Tiểu Luận Môn Học - Công Nghệ Giấy - Chủ Đề - Công Đoạn Ép Trên Máy Xeo

Môn học Công nghệ giấy CHỦ ĐỀ CÔNG ĐOẠN ÉP TRÊN MÁY XEO Nhóm 13 Thành Viên Nguyễn Thị Hiền Trần Thị Diệu Linh Vũ Thị Hồng Quyên Hà Thu Trang Hình 1 ảnh chụp phóng đại mặt cắt ngang bề dày một mẫu giấy[.]

Môn học : Công nghệ giấy

CHỦ ĐỀ : CÔNG ĐOẠN ÉP TRÊN

MÁY XEO

Nhóm 13

Thành Viên : Nguyễn Thị Hiền Trần Thị Diệu Linh

Vũ Thị Hồng Quyên

Hà Thu Trang

Hình 1 ảnh chụp phóng đại mặt cắt ngang bề dày một mẫu giấy báo Mục đích cơ bản của quá trình ép trên xeo giấy là tách nước và làm tăng độ bền cho băng giấy ướt Ngoài ra, còn có những mục đích khác như tăng độ bền, giảm đọ khối hay tăng độ chặt Hình 1 minh họa vai trò của quá trình ép Việc tăng độ bền cho băng giấy bảo đảm được sự vận hành của buồng sấy Với những loại giấy tương đối mỏng,

nó sẽ được chuyển từ lưới qua phần chăn có cấu trúc đặc biệt, rồi qua một số khe ép trước khi vào phần sấy Tăng độ vững chắc cho băng giấy là một yếu tố rất quan trọng, sau ép sự tiếp xúc giữa các sợi sẽ được gia tăng và như vậy liên kết sợi sẽ được phát triển trong quá trình sấy Độ ẩm băng giấy trong quá trình ép thường được biểu diễn theo nồng độ bột hay hàm lượng vật chất khô

1 Diễn biến quá trình trong khe ép

Băng giấy được đi vào khe ép giữa hai trục, nó được đỡ trong quá trình ép nhờ chăn

ép Theo định nghĩa của Wahlstrom, ép là một hiện tượng chảy được kiểm soát bởi sự chảy của dòng nước giữa các sợi và từ lớp tường tế bào sợi Có thể xem quá trình ép gồm 4 giai đoạn( hình 2)

Hình 2 Đường phân bố áp suất ở 4 giai đoạn trong khe ép

- Giai đoạn 1: bắt đầu quá trình nén của băng giấy và chăn Không khí được đẩy

ra khỏi băng giấy và chăn , không có sự phát triển của áp suất thủy lực và do vậy không có động lực cho sự thoát nước

- Giai đoạn 2: băng giấy bão hòa và áp suất thủy lực bên trong cấu trúc băng giấy làm cho nước di chuyển từ giấy sang chăn Giai đoạn này tiếp tục cho đến giữa

khe ép, khi mà áp suất tồng gần như đạt cực đại ngay trước điểm giữa khe ép một ít

- Giai đoạn 3: khe ép tiếp tục nới rộng cho đến khi lực ép thủy lực trong băng giấy bằng không , tương ứng với độ khó cực đại của băng giấy

- Giai đoạn 4: cả băng giấy và chăn đều được “nới rộng” ra và băng giấy trở nên không bão hòa Mặc dầu lúc này có hình thành một “áp suất” âm (tạo chân không ) trong cả hai cấu trúc, một số yếu tố làm cho nước quay ngược từ chân

về băng giấy sự hấp phụ nước này là một hạn chế cơ bản của quá trình ép tách nước

2 Giới hạn của quá trình ép

Hai yếu tố giới hạn quá trình ép, một liên quan đến tốc độ tách nước-gọi là giớ hạn về dòng chảy Và một liên quan với mức độ chịu nén có thể của băng giấy – gọi là giới hạn về lực nén Tổng quát, nếu băng giấy tách nước càng dễ , áp lực mà ta có thể tác dụng lên

lớp đếm sợi sẽ càng cao Nếu như tác động của một áp lực khá dư trong trường hợp có giới hạn về dòng chảy, băng giấy sẽ bị đè nát hay trầm trọng hơn, băng giấy có thể bị rách Một cách khái quát , quá trình này là do sự rửa loại của những thành phần mịn tring băng giấy, sự định hướng lại của sợi và kéo sợi qua mặt chăn Qúa trình ép được tiến hành trên một dây khoảng 3 khe ép , áp suất sẽ tăng dần trong các khe.Ở khe đầu, quá trình ép gần như chỉ phụ thuộc vào giới hạn về dòng chảy, còn trong khe thứ ba thì chịu chủ yếu phụ thuộc vào giới hạn về lực nén

3 Tổng quan về quá trình ép

Hình 3 Đường phân bố áp suất với khe ép loại mềm và loại cứng

- Băng giấy và chăn được ép trong khe của hai trục quay Thường trục nằm trên

là trục chịu tải trọng cơ học (thường là bằng hệ thống kích khí ) để tạo nên áp suất cần thiết trong khe ép Áp suất trong khe ép là tổng của các tải cơ học và trọng lượng của trục tính trên ột đơn vị chiều dài của bề mặt tiếp xúc trong khe

ép Áp suất thực tác dụng trong khe được biểu diễn trên hình 3, giá trị ép cực đại phụ thuộc nhiều thông số như áp suất, đường kính trục, độ cứng trục và một

số tính chất của chăn ép

Trong khe ép, một mặt của băng giấy sẽ tiếp tục với trục bong và cứng, thường là trục chế tạo bằng granit hay đá nhân tạo, nhưng hay được sử dụng vẫn là trục kim loại có lớp phủ cao su cứng Trục tiếp xúc vơi chăn thì được phủ lớp vật liệu đàn hồi đề làm mềm khe ép như trong trường hợp ép những loại giấy định lượng thấp(để có được khe ép hẹp)

Vì các trục ép có khuynh hướng bị võng xuống khi chịu tác động của lực cơ học nên cần phải tìm cách đội cong trục lên để có được sự thay đổi áp suất đồng đều trong vùng tiếp xúc Và có thể dùng con đội để đỡ trục, tuy nhiên với hệ thống đội

cố định, chỉ có thể hoạt động duy nhất ở một tải trọng Trên một máy xe để sản xuất những loại giấy có chất lượng và định lượng khác nhau người ta sử dụng hệ thống đội có thể điều chỉnh được tương ứng với các tải trọng khác nhau Có nhiều kiểu hệ thống đội và hai loại phổ biến nhất được giới thiệu ở hình 4 và 5 Hình 4 minh họa loại trục ép mềm , loại trục đầu tiên có sử dụng hệ thống đội với áp suất tạo ra từ đầu Hệ thống đội trong hình 5 hoạt động nhờ thủy lực Phần lớn, người ta

sử dụng áp suất thủy lực để tạo ra sự biến dạng giữa bề mặt của trục và một phần trục cố định Khi có sự tác động của áp suất đồng đều trên toàn khe ép, băng giấy

sẽ có được độ ẩm đồng đều trước khi vào buồng sấy Ngoài ra, còn có thể sử dụng

áp suất để can thiệp vào việc giải quyết một số nhược điểm , ví dụ khi băng giấy có

độ thoát nước không đồng đều thì có thể bù trừ hiện tượng này bằng một tác động

áp suất không đồng nhất như khi sử dụng hệ thống con đôi mà sự biến dạng của nó

có thể điều chỉnh theo phương ngang của máy xeo nhờ điều chỉnh lượng dầu ép để sinh áp lực Hình 6 khái quát vận hành của trục Escher-Wyss Nipeo, khi dầu tràn qua mép của cơ cấu tĩnh ( đặt phía trong trục, ngay dưới trục tì), nó sẽ tạo lớp màng bôi trơn giữa vỏ trục và cơ cấu tĩnh này

Hình 4 Trục ép mềm với hệ thống đội sử dụng dầu nén

Hình 5 Trục ép với hệ thống đội thủy lực ( có lớp dầu bôi trơn trên vở của trục quay)

Hình 6 Khái quát vận hành của trục Escher-Wyss Nipco với hệ thống đội là một cơ cấu tĩnh được bôi trơn nhờ màng dầu

4 Các loại cặp ép

a, ép phẳng

Hình 7 Minh họa sự thoát nước qua khe ép phẳng

Các khảo sát về sự thay đổi hàm lượng ấm trong quá trình ép đã cho thấy rằng nước phải được tách khỏi khe ép càng nhanh càng tốt Khoảng cách ngắn nhất của quỹ đạo này chính là bề dày của chân ép Chế độ chảy cơ bản do vậy sẽ theo phương thẳng góc với chăn và cần hạn chế sự chảy theo phương ngang C ác trục ép đầu tiên được giới thiệu ở hình 7.Những khe ép kiểu này có chế độ chảy rất hạn chế vì nước chỉ có thể thoát khỏi khe ép bằng chế độ chảy bằng dòng bên

b, ép chân không

Hình 8 Minh họa sự thoát nước qua khe ép chân không

Từ những năm 1990, ép chân không được ra đời Những thiết kế đầu tiên này nhằm thực hiện được chế độ nhảy theo phương thẳng góc với chăn Trong thiết kế này có một loại trục rỗng thường được bọc cao su, trục này quay và trên bề mặt trục có đục lỗ

để nước hút qua đó ( thay vì chảy sang 2 bên ) Nước được hút qua những lỗ này trong vùng ép ( hình 8) và khi ra khỏi khe ép nó sẽ được lấy đi bằng lục ly tâm Trong thiết

kế này, một phần nước được chảy vào lỗ nhưng cũng có một phần chảy theo phương ngan Ngày nay kiểu ép chân không vẫn còn được sử dụng trên nhiều máy xeo, tuy nhiên trục ép có đục lỗ sẽ hạn chế áp lực cần sử dụng đồng thời độ bền của trục sẽ giảm nhanh theo thời gian Một yếu tố cần được quan tâm là đường kính lỗ trên mặt trục, lỗ càng lớn, càng hút được nhiều nước nhưng khi lỗ càng nhỏ và được bố trí gần nhau thì băng giấy sẽ ít bị vết và áp suất có thể được tăng cao hơn Dưới tác dụng của lực hút chân không , không khí cũng sẽ được hút qua chân và tham gia việc sấy khô chân, điều này làm cho quá trình hấp phụ nước của chân tốt hơn Thường ở khe ép thứ hai và ba, người ta dùng thêm khí nén để tăng độ khô cho tờ giấy( độ khó 30-40%), tuy nhiên chi phí sẽ tăng và độ chân không cũng phải tăng đủ lớn để đảm bảo các lỗ khoan không bị bít

c, ép với trục khắc rãnh

Hình 9 minh họa loại thiết kế tương đối mới này ( năm 1963), nó được ử dụng rất phổ biến trong những hệ thống ép hiện đại Trên trục tiếp xúc với chăn có xẻ các rãnh sâu khoảng 2,5mm, rộng khoảng 0,5mm và cách nhau khoảng 3,2mm Thiết kế này cho phép giảm quỹ đạo chảy của dòng nước thoát theo phương ngang Các trục xẻ rãnh này là những trục đặc nên có thể chịu được áp lực cao hơn Nước chảy vào các rãnh sẽ được tách ra bằng lọc ly tâm, trục được làm sạch bằng hệ thống vòi rửa

Hình 9 Minh họa sự thoát nước theo phương thẳng đứng của trục ép loại khắc rãnh

d, ép có lưới

Thiết kế mới này được sử dụng rất phổ biến ở châu Âu, nhưng lai ít được dùng ở Bắc

Mỹ Ép có lưới giống như ép phẳng Một lưới bằng vật liệu nhựa tổng hợp chịu nén tốt

sẽ đi qua khe ép giữa chăn và trục phủ cao su để cung cấp một thể tích trống nhận phần nước được văng ra ( hình 10) Nước từ lưới sẽ được lấy đi nhờ hộp hút nước được bố trí trên hành trình quay trở lại của lưới

Hình 10.ép có lưới

Ngày nay hiệu quả nhất cho cặp ép thứ nhất ( khe ép phụ thuộc nhiều giới hạn về dòng chảy) là sử dụng khe ép có hai chân và hai khe (hình 11) Nước sẽ được lấy đi từ cả hai mặt Kiểu ép hai chân này cũng được áp dụng cho cặp ép thứ hai và ba khi làm loại

giấy có định lượng trrn 130g/m2 Vào năm 1981, tập đoàn Beloit đã cho ra trên thị trường một kiểu ép hoàn toàn mới- kiểu khe ép kéo dài Khe ép dài cho phép duy trì một áp suất cao hơn trên bản giấy, giấy xẽ khô hơn và đồng thời cấu trúc của lớp đệm sợi sẽ chặt chẽ hơn vì liên kết giữa các bề mặt sợi gia tăng Cơ cấu chính là một con quay được bôi trơn liên tục bằng dầu để bảo đảm không tạo ma sát trên băng đàn hồi Nhờ áp lực tạo từ con quay không cao( khoảng 1,65 kPa/m ) và chế độ chảy được xác định bằng quá trình ép, có thể giảm được sự cố ép nát băng giấy Lượng nước được tách ra sẽ liên quan với thời gian cho tác dụng ép lực và trong trường hợp này thời gian có thể dài hơn 8 lần

Hình 11.trục ép loại 2 khe và 2 chăn

5 Chuyển băng giấy từ lưới xeo đến khe ép

Xuất xứ thì tất cả các máy xeo sử dụng hệ thống chuyển tải băng giấy không co chăn

đỡ từ phần lưới sang phần ép Hình 12 là một cơ cấu thuộc loại này Hệ thống có trục bắt giấy và nhờ trục này băng giấy sẽ được chuyển qua chăn của khe ép đầu tiên Bằng việc duy trì sự khác biệt về tốc độ giữa lưới và phần ép, có thể tạo được một lực căng cần thiết để tách băng giấy ướt khỏi lưới xeo( giấy là một loại vật liệu đàn hồi nhớt ,

độ biến dạng của nó phụ thuộc vào ứng suất tác dụng) Cơ cấu chuyển tải không chân

đỡ này được sử dụng phổ biến khi làm loại giấy có định lượng cao Sự vận hành của

cơ cấu không chân đỡ rất nhạy đối với sự thay đổi độ thoát nước củ băng giấy và đối với những thông số tạo hình khác

Hình 12 Cơ cấu chuyển băng giấy từ lưới qua khe ép

Vào năm 1954, người ta bắt đầu sử dụng cơ cấu chuyển tải băng giấy với trục bắt giấy

có lực hút và chăn bắt giấy ( hình 13) và ngày nay cơ cấu này đã trở nên phổ biến, nhất

là đối với máy xeo giấy định lượng thấp Băng giấy được tách khỏi lưới xeo nhờ một chăn đỡ tựa trên một trục bụng có bố trí lực hút Băng giấy cùng với chăn kế đó được chuyển đến khe ép đầu tiên ( băng giấy được giữ trên chăn đỡ do sức căng bề mặt giữa chăn ướt và sợi

Hình 13 Chuyển băng giấy sang khe ép nhờ trục bắt giấy và chăn bắt giấy

6 Bố trí trục ép

a,- Lực ép truyền thẳng

Hình 14 Bố trí trục ép kiểu lực ép thẳng

Bố trí trục ép theo kiểu lực ép truyền thẳng là kiểu bố trí cũ nhất và đơn giản , nó hãy còn được sử dụng trên các máy xeo bột và bìa cactong Xuất xứ , mỗi trục ép trong kiểu bố trí này gồm một trục nhẵn ở trên và một trục ở dưới có phủ lớp chăn sao cho chỉ có mặt trên của băng giấy tiếp xúc với trục nhẵn (H.14) Kế đến ở khe ép thứ hai ,

sẽ áp dụng một cấu hình ngược lại ( trục nhẵn sẽ nằm phía dưới ) vậy mặt lưới của băng giấy cũng được tiếp xúc với một bề mặt nhẵn

b,Ép mặt nghiêng

Hình 15 Bố trí trục ép nghiêng

Một số kiểu bố trí cải tiến đã được phát triển như ép mặt nghiêng ba trục (H.15) Bố trí này có một số điểm nổi bật như nước được thoát giữa ép một và ép hai , mặt lưới của băng giấy tiếp xúc với trục nhẫn qua hai khe ép và chỉ cần một trục nhẵn cho hai khe

ép này

c, Ép nóng

Ép tại nhiệt độ 60-90oC là một kỹ thuật ép hiện đại để gia tăng quá trình tách nước và cải tiến độ vững chắc cho băng giấy ( trước khi vào sấy) Khi ép ở nhiệt độ cao , sợi xenlulo được làm mềm và làm tăng khả năng chịu ép của giấy Nó làm tăng tính linh động cho dòng nước (tính chảy)và nước rời khe ép dễ dàng hơn Các kết quả khảo sát cho thấy với mỗi gia tăng 10oC , độ khô của giấy được tăng lên 1% Để tăng nhiệt độ băng giấy , phương pháp thông thường là dùng vòi phun hơi nước lên cả phần lưới tạo hình và phần ép Đặc biệt dòng hơi được áp dụng trên một mặt tờ giấy trong khi lực hút được tác dụng qua lớp đệm sợi trên mặt đối diện Hơi nước kéo vào cấu trúc tờ giấy , ở đó nó ngưng tụ và làm tờ giấy nóng lên

7 Chăn ép

a, Vai trò và đặc điểm cơ bản của chăn ép

Chăn sử dụng ở bộ phận ép của máy xeo có một số chức năng sau :

- Hút nước từ băng giấy khi qua khe ép

- Đỡ băng giấy qua khe ép , tránh hiện tượng giáy bị ép nát

- Cung cấp một áp lực đồng đều và ổn định trên suốt băng giấy

- Cải thiển tính chất bề mặt của băng giấy

- Chuyển băng giấy từ bộ phận này sang bộ phận khác

Như một băng tải làm chuyển động một số trục ( là các trục không truyền động ở bộ phận ép )

Đặc điểm của chăn ép

- Thoát nước tốt

- Có kích thược ổn định

- Độ bền cao (như chăn phải có khả năng chịu ứng suất giãn)

- Cấu trúc thoáng (không bí bít), nhờ vậy hấp phụ nước tốt

- Không tạo vết trên bề mặt

- Không bị xổ lông

- Khả năng bám giấy tốt

b, Cấu trúc của chăn ép

Sự phát triển của vật liệu làm chăn ép từ những chăn truyền thống đến các vật liệu ký thuật có sự thay đổi song song cùng với sự thay đổi của máy xeo Xuất xứ , các sợi được se rồi được dệt để có được độ xốp và độ bền Các chăn này được sản xuất chủ yếu từ len có độ thấm thấp và độ bền kém Vào những năm 1950 kỹ thuật dệt kim xuất hiện và đã cho phép có được những loại chăn định hướng tốt hơn theo phương thẳng đứng và có thể sử dụng một lượng lớn sợi tổng hợp để dệt chăn Quy trình này cho phép định vị một màng nhựa tổng hợp trên một cốt dệt (H.16) Trong số các chăn dệt kim , người ta chia thành hai nhóm : chăn từ nhựa tổng hợp Ngày này có rất nhiều loại chăn dệt , như chăn không sợi ngang , không se sợi và loại cốt dệt kép Mặc dù việc lựa chọn chăn ép đòi hỏi một kinh nghiệm , nhưng chỉ bằng các thử nghiệm trên máy mới cho phép chọn được chăn ép phù hợp nhất

Hình 16 Minh họa cấu trúc dệt của một loại chăn ép

c, Sử dụng chăn ép trên máy xeo

Để sử dụng một chăn ép trên máy xeo , cần phải bố trí các trục căng và trục dẫn nhằm duy trì độ thấm và độ xốp , ngoài ra còn có hệ thống điều chỉnh và vòi rửa chăn , có

thể áp dụng những phương pháp cơ học , hóa học hoặc kết hợp cả hai Trong phương pháp cơ học , phổ biến nhất là dụng các hệ thống thủy lực Các vòi rửa chăn loại áp lực cao và thấp cho phép tách và xối rửa các hật mịn trong chăn sẽ được tách ra hoặc bằng hộp hút , hoặc bằng máy nén Nếu như áp lực không đủ , có thể dùng kết hợp hóa chất như chất tẩy rửa

d, Các thông số của chăn ép có ảnh hưởng trên sự vận hành của trục ép

Có nhiều thông số ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình ép như : độ cứng trục , đường kính trục , sự bố trí trục ép , loại khe ép , bản chất bột giấy , mức độ nghiền bột , độ giữ nước , độ chịu ép , định lượng , độ ẩm băng giấy khi vào khe ép , nhiệt độ băng giấy , chất độ sử dụng , loại chăn ép và tuổi thọ , điều chỉnh và vệ sinh chăn , vận tốc máy

Thông số quan trọng nhất là áp suất trong khe ép , cần xem xét giá trị cao nhất có thể tương thích với khả năng vắt nước của băng giấy Nếu tốc độ máy tăng , hiệu quả ép

sẽ giảm vì thơi gian lưu lượng trong khe ép bị rút ngắn Tổng quát , nếu như nhiệt độ băng giấy tăng , nước tách ra dễ hơn (vì độ nhớt giảm )và tính chịu nén sẽ tốt hơn trên những máy xeo cactong , có lắp đặt thêm những ống hình trụ gia nhiệt bằng hơi để làm nóng bằng giấy trước khi nó vào khe ép cuối cùng Các vòi rửa bằng hơi được sử dụng để làm nóng lớp đệm sợi trên những máy xeo loại mỏng

Sự hấp phụ mao dẫn của một chăn ép mới thì thường không tốt bằng chăn đã được sử dụng một vài ngày Nhưng sau đó để thể hiện được các chức năng của chăn phải giữ chăn sạch