ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПЕРЕМЕННЫЕ ФАКТОРЫ ПРОЦЕССОВ
ФОРМОВАНИЯ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ БУМАЖНОГО ПОЛОТНА - ЧАСТЬ 1
Процесс формования и обезвоживания бумажного полотна на сеточном столе
бумагоделательной машины весьма сложен, что и является причиной
отсутствия до сих пор строгого математического описания этого процесса.
Сложность его обусловлена: 1) обилием оказывающих влияние на процесс
переменных факторов (концентрацией массы, хлопьеобразованием;
температурой и вязкостью среды, скоростью машины, величиной вакуума под
сеткой и пр.); 2) сложностью состава исходной бумажной массы,
представляющей собой полидисперсную систему, состоящую из жидкой фазы
(воды), твердой фазы (разнородных по размерам и свойствам волокон,
частиц наполнителей, проклеивающих и окрашивающих веществ) и в
значительно меньшей степени газообразной фазы (пузырьков воздуха); 3)
изменением состава бумажной массы из-за удаления вместе с водой мелких
волокон, а также частиц наполняющих, проклеивающих и окрашивающих
веществ; 4) существенным изменением свойств бумажной массы при ее
движении на сеточном столе (потери текучести перед поступлением на
отсасывающие ящики и структурирование с приобретением пластичности и
других характерных для структуры свойств); 5) изменением условий
фильтрации по длине сеточного стола из-за изменения толщины
образующегося на сетке фильтрующего осадка и изменения степени его
сжимаемости под влиянием вакуума, создаваемого под сеткой; 6)
специфическим действием элементов сеточного стола (регистровых валиков,
гидропланок, трясочного устройства, сетки, отсасывающих ящиков и
гауч-вала); 7) необходимостью учета сочетания рациональных условий
обезвоживания с одновременным достижением при этом нужных показателей
качества изготовляемой бумаги.
Указанные выше обстоятельства, свидетельствующие о
сложности процесса отлива бумаги на сеточном столе бумагоделательной
машины, не позволили создать всеобъемлющую теорию формования и
обезвоживания бумаги, хотя попытки создания такой теории неоднократно
предпринимались с привлечением известных уравнений для скорости
фильтрации, а также ряда эмпирических коэффициентов и допущений.
Современная теория отлива бумаги на сеточном столе бумагоделательной
машины является совокупностью ниже описанных и установленных к
настоящему времени закономерностей.
Формование полотна бумаги на сеточном столе бумагоделательной машины
осуществляется одновременно с процессом обезвоживания бумажной массы,
происходящим в результате фильтрации через слой волокон и сетку. В
начале сеточного стола происходит формование тонкого слоя волокон,
который постепенно увеличивается, повышая при этом сопротивление
фильтрации.
Разные авторы по-разному оценивают зависимость от гидростатического
напора Н скорости v протекания воды через осевшие слои бумажной массы.
Однако практические данные для случаев, когда напор массы постепенно
снижается, лучше всего согласуются с известным законом фильтрации Дарси
или различными его модификациями (формулы Льюиса, Козени). В самом общем
виде при некоторых допущениях эта зависимость может быть представлена
формулой
v = KH/l, (22)
где К—коэффициент фильтрации; I — толщина фильтруемого слоя.
С учетом вязкости м фильтруемой воды формулу зависимости скорости
фильтрации от гидростатического напора представляют следующим образом:
v = HIRT м, (23)
где R — удельное сопротивление единицы массы фильтрующемуся потоку воды;
Т — сухая масса на единицу площади слоя листа [5, с. 389—390].
Из формулы (23) видно, что скорость фильтрации обратно пропорциональна
удельному сопротивлению единицы массы фильтрующему потоку и величине
сухой массы на единице площади слоя массы, т. е. будет замедляться с
увеличением
толщины осадка на сетке и с увеличением степени помола используемой
массы. Существенно влияет на сопротивление фильтрации также степень
сжимаемости массы в процессе отлива бумажного полотна. Наименьшую
степень сжимаемости обнаруживает древесная масса (0,46), сульфатная
целлюлоза обладает наиболее высокой сжимаемостью (0,71), а сульфитная
целлюлоза занимает промежуточное положение (0,62). Снижение вязкости
воды подогревом бумажной массы способствует ускорению процесса
обезвоживания бумажной массы на сеточном столе бумагоделательной машины.
Ввиду указанной выше сложности рассмотрения процесса обезвоживания
расчет обезвоживающих элементов сеточного стола осуществляют в настоящее
время обычно по практически наблюдаемым величинам.