В целия процес на производство на хартия „пулпиране – производство на хартия – довършителни работи“, рафинерът е ключово оборудване, което определя производителността на влакната и качеството на хартията. Чрез физични, химични или комбинирани механични и химични действия, той реже, фибрилира, 帚化 (фибрилация) и рафинира влакната на пулпата, което позволява на първоначално хлабавите влакна да образуват по-силна свързваща сила и в крайна сметка придава на хартията основни характеристики като здравина, еднородност и абсорбция на мастило. От традиционните каменни мелници до модерното интелигентно оборудване, технологичната итерация на рафинерите винаги е била съсредоточена върху трите основни принципа „висока ефективност, прецизност и енергоспестяване“, превръщайки се във важна подкрепа за модернизирането на хартиената индустрия.

I. Основни функции и принцип на работа на рафинериите

Основната мисия на рафинера е да „оптимизира морфологията на влакната“, а принципът му на работа може да се обобщи като „модификация на влакната под механично въздействие“:

• Основен принципКогато пулпата преминава между дисковете (или ролките) на рафинера, тя е подложена на комбинирани механични сили, като срязване, екструдиране и месене. Клетъчните стени на влакната се разкъсват, за да образуват микрофибрили, а повърхността генерира плътна фибрилирана структура. В същото време прекомерно дългите влакна се нарязват по подходящ начин, което прави разпределението на дължината на влакната по-съобразно с изискванията за производство на хартия.
• Основни функцииПърво, подобряване на силата на свързване на влакната, за да се осигури достатъчна якост на опън, якост на разкъсване и якост на спукване на хартията; второ, подобряване на равномерността на преплитането на влакната, за да се осигури равномерност и плоскост на хартията; трето, адаптиране към нуждите на различни видове хартия, като например културна хартия, изискваща фини влакна за подобряване на печатаемостта, и опаковъчна хартия, изискваща дебели и дълги влакна за повишаване на твърдостта.

II. Основни видове и технически характеристики на рафинериите

Според структурния дизайн, метода на работа и сценариите на приложение, често срещаните рафинерии в хартиената промишленост се разделят основно на следните четири категории, всяка със собствен технически фокус и обхват на приложение:

1. Дисков рафинер

• Структурни характеристикиСъстои се от неподвижен диск (стационарен диск) и въртящ се диск (въртящ се диск). Повърхността на диска е разпределена със зони за шлифоване с различни форми на зъбите (като назъбени, трапецовидни, спирални), а интензитетът на рафиниране се контролира чрез регулиране на междината на диска.
• Технически предимстваВисока ефективност на рафиниране, равномерна модификация на влакната. Може да се адаптира към различни видове пулп (дървесен пулп, сламен пулп, пулп от отпадъчна хартия), като замества формата на дисковите зъби, което го прави най-широко използваното рафиниращо оборудване, обхващащо културна хартия, опаковъчна хартия, тоалетна хартия и други видове хартия.
• ПодтиповеЕднодисков рафинер (действащ от едната страна на диска), двудисков рафинер (действащ едновременно от двете страни на диска), тридисков рафинер (среден неподвижен диск + два странични въртящи се диска, по-висока ефективност).

2. Коничен рафинерен агрегат

• Структурни характеристикиИзползва комбинация от коничен статор и ротор. Пулпата се придвижва спираловидно по коничната междина, подложена на непрекъснато срязване и екструдиране. Интензивността на рафиниране може да се контролира прецизно чрез регулиране на коничната междина.
• Технически предимстваПо-малко рязане на влакната, добър фибрилационен ефект, подходящ за видове хартия, изискващи високо задържане на дължината на влакната (като крафт хартия, картон). Също така има силна оперативна стабилност и ниска консумация на енергия, често се използва за вторично рафиниране на отпадъчна хартиена пулпа или фина обработка на висококачествена пулпа.

3. Цилиндричен рафинерен инсталатор

• Структурни характеристикиСъстои се от цилиндричен шлифовъчен вал и дъгообразна шлифовъчна плоча. Повърхността на шлифовъчния вал е снабдена с напречни или спирални шлифовъчни зъби. Въртенето на шлифовъчния вал задвижва потока на пулпата и завършва процеса на рафиниране.
• Технически предимстваВисока толерантност към примеси (като песъчинки, пластмасови фрагменти) в пулпата, не се запушва лесно. Подходящ за грубо смилане на отпадъчна хартиена пулпа или предварителна обработка на груби влакнести суровини, като например сламена пулпа, често използван в процеса на рафиниране в началото на производствените линии за пулпиране.

4. Рафинерия с висока консистенция

• Структурни характеристикиПодходящ за среди с висока консистенция на пулпа (15%-40%). Използва специално устройство за подаване (като например шнеков захранващ механизъм), за да осигури равномерно навлизане на пулпата в зоната на смилане. Формата на зъбите на диска е предимно с широки зъби и голямо разстояние между тях, за да се подобри ефектът на месене на влакната.
• Технически предимстваВисока степен на фибрилация на влакната, силна сила на свързване, което може значително да подобри здравината на хартията. В среда с висока консистенция, рязането на влакната е по-малко и консумацията на енергия е ниска. Подходящ е за фино рафиниране на висококачествени видове хартия (като хартия с покритие, специална хартия) или за обработка на целулоза, изискваща високоякостно свързване на влакната.

III. Ключови технически параметри и принципи за избор на рафинерии

1. Основни технически параметри

• Рафиниране на консистенциятаРазделя се на ниска консистенция (≤8%), средна консистенция (8%-15%) и висока консистенция (≥15%). Консистенцията влияе пряко върху ефективността на рафиниране и морфологията на влакната, като например рафиниране с висока консистенция, фокусирано върху фибрилация, и рафиниране с ниска консистенция, фокусирано върху рязане.
• Дискова празнинаКлючов параметър, определящ интензивността на рафиниране. Колкото по-малка е разликата, толкова по-висока е интензивността на рафиниране. Тя трябва да се регулира динамично според изискванията за вида хартия и характеристиките на пулпата (обикновено се контролира на 0,1-1,0 мм).
• Форма на зъба на диска и ширина на зъбаФормата на зъба влияе върху начина, по който влакната са натоварени (формата на зъба за срязване е подходяща за рязане, формата на зъба за месене е подходяща за фибрилация). Ширината на зъба определя контактната площ на зоната на смилане, която трябва да съответства на вида пулп и целта на рафиниране.
• Мощност на двигателя и скорост на въртенеМощността определя капацитета на рафиниране (обикновено 55-1000 kW), а скоростта на въртене влияе върху линейната скорост на диска (обикновено 1500-3000 об/мин). По-високата линейна скорост означава по-силна сила на срязване, подходяща за нуждите на рафиниране с висока интензивност.
• КапацитетИзбира се според мащаба на производствената линия. Капацитетът на едно оборудване обикновено е 5-100 т/ден, а големите производствени линии могат да приемат конфигурация с множество модули, последователна или паралелна.

2. Принципи за избор на основни материали

• Адаптиране към изискванията за тип хартияЗа опаковъчна хартия с висока якост се дава приоритет на рафинери с висока консистенция или конични рафинери; за фина културна хартия могат да се изберат двудискови или тридискови рафинери; за преработка на отпадъчна хартиена пулпа се предпочитат цилиндрични рафинери или дискови рафинери, устойчиви на примеси.
• Характеристики на съвпадението на пулпатаДървесната пулпа има дълги влакна, така че се фокусирайте върху фибрилацията, а рафинериите с висока консистенция или конусните рафинерии са по избор; сламената пулпа има къси влакна, така че степента на рязане трябва да се контролира, а дисковите рафинерии с ниска консистенция са по избор; хартиената пулпа съдържа много примеси, така че трябва да се избере оборудване, устойчиво на запушване.
• Баланс на ефективността и потреблението на енергияВ комбинация с изискванията за капацитет на производствената линия, изберете оборудване с ниска консумация на енергия и висока ефективност на рафиниране. Например, големите производствени линии могат да използват рафинерии с три диска, а малките и средни производствени линии могат да използват рафинерии с един или два диска.
• Помислете за интелигентна адаптивностСъвременните рафинерии са оборудвани предимно с PLC системи за управление, които могат да осъществяват наблюдение в реално време на процеса на рафиниране (като дължина на влакната, консистенция на пулпата, състояние на износване на дисковете) и автоматично управление в затворен контур. При избора е необходимо да се комбинира нивото на интелигентност на производствената линия и да се даде приоритет на оборудване, което може да бъде свързано в мрежа и е лесно за поддръжка.

IV. Тенденции в технологичното развитие на рафинериите

С трансформацията на хартиената индустрия към „зелена, нисковъглеродна, високоефективна интелигентност и високо качество“, технологията на рафинерите представя три основни насоки за развитие:

• Интелигентно надгражданеИнтегрирайте сензори, интернет на нещата и технология с изкуствен интелект, за да реализирате наблюдение в реално време на процеса на рафиниране и автоматичен контрол в затворен контур, подобрявайки прецизността и стабилността на рафинирането.
• Подобрения в енергоспестяванетоОптимизиране на дизайна на дисковата структура (като например бионична форма на зъба), използване на високоефективни двигатели и технология за регулиране на скоростта чрез честотно преобразуване, за да се намали консумацията на енергия при рафиниране. Някои рафинерии от нов тип намаляват консумацията на енергия с 15%-30% в сравнение с традиционното оборудване.
• Многофункционална интеграцияРазработване на интегрирано оборудване за „рафиниране – пресяване – пречистване“ за намаляване на производствените процеси и заеманата площ; фокусиране върху нуждите от специализирана хартия, разработване на специални рафинерии (като рафинерии за ултрафини влакна, специални рафинерии за биомеханична пулпа) за разширяване на сценариите на приложение.

Като „основен фактор“ в производството на хартия, техническото ниво на рафинериите е пряко свързано с качеството на хартията, ефективността на производството и ползите за околната среда. В контекста на хартиената индустрия, стремяща се към висококачествено развитие, изборът на подходящи видове рафинерии, оптимизирането на ключови технически параметри и следенето на тенденциите за развитие на интелигентността и енергоспестяването ще се превърнат във важна гаранция за предприятията да подобрят основната си конкурентоспособност.