Дефибрер

Дефибрер — это машина для механического измельчения древесины в волокнистую массу, используемую в производстве бумаги, картона и древесноволокнистых плит (ДВП). Процесс получения волокна в дефибрере называется дефибрированием (от лат. fibra — волокно) и заключается в истирании древесины абразивной поверхностью вращающегося камня или диска. Дефибреры относятся к оборудованию целлюлозно-бумажной промышленности и деревообработки, обеспечивая механический способ размола, в отличие от химических методов варки целлюлозы.

История

Первые попытки механического получения волокна из древесины для бумажного производства относятся к середине XIX века. В 1840-х годах немецкий изобретатель Фридрих Готтлоб Келлер (Friedrich Gottlob Keller) разработал принцип истирания древесины о вращающийся камень, что стало основой для создания первого дефибрера. В 1852 году Келлер запатентовал свой метод, однако промышленное внедрение началось позже, после усовершенствования конструкции шведским инженером Генрихом Фойгтом (Heinrich Voigt) в 1858 году. Первый дефибрер с каменным ротором, работающий по принципу «камень — древесина», был установлен на бумажной фабрике в Германии.

В конце XIX — начале XX века дефибреры стали основным оборудованием для производства древесной массы, используемой в газетной и книжной бумаге. В СССР развитие дефибрерного производства началось в 1930-е годы с созданием первых отечественных машин на заводах «Уралмаш» и «Сибтяжмаш». К середине XX века появились более эффективные дисковые дефибреры, которые постепенно вытеснили каменные в ряде производств.

Устройство и принцип работы

Основные элементы дефибрера включают:

• Рабочий орган — вращающийся камень (абразивный круг) или диск с рифлёной поверхностью.
• Подающее устройство — механизм, прижимающий древесные чураки (поленья) или щепу к рабочей поверхности.
• Привод — электродвигатель, обеспечивающий вращение рабочего органа с высокой скоростью (обычно 1000–1500 об/мин).
• Корпус — металлическая конструкция, защищающая механизмы и направляющая массу.
• Система подачи воды — для охлаждения и транспортировки волокна.

Принцип работы: древесина (чураки длиной 0,5–1,2 м или щепа) подаётся на вращающийся абразивный камень или диск. Под давлением (до 0,3–0,5 МПа) волокна отделяются от поверхности древесины за счёт истирания и сдвига. Полученная масса смывается водой и поступает в сортировку для удаления крупных частиц (костры). Температура в зоне контакта может достигать 100–150 °C, что способствует размягчению лигнина.

Классификация

Дефибреры классифицируются по типу рабочего органа и способу подачи сырья:

По типу рабочего органа

• Каменные дефибреры — используют абразивный камень (обычно из кварцевого песчаника или искусственного корунда). Применяются для переработки чураков. Отличаются высокой износостойкостью, но низкой энергоэффективностью.
• Дисковые дефибреры — оснащены одним или двумя вращающимися дисками с рифлёной поверхностью. Более производительны и компактны, подходят для переработки щепы. Могут быть одно- и двухдисковыми.

По способу подачи сырья

• Чураковые дефибреры — подача цельных поленьев (чураков) длиной до 1,5 м. Традиционная конструкция, характерная для каменных машин.
• Щеповые дефибреры — подача предварительно измельчённой щепы. Используются в дисковых машинах, позволяют автоматизировать процесс.

По давлению в зоне размола

• Низкого давления (до 0,2 МПа) — для получения грубого волокна.
• Высокого давления (до 0,5 МПа) — для более тонкого размола и повышения прочности массы.

Применение

Дефибреры используются в основном в целлюлозно-бумажной промышленности для производства:

• Древесной массы — полуфабриката для бумаги и картона. Древесная масса, полученная механическим способом, отличается высоким выходом (до 95% от массы сырья), но содержит лигнин, что снижает прочность и белизну бумаги. Используется для газетной, обойной и упаковочной бумаги.
• Волокнистой массы для ДВП — в производстве древесноволокнистых плит (мокрый и сухой способы). Дефибрирование обеспечивает получение волокна, которое затем прессуется в плиты.
• Технической бумаги — фильтровальной, электроизоляционной, где важна пористость, а не белизна.

В отличие от рафинёров, которые измельчают целлюлозу после варки, дефибреры работают с сырой древесиной, что экономит химикаты, но требует больше энергии (до 1500–2000 кВт·ч на тонну массы).

Характеристики и параметры

Основные технические характеристики дефибреров:

• Производительность — от 5 до 50 тонн массы в сутки (в зависимости от типа и мощности).
• Мощность привода — 500–3000 кВт.
• Скорость вращения рабочего органа — 1000–1500 об/мин.
• Размер камня (диаметр) — 1,0–1,8 м (для каменных дефибреров).
• Расход воды — 10–30 м³ на тонну массы.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокий выход волокна (до 95%).
• Простота конструкции и обслуживания.
• Возможность переработки различных пород древесины (ель, сосна, берёза, осина).
• Отсутствие химических реагентов, что снижает экологическую нагрузку.

Недостатки

• Высокое энергопотребление (до 2000 кВт·ч/т).
• Низкое качество волокна по сравнению с химической целлюлозой (короткие волокна, наличие лигнина).
• Быстрый износ абразивных камней и дисков.
• Шум и вибрация при работе.

Современное состояние

В XXI веке дефибреры продолжают использоваться на предприятиях, специализирующихся на производстве газетной и упаковочной бумаги, а также ДВП. В России крупные дефибрерные установки эксплуатируются на комбинатах «Архангельский ЦБК», «Соликамскбумпром», «Монди СЛПК» (Сыктывкар). Однако в развитых странах наблюдается тенденция к замене дефибреров на рафинёры и термомеханические установки (ТММ), которые обеспечивают более высокое качество волокна при меньших энергозатратах. Тем не менее, дефибреры остаются востребованными в регионах с дешёвой электроэнергией и доступной древесиной.

Интересные факты

• Первые дефибреры приводились в движение водяными колёсами, а затем паровыми машинами.
• В СССР в 1950-х годах были разработаны дефибреры с диаметром камня до 2,5 м, что позволяло перерабатывать до 100 тонн массы в сутки.
• Абразивные камни для дефибреров изготавливают из кварцевого песчаника, корунда или карбида кремния, срок службы камня — от 6 до 12 месяцев.

Источники

• Технология целлюлозно-бумажного производства. Том 1. Сырьё и полуфабрикаты. — М.: Лесная промышленность, 1985.
• Иванов С. Н. Оборудование целлюлозно-бумажного производства. — М.: Лесная промышленность, 1989.
• Патент Ф. Г. Келлера на способ получения бумажной массы (1852).
• Справочник бумажника. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Лесная промышленность, 2003.
• Материалы конференций «Целлюлоза. Бумага. Картон» (2010–2020).