Бумагоделательная машина

Бумагоделательная машина — это сложный технологический комплекс непрерывного действия, предназначенный для производства бумаги, картона и других листовых материалов из волокнистой суспензии (бумажной массы). Основным принципом работы является формование влажного полотна из волокон на движущейся сетке, его последующее обезвоживание, прессование, сушка и отделка. Современные бумагоделательные машины представляют собой высокоавтоматизированные агрегаты, способные выпускать до нескольких сотен тысяч тонн продукции в год при скорости движения полотна, превышающей 1000 метров в минуту.

История

Ручное производство и первые механизмы

До промышленной революции бумагу изготавливали вручную, черпая массу из чана специальной формой с сетчатым дном. Этот процесс был медленным и трудоёмким. Первые попытки механизировать отдельные операции предпринимались в XVII—XVIII веках, однако прорыв произошёл в конце XVIII века.

Изобретение машины (1798—1806)

Первый прототип бумагоделательной машины был создан во Франции Луи-Николя Робером (1798 год). Его конструкция представляла собой бесконечную сетку, движущуюся между двумя валами, на которую подавалась масса. Машина позволяла получать непрерывное полотно. Патент на изобретение был получен в 1799 году.

В Англии братья Генри и Сили Фурдринье приобрели права на патент Робера и совместно с инженером Брайаном Донкином значительно усовершенствовали конструкцию. В 1806 году была запущена первая коммерчески успешная машина, получившая название машина Фурдринье. Именно этот тип машин (сеточный стол) стал основой для большинства современных бумагоделательных агрегатов.

Развитие в XIX—XX веках

В течение XIX века машины непрерывно совершенствовались:

• Прессовая часть: добавлены валы для механического отжима воды.
• Сушильная часть: внедрены обогреваемые паром цилиндры.
• Каландр: для придания гладкости и лоска.
• Привод: от паровых машин к электродвигателям.

К середине XX века скорость машин превысила 500 м/мин, а ширина полотна достигла 6–8 метров. Появились специализированные машины для разных видов бумаги (газетной, офсетной, мелованной, картона).

Классификация

Бумагоделательные машины классифицируются по нескольким основным признакам.

По типу формующего устройства

• Машины с плоской сеткой (столовые машины Фурдринье): наиболее распространённый тип. Формование происходит на горизонтальном сеточном столе. Обеспечивает хорошее качество формирования листа, но имеет ограничения по скорости и граммажу.
• Машины с круглосеточным (цилиндрическим) формованием: масса подаётся на вращающийся цилиндр, обтянутый сеткой. Используются для производства многослойных картонов и некоторых специальных видов бумаги.
• Двухсеточные (гибридные) машины: формование происходит между двумя сетками, что позволяет значительно повысить скорость и улучшить обезвоживание. Широко применяются для производства газетной и офсетной бумаги.
• Машины с напорным ящиком закрытого типа: современные высокоскоростные машины, где масса подаётся под давлением через специальный напорный ящик (например, с гидравлической системой).

По виду выпускаемой продукции

• Бумагоделательные: для производства различных видов бумаги (писчей, печатной, упаковочной, санитарно-гигиенической).
• Картоноделательные: для производства картона (тарного, коробочного, переплётного).
• Специальные: для производства фильтровальной, электроизоляционной, обёрточной бумаги.

По скорости работы

• Тихоходные: до 200 м/мин.
• Среднескоростные: 200–600 м/мин.
• Высокоскоростные: 600–1200 м/мин.
• Сверхскоростные: свыше 1200 м/мин (некоторые современные машины для газетной бумаги работают на скоростях до 2000 м/мин).

Устройство и основные части

Современная бумагоделательная машина состоит из нескольких последовательно расположенных секций.

Сеточная часть

Здесь происходит формование бумажного полотна. Бумажная масса (волокнистая суспензия с концентрацией 0,2–1,5%) подаётся из напорного ящика на движущуюся бесконечную сетку. Под сеткой расположены отсасывающие ящики и регистровые валики, которые удаляют основную массу воды (до 95–98%). В результате на сетке остаётся влажное волокнистое полотно.

Прессовая часть

Влажное полотно (влажность 80–85%) поступает в прессовую часть, где проходит между несколькими парами прессовых валов. Под давлением (до 100–150 кг/см²) из полотна механически отжимается дополнительная вода. Влажность после прессовой части снижается до 45–55%. Одновременно происходит уплотнение и повышение прочности полотна.

Сушильная часть

Полотно с влажностью около 50% поступает в сушильную часть, состоящую из множества (до 60–80 штук) обогреваемых паром сушильных цилиндров. Цилиндры расположены в несколько рядов. Полотно огибает цилиндры, прижимаясь к ним сушильными сукнами. Вода испаряется, и влажность бумаги снижается до 5–8%. Это самая энергоёмкая часть машины.

Отделочная часть (каландр и накат)

После сушки бумага проходит через каландр — ряд горизонтально расположенных валов, между которыми полотно проходит под давлением. Каландрирование придаёт бумаге гладкость, лоск и равномерную толщину. Затем полотно наматывается в рулоны на накате (устройстве для намотки). Современные накаты могут формировать рулоны массой до 30–40 тонн.

Технологический процесс

Процесс производства бумаги на машине можно разбить на несколько этапов:

1. Подготовка массы: размол волокнистых полуфабрикатов (целлюлозы, древесной массы, макулатуры), смешивание с наполнителями, проклеивающими веществами, пигментами и водой.
2. Подача массы: из бассейна через насосы и очистители (вихревые конические очистители) в напорный ящик.
3. Формование: на сетке.
4. Прессование: в прессовой части.
5. Сушка: в сушильной части.
6. Отделка: каландрирование, намотка.
7. Резка и упаковка: на продольно-резательных станках рулоны разрезаются на листы или рулоны меньшей ширины.

Применение и значение

Бумагоделательные машины являются ключевым оборудованием целлюлозно-бумажной промышленности. Без них невозможно массовое производство бумаги и картона, которые используются в:

• Полиграфии (книги, газеты, журналы).
• Упаковке (коробки, гофрокартон, пакеты).
• Канцелярии (тетради, блокноты).
• Гигиенической продукции (туалетная бумага, салфетки).
• Строительстве (обои, гипсокартон).
• Промышленности (фильтры, изоляция).

Интересные факты

• Самая широкая бумагоделательная машина в мире (по состоянию на начало XXI века) имеет ширину сетки около 11 метров.
• Современные машины потребляют огромное количество энергии: для сушки 1 тонны бумаги требуется до 3–4 тонн пара.
• Скорость современных машин для санитарно-гигиенической бумаги может достигать 2200 м/мин, что сравнимо со скоростью звука на уровне моря.
• Первая бумагоделательная машина в России была установлена на Петергофской бумажной фабрике в 1816 году.

Критика и экологические аспекты

Производство бумаги на бумагоделательных машинах связано с высоким потреблением воды (до 100–200 м³ на тонну продукции), энергии и древесины. Однако современные технологии (замкнутые циклы водопользования, использование макулатуры, энергоэффективные сушильные части) позволяют значительно снизить экологическую нагрузку. Основной критике подвергается вырубка лесов для получения целлюлозы, однако значительная часть современной бумаги производится из вторичного сырья (макулатуры).

Источники

• Фляте Д. М. «Технология бумаги». — М.: Лесная промышленность, 1988.
• Иванов С. Н. «Бумагоделательные машины». — М.: Экология, 1991.
• «Целлюлозно-бумажное производство. Энциклопедия». — СПб.: Политехника, 2002.
• Материалы отраслевых журналов «Целлюлоза. Бумага. Картон» (Россия).
• Данные Ассоциации предприятий целлюлозно-бумажной промышленности России.