V celom procese výroby papiera „rozvlákňovanie – výroba papiera – konečná úprava“ je rafinér kľúčovým zariadením, ktoré určuje výkon vlákien a kvalitu papiera. Prostredníctvom fyzikálnych, chemických alebo kombinovaných mechanických a chemických činností reže, fibriluje, 帚化 (fibrilácia) a rafinuje vlákna buničiny, čo umožňuje pôvodne voľným vláknam vytvárať silnejšiu spojovaciu silu a v konečnom dôsledku dodáva papieru základné vlastnosti, ako je pevnosť, rovnomernosť a absorpcia farby. Od tradičných kamenných mlynov až po moderné inteligentné zariadenia sa technologická iterácia rafinérov vždy sústredila na tri základné princípy: „vysoká účinnosť, presnosť a úspora energie“, čím sa stala dôležitou oporou pre modernizáciu papierenského priemyslu.

I. Základné funkcie a princíp fungovania rafinérií

Hlavným poslaním rafinéra je „optimalizovať morfológiu vlákien“ a jeho princíp fungovania možno zhrnúť ako „modifikácia vlákien mechanickým pôsobením“:

• Základný princípKeď buničina prechádza medzi diskami (alebo valcami) rafinéra, je vystavená kombinovaným mechanickým silám, ako je strihanie, extrúzia a miesenie. Bunkové steny vlákien sa trhajú a vytvárajú mikrofibrily, pričom povrch vytvára hustú fibrilovanú štruktúru. Zároveň sa nadmerne dlhé vlákna vhodne režú, čím sa rozloženie dĺžky vlákien viac zhoduje s požiadavkami na výrobu papiera.
• Základné funkciePo prvé, zlepšiť pevnosť spoja vlákien, aby papier mal dostatočnú pevnosť v ťahu, pevnosť v roztrhnutí a pevnosť v pretrhnutí; po druhé, zlepšiť rovnomernosť prepletania vlákien, aby sa zabezpečila rovnomernosť a rovinnosť papiera; po tretie, prispôsobiť sa potrebám rôznych typov papiera, ako je napríklad kultúrny papier vyžadujúci jemné vlákna na zlepšenie potlačiteľnosti a baliaci papier vyžadujúci hrubé a dlhé vlákna na zvýšenie tuhosti.

II. Hlavné typy a technické charakteristiky rafinérií

Podľa konštrukčného riešenia, pracovného postupu a aplikačných scenárov sa bežné rafinérie v papierenskom priemysle delia hlavne do nasledujúcich štyroch kategórií, pričom každá má svoje vlastné technické zameranie a rozsah použitia:

1. Diskový rafinér

• Štrukturálne charakteristikySkladá sa z pevného kotúča (stacionárny kotúč) a rotujúceho kotúča (rotujúci kotúč). Povrch kotúča je rozdelený na brúsne zóny s rôznymi tvarmi zubov (napríklad zúbkované, lichobežníkové, špirálové) a intenzita rafinácie sa reguluje nastavením medzery kotúča.
• Technické výhodyVysoká účinnosť rafinácie, rovnomerná modifikácia vlákien. Dokáže sa prispôsobiť rôznym druhom buničiny (drevná buničina, slamená buničina, odpadová papierová buničina) nahradením tvarov zubov kotúčov, vďaka čomu je najpoužívanejším rafinačným zariadením na kultúrny papier, baliaci papier, toaletný papier a iné druhy papiera.
• PodtypyJednokotúčový rafinér (pôsobiaci na jednu stranu disku), dvojkotúčový rafinér (pôsobiaci súčasne na obe strany disku), trojkotúčový rafinér (stredný stacionárny disk + dva bočné rotujúce disky, vyššia účinnosť).

2. Kužeľový rafinér

• Štrukturálne charakteristikyPoužíva kombináciu kužeľového statora a rotora. Buničina sa špirálovito posúva pozdĺž kužeľovej medzery a je vystavená neustálemu strihaniu a extrúzii. Intenzitu rafinácie je možné presne regulovať nastavením kužeľovej medzery.
• Technické výhodyMenej rezania vlákien, dobrý fibrilačný účinok, vhodný pre typy papiera vyžadujúce vysokú retenciu dĺžky vlákien (ako napríklad kraftový papier, kartón). Má tiež vysokú prevádzkovú stabilitu a nízku spotrebu energie, bežne sa používa na sekundárne rafinovanie odpadovej papierovej buničiny alebo jemné spracovanie vysokokvalitnej buničiny.

3. Valcový rafinér

• Štrukturálne charakteristikySkladá sa z valcového mlecieho valca a oblúkovitého mlecieho plechu. Povrch mlecieho valca je vybavený priečnymi alebo špirálovými brúsnymi zubami. Rotácia mlecieho valca poháňa tok buničiny a dokončuje proces rafinácie.
• Technické výhodyVysoká tolerancia voči nečistotám (ako sú zrná piesku, úlomky plastu) v buničine, ľahko sa neupcháva. Vhodné na hrubé mletie odpadovej papierovej buničiny alebo predúpravu hrubých vláknitých surovín, ako je slamená buničina, často používané v procese predbežnej rafinácie výrobných liniek na výrobu buničiny.

4. Rafinér s vysokou konzistenciou

• Štrukturálne charakteristikyVhodné pre prostredia s vysokou konzistenciou buničiny (15 % – 40 %). Používa špeciálne podávacie zariadenie (napríklad závitovkový podávač) na zabezpečenie rovnomerného vstupu buničiny do mlecej zóny. Tvar zubov disku je prevažne široký a s veľkým rozstupom zubov na zlepšenie miesenia vlákien.
• Technické výhodyVysoký stupeň fibrilácie vlákien, silná spojovacia sila, ktorá môže výrazne zlepšiť pevnosť papiera. V prostrediach s vysokou konzistenciou je rezanie vlákien menšie a spotreba energie je nízka. Je vhodný na jemné rafinovanie vysokokvalitných typov papiera (ako je natieraný papier, špeciálny papier) alebo na spracovanie buničiny vyžadujúce vysokopevnostné spájanie vlákien.

III. Kľúčové technické parametre a zásady výberu rafinérií

1. Základné technické parametre

• Zdokonaľovanie konzistencieDelí sa na nízku konzistenciu (≤8 %), strednú konzistenciu (8 % – 15 %) a vysokú konzistenciu (≥15 %). Konzistencia priamo ovplyvňuje účinnosť rafinácie a morfológiu vlákien, napríklad rafinácia s vysokou konzistenciou so zameraním na fibriláciu a rafinácia s nízkou konzistenciou so zameraním na rezanie.
• Medzera diskuKľúčový parameter určujúci intenzitu rafinácie. Čím menšia je medzera, tým vyššia je intenzita rafinácie. Je potrebné ju dynamicky upravovať podľa požiadaviek na typ papiera a charakteristík buničiny (zvyčajne sa reguluje na 0,1 – 1,0 mm).
• Tvar zubov disku a šírka zubovTvar zuba ovplyvňuje spôsob namáhania vlákien (tvar zuba na šmyk je vhodný na rezanie, tvar zuba na miesenie je vhodný na fibriláciu). Šírka zuba určuje kontaktnú plochu mlecej zóny, ktorá musí zodpovedať typu buničiny a cieľu rafinácie.
• Výkon motora a rýchlosť otáčaniaVýkon určuje rafinačnú kapacitu (zvyčajne 55 – 1 000 kW) a rýchlosť otáčania ovplyvňuje lineárnu rýchlosť disku (zvyčajne 1 500 – 3 000 ot./min). Vyššia lineárna rýchlosť znamená silnejšiu strižnú silu, vhodnú pre vysokointenzívne rafinačné potreby.
• KapacitaVyberá sa podľa rozsahu výrobnej linky. Kapacita jedného zariadenia je zvyčajne 5 – 100 t/d a rozsiahle výrobné linky môžu využívať viacjednotkové sériové alebo paralelné zapojenie.

2. Princípy výberu jadra

• Prispôsobte sa požiadavkám na typ papieraPre vysokopevnostný baliaci papier sa uprednostňujú vysokokonzistentné rafinéry alebo kužeľové rafinéry; pre jemný kultivovaný papier je možné zvoliť dvojkotúčové alebo trojkotúčové rafinéry; pre spracovanie odpadovej papierovej buničiny sa uprednostňujú valcové rafinéry alebo kotúčové rafinéry odolné voči nečistotám.
• Charakteristiky zhodnej buničinyDrevná buničina má dlhé vlákna, preto sa zameriava na fibriláciu a voliteľné sú rafinéry s vysokou konzistenciou alebo kužeľové rafinéry; slamená buničina má krátke vlákna, preto je potrebné kontrolovať stupeň rezania a voliteľné sú kotúčové rafinéry s nízkou konzistenciou; odpadová papierová buničina obsahuje veľa nečistôt, preto by sa malo zvoliť zariadenie odolné voči upchávaniu.
• Rovnováha medzi účinnosťou a spotrebou energieV kombinácii s požiadavkami na kapacitu výrobnej linky vyberte zariadenie s nízkou spotrebou energie na jednotku a vysokou účinnosťou rafinácie. Napríklad veľké výrobné linky môžu používať trojkotúčové rafinérie a malé a stredné výrobné linky môžu používať jednokotúčové alebo dvojkotúčové rafinérie.
• Zvážte inteligentnú prispôsobivosťModerné rafinérie sú väčšinou vybavené riadiacimi systémami PLC, ktoré dokážu monitorovať proces rafinácie v reálnom čase (ako je dĺžka vlákien, konzistencia buničiny, stav opotrebovania kotúčov) a automaticky riadiť v uzavretej slučke. Pri výbere je potrebné kombinovať úroveň inteligencie výrobnej linky a uprednostniť zariadenia, ktoré je možné prepojiť do siete a ktoré sa ľahko udržiavajú.

IV. Trendy technologického rozvoja rafinérií

S transformáciou papierenského priemyslu smerom k „zelenému, nízkouhlíkovému, vysokoúčinnému a inteligentnému priemyslu s vysokou kvalitou“ predstavuje technológia rafinácie tri hlavné smery vývoja:

• Inteligentný upgradeIntegrácia senzorov, internetu vecí a technológie umelej inteligencie na realizáciu monitorovania procesu rafinácie v reálnom čase a automatického riadenia v uzavretej slučke, čím sa zlepší presnosť a stabilita rafinácie.
• Zlepšenie úspory energieOptimalizácia dizajnu štruktúry disku (napríklad bionického tvaru zubov), použitie vysokoúčinných motorov a technológie regulácie rýchlosti frekvenčnej konverzie na zníženie spotreby energie pri rafinácii. Niektoré rafinérie nového typu znižujú spotrebu energie o 15 % – 30 % v porovnaní s tradičnými zariadeniami.
• Multifunkčná integráciaVyvinúť integrované zariadenie na „rafináciu – triedenie – čistenie“ s cieľom znížiť výrobné procesy a zastavanú plochu zariadení; zamerať sa na potreby špeciálneho papiera, vyvinúť špeciálne rafinérie (ako sú rafinérie ultrajemných vlákien, špeciálne rafinérie biomechanickej buničiny) s cieľom rozšíriť scenáre použitia.

Technická úroveň rafinérií, ako „jadrového tvorcu“ papierenskej výroby, priamo súvisí s kvalitou papiera, efektivitou výroby a environmentálnymi prínosmi. V kontexte papierenského priemyslu, ktorý sa snaží o vysokokvalitný rozvoj, sa výber vhodných typov rafinérií, optimalizácia kľúčových technických parametrov a sledovanie vývojových trendov v oblasti inteligencie a úspory energie stanú dôležitou zárukou pre podniky, aby zvýšili svoju základnú konkurencieschopnosť.