W całym procesie papierniczym, od „pulpowania – wytwarzania papieru – wykańczania”, rafiner jest kluczowym urządzeniem, które decyduje o wydajności włókien i jakości papieru. Poprzez działania fizyczne, chemiczne lub łączone działania mechaniczne i chemiczne, tnie, fibryluje, 帚化 (fibrylację) i rafinuje włókna masy papierniczej, umożliwiając początkowo luźnym włóknom utworzenie silniejszej siły wiązania, a ostatecznie nadając papierowi podstawowe właściwości, takie jak wytrzymałość, jednorodność i chłonność farby. Od tradycyjnych młynów kamiennych po nowoczesne, inteligentne urządzenia, technologiczna iteracja rafinerów zawsze koncentrowała się na trzech podstawowych zasadach: „wysokiej wydajności, precyzji i oszczędności energii”, stając się ważnym wsparciem dla modernizacji przemysłu papierniczego.

I. Podstawowe funkcje i zasada działania rafinerii

Podstawową misją rafinerii jest „optymalizacja morfologii włókien”, a jej zasadę działania można podsumować jako „modyfikację włókien pod wpływem działania mechanicznego”:

• Podstawowa zasada: Gdy pulpa przechodzi między tarczami (lub wałkami) rafinera, jest poddawana działaniu połączonych sił mechanicznych, takich jak ścinanie, wytłaczanie i ugniatanie. Ścianki komórek włókien rozrywają się, tworząc mikrofibryle, a powierzchnia tworzy gęstą, fibrylowaną strukturę. Jednocześnie nadmiernie długie włókna są odpowiednio cięte, dzięki czemu rozkład długości włókien jest bardziej zgodny z wymaganiami produkcji papieru.
• Funkcje podstawowe:Po pierwsze, poprawa siły wiązania włókien, aby papier miał wystarczającą wytrzymałość na rozciąganie, rozdarcie i pękanie; po drugie, poprawa jednorodności splotu włókien, aby zapewnić równość i płaskość papieru; po trzecie, dostosowanie do potrzeb różnych rodzajów papieru, takich jak papier laboratoryjny wymagający cienkich włókien w celu poprawy drukowności i papier opakowaniowy wymagający grubych i długich włókien w celu zwiększenia sztywności.

II. Główne rodzaje i charakterystyka techniczna rafinerii

Ze względu na konstrukcję, metodę pracy i scenariusze zastosowań, typowe rafinerie w przemyśle papierniczym można podzielić na cztery główne kategorie, z których każda ma swoje własne ukierunkowanie techniczne i zakres zastosowań:

1. Rafiner dyskowy

• Charakterystyka strukturalna: Składa się z tarczy nieruchomej (tarcza stacjonarna) i tarczy obrotowej (tarcza obrotowa). Powierzchnia tarczy jest pokryta strefami szlifowania o różnych kształtach zębów (takich jak ząbkowane, trapezowe, spiralne), a intensywność mielenia jest kontrolowana poprzez regulację szczeliny między tarczami.
• Zalety techniczneWysoka wydajność rafinacji, równomierna modyfikacja włókien. Urządzenie może być dostosowane do różnych rodzajów pulpy (pulpy drzewnej, pulpy słomianej, pulpy makulaturowej) poprzez zastąpienie zębów tarczowych, co czyni je najszerzej stosowanym urządzeniem do rafinacji papieru, obejmującego papier pakowy, papier toaletowy i inne rodzaje papieru.
• Podtypy: Rafiner jednotarczowy (działający na jedną stronę tarczy), rafiner dwutarczowy (działający na obie strony tarczy jednocześnie), rafiner trójtarczowy (środkowa nieruchoma tarcza + dwie boczne tarcze obrotowe, wyższa wydajność).

2. Rafiner stożkowy

• Charakterystyka strukturalna: Wykorzystuje połączenie stożkowego stojana i wirnika. Pulpa spiralnie przesuwa się wzdłuż stożkowej szczeliny, poddawana ciągłemu ścinaniu i wytłaczaniu. Intensywność rafinacji można precyzyjnie kontrolować poprzez regulację stożkowej szczeliny.
• Zalety techniczne: Mniejsze rozdrabnianie włókien, dobry efekt fibrylacji, odpowiedni do rodzajów papieru wymagających wysokiej retencji włókien (takich jak papier pakowy, tektura laminowana). Charakteryzuje się również wysoką stabilnością operacyjną i niskim zużyciem energii, powszechnie stosowany do wtórnego rafinowania masy papierniczej lub precyzyjnego przetwarzania masy celulozowej wysokiej jakości.

3. Rafiner cylindryczny

• Charakterystyka strukturalna: Składa się z cylindrycznego walca mielącego i łukowatej płyty mielącej. Powierzchnia walca mielącego jest wyposażona w poprzeczne lub spiralne zęby mielące. Obrót walca mielącego napędza przepływ pulpy i kończy proces rafinacji.
• Zalety techniczneWysoka odporność na zanieczyszczenia (takie jak ziarna piasku, fragmenty plastiku) w pulpie, niełatwo się zatyka. Nadaje się do zgrubnego mielenia pulpy makulaturowej lub wstępnej obróbki grubych surowców włóknistych, takich jak pulpa słomiana, często stosowana w procesie rafinacji wstępnej linii produkcyjnych pulpy.

4. Rafiner o wysokiej konsystencji

• Charakterystyka strukturalna: Nadaje się do środowisk o wysokiej konsystencji masy celulozowej (15%-40%). Wykorzystuje specjalne urządzenie podające (takie jak podajnik ślimakowy), aby zapewnić równomierne wprowadzanie masy celulozowej do strefy mielenia. Kształt zębów tarczy jest przeważnie szeroki, a ich rozstaw jest duży, co poprawia efekt ugniatania włókien.
• Zalety techniczne:Wysoki stopień fibrylacji włókien, silna siła wiązania, co może znacząco poprawić wytrzymałość papieru. W środowiskach o wysokiej spójności, cięcie włókien jest rzadsze, a zużycie energii niższe. Nadaje się do drobnego rafinowania wysokogatunkowych rodzajów papieru (takich jak papier powlekany, papier specjalistyczny) lub do przetwarzania masy papierniczej wymagającej wiązania włókien o wysokiej wytrzymałości.

III. Kluczowe parametry techniczne i zasady doboru rafinerii

1. Podstawowe parametry techniczne

• Udoskonalanie spójności:Podzielone na niską konsystencję (≤8%), średnią konsystencję (8%-15%) i wysoką konsystencję (≥15%). Konsystencja bezpośrednio wpływa na wydajność rafinacji i morfologię włókna, np. rafinacja o wysokiej konsystencji, koncentrująca się na fibrylacji, i rafinacja o niskiej konsystencji, koncentrująca się na cięciu.
• Szczelina między tarczami: Kluczowy parametr określający intensywność rafinacji. Im mniejsza szczelina, tym wyższa intensywność rafinacji. Należy ją dynamicznie dostosowywać do wymagań rodzaju papieru i właściwości masy papierniczej (zwykle w zakresie 0,1–1,0 mm).
• Kształt i szerokość zęba tarczowegoKształt zęba wpływa na sposób, w jaki naprężane są włókna (kształt zęba ścinającego nadaje się do cięcia, a kształt zęba ugniatającego do fibrylacji). Szerokość zęba określa powierzchnię styku strefy mielenia, która musi być dopasowana do rodzaju pulpy i celu rafinacji.
• Moc silnika i prędkość obrotowaMoc determinuje wydajność rafinacji (zwykle 55–1000 kW), a prędkość obrotowa wpływa na prędkość liniową tarczy (zwykle 1500–3000 obr./min). Wyższa prędkość liniowa oznacza większą siłę ścinającą, co jest odpowiednie dla potrzeb rafinacji o wysokiej intensywności.
• Pojemność:Wybierane w zależności od skali linii produkcyjnej. Wydajność pojedynczego urządzenia wynosi zazwyczaj 5-100 ton/d, a linie produkcyjne na dużą skalę mogą przyjmować konfigurację szeregową lub równoległą z wieloma jednostkami.

2. Podstawowe zasady selekcji

• Dostosuj się do wymagań typu papieru:W przypadku papieru opakowaniowego o dużej wytrzymałości priorytet mają rafinerie o wysokiej spójności lub rafinerie stożkowe; w przypadku papieru o wysokiej jakości można wybrać rafinerie dwutarczowe lub trójtarczowe; w przypadku przetwarzania masy papierniczej na makulaturę preferowane są rafinerie cylindryczne lub rafinerie tarczowe odporne na zanieczyszczenia.
• Charakterystyka miazgi zapałczanej:Masa celulozowa drzewna ma długie włókna, dlatego należy skupić się na fibrylacji, a rafinerie o wysokiej konsystencji lub rafinerie stożkowe są opcjonalne; masa celulozowa słomiana ma krótkie włókna, dlatego należy kontrolować stopień cięcia, a rafinerie tarczowe o niskiej konsystencji są opcjonalne; makulatura zawiera wiele zanieczyszczeń, dlatego należy wybierać urządzenia odporne na zatykanie.
• Równowaga między wydajnością a zużyciem energii:W połączeniu z wymaganiami dotyczącymi wydajności linii produkcyjnej, należy wybrać urządzenia o niskim zużyciu energii i wysokiej wydajności rafinacji. Na przykład, linie produkcyjne na dużą skalę mogą wykorzystywać rafinerie trójtarczowe, a linie produkcyjne o małej i średniej wielkości – rafinerie jednotarczowe lub dwutarczowe.
• Weź pod uwagę inteligentną adaptacjęNowoczesne rafinerie są zazwyczaj wyposażone w systemy sterowania PLC, które umożliwiają monitorowanie procesu rafinacji w czasie rzeczywistym (takie jak długość włókien, konsystencja pulpy, stan zużycia tarcz) oraz automatyczne sterowanie w pętli zamkniętej. Przy wyborze należy uwzględnić poziom inteligencji linii produkcyjnej i priorytetowo traktować urządzenia, które można połączyć w sieć i są łatwe w konserwacji.

IV. Trendy rozwoju technologicznego rafinerii

Wraz z transformacją przemysłu papierniczego w kierunku „zielonej, niskoemisyjnej, wysokowydajnej inteligencji i wysokiej jakości” technologia rafineryjna wyznacza trzy główne kierunki rozwoju:

• Inteligentna aktualizacja:Zintegruj czujniki, Internet Rzeczy i technologię AI, aby umożliwić monitorowanie procesu rafinacji w czasie rzeczywistym i automatyczne sterowanie w pętli zamkniętej, co zwiększy precyzję i stabilność rafinacji.
• Poprawa oszczędzania energii: Zoptymalizuj konstrukcję tarczy (np. bioniczny kształt zęba), zastosuj silniki o wysokiej sprawności i technologię regulacji prędkości obrotowej z konwersją częstotliwości, aby zmniejszyć zużycie energii w procesie rafinacji. Niektóre rafinerie nowego typu zmniejszają zużycie energii o 15–30% w porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami.
• Wielofunkcyjna integracja: Opracowanie zintegrowanego sprzętu do „rafinacji – przesiewania – oczyszczania” w celu ograniczenia procesów produkcyjnych i zajmowanej powierzchni; określenie potrzeb w zakresie papieru specjalistycznego, opracowanie specjalnych rafinerii (takich jak rafinerie włókien ultracienkich, specjalne rafinerie pulpy biomechanicznej) w celu rozszerzenia scenariuszy zastosowań.

Jako „główny czynnik kształtujący” produkcję papieru, poziom techniczny rafinerii jest bezpośrednio powiązany z jakością papieru, wydajnością produkcji i korzyściami dla środowiska. W kontekście dążenia przemysłu papierniczego do rozwoju wysokiej jakości, dobór odpowiednich typów rafinerii, optymalizacja kluczowych parametrów technicznych oraz nadążanie za trendami rozwojowymi w zakresie inteligencji i oszczędności energii staną się dla przedsiębiorstw ważną gwarancją zwiększenia ich konkurencyjności.