 1000 lub 1200 obr./min dla prądu przemiennego o częstotliwości 50 i 60 Hz. Talerze mają uniesione pręty na czołach i mijają się z wąskim prześwitem. To działanie rozrywa zewnętrzną warstwę włókien, powodując częściowe odrywanie włókienek i rozkwitanie na zewnątrz, zwiększając pole powierzchni sprzyjające wiązaniu. W ten sposób rafinacja zwiększa wytrzymałość na rozciąganie. Na przykład bibułka jest stosunkowo nierafinowana, podczas gdy papier opakowaniowy jest bardziej rafinowany. Surowiec rafinowany z rafinera trafia następnie do skrzyni rafinowanej lub skrzyni mieszanej, jeśli jest używana jako taka.

Włókna drewna liściastego mają zazwyczaj długość 1 mm i średnicę mniejszą niż długość 4 mm typowa dla włókien drewna miękkiego. Rozdrabnianie może spowodować zapadnięcie się rury z miękkiego drewna, powodując niepożądane właściwości arkusza.

Z rafinowanego wsadu lub skrzyni mieszanej, wsad jest ponownie kontrolowany pod względem konsystencji, gdy jest pompowany do skrzyni maszyny. Może być rafinowany lub dodatki mogą być dodawane w drodze do skrzyni maszyny.

Skrzynia maszynowa jest w zasadzie skrzynią wyrównującą konsystencję, która ma około 15 minut retencji. Jest to wystarczający czas retencji, aby umożliwić wyrównanie wszelkich zmian konsystencji wchodzących do klatki piersiowej poprzez działanie zaworu gramatury, otrzymującego informację zwrotną ze skanera pomiaru gramatury on-line. (Uwaga: Wiele maszyn papierniczych błędnie kontroluje konsystencję wychodzącą z skrzyni maszyny, zakłócając kontrolę gramatury.)

Operacja

Ta maszyna papiernicza składa się z czterech głównych sekcji. Sekcja formująca sprawia, że ​​pulpa staje się podstawą arkuszy wzdłuż drutu. Sekcja prasy, która usuwa większość pozostałej wody za pomocą systemu zacisków utworzonych przez dociskanie do siebie rolek wspomaganych przez filce dociskowe, które podtrzymują arkusz i pochłaniają sprasowaną wodę. Sekcja susząca maszyny papierniczej, jak sama nazwa wskazuje, suszy papier za pomocą szeregu wewnętrznych, ogrzewanych parą cylindrów, które odparowują wilgoć. Kalandry są używane, aby powierzchnia papieru była wyjątkowo gładka i błyszcząca. W praktyce rolki kalandra są zwykle umieszczane pionowo w stosie .

Schemat przedstawiający sekcje maszyny Fourdriniera

Sekcja formująca lub mokry koniec

Pracownik sprawdzający mokrą, bieloną miazgę drzewną na staromodnym pulperze Hollander lub „ubijaku”.

Od klatki piersiowej stock maszyna jest pompowana do zbiornika głowy, potocznie nazywany „tank głowa” albo pudełko rzeczy , których celem jest utrzymanie stałej głowicy (ciśnienie) w zawiesinie włókien lub magazynie , ponieważ zasila zawór gramaturze. Pudełko dławnicowe zapewnia również środek umożliwiający ucieczkę pęcherzyków powietrza. Konsystencja zawiesiny miazgi w ładowarce mieści się w zakresie 3%. Przepływ ze dławnicy odbywa się grawitacyjnie i jest kontrolowany przez zawór gramatury na drodze do ssania pompy wentylatora, gdzie jest wtryskiwany do głównego strumienia wody do pompy wentylatora. Główny przepływ wody pompowanej przez pompę wentylatora pochodzi ze skrzyni lub zbiornika z wodą zaporową, która zbiera całą wodę odprowadzoną z sekcji formującej maszyny papierniczej. Przed wprowadzeniem strumienia włókien z dławnicy zawartość błonnika w wodzie sitowej jest bardzo niska. Woda sitowa jest stale recyrkulowana przez pompę wentylatora przez skrzynię wlewową i odzyskiwana z dołu drutu i różnych innych zbiorników i skrzyń, które odbierają drenaż z drutu formującego i drenaż wspomagany próżniowo ze skrzynek ssących i rolek do przenoszenia wstęgi z mokrymi włóknami. W drodze do skrzyni wlewowej szlam może przechodzić przez odśrodkowe oczyszczacze, które usuwają ciężkie zanieczyszczenia, takie jak piasek i sita, które rozbijają zlepki włókien i usuwają duże zanieczyszczenia. Pompa wentylatorowa ostatecznie zasila skrzynię wlewową, niezależnie od tego, czy obecne są jakiekolwiek odśrodkowe środki czyszczące lub sita.

Zadaniem wlewu jest tworzenie turbulencji, aby zapobiec zlepianiu się włókien i równomiernemu rozprowadzaniu zawiesiny na całej szerokości drutu. Włókna drzewne mają tendencję do wzajemnego przyciągania się, tworząc grudki, co nazywamy flokulacją. Flokulacja jest zmniejszana przez obniżenie konsystencji i/lub mieszanie gnojowicy; jednakże deflokulacja staje się bardzo trudna przy konsystencji znacznie powyżej 0,5%. Minimalizacja stopnia flokulacji podczas formowania jest ważna dla właściwości fizycznych papieru .

Konsystencja w skrzyni wlewowej wynosi zazwyczaj poniżej 0,4% dla większości gatunków papieru, przy czym dłuższe włókna wymagają mniejszej konsystencji niż włókna krótkie. Wyższa konsystencja powoduje, że więcej włókien jest zorientowanych w kierunku z , podczas gdy niższa konsystencja sprzyja orientacji włókien w kierunku xy . Wyższa konsystencja sprzyja wyższej grubości (grubości) i sztywności, niższa konsystencja sprzyja wyższej wytrzymałości na rozciąganie i niektórych innych właściwościach wytrzymałościowych, a także poprawia formowanie (jednorodność). Wiele właściwości arkuszy poprawia się do poziomu poniżej 0,1%; jednak jest to niepraktyczna ilość wody do obsługi. (Większość maszyn papierniczych pracuje z wyższą konsystencją wlewu niż optymalna, ponieważ z czasem zostały one przyspieszone bez wymiany pompy wentylatora i wlewu. Istnieje również ekonomiczny kompromis z wysokimi kosztami pompowania w celu uzyskania niższej konsystencji).

Zawiesina zapasowa, często nazywana w tym momencie wodą białą , opuszcza skrzynię wlewową przez prostokątny otwór o regulowanej wysokości, zwany plasterkiem , strumień białej wody nazywany jest strumieniem i jest pod ciśnieniem na maszynach o dużej prędkości, aby delikatnie wylądować na przesuwanie pętli tkaniny lub drutu z prędkością zwykle między plus lub minus 3% prędkości drutu, nazywane odpowiednio pośpiechem i przeciąganiem . Nadmierny pośpiech lub opór powoduje większą orientację włókien w kierunku maszyny i daje różne właściwości fizyczne w kierunku maszyny iw kierunku poprzecznym; jednak tego zjawiska nie da się całkowicie uniknąć w maszynach Fourdriniera.

W maszynach o niższej prędkości, z prędkością 700 stóp na minutę, grawitacja i wysokość wsadu w skrzyni wlewowej wytwarza ciśnienie wystarczające do wytworzenia strumienia przez otwór plastra. Wysokość kolby to głowica, od której wlew ma swoją nazwę. Prędkość strumienia w porównaniu z prędkością drutu jest znana jako stosunek strumienia do drutu . Gdy stosunek strumienia do drutu jest mniejszy niż jedność, włókna w materiale zostają wyciągnięte w kierunku maszyny. W wolniejszych maszynach, w których w zapasie pozostaje wystarczająca ilość płynu przed spuszczeniem, drut można przesuwać tam iz powrotem w procesie znanym jako wstrząsanie . Zapewnia to pewną miarę randomizacji kierunku włókien i nadaje arkuszowi bardziej jednorodną wytrzymałość zarówno w kierunku maszynowym, jak i poprzecznym do maszynowego. W szybkich maszynach materiał nie pozostaje wystarczająco długo na sicie w postaci płynnej, a długie włókna są wyrównane z maszyną. Gdy stosunek strumienia do drutu przekracza jedność, włókna mają tendencję do gromadzenia się w grudki. Wynikające z tego różnice w gęstości papieru zapewniają wygląd papieru antycznego lub pergaminowego.

Dwie duże rolki zwykle tworzą końce sekcji drenażowej, zwanej stołem drenażowym . Rolka piersi znajduje się pod polem przepływu, strumień jest skierowany do ziemi na nim mniej więcej w środku górnej. Na drugim końcu stołu drenażowego znajduje się rolka ssąca ( leżanka ). Wałek kanapy to wydrążona skorupa, wywiercona wieloma tysiącami precyzyjnie rozmieszczonych otworów o średnicy około 4 do 5 mm. Wałek z wydrążoną skorupą obraca się nad nieruchomą skrzynką ssącą, zwykle umieszczoną na górze pośrodku lub obracaną tuż w dół maszyny. Podciśnienie jest wciągane na skrzynkę ssącą, która wciąga wodę z wstęgi do skrzynki ssącej. Z rolki ssącej arkusz jest podawany do sekcji prasowej.

W dół maszyny od walca ssącego i na niższym wzniesieniu znajduje się rolka obracająca drut . Ta rolka jest napędzana i ciągnie drut wokół pętli. Rolka obracająca drut ma znaczny kąt opasania w celu uchwycenia drutu.

Folia ultradźwiękowa montowana pod drutem na maszynie papierniczej

Wspornik drutu w obszarze stołu drenażowego to szereg elementów drenażowych. Oprócz podtrzymywania drutu i wspomagania drenażu, elementy te usuwają flokulację z arkusza. Na maszynach wolnoobrotowych te elementy stołów to przede wszystkim rolki stołowe . Wraz ze wzrostem prędkości zwiększa się siła ssania powstająca w uchwycie rolki stołu i przy wystarczająco dużej prędkości drut odskakuje po opuszczeniu obszaru próżni i powoduje odskakiwanie materiału od drutu, zakłócając formowanie. Aby temu zapobiec stosuje się folie drenażowe. Folie są zazwyczaj nachylone od zera do dwóch lub trzech stopni i zapewniają łagodniejsze działanie. Tam, gdzie używane są rolki i folie, rolki są używane w pobliżu wlewu i folie w dalszej części maszyny. Można również zastosować folie ultradźwiękowe, które wytwarzają miliony impulsów ciśnienia z implozji pęcherzyków kawitacyjnych, które oddzielają włókna, zapewniając im bardziej równomierny rozkład.

Zbliżając się do suchej linii na stole znajdują się skrzynki o niskim podciśnieniu, które są opróżniane przez nogę barometryczną pod ciśnieniem grawitacyjnym. Po linii suchej znajdują się skrzynki ssące z przyłożoną próżnią. Przyssawki sięgają do rolki kanapy. Na kanapie konsystencja arkusza powinna wynosić około 25%.

Wariacje sekcji formującej Fourdriniera

Typ sekcji formującej jest zwykle oparty na gatunku produkowanego papieru lub tektury; jednak wiele starszych maszyn używa mniej niż optymalnej konstrukcji. Starsze maszyny można zmodernizować, aby zawierały bardziej odpowiednie sekcje formujące.

Sekund skrzyni wlewowej może być dodany do konwencjonalnego Fourdriniera umieścić różne mieszanki włókien na wierzchu warstwy podstawowej. Wtórnej skrzyni wlewowej jest zwykle usytuowany w punkcie, gdzie płyta podstawy jest całkowicie rozładowana. Nie jest to uważane za oddzielną warstwę, ponieważ działanie wody dobrze miesza włókna warstwy górnej i dolnej. Wtórne wlewy są powszechne na tekturze liniowej .

Modyfikacja podstawowego stołu Fourdriniera polegająca na dodaniu drugiego drutu na górze stołu drenażowego jest znana jako forma do drutu górnego . Dolny i górny drut zbiegają się, a część drenażu przepływa przez górny drut. Górny drut poprawia formowanie, a także zapewnia większy drenaż, co jest przydatne w przypadku maszyn, które zostały przyspieszone.

W Twin sito maszyny lub szczelinowego pośrednictwem dwóch pionowych drutów w formującej sekcji, a tym samym zwiększanie szybkości odwadniania zawiesiny włóknistej, a jednocześnie zapewnione jest równomierne dwa jednostronność.

Istnieją również maszyny z całymi sekcjami Fourdriniera zamontowanymi nad tradycyjnym Fourdrinierem. Pozwala to na wytwarzanie papieru wielowarstwowego o specjalnych właściwościach. Są to tak zwane topowe Fourdriniery i wytwarzają wielowarstwowy papier lub tekturę . Zwykle jest to używane do wytwarzania górnej warstwy bielonego włókna, aby przejść na niebieloną warstwę.

Inną sekcją formującą jest maszyna do formowania cylindrycznego wynaleziona przez Johna Dickinsona w 1809 roku, pierwotnie jako konkurent maszyny Fourdriniera. Ta maszyna wykorzystuje obrotowy cylinder pokryty siatką częściowo zanurzony w zbiorniku zawiesiny włókien w części mokrej, aby utworzyć wstęgę papieru, dając bardziej losowy rozkład włókien celulozowych . Maszyny cylindryczne mogą formować arkusz o wyższej konsystencji, co daje bardziej trójwymiarową orientację włókien niż w przypadku niższych konsystencji, co skutkuje większą grubością (grubością) i większą sztywnością w kierunku maszyny (MD). Wysoka sztywność MD jest przydatna w opakowaniach żywności, takich jak pudełka po płatkach zbożowych i innych pudełkach, takich jak suchy proszek do prania.

Maszyny bibułkowe zwykle formują wstęgę papieru między drutem a specjalną tkaniną (filcem), gdy owijają się wokół rolki formującej. Wstęgę prasuje się z filcu bezpośrednio na suszarce o dużej średnicy zwanej yankee . Papier przykleja się do suszarki Yankee i jest zdzierany za pomocą skrobaka zwanego lekarzem . Maszyny bibułkowe pracują z prędkością do 2000 m/min.

Sekcja prasowa

Maszyna papiernicza
Wałek prasy do granitu w kamieniołomie granitu

Druga sekcja maszyny papierniczej to sekcja prasy, która usuwa większość pozostałej wody za pomocą systemu zacisków utworzonych przez dociskane do siebie walce wspomagane przez filce dociskowe, które podtrzymują arkusz i absorbują sprasowaną wodę. Konsystencja wstęgi papieru opuszczającej sekcję prasową może przekraczać 40%.

Prasowanie jest najskuteczniejszą metodą odwadniania arkusza, ponieważ wymagane jest tylko działanie mechaniczne. Filce prasujące historycznie były wytwarzane z wełny. Jednak dziś są prawie w 100% syntetyczne. Wykonane są z tkaniny poliamidowej z grubą włókniną nałożoną w specyficzny wzór, aby zmaksymalizować wchłanianie wody.

Prasy mogą być filcowane pojedynczo lub podwójnie. Pojedyncza prasa filcowa ma filc z jednej strony i gładką rolkę z drugiej. Prasa z podwójnym filcem ma obie strony arkusza w kontakcie z filcem prasującym. Pojedyncze filcowane szczypce są przydatne, gdy łączą się z gładką rolką (zwykle w górnej pozycji), co dodaje dwustronności – dzięki czemu górna strona wydaje się gładsza niż dolna. Podwójnie filcowane szczypce nadają szorstkość po obu stronach arkusza. Prasy dwufilcowe są pożądane dla pierwszej sekcji prasy ciężkiej tektury.

Proste rolki dociskowe mogą być rolkami z rowkowaną lub ślepo wierconą powierzchnią. Bardziej zaawansowanymi walcami prasowymi są walce ssące. Są to rolki z perforowaną powłoką i okładką. Skorupa wykonana z materiału metalowego, takiego jak brązowa stal nierdzewna, pokryta jest gumą lub materiałem syntetycznym. Zarówno skorupa, jak i pokrywa są przewiercone na całej powierzchni. Stacjonarna skrzynka ssąca jest zamontowana w rdzeniu walca ssącego, aby podtrzymywać prasowaną powłokę. Uszczelnienia mechaniczne czoła są stosowane do połączenia między wewnętrzną powierzchnią płaszcza a skrzynką ssącą. W przypadku rolek gładkich są one zazwyczaj wykonane z rolek granitowych. Granitowe rolki mogą mieć długość do 9,1 m i średnicę 6 stóp (1,8 m).

Konwencjonalne prasy rolkowe są skonfigurowane tak, że jeden z rolek prasujących znajduje się w stałym położeniu, a współpracująca rolka jest obciążona na tej stałej rolce. Filce przechodzą przez chwyty rolek prasujących i kontynuują wokół filcu, zwykle składającego się z kilku rolek filcowych. W czasie przebywania w chwycie wilgoć z arkusza jest przenoszona na filc prasujący. Kiedy filc prasujący wychodzi z chwytu i porusza się dalej, skrzynka próżniowa znana jako Uhle Box przykłada próżnię (zwykle -60 kPa) do filcu prasy, aby usunąć wilgoć, tak aby po powrocie filcu do chwytu w następnym cyklu, nie dodaje wilgoci do arkusza.

Niektóre gatunki papieru wykorzystują ssące rolki pobierające, które wykorzystują podciśnienie do przenoszenia arkusza z kanapy do filcu w pierwszej prasie lub między sekcjami prasy. Prasy rolkowe odbierające zwykle mają skrzynkę próżniową, która ma dwie strefy próżniowe (niska i wysoka próżnia). Te rolki mają dużą liczbę wywierconych otworów w pokrywie, aby umożliwić przejście próżni ze stacjonarnej skrzynki próżniowej przez obracającą się pokrywę rolki. Strefa niskiej próżni podnosi arkusz i przenosi, podczas gdy strefa wysokiej próżni próbuje usunąć wilgoć. Niestety, przy wystarczająco dużej prędkości siła odśrodkowa wyrzuca podciśnieniową wodę, co czyni ją mniej skuteczną przy odwadnianiu. Prasy pickup mają również standardowe biegi filcu z pudełkami Uhle. Jednak konstrukcja prasy podbierającej jest zupełnie inna, ponieważ ruch powietrza jest ważny dla funkcji podbieracza i odwadniania.

Rolki kontrolowane przez koronę (znane również jako rolki CC) są zwykle rolkami współpracującymi w układzie prasy. Posiadają siłowniki hydrauliczne w rolkach prasujących, które zapewniają, że rolka się nie wygina. Cylindry łączą się z butem lub kilkoma butami, aby utrzymać koronę rolki płasko, aby przeciwdziałać naturalnemu „wygięciu” kształtu rolki spowodowanemu obciążeniem krawędzi.

Prasy z wydłużonym dociskiem (lub ENP) są stosunkowo nowoczesną alternatywą dla konwencjonalnych pras rolkowych. Górna rolka jest zwykle rolką standardową, podczas gdy dolna rolka jest w rzeczywistości dużą rolką CC z wydłużoną stopką zakrzywioną do kształtu górnej rolki, otoczoną obracającym się gumowym pasem, a nie standardową osłoną rolki. Celem ENP jest wydłużenie czasu przebywania arkusza między dwoma rolkami, maksymalizując w ten sposób odwadnianie. W porównaniu ze standardową prasą rolkową, która osiąga do 35% ciał stałych po prasowaniu, ENP zapewnia to do 45% i więcej — zapewniając znaczne oszczędności pary lub wzrost prędkości. ENP zagęszczają arkusz, zwiększając w ten sposób wytrzymałość na rozciąganie i niektóre inne właściwości fizyczne.


Sekcja suszarki

Sekcja susząca starszej maszyny papierniczej w stylu Fourdriniera. Te wąskie suszarki o małej średnicy nie są osłonięte okapem, datowane na zdjęcie sprzed lat 70. XX wieku.

Sekcja susząca maszyny papierniczej, jak sama nazwa wskazuje, suszy papier za pomocą szeregu wewnętrznych, ogrzewanych parą cylindrów, które odparowują wilgoć. Ciśnienie pary może wynosić do 160 psig. Para wchodzi do końca głowicy suszarki (nasadka cylindra) przez złącze pary, a kondensat wypływa przez syfon, który przechodzi z wewnętrznej osłony do środkowej rury. Z centralnej rury kondensat wypływa przez złącze na głowicy suszarki. Szerokie maszyny wymagają wielu syfonów. W szybszych maszynach siła odśrodkowa utrzymuje warstwę kondensatu nieruchomo na płaszczu, a pręty generujące turbulencje są zwykle używane do mieszania warstwy kondensatu i poprawy wymiany ciepła.

Arkusz jest zwykle dociskany do suszarek za pomocą długich filcowych pętli na górze i na dole każdej sekcji suszarki. Filce znacznie poprawiają przenoszenie ciepła. Filce do suszarek są wykonane z grubej nici i mają bardzo otwarty splot, który jest prawie przezroczysty. Często zdarza się, że pierwsza dolna sekcja suszarki bez filcu pęka na podłodze piwnicy podczas zrywania arkuszy lub podczas nawlekania arkusza.

Suszarki papieru są zwykle ułożone w grupy zwane sekcjami, dzięki czemu można je uruchamiać z coraz wolniejszą prędkością, aby skompensować kurczenie się arkusza podczas wysychania papieru. Niektóre rodzaje papieru mogą się również rozciągać podczas przechodzenia przez maszynę, co wymaga zwiększenia prędkości między sekcjami. Odstępy pomiędzy sekcjami nazywane są remisami .

Sekcje suszące są zwykle zamknięte w celu zachowania ciepła. Ogrzane powietrze jest zwykle dostarczane do kieszeni, gdzie arkusz zrywa kontakt z suszarkami. Zwiększa to szybkość suszenia. Kieszonkowe rurki wentylacyjne mają szczeliny na całej długości skierowane do kieszeni. Okapy suszarni są zwykle wydmuchiwane z szeregiem montowanych na dachu okapów, które wyciągają wentylatory w dół sekcji suszarki.

Naciśnij rozmiar

Do wstęgi można dodać dodatkowe środki zaklejające , w tym żywice , klej lub skrobię , aby zmienić jej właściwości. Klejenie poprawia wodoodporność papieru, zmniejsza jego zdolność do puszenia się, zmniejsza ścieralność oraz poprawia jego właściwości drukarskie i siłę wiązania powierzchniowego. Mogą być nakładane na mokro (zaklejanie wewnętrzne) lub na suchy koniec (zaklejanie powierzchniowe) lub oba. Na suchym końcu zaklejanie jest zwykle nakładane za pomocą prasy klejarskiej . Prasa zaklejająca może być aplikatorem rolkowym (zalany chwyt) lub aplikatorem dyszowym. Zwykle umieszcza się go przed ostatnią sekcją suszarni. Niektóre maszyny papiernicze wykorzystują również „powlekarkę” do nakładania powłoki z wypełniaczy, takich jak węglan wapnia lub glinka biała, zwykle zawieszone w spoiwie z gotowanej skrobi i lateksu butadienowo-styrenowego . Powłoka daje bardzo gładką, jasną powierzchnię o najwyższych właściwościach drukarskich.

Papier opuszczający maszynę jest zwijany na rolkę w celu dalszej obróbki.

Sekcja kalendarza

Kalander składa się z dwóch lub więcej walców, gdy wywierany jest nacisk na papier mijania. Kalandry są używane, aby powierzchnia papieru była wyjątkowo gładka i błyszcząca. Nadaje mu również bardziej jednolitą grubość. Nacisk wywierany na wstęgę przez rolki determinuje wykończenie papieru.

Sekcja szpuli

Po kalandrowaniu, wstęga ma wilgotność około 6% (w zależności od wyposażenia). Papier jest nawijany na metalowe szpule za pomocą dużego cylindra zwanego bębnem nawijającym . Pomiędzy bębnem kołowrotka a szpulą utrzymywany jest stały docisk, dzięki czemu powstałe tarcie powoduje obracanie się szpuli. Papier przesuwa się po górnej części bębna i jest nawijany na szpulę, tworząc rolkę wzorcową .

Aby maszyna papiernicza mogła pracować w sposób ciągły, szpula musi być w stanie szybko przełączyć się z nawijania gotowej rolki na pustą szpulę bez zatrzymywania przepływu papieru. Aby to osiągnąć, każda sekcja szpuli będzie miała dwie lub więcej szpul obracających się w trakcie procesu. Za pomocą suwnicy puste szpule zostaną załadowane na dwa ramiona główne nad bębnem nawijarki. Gdy rolka wzorcowa osiągnie swoją maksymalną średnicę, ramiona obniżą nową szpulę do kontaktu z bębnem nawijarki, a maszyna znajdująca się za bębnem będzie przesuwać taśmę wzdłuż przesuwającego się arkusza papieru, szybko go rozrywając i przyczepiając przychodzący papier do nowej szpuli . Szpula jest następnie opuszczana na ramiona pomocnicze , które stabilnie odsuwają szpulę od bębna szpuli wraz ze wzrostem średnicy papieru na szpuli.

Twardość rolki powinny być sprawdzone i otrzymano odpowiednio dostosować w celu zapewnienia, że twardość walca mieści się w dopuszczalnym zakresie dla produktu.

Sekcja nawijarki

Rolki papieru nawinięte pod koniec procesu suszenia stanowią pełną przyciętą szerokość, pomniejszoną o skurcz spowodowany suszeniem, wstęgi opuszczającej sito. W sekcji nawijarki rolki papieru są rozcinane na mniejsze rolki w zakresie szerokości i średnic rolek określonych w zamówieniu klienta. W tym celu rolka ustawiana jest na stojaku odwijającym, a odległości pomiędzy nożami (ostrymi tarczami tnącymi) są dostosowywane do określonych szerokości dla zamówień. Nawijarka pracuje aż do osiągnięcia żądanej średnicy rolki, a rolki są etykietowane według rozmiaru i kolejności przed wysłaniem do wysyłki lub magazynu. Rolka ma zwykle wystarczającą średnicę, aby wykonać dwa lub więcej zestawów rolek.

Słowniczek

przerwany : makulatura wytworzona podczas procesu wytwarzania papieru, wykonana podczas zrywania arkusza lub przycinania. Jest zbierany i umieszczany w repulperze w celu ponownego wykorzystania w procesie.

konsystencja : procent suchego włókna w zawiesinie masy włóknistej.

kanapa : francuskie znaczenie , aby się położyć . Za rolką kanapową arkusz jest zdejmowany z drutu i przenoszony do sekcji prasowej.

dandy roll : pokryta siatką wydrążona rolka, która jeździ na górze Fourdriniera. Rozbija zbrylenia włókien, aby poprawić formowanie arkusza, a także może służyć do wykonywania nadruku, tak jak w przypadku papieru warstwowego . Zobacz także znak wodny .

pompa wentylatora : duża pompa, która cyrkuluje białą wodę ze skrzyni z białą wodą do wlewu. Pompa ma specjalną konstrukcję o niskim pulsie, która minimalizuje efekt pulsacji łopatek, które mogłyby powodować nierówną gramaturę papieru w kierunku maszyny, co jest znane jako barring . Przepływ z pompy wentylatora może przechodzić przez sita i środki czyszczące, jeśli są używane. W dużych maszynach papierniczych pompy wentylatorowe mogą być oceniane na dziesiątki tysięcy galonów na minutę.

filc : pętla z tkaniny lub materiału syntetycznego, która przechodzi między rolkami prasowymi i służy jako miejsce odbioru wyciśniętej wody. Filce wspierają również mokrą wstęgę papieru i prowadzą ją przez sekcję prasy. Filce są również używane w sekcji suszarki, aby utrzymać arkusz w bliskim kontakcie z suszarkami i zwiększyć przenoszenie ciepła.

wypełniacz : drobno rozdrobniona substancja dodawana do papieru w procesie formowania. Wypełniacze poprawiają jakość druku, jasność i nieprzezroczystość. Najczęstszymi wypełniaczami są glina i węglan wapnia. Dwutlenek tytanu jest wypełniaczem, ale także poprawia jasność i krycie. Stosowanie wypełniacza z węglanu wapnia jest powszechnie stosowane w papiernictwie alkalicznym, podczas gdy glinka kaolinowa jest powszechna w papiernictwie kwaśnym. Papier alkaliczny ma doskonałe właściwości starzenia.

formowanie : stopień równomierności rozmieszczenia włókien w gotowym papierze, co można łatwo zauważyć, trzymając papier pod światło.

wlew : komora ciśnieniowa, w której stosuje się turbulencje w celu rozbicia kępek włókien w gnojowicy. Głównym zadaniem wlewu jest równomierne rozprowadzanie zawiesiny włókien na drucie.

chwyt : obszar styku, w którym spotykają się dwie przeciwległe rolki, na przykład w prasie lub kalandrze.

pH : stopień kwasowości lub zasadowości roztworu. Papier alkaliczny ma bardzo długą żywotność. Z biegiem czasu kwaśny papier ulega pogorszeniu, co spowodowało, że biblioteki albo podjęły działania konserwatorskie, albo zastąpiły wiele starszych książek.

rozmiar : substancja chemiczna lub skrobia, nakładana na papier w celu spowolnienia penetracji wody. Klejenie zapobiega rozlewaniu się atramentu podczas druku, poprawiając ostrość druku.

plaster : regulowany prostokątny otwór, zwykle na dole wlewu, przez który strumień wody podsitowej wypływa na drut. Otwór plastra i ciśnienie wody wspólnie określają ilość i prędkość przepływu wody podsitowej przez plastry. Plaster ma zwykle pewną formę mechanizmu regulacji, aby wyrównać profil gramatury papieru w całej maszynie (profil CD), chociaż nowszą metodą jest wstrzyknięcie wody do wody zaporowej przez obszar plastra wlewu, tym samym wykorzystując lokalną konsystencję do kontrolowania profilu gramatury CD .

Grafika : zawiesinę pulpy, która została przetworzona w dziedzinie przygotowywania masy z niezbędnymi dodatkami regulację klarowania i pH i gotowy do produkcji papieru

sieć : ciągły przepływ nie wysuszonego włókna z kanapy toczy się w dół maszyny papierniczej

woda biała : filtrat ze stołu drenażowego. Biała woda ze stołu jest zwykle przechowywana w skrzynce na wodę białą, z której jest pompowana przez pompę wentylatora do wlewu.

drut : pętla z tkaniny siatkowej, która służy do odprowadzania zawiesiny pulpy z wlewu. Do lat 70. używano drutów z brązu, ale teraz są one tkane z grubych materiałów syntetycznych z monofilamentów, podobnych do żyłek wędkarskich, ale bardzo sztywnych.

Materiały

Stale nierdzewne są szeroko stosowane w przemyśle celulozowo-papierniczym z dwóch głównych powodów, aby uniknąć zanieczyszczenia produktu żelazem i jego odporności na korozję na różne chemikalia stosowane w procesie wytwarzania papieru. Stal nierdzewna typu 316 jest powszechnie stosowanym materiałem w maszynach papierniczych.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki