【毕业学位论文】（Word原稿）30T-D短流程办公室废纸脱墨（生产）实验线设计

南京林业大学 题 目： 30T/D 短流程办公室废纸脱墨（生产）实验线设计 二 O 一一 年 五 月 二十七 日 一、 摘 要 本设计研究的来源、研究目的及其意义 造纸工业是一个与国民经济发展息息相关的重要工业之一。纸及纸板作为科学、技术、文化和信息交流的载体 ,作为包装工业的原料及人们现代生活中不可缺的消费品 ,它在一个国家政治、经济、文化等各个领域中居重要地位。在发达国家 , 如美国、日本等 , 其造纸工业都已列人制造业和加工工业的前十名。我国造纸工业的发展基本与国民经济同步。 办公 用混合废纸 (较高质量的化学木浆抄造 ,具有以下优点： 南京林业大学 1、 可代替部分木浆节约木材 , 且不受市场上的商品木浆货源及价格的影响 2、比相同质量的商品木浆价格低廉。 脱墨纸浆抄纸时纤维交织好 , 成纸柔软性好、松厚度高 , 不易卷曲 ,改善纸的匀度及印刷性能。 3、易打浆、节能 4、废纸脱墨的废水污染要比硫酸盐木浆低得多 ,脱下的油墨收集后采用离心机浓缩 ,可送去当燃料烧掉 , 减轻环境污染。且纤维长，品质好，价格低廉 ,白度高 ,强度好，所以废纸有较高的再回收利用价值。 混合办公废纸主要由激光打印废纸和静电复 印废纸 (70%等组成 ,但是 ,静电复印油墨和激光打印油墨是合成树脂基油墨 (国外称调色油墨 ) ,不同于油基油墨 以矿物油或植物油作为颜料粒子的粘结剂 ,而是以合成树脂为颜料粒子的粘结剂 ,这种合成树脂一般不与碎解废纸时加入的碱反应 ,也很难被碎解转子的剪切力碎化 ,油墨脱除困难 ,导致混合办公废纸的回用率很低 ,使其使用价值大打折扣。这类废纸经水力碎浆机处理后 , 油墨颗粒分散成薄片状结构 , 因此在废纸脱墨中较难将其除去。 随着人们环保意识的加强 , 世界各国加紧了对森林资源的保护 , 这就迫使造纸工业在原料 结构中增加二次纤维的比例。另外 , 二次纤维生产成本低、设备投资少也是其迅速发展的原因。废纸的利用对中国显得更为重要 , 因为中国的森林覆盖率很低 , 利用废纸不但可保护有限的森林资源 , 也可减少一些造纸厂对环境的污染。 综上所述，废纸脱墨从资源再利用 , 从节约劳动力、药品消耗、节能等方面比较 ,优越性还是很多的 , 前景广阔。 关键词 ： 办公废纸；造纸生产线；车间布置；工艺流程图 南京林业大学 is a of is of as as of in it is in a in In 0 in of in by 1, of t by on , at is 3、 4, of to to is so by 70% - 80%), is a - or as be of in of 京林业大学 As of to of in in of In is is is by is is of to To a 、目 录 一、前 言 . 1 二、文献综述 . 5 1、废纸中的废杂物 . 5 刷油墨 . 5 墨的构成 . 5 墨的类别 . 8 粘物 . 8 粘物的分类 . 8 南京林业大学 粘物化学和特性 . 9 有关参数对胶粘物的影响 . 11 粘物所引起的问题 . 12 2、碎浆 . 13 浆的备料部分 . 13 浆 . 14 述 . 14 浆过程 . 14 浆形式 . 15 浆中去除废杂质的装置 . 17 频疏解 . 19 浆系统 . 20 墨废纸的碎浆 . 23 3、筛选 . 24 述 . 24 杂质筛选 . 24 级筛选 . 25 力筛的分类 . 26 选方式 . 27 筛选 . 27 筛选 . 28 4、除渣 . 31 渣器的类别及其特性 . 31 向除渣器 . 31 向除渣器 . 33 渣系统的设计 . 33 5、洗涤和浓缩 . 35 述 . 35 涤的原理 . 36 南京林业大学 涤和浓缩的含义 . 36 涤在废纸处理流程中的安排 . 37 纸脱墨系统中的洗涤 . 37 涤在生产印刷、书写纸的脱墨系统中的安排 . 37 涤和浓缩设备 . 38 筛 . 38 螺旋浓缩机 . 39 旋挤浆机 . 40 6、分散与搓揉 . 41 述 . 41 速分散、低速搓揉设备的特点 . 43 散、搓揉对纸浆物理性能的影响 . 43 散设备 . 44 揉机 . 44 散机 . 44 7、浮选 . 45 述 . 45 现成功浮选的几个步骤 . 45 墨与纤维的分离 . 45 墨颗粒与空气泡的相互作用 . 46 南京林业大学 墨颗粒与空气泡复合体的形成 . 46 合体向液面的移动 . 47 墨 . 47 响浮选脱墨的其他有关因素 . 47 选设备 . 48 8、废纸脱墨化学 . 49 述 . 49 浆机脱墨化学 . 50 种脱墨化学剂的功能于应用 . 52 9、漂白 . 54 述 . 54 纸浆中各组分在漂白 中的化学反应机理 . 55 剂 . 56 白段漂白条件的最佳化 . 60 10、废纸处理中废水的处理 . 62 纸处理中废水的处理方法 . 62 11、设备选型明细表 . 64 三、实验室设备布置 . 65 四、致 谢 . 69 南京林业大学 1 一 、前 言 1、 国内外同类研究概况 当今世界范围内 , 除少数地区外 , 森林资源日趋贫乏 , 造纸用木材短缺 , 北美、欧洲、日本竞相发展废纸脱墨的设备和技术 ,大量回收废纸制脱墨纸浆 , 质量已大大提高 , 品种也逐渐扩大 , 如高档生活用纸、涂布原纸、再生新闻纸等等均有较成熟的经验 , 可供借鉴近年投产的浮选脱墨系统设备更如雨后春笋 , 兹列举如表加拿大安大 略纸厂是一个很好的范例。该厂是近年大规模现代化改造的大型新闻纸厂 , 建成一套大型、连续的浮选、洗涤相结合的废纸脱墨系统 , 日产 250 吨废新闻纸脱墨浆 , 配抄新闻纸 , 使原来产量增加 40% 大大节约了木材和能源。该脱墨系统设备 , 是美国 司提供的 , 高度自动化 , 由中心控制室进行严格监控。控制室配有一套 算机控制系统 , 只需一个工人就能监督这个系统的各个方面 , 全系统每班只用 2 个操作工 , 进行生产运行操作。其流程示意图如下：旧报纸一两台间歇式水力碎浆机一 连续式水力碎浆机一高浓除渣器一纤维分离机一螺旋挤压洗涤机一级两段筛浆机 一 重力浓缩机 一 螺旋挤压洗涤机一贮浆池一抄纸机。日本也十分重视废纸回收利用。 我国属贫林国 , 大量利用废纸制浆 , 尤其是脱墨浆更具有现实意义。但由于小型纸厂为数甚多 , 长期以来 , 废纸脱墨沿用蒸球碱煮 , 纸浆得率低、强度差、脱墨不完全 , 影响质量。进入八十年代 , 废纸脱墨设备和技术的研究开发逐步蓬勃发展 , 近年从外国引进了儿套废纸处理系统设备 , 其中也包括脱墨系统设备 , 同时国内已研制成功适合于中、小纸厂应用的脱墨技术与设备。使废纸的利用进入了新的阶段 . 综上所述 , 积极增加废纸的回收利用 , 尤其是脱墨浆的利用 , 减少纤维原料的消耗 , 已是当前全世界发展造纸工业的动向之一，也将是我国造纸工业所应遵循的方向。尽管废纸脱墨在我国的发展时间不长 , 但其节约木材 , 降低成本方面已表现出重大的社会效益与经济效益 , 展现了广阔的发展前景。 2、 研究内容及计划 (一 )研究内容 生产原料：办公室混合废纸 光打印纸、静电复印纸） 废纸备料 南京林业大学 2 办公室混合废纸难以回收利用的原因：是因为它们所采用的印刷技术不同于传统的印刷技术 , 油墨成分也不相同。一般以 聚苯乙烯 / 丙烯酸树脂或聚酯等热固性树脂为油墨胶粘剂 ,以热熔的方式把油墨固着在纸面上。 收主要问题是非接触式印刷废纸占有较高的比例。印刷过程使用紫外光固油墨、激光印刷油墨、苯胺印刷油墨等已占相当数量，目前传统碱性脱墨体系中的碱不能使这类油墨连接料皂化，对其脱墨能力较弱，脱墨效率低，影响了办公废纸脱墨浆的高品质应用。 废纸制浆的目的及其意义的研究 碎浆： （ 1）、碎浆设备的设计和选型 （ 2）、碎浆工艺：碎浆温度、时间、压强、速度以及碎浆浓度的设计 （ 3）、高浓碎浆与低浓碎浆的比较 脱墨： （ 1） 、脱墨工艺： A、脱墨剂配方的确定（加入分散剂等） B、两种脱墨工艺的比较（高浓碎解 浮选 后浮选脱墨工艺的流程） C、脱墨效率的评价方法：白度和油墨尘埃度的测定 D、碱性脱墨技术：碱性脱墨在碎浆中加入用量 1（相对绝干浆，下同）的过氧化氢、用量 的氢氧化钠 、用量 2的硅酸钠分析它们和脱墨剂用量对脱墨分散体系物理化学行为的影响情况。 E、脱墨剂表面活性剂种类、性质以及对于浮选效率的影响研究 F、脱墨温度对脱墨过程的影响的研究 G、脱墨工艺流程图 浮选： (1)、 浮选设备的设计和选型（浮选槽、压缩空气源、气泡分布器和搅拌器组成） (2)、浮选工艺： A：浮选脱墨法的原理 B：浮选时间，浆浓，通气量，速度，温度的设计 南京林业大学 3 (3)、各段浮选的目的及意义的探究 (4)、团聚浮选在废纸脱墨中的应用 (加入油酸或煤油 ) 洗涤： （ 1）、洗涤设备的选型 （ 2）、洗涤工艺：洗涤浆浓，段数的设计 （ 3）、洗涤法与浮选法的比较 净化：净化设备的选型 筛选：筛选设备的选型 （二）研究计划 总体介绍造纸工业的发展概况，综述国内外废纸脱墨和二次纤维原料回用的状况和趋势，了解废纸脱墨生产脱墨 浆对于环境保护和资源利用的影响和意义。确定设计的依据和立意，结合前面的论述，查阅目前参考书和杂志关于废纸脱墨的发展状况和技术进展，提出设计的工艺依据和现实意义。根据所查阅资料，设计工艺流程图（包括主要的工艺流程和所需设备），根据题目要求产量，选择工艺流程所需设备的具体型号，设计出合适的纸厂。 （一） 中国造纸原料的基本结构 中国造纸原料属三足鼎立态势。据中国造纸协会测算，目前木浆使用量比重占原料总量的 23%，非木浆比重占 15%，废纸浆比重占 62%。近年来木浆与废纸浆比重不断增加，非木浆原料所占比重不断下降。仅 在 2009 年，木浆比重比上年提高了 1 个百分点，废纸浆比重提高了 2 个百分点，而非木浆原料所占比重下降了 3 个百分点。废纸已成为中国造纸工业发展的重要依赖资源，中国造纸业可持续发展的循环经济特征越来越显著。 （二）废纸原料利用及进口情况 废纸对中国造纸业发展的支撑作用越来越大。进口废纸量从 1999 年的 长到 2009 年的 2750 万吨， 10 年间增长 ，年均增长 供求决定价格，伴随着需求的快速增长，进口废纸的价格也出现巨幅增长。 1999年进口废纸每吨 97 美元， 2009 年平均达到每吨 138 美元；而在 2008 年的平均价格高达 230 美元，最高时达到每吨 300 美元。 中国进口废纸的主要来源国是美国、日本、英国等国家， 2009 年，中国从南京林业大学 4 美国进口 吨，占进口总量的 位居第一名；其次是从日本进口废纸 吨，占进口总量的 中国从英国进口废纸 吨，占进口总量的 随着进口废纸的价格不断攀高，中国开始重视国内废纸的回收利用。废纸造纸作为循环经济的典范代表，得到了中国政府的支持。国家发改委、科技部先后对国产废纸回收利用给予政策上的支持。江苏省纸联再生 资源有限公司作为代表，在国家发改委支持下，已建设十多个废纸回收工厂，此外，很多大企业也都建立了自己的废纸回收系统。但中国的废纸回收量不会因这些系统的建设而大幅提高，实际上，在过去的数年中，中国无论农村还是城市的废纸大都被回收利用，很少被浪费掉。目前大企业的回收系统起到了两个作用，一是使用专业设备提高了回收废纸的质量，二是将以往分散到其它中小企业的废纸资源集中到大企业手中，这是一次资源的再分配，全社会的实际使用量并没因此增加很多。 由于废纸资源并不是取之不尽用之不竭的，特别是国际废纸回收利用已接近极限，因此， 中国造纸工业原料不能过度依赖废纸，而必须提高对一次性纤维原料的供给能力。 （ 三 ）中国林纸一体化的现状和未来 中国大量进口废纸和木浆，虽然缓解了原料短缺，但带来了原料对外依存度过高的问题。到 2009 年，以进口木浆及进口废纸折合的废纸浆占到原料总量的42%；如此高的对外依存度使得中国对造纸产业是否安全放心不下。加大国内纤维供给量是缓解原料压力、保障产业安全的重要措施。 中国林纸一体化将成为造纸大企业发展的主流方向。造纸企业实施林纸一体化工程，起到了示范效应，这影响、带动了企业周边地区造林的积极性。造纸企业只有少 量使用自己营造的林木资源，大量木材原料是靠向周边地区收购，这些外购原料能有效支撑企业木浆造纸能力扩张。一些目前年产 10 万吨化机浆项目的企业，体会到了林纸一体化项目的好处，正在准备扩张到 20 30 万吨的产能。 近年来，中国实施林权制度改革，林权直接分配到农民，林地承包期为 70年，林地承包人有经营权、处置权、收益权、转让权，这极大调动了造林的积极性，从长远看，这对中国造纸行业原料的提供有积极的促进作用，但从短期看，由于林权分散到个人手中，给造纸企业规模化获取林地增加了难度。 南京林业大学 5 中国纸业正在从造纸大国向造纸强国迈进 的过程之中，中国造纸企业将通过不断地技术改造和科技创新，提高纤维原料利用率，并降低水耗、能耗，建立起与经济发展及环境承受能力相适应的造纸产业。 二 、文献综述 1、 废纸中的废杂物 刷油墨 墨的构成 油墨的成分通常有以下三个部分组成： 载色体 颜料 调节剂。 1、油墨的载色体 油墨的载色体是油墨的主要组成部分，它是决定脱墨难易的主要因素。载色体通常是液体，用来保存油墨具有印刷适应性和适当流动性，这种液体通常叫做溶剂。这种溶剂不是用来溶解颜料而是使颜料扩散在该溶液中。溶剂溶解固体黏结料并用来 控制印刷油墨的浓度，而黏结料则是用来将颜料黏合在一起使其能附着于纸张表面上。印刷时溶剂应能迅速挥发，不会被基质所吸收，并没有残留物。 不同印刷方法的黑色油墨构成 胶版（递纸式） 胶版（冷凝固） 胶版（热凝固） 轮转凹版 水性苯胺油墨印刷 颜料 炭黑 15%15%15%5%12%溶剂沸点范围 矿物油15%250 矿物油约60% 250 矿物油25%200 甲苯50%70 水65%100 黏结料 各种树脂25%松香衍生物 10%松香衍生物 25%松香衍生物 20%松香衍生物 5%南京林业大学 6 添加剂 5%1%5%2%2%常用的粘结料 粘结料 说明 备注 1、 松香酯 带丙三醇或山梨糖醇的松香酸酯化物，用苯胺甲醛共聚物来硬化 松香酯难以水解，需要高碎浆 温度 2、石油树脂 烯属炼厂物流的碳氢聚合物 碎浆时这类树脂会乳化或被分 散 3、醇酸树脂 油改性的聚酯树脂，为干性油脂肪酸和多官能醇的反应物再与多官能酸反应而成 需要高碎浆温度和 水解 4、水基粘结料 乙烯共聚物或苯乙烯酸共聚物，加胺以提高 胺油墨，当胺挥发时，聚合物沉淀在纸上 5、放射 光或电子束使环氧丙烯酸、聚酯丙烯酸或尿脘丙烯酸发生聚合作用或交联作用 此类聚合物不能水解，通常难以分散，聚合物不溶于绝大部分的溶剂之中 2、油墨载色体的类型 油墨载色体通常可以分为以下三类。 （ 1）矿物油和植物油 矿物油通常为含有 40原子的长链化合物，不含烯烃基 团。矿物油溶于天然油中，不会干燥或固化，会被纸所吸收。 植物油价格比矿物油高，相对于矿物油来说，植物油更有益于环保而为人们所接受。植物油是带有一个或多个烯烃键，有 17 个碳原子的脂肪酸。大豆油普遍用于油墨中，在胶版印刷中，许多植物油被用来作为抗摩擦油墨的基本原料。 不同的油墨载色体均会影响到脱墨表面活性剂的使用效率。 （ 2）合成树脂 碳氢树脂是某些炼厂物流的低分子量聚合物，他们通常含有苯乙烯、环戊二南京林业大学 7 烯和茚的聚合物或共聚物，碳氢树脂价格比较低廉，低度交联使这类油墨较易被他脱墨。 醇酸是醇 功能醇和多 功能酸反应生成的醇酸交联程度相当低。醇酸树脂与矿物油混合可以增加交联的程度而生成较硬的油墨。 松香的主要成分是松香酸。凹版印刷油墨通常含有松香衍生物的钙皂或锌皂，它们可以聚合或聚合成二聚物。 （ 3）水 在水性油墨中，水是这种油墨的载体，使用水性油墨的动力在于它能够减少印刷时挥发性有机碳化合物的逸出。由于环保的影响，苯胺油墨的印刷份额近年来在不断增长，水基轮转凹版印刷油墨也在迅速替代常规的凹版印刷油墨，其性能与苯胺油墨相似并在碎浆产生于苯胺油墨类似的大小颗粒。 影响脱墨性能的粘结料和溶剂特性 黏结料和溶剂特性 脱墨性能 好 坏 黏结料和溶剂特性 脱墨性能 好 坏 极性的 共价的 共价 极性 碱可溶 碱不溶 不可溶 可溶 交联好 交联差 坏 好 颜料润湿不好 颜料润湿好 好 不好 3、颜料 颜料是不溶于油墨载色体中的有色物质，它们以很小的固体颗粒形态分散在载色体中，由于染料易于渗入纸张之中而很少被使用。最常使用的是炭黑，大约 80%以上的印刷油墨含有炭黑。 色料特性和脱墨性能之间的关系 色料特性 脱墨性 色料特性 脱墨性 好 坏 好 坏 亲水性 憎水性 憎水性 亲水性 抗碱 不抗碱 抗碱 不抗碱 南京林业大学 8 墨的类别 1、油墨的分类 由于油墨的成分千变万化，所以根据油墨干燥的方法和印刷方法来进行分类是通常采用的一种方法。 （ 1） 、吸收式油墨 吸收式油墨是一种最古老的油墨，也是最廉价的一种油墨。这种油墨，物理性干燥方法主要靠油墨在纸面上的吸收使油墨停留在纸面上并增加黏度。这种油墨的脱墨机理主要是乳化作用和可能产生的油墨固体颗粒的堆积与分散。 （ 2） 、蒸发式油墨 这种方法是使挥发性溶剂蒸发而将高黏度的树脂粘结料遗留在纸张表面上，这种油墨通常又称为热 定型油墨。使用固形物含量较高的油墨可以减少由于溶剂挥发而产生的环保问题。蒸发性油墨通过蒸发以获得油墨的完全干燥的决定性因素主要是溶剂的蒸发速率以及黏结料迅速并彻底释出溶剂的能力。轮转凹版印刷油墨使用高挥发性的溶剂。这种干燥是物理性的，没有任何化学变化，在脱墨的碱性条件下时分容易地被除去。 （ 3） 、氧化式油墨 高质量的胶版印刷油墨会含有一些氧化干燥成分，这些组分从空气中吸收氧，被氧化并交联成高机械强度的不溶性大分子。颜料靠黏结料的氧化组分牢固地附着于基质之上，并使其耐磨蚀和抗化学性。为此，氧化干燥油墨较难脱墨 ，碎浆时需要高达 使油墨与纤维分离。 粘物 粘物的分类 胶粘物的分类大致有如下几种方法： 按胶粘物的尺寸大小来分； 按胶粘物的行为特性来分； 根据胶粘物的结合状况来分。 1、按胶粘物的尺寸大小来分 主要分为大胶粘物和微细胶粘物两种。 南京林业大学 9 2、按胶粘物的行为特性来区分 可分为原生胶粘物和二次胶粘物。 各种胶粘物之间的关系 3、根据胶粘物的结合状况来分 按胶粘物结合状况可分附着和非附着胶粘物，或称结合和游离的胶粘物。 粘物化学和特性 胶粘物来源广泛，除了作为纸的黏合剂外，油墨和涂料也是胶粘物的来源。油墨的构成除颜料、载色体和调节剂外，就包括有黏合剂；涂料的配方也包括有一些组分如颜料、黏合剂；添加剂，诸如增塑剂、增稠剂、分散剂、染料、防腐剂和脱泡剂等。可以看到，不论是油墨还是涂料都包含有黏合剂，都会产生胶粘物的问题。 现将废纸中胶粘物的几个主要来源分述如下： 1、黏合剂 （ 1）热熔黏合剂 热熔黏合剂在液态下使用，在室温下冷却。它们最大的用途是黏合杂志、书籍和胶合纸箱。组分组最常用的热塑聚合物或共聚物有乙烯基醋酸乙烯酯 、苯乙烯丁二烯橡胶、聚乙烯等。改性树脂、原树脂和合成树脂可提供必要的粘稠性。非线性的或分支的蜡和低分子量的聚乙烯则用来调整热熔黏合剂的黏度和熔点。 热熔黏合剂在室温下是固体，通常在 60变软。在碱性或酸性水溶液胶粘物 原生胶粘物 二次胶粘物 大胶粘物 微细胶粘物 次可见胶粘物 南京林业大学 10 中，热熔黏合剂通常是不能再分散的，但能够溶解于有机溶剂。 （ 2）分散性黏合剂 分散性黏合剂被广泛应用于纸加工中，分散性黏合剂内含有由不同单体组成的胶粘性聚合物，以十分微细的颗粒分散在液相中。 分散介质以外相存在于液相中，它的高极性使分散性黏合剂特别适合于黏合相纸、木材、织物之类极性物质。 在分 散性黏合剂中，通常会有不同单体形成的多种聚合物存在。分散的颗粒需要用保护性的胶体或乳化剂来使它们彼此分开并分布在水中而不至于产生重新凝聚的现象。聚乙烯醇是最常用的保护性胶体或乳化剂，而用于分散性黏合剂的单体则是醋酸乙烯酯、乙烯、乙烯丙酸酯和丙烯酸盐。不同单体使分散性黏合剂的特性变化很大，因为它们可能生成各种不同的均聚物、共聚物或三聚物。 尽管颗粒大小分布会影响液态聚合物的应用特性，但分散无的化学特性也在很大程度上决定了黏合部位的特性。此外，乳化剂、保护性胶体的品种和数量对黏合剂的特性也有着决定性的影响。分散 的聚合物有较大的内表面表明一个分散更细的内分散体系。由于这些化学品组合到黏合膜内，故对纸