Visame popieriaus gamybos procese – „celiuliozės gamyba – popieriaus gamyba – apdaila“ – rafinavimo įrenginys yra pagrindinė įranga, lemianti pluošto savybes ir popieriaus kokybę. Fizinių, cheminių arba kombinuotų mechaninių ir cheminių veiksmų metu jis pjausto, fibriliuoja, fibriliuoja ir smulkina celiuliozės pluoštą, sudarydamas sąlygas iš pradžių palaidiems pluoštams suformuoti stipresnę sukibimo jėgą ir galiausiai suteikdamas popieriui tokias savybes kaip stiprumas, vienodumas ir dažų sugeriamumas. Nuo tradicinių akmeninių malūnų iki modernios išmaniosios įrangos, rafinavimo įrenginių technologinė plėtra visada buvo grindžiama trimis pagrindiniais principais: „dideliu efektyvumu, tikslumu ir energijos taupymu“, tapdama svarbia popieriaus gamybos pramonės modernizavimo priemone.

I. Pagrindinės rafinavimo įmonių funkcijos ir veikimo principas

Pagrindinė rafinavimo įrenginio misija yra „optimizuoti pluošto morfologiją“, o jo veikimo principą galima apibendrinti kaip „pluošto modifikavimą mechaniniu būdu“:

• Pagrindinis principasKai masė praeina tarp rafinavimo diskų (arba volų), ji veikiama mechaninių jėgų, tokių kaip kirpimas, ekstruzija ir minkymas. Pluošto ląstelių sienelės suplėšomos, sudarydamos mikrofibriles, o paviršius sukuria tankią fibriluotą struktūrą. Tuo pačiu metu per ilgi pluoštai yra tinkamai nupjaunami, todėl pluošto ilgio pasiskirstymas labiau atitinka popieriaus gamybos reikalavimus.
• Pagrindinės funkcijosPirma, pagerinti pluošto sukibimo jėgą, kad popierius turėtų pakankamą tempiamąjį stiprumą, atsparumą plyšimui ir atsparumą plyšimui; antra, pagerinti pluošto susipynimo vienodumą, kad būtų užtikrintas popieriaus lygumas ir plokštumas; trečia, prisitaikyti prie skirtingų popieriaus rūšių poreikių, pavyzdžiui, kultūrinio popieriaus, kuriam reikalingi smulkūs pluoštai, kad pagerėtų spausdinamumas, ir pakavimo popieriaus, kuriam reikalingi stori ir ilgi pluoštai, kad padidėtų standumas.

II. Pagrindiniai rafinavimo įrenginių tipai ir techninės charakteristikos

Pagal konstrukcinį projektą, darbo metodą ir taikymo scenarijus, įprasti popieriaus gamybos pramonės rafinavimo įrenginiai daugiausia skirstomi į šias keturias kategorijas, kurių kiekviena turi savo techninį tikslą ir taikymo sritį:

1. Diskinis rafinatorius

• Struktūrinės charakteristikosSudarytas iš fiksuoto disko (stacionarus diskas) ir besisukančio disko (besisukantis diskas). Disko paviršiuje išdėstytos skirtingų dantų formų (pvz., dantytų, trapecinių, spiralinių) šlifavimo zonos, o rafinavimo intensyvumas kontroliuojamas reguliuojant disko tarpą.
• Techniniai privalumaiDidelis rafinavimo efektyvumas, vienoda pluošto modifikacija. Gali prisitaikyti prie įvairių rūšių celiuliozės (medžio, šiaudų, makulatūros), pakeisdamas disko dantų formas, todėl tai yra plačiausiai naudojama rafinavimo įranga, apimanti kultūrinį popierių, pakavimo popierių, tualetinį popierių ir kitų rūšių popierių.
• PotipiaiViendiskis smulkintuvas (veikiantis vienoje disko pusėje), dvidiskis smulkintuvas (veikiantis abiejose disko pusėse vienu metu), tridiskis smulkintuvas (vidurinis stacionarus diskas + du šoniniai besisukantys diskai, didesnis efektyvumas).

2. Kūginis rafinatorius

• Struktūrinės charakteristikos: Naudojamas kūginio statoriaus ir rotoriaus derinys. Celiuliozė spirališkai juda išilgai kūginio tarpo, nuolat kirpama ir ekstruduojama. Rafinavimo intensyvumą galima tiksliai reguliuoti reguliuojant kūginį tarpą.
• Techniniai privalumaiMažiau skaidulų pjauna, geras fibriliacijos efektas, tinka popieriaus tipams, kuriems reikalingas didelis skaidulų ilgio išlaikymas (pvz., kraftpopieriui, kartonui). Jis taip pat pasižymi dideliu eksploataciniu stabilumu ir mažomis energijos sąnaudomis, dažniausiai naudojamas antriniam makulatūros masės rafinavimui arba aukštos kokybės masės smulkiam apdorojimui.

3. Cilindrinis rafinatorius

• Struktūrinės charakteristikosSudarytas iš cilindrinio šlifavimo volelio ir lanko formos šlifavimo plokštės. Šlifavimo volelio paviršius turi skersinius arba spiralinius šlifavimo dantis. Šlifavimo volelio sukimasis varo celiuliozės srautą ir užbaigia smulkinimo procesą.
• Techniniai privalumaiDidelis atsparumas priemaišoms (pvz., smėlio grūdeliams, plastiko fragmentams) celiuliozėje, nelengvai užsikemša. Tinka grubiam makulatūros celiuliozės malimui arba šiurkščių pluoštinių žaliavų, tokių kaip šiaudų celiuliozė, išankstiniam apdorojimui, dažnai naudojama celiuliozės gamybos linijų pradiniame rafinavimo procese.

4. Didelės konsistencijos rafinavimo įrenginys

• Struktūrinės charakteristikosTinka didelės konsistencijos celiuliozės aplinkai (15–40 %). Jame naudojamas specialus padavimo įtaisas (pvz., sraigtinis tiektuvas), kad būtų užtikrintas tolygus celiuliozės patekimas į malimo zoną. Disko dantų forma dažniausiai yra plati ir su dideliais tarpais tarp dantų, kad būtų sustiprintas pluošto minkymo efektas.
• Techniniai privalumaiDidelis pluošto virpėjimo laipsnis, stipri sukibimo jėga, kuri gali žymiai pagerinti popieriaus stiprumą. Didelės konsistencijos aplinkoje pluošto pjovimas yra mažesnis, o energijos suvartojimas mažas. Tinka aukštos kokybės popieriaus rūšių (pvz., dengto popieriaus, specialaus popieriaus) smulkiam rafinavimui arba celiuliozės apdorojimui, kuriam reikalingas didelio stiprumo pluošto sukibimas.

III. Pagrindiniai rafinavimo įmonių techniniai parametrai ir atrankos principai

1. Pagrindiniai techniniai parametrai

• Tobulinant nuoseklumąSkirstoma į mažos konsistencijos (≤8 %), vidutinės konsistencijos (8–15 %) ir didelės konsistencijos (≥15 %). Konsistencija tiesiogiai veikia rafinavimo efektyvumą ir pluošto morfologiją, pavyzdžiui, didelės konsistencijos rafinavimas daugiausia dėmesio skiria virpėjimui, o mažos konsistencijos rafinavimas daugiausia dėmesio skiria pjovimui.
• Disko tarpasPagrindinis parametras, lemiantis rafinavimo intensyvumą. Kuo mažesnis tarpas, tuo didesnis rafinavimo intensyvumas. Jį reikia dinamiškai reguliuoti atsižvelgiant į popieriaus tipo reikalavimus ir celiuliozės savybes (paprastai kontroliuojamas 0,1–1,0 mm atstumu).
• Disko danties forma ir danties plotisDantų forma turi įtakos pluošto įtempimui (šlyties tipo dantų forma tinka pjovimui, minkymo tipo dantų forma – virpėjimui). Dantų plotis lemia malimo zonos sąlyčio plotą, kuris turi atitikti celiuliozės tipą ir smulkinimo tikslą.
• Variklio galia ir sukimosi greitisGalia lemia rafinavimo pajėgumą (paprastai 55–1000 kW), o sukimosi greitis turi įtakos disko linijiniam greičiui (paprastai 1500–3000 aps./min.). Didesnis linijinis greitis reiškia stipresnę šlyties jėgą, tinkančią didelio intensyvumo rafinavimo poreikiams.
• TalpaParenkama pagal gamybos linijos mastą. Vienos įrangos našumas paprastai yra 5–100 t/d, o didelio masto gamybos linijos gali būti daugiablokės nuoseklios arba lygiagrečios konfigūracijos.

2. Pagrindiniai atrankos principai

• Prisitaikykite prie popieriaus tipo reikalavimųDidelio stiprumo pakavimo popieriui pirmenybė teikiama didelio konsistencijos arba kūginiams rafinatoriams; smulkiam kultūriniam popieriui galima rinktis dviejų diskų arba trijų diskų rafinatorius; makulatūros celiuliozės perdirbimui pirmenybė teikiama cilindriniams arba priemaišoms atspariems diskiniams rafinatoriams.
• Atitikti celiuliozės charakteristikasMedienos celiuliozė turi ilgus pluoštus, todėl reikia sutelkti dėmesį į virpėjimą, o didelės konsistencijos arba kūginiai rafinatoriai yra neprivalomi; šiaudų celiuliozė turi trumpus pluoštus, todėl reikia kontroliuoti pjovimo laipsnį, o mažos konsistencijos diskiniai rafinatoriai yra neprivalomi; makulatūros celiuliozė turi daug priemaišų, todėl reikia pasirinkti įrangą, atsparią užsikimšimui.
• Efektyvumo ir energijos suvartojimo pusiausvyraKartu su gamybos linijos pajėgumų reikalavimais pasirinkite įrangą, kuri sunaudoja mažai energijos vienetui ir pasižymi dideliu rafinavimo efektyvumu. Pavyzdžiui, didelėse gamybos linijose galima naudoti trijų diskų rafinavimo įrenginius, o mažose ir vidutinėse gamybos linijose – vieno disko arba dviejų diskų rafinavimo įrenginius.
• Apsvarstykite intelektualų prisitaikymąŠiuolaikiniai rafinavimo įrenginiai dažniausiai aprūpinti PLC valdymo sistemomis, kurios gali realiuoju laiku stebėti rafinavimo procesą (pvz., pluošto ilgį, celiuliozės konsistenciją, diskų susidėvėjimo būseną) ir automatinį uždaros grandinės valdymą. Renkantis būtina derinti gamybos linijos intelekto lygį ir teikti pirmenybę įrangai, kurią galima prijungti prie tinklo ir kurią lengva prižiūrėti.

IV. Rafinavimo įmonių technologinės plėtros tendencijos

Popieriaus gamybos pramonei transformuojantis link „žaliosios, mažai anglies dioksido išskiriančios, didelio efektyvumo, išmaniosios ir aukštos kokybės“, rafinavimo technologijos turi tris pagrindines plėtros kryptis:

• Išmanus atnaujinimasIntegruoti jutiklius, daiktų internetą ir dirbtinio intelekto technologiją, siekiant realiuoju laiku stebėti rafinavimo procesą ir automatinį uždaros grandinės valdymą, taip pagerinant rafinavimo tikslumą ir stabilumą.
• Energijos taupymo gerinimasOptimizuotas disko struktūros dizainas (pvz., bioninė dantų forma), didelio efektyvumo varikliai ir dažnio konversijos greičio reguliavimo technologija, siekiant sumažinti rafinavimo įrenginio energijos suvartojimą. Kai kurie naujo tipo rafinavimo įrenginiai, palyginti su tradicine įranga, sumažina energijos suvartojimą 15–30 %.
• Daugiafunkcinė integracijaSukurti integruotą „rafinavimo – sijojimo – valymo“ įrangą, siekiant sumažinti gamybos procesus ir įrangos plotą; patenkinti specializuoto popieriaus poreikius, sukurti specialius rafinavimo įrenginius (pvz., itin smulkių pluoštų rafinavimo įrenginius, biomechaninės celiuliozės specialius rafinavimo įrenginius), siekiant išplėsti taikymo sritis.

Rafinavimo įrenginių, kaip popieriaus gamybos „pagrindinio formuotojo“, techninis lygis yra tiesiogiai susijęs su popieriaus kokybe, gamybos efektyvumu ir nauda aplinkai. Popieriaus gamybos pramonėje, siekiančioje aukštos kokybės plėtros, tinkamų rafinavimo įrenginių tipų parinkimas, pagrindinių techninių parametrų optimizavimas ir neatsilikimas nuo intelekto bei energijos taupymo plėtros tendencijų taps svarbia įmonių konkurencingumo didinimo garantija.