Кіріспе

Қағаз машинасы (немесе қағаз жасау машинасы) – целлюлоза-қағаз өнеркәсібінде үлкен көлемде және жоғары жылдамдықпен қағаз өндіруге арналған өнеркәсіптік машина. Қазіргі заманғы қағаз жасау машиналары Fourdrinier машинасының принциптеріне негізделген, ол жылжымалы тоқылған торды қолданады. Бұл, қағаз массасындағы талшықтарды сүзіп, үздісіз қағаз желісін жасап, машинада кептіріледі, нәтижесінде берік қағаз туындысы пайда болады. Негізгі процесс – қолмен қағаз жасаудың тарихи процесінің индустриялық нұсқасы, ол дамып келе жатқан қазіргі қоғамның баспа және жазу үшін қағазға деген үлкен қажеттілігін қанағаттандыра алмады. Алғашқы заманауи қағаз машинасы 1799 жылы Францияда Луи Николас Роберт тарапынан ойлап табылды, ал 1806 жылы Генри мен Сили Фурдринер оны Ұлыбританияда патенттеді. Осы процесс картон жасау машинасы арқылы картон өндіру үшін де қолданылады.

Тарих

Үздіксіз қағаз жасау ойлап табылғанға дейін, қағаз жеке-жеке парақтар түрінде жасалатын. Целлюлоза қоспасын арастырып, одан кейін оны "табақ қалып" деп аталатын мата торға құятын немесе табақ қалыпты ыдыстан суға батырып, көтеріп шығаратын. Ылғал қағаз табақ қалыптағы матада тұрғанда, артық суын шығару үшін престелді. Кейін парақ матадан ажыратылып, арқанға немесе ағаш таяққа ілініп, ауада кептірілді.

Fourdrinier машинасы

1799 жылы Францияның Эссонн қаласынан Луи Николас Робертке үздіксіз қағаз жасау машинасына патент берілді. Сол кезде Роберт Сен-Лежер Дидо үшін жұмыс істеді, бірақ олар өнертабыстың кімге тиесілігі туралы дауласты. Дидо машинаны дамыту үшін Англияның қолайлырақ орын деп есептеді, бірақ Франция революциясының салдарынан өзі бара алмады, сондықтан Парижде тұратын ағылшын Джон Гэмблді жіберді. Гэмбл таныстары арқылы Лондондық кеңсе тауарлары сатушылар Сейли мен Генри Фурдринер ағайындыларымен танысты, олар жобаны қаржыландыруға келісті. Гэмблге 1801 жылдың 20 қазанында 2487 британдық патент берілді. Fourdrinier машинасы қалыптастыру бөлімінде арнайы тоқылған мата торлы конвейерлік белдеуді (бұрын қоладан тоқылғандықтан «сым» деп аталды) пайдаланды, онда талшық (әдетте ағаш немесе басқа өсімдік талшықтары) қоспасынан сұйықтық ағызылып, үздіксіз қағаз жолағы жасалды. Түпнұсқа Fourdrinier қалыптастыру бөлімінде дренаждық үстел деп аталатын көлденең дренаждық аймақ қолданылды. 1803 жылы Гертфордширдегі Апсли қаласындағы Фрогмор қағаз фабрикасында Роберттің түпнұсқасының жақсартылған нұсқасы, шебер және тапқыр механик Брайан Донкиннің көмегімен орнатылды, содан кейін 1804 жылы тағы біреуі орнатылды. Үшінші машина Фурдринерлердің өзінің "Тво Уотерс" зауытына орнатылды. Фурдринерлер сондай-ақ Сент-Ньотс қаласында екі машина орнату үшін диірмен сатып алды, және процесс пен машиналар дамуын жалғастырды. Апслидегі Фрогмор диірменіне жақын жерде Джон Дикинсон 1809 жылы басқа типтегі машинаны – Цилиндрлі қалып машинасының жобасын жасап, құрылысын жүзеге асырды. Томас Гилпин 1817 жылы Делавэр штатындағы Брэндивайн Крикте АҚШ-тағы алғашқы цилиндрлі қағаз жасау машинасының авторы ретінде ең көп танылды. Бұл машина цилиндрлі қалып машинасы болды. Fourdrinier машинасы 1827 жылға дейін АҚШ-қа әкелінбеді.

Ұқсас үлгілер

Жазбалардан Патерсон қаласының тұрғыны Чарльз Кинсидің 1807 жылы үздіксіз процесте қағаз жасау машинасына патент алғаны белгілі болады. Кинсидің машинасы жергілікті шебер Дэниел Саун жасады және 1809 жылға қарай Кинси машинасы Патерсон қаласындағы Эссекс фабрикасында сәтті қағаз өндіріп тұрды. 1807 жылғы эмбарго салдарынан туған қаржылық қиындықтар мен пайдалы мүмкіндіктер Кинсиді және оның демеушілерін фабриканың қызметін қағаздан мақтаға ауыстыруға итермеледі, соның салдарынан Кинсидің қағаз жасаудағы алғашқы табыстары ұзаққа соқпай естен шығып, ұмытылды. Гилпиннің 1817 жылғы патенті Кинсидің патентімен ұқсас болды, сондай-ақ 1822 жылғы Джон Эймс патенті де осыған ұқсас еді. Эймс патентіне оның бәсекелестері қарсы шығып, Кинсинің бастапқы ойлап табушы екенін және Эймс басқа адамдардың идеяларын ұрлап отырғанын айтты. Олардың дәлелі – Дэниел Саунды өз машинасының жұмысына жұмысқа алғаны болды.

Мелмезе түрлері және олардың дайындамалары

Өсімдік талшықтары, қағаз жасауға қолданылатын, негізінен целлюлоза мен гемицеллюлозадан тұрады, олар судың қатысуымен талшықтар арасында молекулалық байланыстар құруға бейім. Су буланып кеткеннен кейін талшықтар бірігіп қалады. Көптеген қағаз түрлері үшін қосымша байланыстырғыштар қажет емес, бірақ ылғалды және құрғақ күшке арналған қоспалар қосылуы мүмкін. Мақта мен зығырдан жасалған маталар ағаш целлюлозасы пайда болғанға дейін қағаздың негізгі көзі болды. Бүгінде целлюлозаның көбі ағаш талшықтарынан жасалады. Мақта талшығы арнайы сорттарда қолданылады, әдетте резюмелер мен валюта сияқты нәрселерді басу үшін. Мата қалдықтары көбінесе басқа өндірістерден шыққан қалдықтар түрінде кездеседі, мысалы, джинс бөліктері немесе қолғап қиындылары. Киімдегі талшықтар мақтаның гүлшоласынан алынады. Талшықтардың ұзындығы мақта егістігінде 3-тен 7 см-ге дейін жетеді. Ағартқыштар мен басқа да химиялық заттар матадан түсті бумен пісіру процесінде кетіреді. Мата қиындылары механикалық әдіспен талшықтарға айналады, ал талшықтар қағаз жасау үшін қажетті ұзындыққа дейін кесіледі. Мата және су жабық контур құрайтын резервуарға құйылады. Контурдың бөлігі - кескіш жиектері немесе пышақтары бар цилиндр және пышақ төсегі. Айналатын цилиндр резервуардың мазмұнын қайта-қайта итеріп жібереді. Бірнеше сағат бойы баяу төмендеп, матаны талшықтарға бөліп, талшықтарды қажетті ұзындыққа дейін кесіп алады. Кесу процесі қоспа цилиндрден пышақтар мен төсектің бағдарламаланған соңғы аралығымен жеткілікті рет өткенде аяқталады. Мақта талшығының тағы бір көзі - мақта тазалау процесі. Тұқымдар қысқа талшықтармен қоршалған, олар ұзындығының қысқалығымен және түкпірге ұқсас болғандықтан линтер деп аталады. Линтерлер мата жасауға қолдануға тым қысқа. Мақта тұқымынан алынған линтерлер бірінші және екінші кесулер ретінде сатылады. Бірінші кесулер ұзағырақ болады. Целлюлозаның екі негізгі жіктелуі - химиялық және механикалық. Химиялық целлюлозалар бұрын сульфит әдісін қолданған, бірақ қазір крафт әдісі басым. Крафт целлюлозасы сульфит және механикалық целлюлозалардан берік, ал крафт әдісінде қолданылған целлюлозалық химиялық заттарды қайта өңдеу және қалпына келтіру оңай. Химиялық және механикалық целлюлозалар жоғары ақ түске дейін ағартылуы мүмкін. Химиялық целлюлозалау талшықтарды бірімен-бірі байланыстыратын лигнинді ерітеді және жеке талшықты құрайтын сыртқы фибрилдерді талшық өзегіне байланыстырады. Лигнин, талшықтарды бір-бірінен ажырататын көптеген заттар сияқты, байланыстыруды нашарлататын фактор болып табылады, беріктігін төмендетеді. Беріктік сонымен қатар ұзын целлюлоза молекулалық тізбектерін сақтауға байланысты. Крафт әдісі, қолданылатын сілтілік және күкірт қосылыстарының әсерінен, лигнинді ерітуге және байланыстыруға көмектесетін целлюлоза мен кристалды емес гемицеллюлозаға шабуылды азайтуға бейім. Қышқыл целлюлозалау процестері целлюлоза тізбектерін қысқартады. Крафт целлюлозасы жоғары сапалы линер картон және тамаша басып шығару және жазу қағаздарын жасауға мүмкіндік береді. Газет және журнал қағаздарында (жабық басылымдарда) қолданылатын негізгі ингредиент - ағаш, ол ұнтақтағышпен ұнтақталған ағаштан жасалады. Сондықтан оның құрамында лигнин көп, бұл оның беріктігін төмендетеді. Ұнтақтау өте қысқа, суға баяу түсетін талшықтарды жасайды. Термомеханикалық целлюлоза (ТМП) - бұл ағаш ұнтағының бір түрі, онда талшықтар лигнинді жұмсарту үшін жеткілікті жоғары температурада механикалық түрде бөлінеді. Химиялық және механикалық целлюлозалар арасында алдымен жұмсақ химиялық өңдеуден өткізіліп, содан кейін тазартылатын жартылай химиялық целлюлозалар бар. Жартылай химиялық целлюлоза көбінесе толқынды картон жасау үшін қолданылады. Қайта өңделген қағаз (әдетте, ескі толқынды картон) ақшырылмаған (қоңыр) қаптама сорттары үшін жай ғана массаланып, сүзіліп, тазартылады. Ақ қағазды қайта өңдеу әдетте сынау, тазалау, жуу, ағарту және флотациядан тұрады. Суреттен тазартылған целлюлоза қағаз басу және жазу үшін, сондай-ақ мата, салфеткалар және қағаз сүлгілер үшін қолданылады. Ол көбінесе бастапқы целлюлозамен араластырылады. Біріктірілген целлюлоза және қағаз фабрикаларында целлюлоза әдетте жоғары тығыздықтағы мұнараларда сақталады, содан кейін оны дайындауға жібереді. Біріктірілмеген фабрикалар құрғақ целлюлозаны немесе ылғалды лапты (пресстелген) целлюлозаны қолданады, әдетте, қаптарда жеткізіледі. Целлюлоза қаптары [қайта]массалағышта массаланып, суға араластырылады.

Операция

Бұл қағаз машинасы төрт негізгі бөлімнен тұрады. Құрастыру бөлімі целлюлозадан қағаздың негізін сым арқылы жасайды. Пресс бөлімі роликтердің бір-біріне қысылуы арқылы жасалған соқпақтар жүйесі және престелген суды сіңіретін пресс-маталарының көмегімен қалған судың көп бөлігін алып тастайды. Қағаз машинасының кептіру бөлімі, атауынан көрінетіндей, іштен бумен қыздырылатын цилиндрлер арқылы ылғалды буландырып қағазды кептіреді. Қағаз бетін тегіс әрі жылтыр ету үшін календарь қолданылады. Көбінесе календарь роликтері тік қатарға орналастырылады.

Құрастыру секциясы немесе ылғалды ұшы

Машинаның қоймасынан материал бас резервуарға, көбінесе "бас резервуар" немесе материалдық қоймаға сорылады, оның мақсаты – негізгі салмақ клапанымен жабдықталу кезінде талшықты суспензияға немесе материалға тұрақты қысымды ұстап тұру. Материалдық қойма сондай-ақ ауа көпіршіктерінің шығуына мүмкіндік береді. Суспензияның тұтқырлығы материалдық қоймада шамамен 3% құрайды. Материалдық қоймадан ағын гравитациялық күшпен жүзеге асырылады және желдеткіш сорғысының соруына бағытталғанда негізгі салмақ клапанымен басқарылады, онда ол желдеткіш сорғысына берілетін су ағысына қосылады. Желдеткіш сорғысымен сорылатын судың негізгі ағыны қағаз машинасының қалыптастыру бөлімінен ағызылған барлық суды жинайтын ақ су резервуарынан немесе қоймасынан келеді. Желдеткіш сорғысына түсетін ақ судың талшық құрамы өте төмен. Ақ су желдеткіш сорғысымен бас резервуар арқылы үнемі айналымға түседі және сымдық шұңқырдан, сондай-ақ қалыптастыру сымынан, сору жәшіктерінен және ылғалды талшықты желіні өңдейтін роликтерден вакуумдық дренаж арқылы су алатын әртүрлі резервуарлар мен қоймалардан қайта жиналады. Бас резервуарға бара жатқанда талшықты суспензия құм сияқты ауыр қоспаларды жоятын центрифугалық тазалағыштардан және талшықтарды бөліп, ірі қалдықтарды алып тастайтын экрандардан өтуі мүмкін. Желдеткіш сорғысы соңында бас резервуарды қоректендіреді, центрифугалық тазалағыштар немесе экрандар болсын болмасын. Бас резервуардың мақсаты – талшықтардың бірікпеуі үшін турбуленттілік тудыру және суспензияны сымның ені бойынша біркелкі тарату. Ағаш талшықтары бір-біріне тартылып, бірігіп, флокуляция деп аталатын эффектіні тудырады. Флокуляцияны тұтқырлықты төмендету және/немесе суспензияны араластыру арқылы азайтуға болады; алайда, 0,5% тұтқырлықтан жоғары флокуляцияны жою өте қиын. Қалыптастыру кезінде флокуляцияның деңгейін азайту қағаздың физикалық қасиеттері үшін маңызды. Сонымен қатар, Fourdrinier бөлімінің үстіне орнатылған толық Fourdrinier машинасы бар. Бұл арнайы қасиеттері бар көп қабатты қағаз жасауға мүмкіндік береді. Олар жоғарғы Fourdrinier деп аталады және көп қабатты қағаз немесе картон жасайды. Көбінесе бұл ақталмаған қабатқа ақталған талшықтан жасалған жоғарғы қабатты жасау үшін қолданылады. Тағы бір қалыптастыру бөлімі – Джон Дикинсонның 1809 жылы ойлап тапқан цилиндрлі қалып машинасы, бастапқыда Fourdrinier машинасына бәсекелес ретінде. Бұл машина, ылғалды ұшында талшықты суспензияға жартылай батырылған тормен жабылған айналмалы цилиндрді пайдаланады, ол қағаз желісін қалыптастырады, бұл целлюлоза талшықтарының кездейсоқ таралуын қамтамасыз етеді. Цилиндрлі машиналар жоғары тұтқырлықтағы қағаз жасауға мүмкіндік береді, бұл төмен тұтқырлыққа қарағанда үш өлшемді талшық бағытын береді, нәтижесінде жоғары калипер (қалыңдық) және машина бағытында (MD) жоғары қаттылыққа ие болады. Жоғары MD қаттылығы астық қораптары сияқты тағамдық қаптамада және құрғақ кір жуғыш заттар сияқты басқа қораптарда пайдалы. Тін машиналары әдетте сым мен арнайы матадан (фелт) жасалған қағаз желісін қалыптастырады, олар қалыптастыру ролігіне оралғанда. Желі фелттен тікелей үлкен диаметрлі кептіргішке, "янки" деп аталатын кептіргішке басылады. Қағаз "янки" кептіргішіне жабысып, дәрігер деп аталатын сырғытқыш пышақпен сырғытылады. Тін машиналары 2000 м/мин жылдамдықпен жұмыс істейді.

Баспасөз бөлімі

Қағаз машинасының екінші бөлімі – пресс бөлімі, ол қалған судың көп бөлігін бір-біріне қысылатын роликтерден тұратын жүйе арқылы шығарады, сондай-ақ пресс-маталары қолдау көрсетеді және сығылған суды сіңіреді. Пресс бөлімінен шығатын қағаз талшығының тұтқырлығы 40%-дан жоғары болуы мүмкін. Престеу – қағазды сусыздандырудың екінші тиімді әдісі (құрастыру бөліміндегі еркін дренаждан кейін), себебі тек механикалық әрекет қажет. Пресс-роликтердің саны, олардың орналасуы, қолданылатын маталардың орналасуы мен түрі өндірілетін қағаздың сорттарына және машинаның қажетті жұмыс сипаттамаларына байланысты. Пресс-маталары бұрын жүннен жасалған. Бірақ бүгінде олар дерлік 100% синтетикалық. Олар суды барынша сіңіру үшін арнайы дизайнмен жасалған қалың қабатпен тоқылған полиамид матадан тұрады. Престер бір немесе екі маталы болуы мүмкін. Бір маталы пресс бір жағынан матаға, екінші жағынан тегіс роликке ие. Екі маталы пресс қағаздың екі жағы да пресс-матасына жанасады. Бір маталы роликтер тегіс роликке (әдетте жоғарғы жағдайда) жұптасқанда тиімді, бұл қағаздың екі жақты болуын қамтамасыз етеді – жоғарғы жағы төменгі жағына қарағанда тегіс болады. Екі маталы роликтер қағаздың екі жағына да құрылымдылық береді. Ауыр картонның бірінші пресс бөлімі үшін екі маталы престер қажет. Жабық пресс-роликтер ойықтары немесе толық тесіктелген беті бар роликтер болуы мүмкін. Күрделі пресс-роликтер – сору роликтері. Бұл перфорацияланған қабығы мен қақпағы бар роликтер. Қабық қола немесе тот баспайтын болат сияқты металлдан жасалған және резеңкемен немесе синтетикалық материалмен қапталған. Қабық пен қақпақтың екеуі де бетінің бойымен тесіктелген. Сору ролігінің ішкі бөлігінде қабықтың сығылуын қолдау үшін стационарлық сору қорабы орнатылған. Қабықтың ішкі беті мен сору қорабы арасындағы байланыс үшін соңғы беттік механикалық тығыздағыштар қолданылады. Тегіс роликтер әдетте граниттен жасалады. Гранит роликтерінің ұзындығы 9 метрге, диаметрі 2 метрге жетеді. Дәстүрлі ролик престерінің конфигурациясы бір пресс-ролігінің бекітілген күйде, ал екіншісі осы бекітілген роликке жүктеледі. Маталар пресс-роликтерінің арасынан өтеді және әдетте бірнеше мата роликтерінен тұратын мата айналымын жалғастырады. Шымның роликтер арасында қалу уақытында ылғал матаға беріледі. Пресс-матасы роликтерден шығып, айналып тұрғанда, Uhle Box деп аталатын вакуумдық қорап матадан ылғалды кетіру үшін вакуум (әдетте 60 кПа) қолданады, сонда мата келесі циклда роликтерге оралғанда, қағазға ылғал қоспайды. Кейбір қағаз сорттары сору роликтерін қолданады, олар вакуумды пайдаланып, қағазды диваннан бірінші пресске немесе пресс бөлімдері арасындағы матаға ауыстырады. Сору ролик престерінде әдетте екі вакуум аймағы бар вакуумдық қорап болады (төмен вакуум және жоғары вакуум). Бұл роликтерде вакуумды жылмайтын вакуумдық қораптан айналатын ролик қақпағы арқылы өтуіне мүмкіндік беретін көптеген тесіктер бар. Төмен вакуум аймағы қағазды жинап алады және ауыстырады, ал жоғары вакуум аймағы ылғалды кетіруге тырысады. Алайда, жеткілікті жылдамдықпен центробегтік күш вакуумдалған суды шашыратып, сусыздандыруды тиімсіз етеді. Сору престерінде Uhle қораптары бар стандартты мата айналымдары да бар. Бірақ сору пресінің дизайны өте ерекше, өйткені ауа қозғалысы оның пикап және сусыздандыру функциялары үшін маңызды. Crown Controlled Rolls (немесе CC Rolls) әдетте пресс-жұптамасындағы ролик болып табылады. Оларда роликтердің бүгілмеуін қамтамасыз ететін гидравликалық цилиндрлер орнатылған. Цилиндрлер ролик бетінің дөңгелегін тегіс ұстау үшін, шеттеріне жүктеме салғанда туындайтын ролик пішінінің табиғи "иілуіне" қарсы тұру үшін аяқ киімге немесе бірнеше аяқ киімге қосылады. Extended Nip Presses (немесе ENP) – дәстүрлі ролик престеріне салыстырмалы түрде жаңа балама. Жоғарғы ролик әдетте стандартты ролик, ал төменгі ролик – үлкен CC ролігі, жоғарғы ролик пішініне иілген, стандартты ролик қақпағы емес, айналатын резеңке белбеумен қоршалған. ENP мақсаты – екі ролик арасындағы қағаздың тұру уақытын ұзарту, осылайша сусыздандыруды барынша арттыру. Стандартты ролик пресі престеуден кейін 35%-ға дейін қатты заттарға жететін болса, ENP бұл көрсеткішті 45%-ға және одан да жоғары көтереді – маңызды бу үнемдеуіне немесе жылдамдық артуына мүмкіндік береді. ENP қағазды тығыздайды, соның салдарынан созылу күші және басқа да физикалық қасиеттерін арттырады.

Құрғатқыш бөлімі

Қағаз машинасының кептіргіш бөлімі, атауынан көрінетіндей, қағаздағы ылғалды буландырып кептіретін, іштен бумен қыздырылатын цилиндрлер қатары арқылы жұмыс істейді. Бу қысымы 160 псиг-ге дейін жете алады. Бу кептіргіштің басына (цилиндр қақпағына) бу қосылысы арқылы кіреді, ал конденсат ішкі қабықтан орталық құбырға сифон арқылы шығады. Орталық құбырдан конденсат кептіргіш басындағы қосылыс арқылы шығады. Ені кең машиналарға бірнеше сифон қажет. Жылдам машиналарда центробегтік күш конденсат қабатын қабырғаға жабыстырып ұстайды, ал турбуленттілік тудыратын таяқшалар конденсат қабатын араластырып, жылу алмасуды жақсарту үшін қолданылады. Бұл екі негізгі себепке байланысты: өнімнің темірмен ластануын болдырмау және қағаз жасау процесінде қолданылатын түрлі химиялық заттарға қарсы коррозияға төзімділік. 316 типті тот баспайтын болат қағаз машиналарында кеңінен қолданылатын материал болып табылады.