НовостиСтатьиО компанииКонтакты
TMI
TMI
Testometric
Testometric
IGT
IGT
Konica Minolta
Konica Minolta
MOCON
MOCON
EMTEC
EMTEC
AFG
AFG

Отрасли

Поиск оборудования

Бумага, картон, целлюлоза
Готовая упаковка
Гофрированный картон
Комбинированные материалы
Пластики, полимерные пленки
Полиграфия
Прочие


Контакты











Приборы для контроля влияния химикатов на электрокинетический потенциал бумажной массы (доклад на научно-практической конференции в "Кроне" от 26/02/2008).

 

Смолин А.С., Марончук Е.Ю., Шабиев Р.О.

 ООО «Сигма Микрон», СПбГТУРП  

Современные приборы для контроля влияния химикатов на электрокинетический потенциал бумажной массы 

Общеизвестно, что использование химических вспомогательных веществ (ХВВ) - это наиболее быстрый и менее затратный способ заметно улучшить качество бумажно-картонной продукции. Из всей линейки ХВВ наибольшим спросом пользуются природные, синтетические и искусственные полиэлектролиты с разными степенями замещения, надмолекулярной структурой, плотностью заряда и средними молекулярными массами. Эти вещества вступают во взаимодействие с компонентами бумажной массы, и, образуя с ними полиэлектролитные комплексы, изменяют распределение поверхностных зарядов, а, следовательно, и флокулирующую способность системы. Посредством же образования мостичковых связей и сродства к целлюлозе, их введение заметно улучшает физико-механические характеристики готовой продукции. Добавляемые катионные вспомогательные полиэлектролиты (например, катионные производные крахмала) расходуются на нейтрализацию анионных загрязнений (интерферирующих веществ[1]), а также на нейтрализацию поверхностного заряда растительных волокон.  Избавляться от нежелательного «мусора» можно посредством дозирования фиксаторов, которые обладают высоким поверхностным зарядом  и относительно невысокой молекулярной массой. Примерами может послужить полиоксихлорид алюминия и прочие минеральные соли металлов с  переменной валентностью (существуют и некоторые синтетические соединения). Но как определить точный расход этих веществ? Ответ на этот вопрос лежит в необходимости отслеживать изменения некоторых дополнительные физико-химических параметров, таких как электрокинетический потенциал и содержание интерферирующих веществ (в контексте всех взвешенных веществ), наравне с концентрацией, степенью помола, температурой, рН, удельной проводимостью и т.д.

Бумажная масса, а именно волокнистая гидросуспензия, представляет собой грубую гетерогенную систему растворенных, коллоидных и взвешенных веществ. Эта система обладает большой удельной поверхностью и электрокинетическим зарядом, из этого следует, что роль электро-поверхностных явлений в характеристике всей системы весьма значительна.

Электрокинетические явления связаны, прежде всего, с наличием межфазной поверхности, а возникновение этих явлений сочетается с особенностями пространственного разделения зарядов вблизи поверхности раздела фаз, например при адсорбции электролитов. Как правило, введение электролитов вызывает уменьшение интенсивности проявления этих эффектов. Иногда введение электролитов (в т.ч. полиэлектролитов) приводит к изменению направления движения фаз и знака возникающих потенциалов. Это явление связано с "перезарядкой" поверхности.

Контроль этих явлений осуществляют следующим образом: дисперсную фазу разделяют на собственно сами растительные волокна, для которых определяют электрокинетический потенциал методом потенциала протекания (в большинстве случаев он отрицательный), и на фильтрат с размерами частиц < 100 нм, для которого определяют потенциалометрическим титрованием концентрацию интерферирующих веществ.

Вычисление дзета-потенциала проиcходит автоматически по преобразованной формуле Гельмгольца - Смолуховского [5]:

ζ= (4πηχ/εPE                                                                                   (3) 

где     π – 3.1416;

  η – коэффициент вязкости

  χ – удельная электропроводимость диафрагмы

  ε – диэлектрическая постоянная среды

  Р – давление, под которым продавливается жидкость

  Е – потенциал протекания

Наблюдаемый дзета-потенциал характеризует сложный комплекс величин, включающий наряду с перепадом потенциала, аномальную вязкость и диэлектрическую постоянную ДЭС.

Понятие катионной потребности или расхода катионного полиэлектролита при титровании отфильтрованной дисперсионной среды, появилось в связи с переводом производства бумаги из кислого в нейтральную или слабощелочную среду. До этого для нейтрализации отрицательного заряда целлюлозных волокон использовался сульфат алюминия, который заодно нейтрализовывал и заряд всех взвешенных веществ, его добавка в бумажную массу даже создавала избыточную анионную потребность в потоке. С началом 90-ых годов пришедшие изменения в технологию бумаги, рассмотренные выше, привели к накапливанию интерферирующих веществ  в коротком водообороте на БКДМ и во всей системе бумажной фабрики.  Появилась проблема интерферирующих веществ с анионным зарядом на потоке бумажной массы, эти вещества откладываются на одежде машины и снижают эффективность добавленных химикатов, в первую очередь катионных. Они могут также являться причиной дефектов бумажного листа и уменьшать прочность бумаги. Количество интерферирующих веществ особенно много в водной среде, при производстве газетной бумаги, картона для плоских слоёв гофрированного картона, бумаги для гофрирования, туалетной бумаги, где используются полуфабрикаты высокого выхода и макулатура, и, следовательно, много растворенного лигнина, полисахаридов, анионных полиэлектролитов и прочих загрязнений [1]. Из этого можно заключить, что появилась необходимость контролирования содержания интерферирующих веществ на потоке бумажной массы.

Как отмечают большинство зарубежных авторов [1,2,3], контроль дзета-потенциала и содержания интерферирующих веществ в точке наибольшего разбавления на БКДМ, т.е. в напорном ящике гидравлического типа, приводит как к заметному улучшению качества продукции, экономии ХВВ и снижению содержания взвешенных веществ в регистровой воде, так и к увеличению общей производительности машины.

Приборы компании AFG Analytic, на основании технологий современного уровня позволяют решить эти задачи, а именно оптимальный расход ХВВ (в большинстве случаев полиэлектролита), и таким образом сэкономить на химикатах с сохранением физико-механических свойств продукции, повысить удержание и обезвоживание, уменьшить вакуум в отсасывающих ящиках, получить более высокую и однородную степень проклейки продукции, повысить однородность макроструктуры бумажного полотна, уменьшить нагрузку на очистительное оборудование, отслеживать состояние промышленных стоков. Невозможно повлиять на макроструктуру бумаги после её формирования на сетке БКДМ, никакими внешними механическими способами и средствами. Таким образом, путь к улучшению качества продукции лежит через понимание процессов протекающих в мокрой части, т.е. взаимодействия компонентов бумажной в композиции, факторов влияющих на это и возможности контролирования этих процессов. Однородность макроструктуры отвечает за все свойства бумаги, т.е. поверхностные, оптические и механические свойства [4].

Линейка приборов AFG Analytic для контроля влияния химикатов на электрокинетический потенциал и фильтрующей способности бумажной массы:

Анализатор содержания интерферирующих веществ CAS.

Прибор для определения дзета-потенциала волокон FPA.

Динамическая система обезвоживания DFS.

Анализаторы CAS и FPA отражают современную тенденцию измерений влияния химикатов на состояние мокрой части БДМ. Принципы измерения, используемые в этих приборах, известен на протяжении многих лет и принят за основу в ЦБП. Результаты измерений, полученных на этих приборах, сопоставимы с результатами, полученными на устройствах того же класса, однако сами устройства обладают большими преимуществами.

Компания AFG Analytic сотрудничает с Санкт-Петербургским государственным технологическим университетом растительных полимеров, где на кафедре технологии бумаги и картона приборы этого ряда успешно применяются в фундаментальных и прикладных научных исследованиях.  

Анализатор содержания интерферирующих веществ CAS

 


Электроповерхностный потенциал - это один из ключевых факторов при оценке коллоидных систем. Силы отталкивания между частицами с одноименным зарядом стабилизируют суспензию или золь. Информация о зарядах и концентрации интерферирующих веществ, несущих заряд, во многих случаях позволяет повысить эффективность таких добавок, путем определения их точной дозировки. Однако, из-за влияния многих параметров на величину потенциала протекания, полную информацию о величине заряда частиц в образце можно получить только при помощи титрования полиэлектролита.                                                                    
 Преимущества системы: 

·      Встроенная дозирующая система (1 или 2 титратора)

·        Простое меню управления прибором (при использовании без ПК)

·       Эффективное, удобное программное обеспечение для оценки, обработки и хранения результатов измерений

·        Экспорт данных с результатами в формат Excel

·       Возможность измерения образцов с высокой проводимостью (до 15 мСм/см)   

 

Прибор для определения дзета-потенциала волокон FPA

 
        Преимущества системы: 

  •   Все компоненты прибора соответствуют последним технологическим стандартам
  • Прибор удобен в эксплуатации, имеет надежную конструкцию, обеспечивает высокую точность и воспроизводимость результатов измерения 
  • Портативный, все элементы находятся в одном корпусе 
  • Автоматическое удаление волокнистой пробки по окончании измерения 
  • Отсутствие большого и шумного внешнего вакуумного насоса
  • Вакуумный насос с защитой: не может быть выведен из строя переливом фильтрата 
  • Отсутствие ручного управления давлением: давление регулируется компьютером автоматически
  • Интегрированная система измерения pH 
  • Простое получение фильтрата для измерения заряда/титрования
  • Автоматическая очистка системы, задаваемая при помощи меню 
  • Отсутствие внешнего соединительного кабеля для электродов предотвращает дополнительные ошибки измерения
  • Сохранение результатов на внешней карте памяти для передачи и обработки на ПК 
  • Высокопроизводительное программное обеспечение обеспечивает сбор, отображение, обработку и хранение данных. 

Динамическая система обезвоживания DFS 

Контроль на этом аппарате позволяет:           

 ·        Повысить производительность и скорость БКДМ

·        Снизить расход ХВВ и особенно крахмала

·       Регулирование вакуума на отсасывающих ящиках и концентрации в напорном ящике

·       Увеличение прочность влажного полотна при передачи его в прессовую часть

·       Уменьшение износа одежды БКДМ

·       Снижение содержания взвешенных веществ в оборотной воде

     

Литература:  

1.     Scott, W. E., Principles of Wet End Chemistry, TAPPI Press, Atlanta , 1996.

2.     Neimo L., Paper technology and science, volume 8 Papermaking chemistry, Finish Paper Engineers Association and TAPPI, 1999.

3.     Brouwer, P.H., Tappi Journal Vol. 74 №. 1, January, 1991 

4.     Аксельрод Г.З., Смолин А.С. Технология формования бумаги и картона, изд. Лесная промышленность, М., 1984, 121 с.

5.     Никитин Н.И. Химия древесины и целлюлозы, М.-Л., Изд-во АН СССР, 1962, 708 с.


[1] Интерферирующими веществами называют вещества, которые нивелируют положительное действие веществ, добавленных в систему. В случае с бумажной массой, такими веществами будут растворенные полиэлектролиты и гидрофобные апродуктивные вещества коллоидного характера, а также волокнистая мелочь. Они взаимодействуют с добавленными ХВВ и нивелируют их полезное действие.



Новости | Статьи| О компании | Контакты

Санкт-Петербург, ул. Седова, д. 11, оф. 607

e-mail: mail@sigma-micron.ru

Создание сайта –
Extreme Design Group