V celém procesu výroby papíru, který zahrnuje „rozvlákňování – výrobu papíru – konečnou úpravu“, je rafinér klíčovým zařízením, které určuje výkon vláken a kvalitu papíru. Prostřednictvím fyzikálních, chemických nebo kombinovaných mechanických a chemických působení řeže, fibriluje, 帚化 (fibrilace) a rafinuje vlákna buničiny, což umožňuje původně volným vláknům vytvářet silnější spojovací sílu a v konečném důsledku propůjčuje papíru základní vlastnosti, jako je pevnost, rovnoměrnost a savost inkoustu. Od tradičních kamenných mlýnů až po moderní inteligentní zařízení se technologický vývoj rafinérů vždy zaměřoval na tři základní principy: „vysoká účinnost, přesnost a úspora energie“, což se stalo důležitou oporou pro modernizaci papírenského průmyslu.

I. Základní funkce a pracovní princip rafinerií

Hlavním posláním rafinéru je „optimalizace morfologie vláken“ a jeho princip fungování lze shrnout jako „modifikace vláken mechanickým působením“:

• Základní principKdyž buničina prochází mezi kotouči (nebo válci) rafinéru, je vystavena kombinovaným mechanickým silám, jako je smyk, vytlačování a hnětení. Buněčné stěny vláken se trhají a vytvářejí mikrofibrily, a povrch vytváří hustou fibrilovanou strukturu. Zároveň se nadměrně dlouhá vlákna vhodně řežou, čímž se rozložení délky vláken více přizpůsobí požadavkům na výrobu papíru.
• Základní funkceZaprvé, zlepšit sílu spojování vláken, aby papír měl dostatečnou pevnost v tahu, pevnost v roztržení a pevnost v roztržení; zadruhé, zvýšit rovnoměrnost proplétání vláken, aby byla zajištěna rovnoměrnost a rovinnost papíru; zatřetí, přizpůsobit se potřebám různých typů papíru, jako je například kulturní papír vyžadující jemná vlákna pro zlepšení potisknutelnosti a balicí papír vyžadující silná a dlouhá vlákna pro zvýšení tuhosti.

II. Hlavní typy a technické charakteristiky rafinérií

Podle konstrukčního řešení, pracovního postupu a aplikačních scénářů se běžné rafinerie v papírenském průmyslu dělí hlavně do následujících čtyř kategorií, z nichž každá má své vlastní technické zaměření a rozsah použití:

1. Diskový rafinér

• Strukturální charakteristikySkládá se z pevného kotouče (stacionární kotouč) a rotujícího kotouče (rotující kotouč). Povrch kotouče je rozdělen brusnými zónami s různými tvary zubů (například vroubkované, lichoběžníkové, spirálové) a intenzita rafinace se řídí nastavením mezery mezi kotouči.
• Technické výhodyVysoká účinnost rafinace, rovnoměrná modifikace vláken. Může se přizpůsobit různým druhům buničiny (dřevní buničina, slámová buničina, odpadní papírová buničina) nahrazením tvarů zubů disků, což z něj činí nejrozšířenější rafinační zařízení pro výrobu kulturního papíru, balicího papíru, toaletního papíru a dalších typů papíru.
• PodtypyJednokotoučový rafinér (působí na jednu stranu disku), dvoukotoučový rafinér (působí současně na obě strany disku), tříkotoučový rafinér (střední stacionární disk + dva boční rotující disky, vyšší účinnost).

2. Kuželový rafinér

• Strukturální charakteristikyPoužívá kombinaci kuželového statoru a rotoru. Buničina se spirálovitě posouvá podél kuželové mezery a je vystavena neustálému smykovému namáhání a extruzi. Intenzitu rafinace lze přesně regulovat nastavením kuželové mezery.
• Technické výhodyMenší řezání vláken, dobrý fibrilační efekt, vhodný pro typy papíru vyžadující vysokou retenci délky vláken (jako je kraftový papír, krycí karton). Má také silnou provozní stabilitu a nízkou spotřebu energie, běžně se používá pro sekundární rafinaci odpadní papírové buničiny nebo jemné zpracování vysoce kvalitní buničiny.

3. Válcový rafinér

• Strukturální charakteristikySkládá se z válcového mlecího válce a obloukově tvarované mlecí desky. Povrch mlecího válce je vybaven příčnými nebo spirálovými mlecími zuby. Rotace mlecího válce pohání tok buničiny a dokončuje proces rafinace.
• Technické výhodyVysoká tolerance vůči nečistotám (jako jsou zrnka písku, úlomky plastu) v buničině, snadno se neucpává. Vhodné pro hrubé mletí odpadní papíroviny nebo předúpravu hrubých vláknitých surovin, jako je slámová buničina, často používané v procesu předběžné rafinace na výrobních linkách na výrobu buničiny.

4. Vysoce konzistenční rafinér

• Strukturální charakteristikyVhodné pro prostředí s vysokou konzistencí buničiny (15 %–40 %). Používá speciální podávací zařízení (například šnekový podavač) k zajištění rovnoměrného vstupu buničiny do mlecí zóny. Tvar zubů disku je většinou široký a s velkou roztečí zubů pro zvýšení hnětení vláken.
• Technické výhodyVysoký stupeň fibrilace vláken, silná spojovací síla, která může výrazně zlepšit pevnost papíru. V prostředí s vysokou konzistencí je řezání vláken menší a spotřeba energie je nízká. Je vhodný pro jemné zušlechťování vysoce kvalitních typů papíru (jako je natíraný papír, speciální papír) nebo pro zpracování buničiny vyžadující vysoce pevné spojování vláken.

III. Klíčové technické parametry a zásady výběru rafinerií

1. Základní technické parametry

• Zdokonalování konzistenceDělí se na nízkou konzistenci (≤8 %), střední konzistenci (8 % – 15 %) a vysokou konzistenci (≥15 %). Konzistence přímo ovlivňuje účinnost rafinace a morfologii vláken, například rafinace s vysokou konzistencí se zaměřením na fibrilaci a rafinace s nízkou konzistencí se zaměřením na řezání.
• Mezera diskuKlíčový parametr určující intenzitu rafinace. Čím menší je mezera, tím vyšší je intenzita rafinace. Je třeba ji dynamicky upravovat podle požadavků na typ papíru a vlastností buničiny (obvykle se reguluje na 0,1–1,0 mm).
• Tvar a šířka zubu kotoučeTvar zubu ovlivňuje způsob namáhání vláken (smykový tvar zubu je vhodný pro řezání, hnětací tvar zubu je vhodný pro fibrilaci). Šířka zubu určuje kontaktní plochu mlecí zóny, která musí odpovídat typu buničiny a cíli rafinace.
• Výkon motoru a otáčkyVýkon určuje rafinační kapacitu (obvykle 55–1 000 kW) a otáčky ovlivňují lineární rychlost disku (obvykle 1 500–3 000 ot./min). Vyšší lineární rychlost znamená silnější střižnou sílu, vhodnou pro potřeby vysoce intenzivní rafinace.
• KapacitaVolba se řídí velikostí výrobní linky. Kapacita jednoho zařízení je obvykle 5–100 t/den a velké výrobní linky mohou využívat sériové nebo paralelní zapojení více jednotek.

2. Principy výběru jádra

• Přizpůsobte se požadavkům na typ papíruPro vysoce pevný balicí papír se upřednostňují rafinéry s vysokou konzistencí nebo kuželové rafinéry; pro jemný kulturní papír lze zvolit dvoukotoučové nebo tříkotoučové rafinéry; pro zpracování odpadní papírové buničiny se upřednostňují válcové rafinéry nebo kotoučové rafinéry odolné vůči nečistotám.
• Charakteristiky shody buničinyDřevní buničina má dlouhá vlákna, proto se zaměřte na fibrilaci a volitelné jsou rafinéry s vysokou konzistencí nebo kuželové rafinéry; slaměná buničina má krátká vlákna, proto je třeba kontrolovat stupeň řezání a volitelné jsou kotoučové rafinéry s nízkou konzistencí; odpadní papírová buničina obsahuje mnoho nečistot, proto by se mělo zvolit zařízení odolné proti ucpávání.
• Vyvážení účinnosti a spotřeby energieV kombinaci s požadavky na kapacitu výrobní linky vyberte zařízení s nízkou spotřebou energie na jednotku a vysokou účinností rafinace. Například velké výrobní linky mohou používat tříkotoučové rafinerie a malé a střední výrobní linky mohou používat jednokotoučové nebo dvoukotoučové rafinerie.
• Zvažte inteligentní adaptabilituModerní rafinerie jsou většinou vybaveny řídicími systémy PLC, které dokáží monitorovat rafinační proces v reálném čase (jako je délka vláken, konzistence buničiny, stav opotřebení kotoučů) a automaticky řídit v uzavřené smyčce. Při výběru je nutné kombinovat úroveň inteligence výrobní linky a dát přednost zařízením, která lze propojit do sítě a která se snadno udržují.

IV. Trendy technologického rozvoje rafinerií

S transformací papírenského průmyslu směrem k „zelenému, nízkouhlíkovému, vysoce efektivnímu a inteligentnímu přístupu a vysoké kvalitě“ představuje technologie rafinace tři hlavní směry vývoje:

• Inteligentní upgradeIntegrace senzorů, internetu věcí a technologie umělé inteligence pro realizaci monitorování procesu rafinace v reálném čase a automatického řízení v uzavřené smyčce, což zlepšuje přesnost a stabilitu rafinace.
• Zlepšení úspor energieOptimalizace konstrukce disku (například bionický tvar zubu), použití vysoce účinných motorů a technologie regulace otáček při rafinaci pro snížení spotřeby energie při rafinaci. Některé rafinerie nového typu snižují spotřebu energie o 15–30 % ve srovnání s tradičním zařízením.
• Multifunkční integraceVyvinout integrované zařízení pro „rafinaci – třídění – čištění“ s cílem snížit výrobní procesy a podlahovou plochu zařízení; zaměřit se na potřeby speciálního papíru, vyvinout speciální rafinerie (jako jsou rafinerie ultrajemných vláken, speciální rafinerie biomechanické buničiny) pro rozšíření aplikačních scénářů.

Technická úroveň rafinerií, jakožto „jádra“ papírenské výroby, přímo souvisí s kvalitou papíru, efektivitou výroby a přínosy pro životní prostředí. V kontextu úsilí papírenského průmyslu o vysoce kvalitní rozvoj se výběr vhodných typů rafinerií, optimalizace klíčových technických parametrů a sledování trendů v oblasti inteligence a úspor energie stane důležitou zárukou pro podniky, které zvýší svou konkurenceschopnost.