В процессе производства бумаги, «варка – изготовление бумаги – отделка», рафинер является ключевым оборудованием, определяющим эксплуатационные характеристики волокна и качество бумаги. Благодаря физическим, химическим или комбинированным механическим и химическим воздействиям он разрезает, фибриллирует (帚化) и рафинирует волокна целлюлозы, что позволяет изначально свободным волокнам сформировать более прочные связи и, в конечном итоге, придает бумаге такие основные характеристики, как прочность, однородность и впитываемость краски. От традиционных каменных мельниц до современного интеллектуального оборудования, технологическое развитие рафинеров всегда основывалось на трех основных принципах: «высокая эффективность, точность и энергосбережение», становясь важным фактором модернизации бумажной промышленности.

I. Основные функции и принцип работы нефтеперерабатывающих заводов

Основная задача рафинера — «оптимизация морфологии волокон», а принцип его работы можно кратко описать как «модификация волокон под действием механического воздействия»:

• Основной принцип: При прохождении целлюлозы между дисками (или валками) рафинера она подвергается комбинированному механическому воздействию, такому как сдвиг, экструзия и перемешивание. Стенки ячеек волокон разрываются, образуя микрофибриллы, и поверхность приобретает плотную фибриллированную структуру. При этом чрезмерно длинные волокна обрезаются, что позволяет добиться более точного распределения волокон по длине, соответствующего требованиям бумажного производства.
• Основные функции: Во-первых, улучшить прочность связи волокон, чтобы бумага имела достаточную прочность на растяжение, разрыв и продавливание; во-вторых, улучшить равномерность переплетения волокон, чтобы гарантировать ровность и плоскостность бумаги; в-третьих, адаптироваться к потребностям различных типов бумаги, например, для бумаги культурного назначения требуются тонкие волокна для улучшения печатных свойств, а для упаковочной бумаги требуются толстые и длинные волокна для повышения жесткости.

II. Основные типы и технические характеристики нефтеперерабатывающих заводов

В зависимости от конструкции, метода работы и вариантов применения рафинеры, используемые в бумажной промышленности, в основном делятся на следующие четыре категории, каждая из которых имеет свою техническую направленность и область применения:

1. Дисковый рафинер

• Структурные характеристики: Состоит из неподвижного диска (стационарного) и вращающегося диска (вращающегося). Поверхность диска имеет шлифовальные зоны с зубьями различной формы (например, зубчатыми, трапециевидными, спиральными). Интенсивность измельчения регулируется регулировкой зазора между дисками.
• Технические преимущества: Высокая эффективность размола, равномерная модификация волокон. Машина может адаптироваться к различным видам целлюлозы (древесной, соломенной, макулатурной) путём замены формы зубьев дисков, что делает её наиболее широко используемым оборудованием для размола, охватывающим производство бумажной продукции, упаковочной, туалетной и других видов бумаги.
• Подтипы: Однодисковый рафинер (действует с одной стороны диска), двухдисковый рафинер (действует с обеих сторон диска одновременно), трехдисковый рафинер (средний неподвижный диск + два боковых вращающихся диска, более высокая эффективность).

2. Конический рафинер

• Структурные характеристики: Комбинация конического статора и ротора. Масса движется по спирали вдоль конического зазора, подвергаясь непрерывному сдвигу и экструзии. Интенсивность измельчения можно точно контролировать, регулируя конический зазор.
• Технические преимущества: Меньше порезов волокон, хороший эффект фибрилляции, подходит для типов бумаги, требующих высокой длины волокон (например, крафт-бумаги, облицовочного картона). Обладает высокой эксплуатационной стабильностью и низким энергопотреблением, широко используется для вторичной переработки макулатуры или тонкой переработки высококачественной целлюлозы.

3. Цилиндрический рафинер

• Структурные характеристики: Состоит из цилиндрического шлифовального валка и дугообразной шлифовальной пластины. Поверхность шлифовального валка оснащена поперечными или спиральными шлифовальными зубьями. Вращение шлифовального валка обеспечивает движение потока пульпы и завершает процесс измельчения.
• Технические преимущества: Высокая устойчивость к примесям (таким как песчинки, фрагменты пластика) в целлюлозе, низкая склонность к засорению. Подходит для грубого измельчения макулатурной массы или предварительной обработки грубоволокнистого сырья, такого как соломенная масса, часто используется на начальном этапе очистки на линиях варки целлюлозы.

4. Высококонсистентный рафинер

• Структурные характеристики: Подходит для сред с высокой консистенцией пульпы (15–40%). Используется специальное подающее устройство (например, шнековый питатель) для равномерной подачи пульпы в зону измельчения. Диски имеют преимущественно широкую форму зубьев и увеличенное расстояние между ними для улучшения эффекта разминания волокон.
• Технические преимущества: Высокая степень фибрилляции волокон, высокая сила сцепления, что может значительно повысить прочность бумаги. В условиях высокой консистенции требуется меньше резки волокон и низкое энергопотребление. Подходит для тонкой очистки высококачественных видов бумаги (например, мелованной, специальной) или переработки целлюлозы, требующей высокопрочного сцепления волокон.

III. Основные технические параметры и принципы выбора НПЗ

1. Основные технические параметры

• Улучшение согласованности: делится на низкую консистенцию (≤8%), среднюю консистенцию (8–15%) и высокую консистенцию (≥15%). Консистенция напрямую влияет на эффективность измельчения и морфологию волокон, например, измельчение высокой консистенции с упором на фибрилляцию и измельчение низкой консистенции с упором на резку.
• Зазор диска: ключевой параметр, определяющий интенсивность размола. Чем меньше зазор, тем выше интенсивность размола. Его необходимо динамически корректировать в соответствии с требованиями к типу бумаги и характеристиками целлюлозы (обычно он составляет 0,1–1,0 мм).
• Форма и ширина зуба диска: Форма зубьев влияет на характер нагрузки на волокна (форма зубьев сдвигающего типа подходит для резки, форма зубьев разминающего типа подходит для фибрилляции). Ширина зубьев определяет площадь контакта в зоне измельчения, которая должна соответствовать типу пульпы и цели измельчения.
• Мощность двигателя и скорость вращенияМощность определяет производительность измельчения (обычно 55–1000 кВт), а скорость вращения влияет на линейную скорость диска (обычно 1500–3000 об/мин). Более высокая линейная скорость обеспечивает большее усилие сдвига, что подходит для высокоинтенсивной обработки.
• Емкость: Выбирается в зависимости от масштаба производственной линии. Производительность одного оборудования обычно составляет 5–100 т/день, а крупномасштабные производственные линии могут использовать многомодульную последовательную или параллельную конфигурацию.

2. Основные принципы отбора

• Адаптация к требованиям к типу бумаги: Для высокопрочной упаковочной бумаги приоритет отдается рафинерам высокой концентрации или коническим рафинерам; для тонкой культурной бумаги можно выбрать двухдисковые или трехдисковые рафинеры; для переработки макулатурной массы предпочтительны цилиндрические рафинеры или дисковые рафинеры, устойчивые к примесям.
• Характеристики спичечной целлюлозы: древесная масса имеет длинные волокна, поэтому сосредоточьтесь на фибрилляции, а также необязательны высококонсистентные или конические рафинеры; соломенная масса имеет короткие волокна, поэтому необходимо контролировать степень измельчения, а необязательны дисковые рафинеры для низкой концентрации; макулатурная масса содержит много примесей, поэтому следует выбирать оборудование, устойчивое к засорению.
• Баланс эффективности и энергопотребления: В соответствии с требованиями к производительности производственной линии выбирайте оборудование с низким удельным энергопотреблением и высокой эффективностью очистки. Например, на крупных производственных линиях можно использовать трёхдисковые рафинеры, а на малых и средних — однодисковые или двухдисковые.
• Рассмотрите интеллектуальную адаптивностьСовременные рафинеры в основном оснащены системами управления на базе ПЛК, которые позволяют осуществлять мониторинг процесса рафинирования в режиме реального времени (например, длины волокна, консистенции пульпы, степени износа дисков) и автоматическое управление с обратной связью. При выборе необходимо учитывать интеллектуальный уровень производственной линии и отдавать приоритет оборудованию, которое можно интегрировать в сеть и которое легко обслуживать.

IV. Тенденции технологического развития нефтеперерабатывающих предприятий

В связи с трансформацией бумажной промышленности в сторону «зеленой, низкоуглеродной, высокоэффективной, интеллектуальной и высококачественной» технология рафинирования представляет собой три основных направления развития:

• Интеллектуальное обновление: Интеграция датчиков, Интернета вещей и технологий искусственного интеллекта для реализации мониторинга процесса переработки в режиме реального времени и автоматического управления по замкнутому циклу, что повышает точность и стабильность переработки.
• Улучшение энергосбереженияОптимизация конструкции дисков (например, бионическая форма зубьев), применение высокоэффективных двигателей и технологии регулирования скорости с помощью преобразователя частоты для снижения энергопотребления. Некоторые новые типы рафинеров снижают энергопотребление на 15–30% по сравнению с традиционным оборудованием.
• Многофункциональная интеграция: Разработка интегрированного оборудования «очистка – просеивание – очистка» для сокращения производственных процессов и занимаемой площади; определение потребностей в специальной бумаге, разработка специальных рафинеров (например, рафинеров для сверхтонких волокон, специальных рафинеров для биомеханической массы) для расширения вариантов применения.

Технический уровень рафинеров, являющихся «основополагающим фактором» бумажного производства, напрямую связан с качеством бумаги, эффективностью производства и экологическими преимуществами. В условиях, когда бумажная промышленность стремится к качественному развитию, выбор подходящих типов рафинеров, оптимизация ключевых технических параметров и отслеживание тенденций развития интеллектуальных технологий и энергосбережения станут важной гарантией повышения конкурентоспособности предприятий.