Облагораживание макулатуры в производстве бумаги

Гидродинамика процесса флотации. Одной из важнейших задач флотационного облагораживания макулатуры является обеспечение оптимального как с точки зрения производительности, так и качества очистки макулатурной массы от типографской краски, гидродинамического режима в ячейке флотатора. Процесс флотационного облагораживания суспензии макулатурной массы проводят при концентрации 0,8-1,5 %. При такой концентрации макулатурная масса представляет из себя структурированную систему, через которую движение пузырька воздуха ограничено, а при размерах пузырьков меньше 1мм представляет непреодолимую преграду. Таким образом, реологические характеристики волокнистой суспензии являются одним из главных факторов, влияющих на процесс флотации частиц типографской краски. В научной литературе таких данных нет. Традиционное рассмотрение процесса флотации, в котором основное внимание уделяется физико-химическим основам формирования агрегата пузырек-частица, совершенно недостаточно для решения проблемы флотации типографской краски. Флотационная система волокно–частица краски–пузырек характеризуется довольно сложной гидродинамикой, которая совершенно не разработана. Все найденные нами работы рассматривают движение газового пузырька в дисперсной среде, подчиняющейся ньютоновскому реологическому закону, в то время как волокнистая суспензия представляет из себя неньютоновскую жидкость. Ее реологические характеристики зависят от композиционного состава, степени помола, концентрации и многих других факторов. Для того, чтобы обеспечить быстрое всплывание пузырька воздуха и эффективное взаимодействие его с частицей краски, необходимо волокнистую суспензию перевести из структурированного в диспергированное состояние. Разрушение структуры сети волокон происходит при определенных градиентах сдвига, определяемых с помощью реологической характеристики макулатурной суспензии. После разрушения структуры волокнистая суспензия ведет себя как ньютоновская жидкость, с той лишь разницей, что вязкость у нее значительно выше, чем у воды. Подобные реологические свойства среды существенно влияют на движение пузырька и в научной литературе не рассмотрены, поэтому представляют большой научный и практический интерес. При рассмотрении особенностей движения воздушного пузырька в волокнистой суспензии в работе использована сферическая система координат (рисунок 10). Она удобна тем, что для получения реологических соотношений между параметрами можно воспользоваться методом единичной ячейки, применяющейся в теории дисперсных систем. В результате получены решения распределения скоростей и давлений при движении пузырьков воздуха в диспергированном потоке волокнистой суспензии в любой плоскости сферической системы координат , , , В работе нами получена общая модель флотации при облагораживании макулатуры, состоящая из набора дифференциальных уравнений в частных производных типа (9)-(11) с соответствующими начальными и граничными условиями, подтвержденная экспериментальными исследованиями, (рисунки 11 и 12). Рисунок 10 – Сфера с центром в начале системы координат , , (9) , , , (10) , (11) ,,, где -концентрации свободных пузырьков в слое; - концентрации частиц в слое; -кинетический коэффициент играет роль константы, характеризующей интенсивность извлечения частиц; - скорость всплывания пузырьков с одной частицей. Общая масса удаленных частиц определяется значениями концентраций пузырьков с частицами массой на поверхности флотационной камеры , а количество частиц в любом сечении флотационной камеры есть сумма незахваченных частиц и частиц, которые содержатся во всех пузырьках . Рисунок 11 – Изменение количества частиц по высоте камеры Рисунок12 – Изменение количества частиц во времени Используя достижения отечественных школ по реологии волокнистых суспензий О.А. Терентьева и И.Д. Кугушева, нами разработан теоретически и подтвержден экспериментально гидродинамический режим в ячейке флотатора, (рисунок 19). Для правильной оценки работы аппаратов для облагораживания макулатуры очень важно знать гидродинамические параметры флотатора, такие как распределение скоростей потоков бумажной массы по объему аппарата. Поле скоростей определяет не только число столкновений пузырек-частичка типографской краски , но и возможности адгезии (прилипания) частичек к пузырьку , а также возможности выноса агрегата пузырек-частица на поверхность . Не каждая частица, находящаяся в суспензии, столкнется с проходящим через суспензию пузырьком. При заданном размере пузырьков вероятность столкновения зависит от крупности частиц, количества пузырьков, способа перемешивания. Обозначим вероятность столкновения через , тогда , (12) где - число частиц, столкнувшихся с пузырьками за время ; - общее число частиц. Число столкновений пузырек-частица, здесь и - диаметры пузырька и частицы; и - число пузырьков и частичек, определяется характером турбулентных потоков, образуемых в результате разрушения структуры волокнистой суспензии при перемешивании ее с помощью мешального устройства, и зависит от относительной скорости между пузырьком и частицей, которая определяется по формуле , (13) где - кинематическая вязкость; - плотность суспензии; - разность плотностей частиц и суспензии; - диаметр агрегата Ч/П; - диссипация энергии , где - мощность мешального устройства. Типичные значения диссипации энергии при перемешивании в мешальных аппаратах находятся в пределах от 1 до 100 Вт/кг. На рисунке 13 показаны результаты расчета по формуле (13) относительной скорости движения пузырек-частица при различных размерах агрегата при вязкости суспензии = 0,05 При использованных в эксперименте размерах флотатора и мешального устройства диссипация энергии составила 60 Вт/кг, что не противоречит литературным данным. Из рисунка 14 видно, что в гидродинамическом поле пузырька не все частицы могут столкнуться с пузырьком, а только те, которые содержатся в трубке тока с радиусом . Рисунок 13 – Зависимость относительной турбулентной скорости от энергии диссипации Численными методами нами получена формула , (14) где и - радиусы частицы и пузырька соответственно. По формуле (14) для экспериментально полученных в работе размеров частиц и пузырьков рассчитали вероятность встречи пузырек-частица. Результаты представлены на рисунке 15. Величина Рейнольдса в уравнении (14) принимается, исходя из условий разрушения структуры волокнистой суспензии. Критическая величина , при которой происходит разрушение структуры для макулатурной массы со степенью помола 20 0ШР составляет , где -коэффициент гидравлического сопротивления, определяется экспериментально, - коэффициент динамической вязкости, принимаем из реологической кривой макулатурной массы концентрацией 1,0 % со степенью помола 20 0ШР. 1 - предельная траектория 2 - при , 3 - при Рисунок 14 – Движение частицы Рисунок 15 – Зависимость вероятности столкновения (встречи) пузырек – частица от размеров частиц и пузырьков На рисунке 16 представлены результаты экспериментальных исследований влияния объемной доли воздуха и концентрации макулатурной суспензии на изменение белизны макулатуры, являющейся косвенным показателем эффективности флотации при различных размерах воздушных пузырьков. Вероятность закрепления частиц, столкнувшихся с пузырьком, определяется временем утоньшения водной прослойки между частицей и пузырьком до ее разрушения и временем скольжения частицы по поверхности пузырька. Все частицы, время скольжения которых больше времени утоньшения жидкостной пленки, закрепляются на пузырьке. Используя численные методы с учетом экспериментальных данных по размерам частиц, пузырьков, поверхностного натяжения, краевых углов смачивания, относительной скорости пузырек-частица, на рисунке 17, представлены результаты расчетов вероятностей адгезии. На рисунке 18 представлены результаты расчета вероятности выноса закрепившихся на пузырьке частичек краски как функции размера частиц, гидрофобности частиц, выраженной через краевой угол смачивания при диссипации энергии 60 Вт/кг. А Б Рисунок 16 – Зависимость повышения белизны отливки от количества и размеров пузырьков воздуха (А), зависимость эффективности флотации от концентрации суспензии (Б) Рисунок 17 – Вероятность адгезии в зависимости от размеров частиц и пузырьков Рисунок 18 – Зависимость вероятности стабилизации от размера частиц при заданном размере пузырька 200 мкм, диссипации энергии и угла Таким образом, удельная скорость флотации (эффективность флотации) есть произведение всех трех вероятностей и определяется по формуле , или , (15) где - количество частиц, сфлотированных в промежуток времени от до , - число частиц в суспензии в момент времени ; - количество частиц закрепившихся на пузырьке; - количество частиц столкнувшихся с пузырьком. Поскольку макулатурная масса используемых при флотации концентраций 1,0-1,5 % представляет из себя структурированную систему, представляющую для пузырька воздуха непреодолимую преграду, необходимо создать такие скорости потоков, при которых структурированное движение переходит в диспергированный поток. В аппаратах колонного типа это достигается установкой на дне аппарата мешальных устройств. Исследованию распределения скорости жидкости в аппаратах с мешалками посвящено много теоретических и экспериментальных работ. Однако ввиду сложного характера течения жидкости в таких аппаратах, математическое описание распределения скоростей удалось получить только для некоторых простых случаев. Исследований работы мешальных устройств при облагораживании макулатурной массы во флотаторах обнаружить не удалось. Величина насосного эффекта дает нам возможность организовать движение волокнистой суспензии по сечению флотатора таким образом, чтобы обеспечить движение ее в диспергированном режиме. Имеющиеся в литературе рекомендации по определению мощности, потребляемой импеллерами флотаторов, сводятся к единственной формуле , (16) где – мощность на валу импеллера, Вт; – опытный коэффициент; – плотность массы, кг/м3; – частота вращения импеллера, с-1; – диаметр лопаток импеллера, м. Ячейка флотатора рассматривается как гидравлическая машина, обеспечивающая замкнутую циркуляцию волокнистой суспензии по мериди-ональной циркуляционной петле. На рисунке 19 представ-лена принципиальная схема конструкции и кинематики движения потока в ячейке флотатора в меридиональной плоскости. При работе флотатора импеллер можно уподобить центробежному насосу, со-общающему макулатурной массе энергию, которая заставляет ее двигаться по циркуляционной петле в условиях диспергирования волокон. Рисунок – 19 Ячейка флотатора Экспериментальное зондирование потока в ячейке флотатора позволило получить структуру скоростей в меридиональной плоскости флотатора. В сечениях , и представлены эпюры скоростей, характеризующие распределение потоков в экспериментальном флотаторе, а также его размеры.

Похожие:

	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Задача Один лист цветной бумаги стоит 2,37р, а другой 1,26р. Сколько стоят два листа бумаги? На сколько первый лист бумаги дороже...		Учебное пособие для студентов среднего профессионального образования Пластмассы находят применение не только в производстве товаров хозяйственного и культурно-бытового назначения, но широко используются...
	Рабочая учебная программа дисциплины Предметом изучения являются современные интенсивные плазмохимические технологии, применяемые в производстве или имеющие перспективы...		Рабочая учебная программа дисциплины Предметом изучения являются современные интенсивные плазмохимические технологии, применяемые в производстве или имеющие перспективы...
	Коммерческое предложение на мини–заводы (паровые) по переработке макулатуры в туалетную бумагу Ооо «Омский Бумажный Завод» отечественный производитель бумагоделательного оборудования		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Бумага. Свойства бумаги. Сгибание бумаги. Изготовление поделки «Бабушкин сундучок»
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тема: Изготовление изделий из бумаги и картона. Моделирование из полосок бумаги. Аппликация «Подсолнухи»		«О состоянии конкуренции на рынке газетной бумаги» Министерства, а именно: Прикамским, Карельским, Коми, Южно-Сибирским и Нижегородским, провело исследование товарного рынка газетной...
	Урок-соревнование Тема: Закрепление знания о компонентах и результате действия сложения Оборудование: Эмблемы «Пифагорики» и «Архимедики», цветные геометрические фигуры из бумаги, 2 плаката с числами, 4 полоски бумаги...		Программа учебной дисциплины «Компьютерные технологии в науке и производстве приборов» «Компьютерные технологии в науке и производстве приборов» является частью профессионального цикла дисциплин подготовки студентов...
	«Свойства, характеристика и область применения электроизоляционной бумаги» Целью данной работы является исследование свойств, характеристик и области применения электроизоляционной бумаги		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Материал: изображение Государственного флага России; флажок; образцы-флажки нашей страны, выполненные из бумаги; большой лист бумаги...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Материалы и оборудование: компьютер, тетрадь, учебник, карандаши, листки бумаги для изготовления оригами, полоски цветной бумаги,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Оборудование: проектор, экран, компьютер, учебник М. Т. Студеникина «Основы светской этики» для 4 и 5 классов, большое сердце и маленькие...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цели урока: Обучать приёмам складывания бумаги на основе иллюстраций и описания каждого промежуточного этапа изготовления изделия;...