Гидроразбиватели макулатурного сырья

Конструктивные особенности гидроразбивателя определяют все последующие операции переработки макулатуры. Изначально эффективное разволокнение макулатурного сырья с полным разделением на отдельные волокна в гидроразбивателе сокращает количество используемого оборудования для подготовки макулатурной массы. В настоящее время зарубежные фирмы − изготовители оборудования, разрабатывающие современные технологические линии переработки вторичного волокна, предлагают гидроразбиватели, которые обеспечивают щадящий режим обработки волокон макулатурной массы.

Главный недостаток устаревших моделей гидроразбивателей заключается в интенсивном измельчении посторонних включений и их последующем продолжительном удалении на других стадиях переработки макулатуры: общее содержание примесей и неразволокненных пучков волокон (лепестков) достигает 20%.

Цель разволокнения состоит в максимальном разделении макулатурного сырья на отдельные волокна для получения волокнистой суспензии. Высокая турбулентность движения массы и необходимые усилия сдвига, создаваемые лопастями ротора гидроразбивателя, должны обеспечивать разрушение вторичного волокнистого сырья и отделение частиц примесей от волокон. При этом возникает трение, что способствует разделению макулатуры на волокна.

Турбулентный гидроразбиватель представляет собой ванну цилиндрической формы, в которой вращается ротор с лопастями для создания турбулентного потока образующейся волокнистой суспензии и очистки сортирующего сита. Для интенсификации разволокнения макулатурного сырья на стенках ванны гидроразбивателя устанавливают вертикальные отражательные планки − дефлекторы.

Вертикальные гидроразбиватели оснащены камерой отходов, жгутовытаскивателем, предназначенным для удаления легких неволокнистых примесей, которые при интенсивном вращении потока массы способны закручиваться в жгут (полимерные пленки, веревки и прочее), и жгуторезкой для разрезания образующегося жгута с целью его дальнейшей утилизации.

Разволокнение макулатуры в гидроразбивателе происходит за счет гидродинамических усилий сдвига, возникающих при турбулентном движении массы, сил трения между волокнами, особенно в зазоре между вращающимися лопастями ротора и поверхностью сита.

Эффективность работы гидроразбивателя зависит от его конструкции и условий процесса, в частности от температуры и концентрации массы. Разволокнение макулатуры осуществляется при высокой (до 19–28%), средней (до 12%) и низкой (до 6%) концентрации массы. Повышение концентрации массы увеличивает трение между волокнами и усилия сдвига при уменьшении продолжительности процесса и снижении удельного расхода энергии на разволокнение макулатуры. В зависимости от используемой концентрации массы при разволокнении макулатуры применяют различные типы роторов и системы очистки гидроразбивателей.

Гидроразбиватели непрерывного действия работают при низкой концентрации массы и постоянном удалении полученной волокнистой суспензии через сортировочное сито. В таком гидроразбивателе используют сита с диаметром отверстий 6–12 мм. Использование сита с малыми отверстиями снижает содержание неразволокненных лепестков и увеличивает продолжительность разволокнения макулатуры. При большем диаметре отверстий сортирующего сита полученная макулатурная масса содержит 15–20% неразволокненных лепестков, а в случае влагопрочной макулатуры − до 40%.

Одним из недостатков гидроразбивателей, работающих при низкой концентрации, является измельчение инородных включений и примесей за счет интенсивного воздействия на массу, возникающего в зазоре между лопастями ротора и сортирующим ситом.

Разволокнение при высокой и средней концентрации массы обычно производится в периодическом режиме, а при низкой концентрации − в непрерывном режиме. Достоинством гидроразбивателей, работающих при повышенной концентрации, являются более «мягкие» условия разволокнения макулатуры при минимальном разрушении примесей и низком удельном расходе энергии.

Работа гидроразбивателей периодического действия складывается из отдельных этапов подачи воды и макулатуры: собственно разволокнения макулатуры, разбавления массы водой, выпуска полученной макулатурной массы и удаления отходов. Продолжительность этапа разволокнения макулатурного сырья составляет около двух третей общей продолжительности работы гидроразбивателя.

В системе разволокнения TwinPulp фирмы Voith Paper используется гидроразбиватель UniPulperTM (рис. 1). Разволокнение в данном аппарате осуществляется при концентрации массы 4,5–6%. Объем ванны гидроразбивателя составляет от 26 до 130 м³. Приподнятое положение сита снижает его износ, диаметр отверстий сита составляет 20 мм. Преимуществами указанного гидроразбивателя являются высокая производительность (200–1300 т / сут) и низкий расход энергии (12–22 кВт.ч / т).

Рис. 1. Гидроразбиватель UniPulper^TM

Рис. 2. Гидроразбиватель OptiSlush^TM VC

Продолжительность разволокнения макулатуры в гидроразбивателе составляет 5–7 минут. Содержание неразволокненных лепестков макулатуры − 14–20%. Крупные примеси и неразволокненные лепестки направляются на дополнительную обработку в дефлокулятор. Количество отходов разволокнения в данном аппарате не превышает 3%.

Разволокнение макулатуры в вертикальном гидроразбивателе OptiSlushTMVC фирмы Metso Paper (рис. 2) производится при концентрации массы около 5%. Конструкция ротора обеспечивает эффективное разволокнение макулатуры при низком расходе энергии. Полученная волокнистая суспензия направляется на грубое сортирование. Тяжелые и крупные примеси скапливаются в камере отходов аппарата, промываются от волокна и направляются на дальнейшую обработку. Неразволокненные лепестки макулатуры подвергаются дополнительному разволокнению в дефлокуляторе.

Гидроразбиватель VS фирмы Voith Paper может работать в непрерывном или периодическом режиме (рис. 3). Данный гидроразбиватель работает при концентрации массы 4–6%. Размеры ванны гидроразбивателя: объем − 5–120 м³, диаметр − 2,3–6,5 м. Производительность аппарата при периодическом режиме работы составляет от 40 до 600 т / сут, при непрерывном режиме − от 55 до 1380 т / сут.

Рис. 3. Гидроразбиватель VS

Рис. 4. Гидроразбиватель D Hydrapulper: сравнение конструкции
гидроразбивателя традиционного (слева) и D (справа)

Гидроразбиватель непрерывного действия типа D Hydrapulper фирмы Kadant Lamort работает при концентрации массы 4–6%, имеет высокую эффективность разволокнения макулатуры (рис. 4). Конструкция данного аппарата отличается от обычных гидроразбивателей: полуцилиндрическая ванна аппарата D-образной формы имеет плоскую стенку для изменения направления движения турбулентного потока массы.

Продолжительность разволокнения макулатурного сырья зависит от степени его увлажнения и интенсивности усилий сдвига, создаваемых вращающимся ротором. Поскольку турбулентный поток волокнистой суспензии в ванне гидроразбивателя имеет круговое направление движения, то некоторые фрагменты макулатуры иногда не могут достичь зоны воздействия усилий сдвига. Данное обстоятельство значительно снижает эффективность разволокнения макулатурного сырья. Изменение геометрических характеристик аппарата за счет наличия стенки в ванне гидроразбивателя и, как следствие, изменение траектории движения турбулентного потока массы в сторону ротора позволяет повысить эффективность разволокнения макулатуры.

Вертикальный гидроразбиватель HDC фирмы Voith Paper с винтовым ротором используется для разволокнения макулатуры при концентрации 13–17% (рис. 5). Ванна гидроразбивателя имеет диаметр от 2,2 до 7,6 м, на внутренней поверхности ванны установлены дефлекторы для интенсификации процесса разделения макулатурного сырья на волокна. Преимуществами данного аппарата являются эффективное разволокнение без измельчения примесей и низкое содержание неразволокненных лепестков макулатуры. Эффективная конструкция гидроразбивателя позволяет снизить удельный расход энергии на разволокнение. Следует отметить, что в данном аппарате обеспечиваются оптимальное смешивание химических реагентов с массой и эффективное отделение частиц печатной краски от волокон.

Рис. 5. Гидроразбиватель HDC

Рис. 6. Гидроразбиватель OptiSlush^TM VН

Вертикальный гидроразбиватель периодического действия OptiSlushTMVН фирмы Metso Paper (рис. 6) эксплуатируется при концентрации массы 13–17%. Эффективное разволокнение макулатурного сырья без измельчения примесей обеспечивают конструкция винтового ротора и наличие отражательных планок, или дефлекторов, установленных на стенках ванны гидроразбивателя. Отделенная от крупных тяжелых примесей разволокненная масса направляется в дефлокулятор для окончательного разволокнения и отделения легких и тяжелых примесей. Полученная макулатурная масса подается на грубое сортирование.

Данный гидроразбиватель в зависимости от марки перерабатываемой макулатуры может не иметь сортирующего сита, но для отделения тяжелых отходов оснащен специальной камерой. При наличии сортирующего сита полученная макулатурная масса направляется в барабанную сортировку типа OptiSlushTMDS для отделения крупных примесей.

Гидроразбиватель вертикального типа VV фирмы PAPCEL предназначен для непрерывного и периодического разволокнения макулатуры. Данный аппарат имеет производительность до 500 т / сут. Достоинствами гидроразбивателя являются: возможность использования для разволокнения различных видов волокнистых материалов, включая влагопрочные и ламинированные типа TetraPak, низкий удельный расход энергии. Кроме того, разволокнение макулатуры возможно осуществлять при концентрации массы 10–12%.

В горизонтальных гидроразбивателях ротор с лопастями расположен горизонтально, что предотвращает забивание отверстий сита тяжелыми и неразволокненными лепестками макулатуры. Разволокненная масса проходит через отверстия сита, расположенного под лопастями ротора, направляется в приемную камеру и удаляется из гидроразбивателя. Крупные тяжелые примеси поступают в камеру отходов и удаляются из аппарата.

Горизонтальный гидроразбиватель HV фирмы PAPCEL предназначен для непрерывного разволокнения макулатуры. Гидроразбиватель может быть оснащен сепаратором тяжелых примесей типа OTN, жгутовытаскивателем с гидравлическими ножницами типа SN, периодическим сепаратором примесей типа PSN, обезвоживающим барабаном отходов типа OBN. Производительность аппарата зависит от марки перерабатываемой макулатуры и степени её загрязненности и составляет до 400 т / сут.

Эффективность разволокнения макулатуры определяется содержанием в макулатурной массе неразволокненных фрагментов, или лепестков макулатуры. Для гидроразбивателей непрерывного действия, работающих при низкой концентрации, данный показатель достигает 12–17%. Эффективность их последующего удаления в аппаратах для грубой очистки и сортирования макулатурной массы не превышает 60–65%.

Измельчение инородных включений и примесей требует установки дополнительного оборудования для их удаления из волокнистой суспензии с увеличением затрат энергии до 65% от общего удельного расхода энергии.

Таким образом, эффективное разволокнение макулатурного сырья в «мягких» условиях с одновременной грубой очисткой и сортированием обеспечивает сокращение затрат на последующую обработку полученной волокнистой суспензии и снижение потерь волокна, уходящего вместе с отходами.