造纸机网前.ppt

主讲教师：曹晓瑶,第三章造纸机网前的供浆系统,项目一配浆和纸料浓度调节,造纸机网前供浆系统的基本流程,造纸机网前供浆系统的基本流程：,贮浆池,配浆箱,成浆池,调浆箱,冲浆稀释,流送上网,筛选,净化,一、配浆,知识目标：了解配浆的目的和方法掌握间歇配浆和连续配浆的操作控制能力目标：熟练掌握配浆的工艺操作过程根据不同要求控制配浆操作的能力,一、配浆,配浆指的是将两种或两种以上的纸浆配合起来抄纸。（一）配浆的目的：,改善纸张性质,满足纸机抄造性能的要求,节约长纤维、降低成本,配浆的目的,一、配浆,配浆实例福建青州造纸厂是国家投资7500万元童成的新厂，生产纸袋纸。1987年与美国合作改造主机，增设了废纸处理系统。达到年产7.3万吨所需的部份浆料用进口废纸代替。每年节约木材10万立方米。在90克纸袋纸中加入20至30的废纸，每吨降低成本200元。强度比80克普通纸袋纸提高34倍。,一、配浆,（二）配浆方法1、间歇配浆先计算各浆池的体积、浓度，然后按比例分批送往混合浆池（中小型厂适用，易改变品质）2、连续配浆各种纸浆先通过浓度调节器稳定浓度，再通过流量控制设备按照比例要求进行配浆。（大中型厂适用，辅料需连续加入，品种稳定）,一、配浆,（三）配浆设备前两种适用中小型纸厂,1、斗轮式配浆箱,2、压力式配浆箱,3、电磁流量计（大型现代化纸厂）,二、纸料浓度的调节,造纸是从哪个部位开始的？制浆处泵送来的浆料的第一个浆池开始。经过打浆调料后的纸浆是不能直接上网成形的，因为浓度不稳定，浆料中含有各种杂质，纸料中混有空气。影响成纸的质量，损坏设备，妨碍纸机操作。要抄出组织均匀，质量符合要求的纸张就必须在上网之前对纸料进行一系列处理。主要就是浆料的稀释和除杂。,二、纸料浓度的调节,（一）纸料需要稀释的原因在纸张的各项物理指标中，只有纸页的匀度这个指标越大越好，而纸页的匀度是与浆料的上网浓度有着密切关系的。浆料的上网浓度一般都是在1以下，而浆料的正常贮存浓度都在34。（工艺计算的时候我们一般取3.5来计算）。34的贮存浓度对输送和贮存都是比较经济的，但是浆料的上网浓度1，所以必须要进行浆料的稀释。,二、纸料浓度的调节,（二）纸料的稀释方式1.调浆箱内稀释法调浆箱的作用一般是用来调节浆量的，控制纸张的定量。但是还可以通过调浆箱来稀释浆料，所以又把这种既调节浆量又稀释浆料的调浆箱称为混合箱。浆料的量控制纸张的定量；白水量控制浆料的浓度。2、调浆箱外稀释法冲浆池通过调浆箱将浆量调节好后，送到冲浆池中进行稀释。来浆必须严格控制。,二、纸料浓度的调节,（三）影响稀释后纸料浓度的因素,1、进入调浆箱的纸料浓度发生变化。,2、净化筛选系统的浆渣，经处理后又随白水返回系统。,第三章造纸机网前的供浆系统,项目二纸料的净化、筛选和除气,一、纸料筛选净化的目的,制浆过程已经经过筛选和净化，为什么抄纸的时候还要在进行筛选和净化？制浆部分浆料的筛选主要是筛掉一些未蒸解分。送往造纸车间的纸料仍然要进行精选，主要是因为纸料内含有矿物质、金属、浆团、纤维束、橡胶和塑料等。这些杂质的来源是：矿物质：多是沙子，从填料和原料备料不净带来的。金属粒：来自打浆设备刀片磨损以及工艺设备受腐蚀剥落下来的碎片。,一、纸料筛选净化的目的,废纸浆料中常含有书钉、回形针、塑料、橡胶、油墨等。浆团：纤维是有一定柔韧性的，在浆料的输送过程中很容易形成纤维团。多是从打浆、配料、除渣以及输浆管道等设备的内壁上脱落下来的。纤维束：来自打浆设备和精磨过程中没有磨散的纤维束。杂质的存在会使造纸厂以及印刷厂的设备损坏。比如，纸料中的沙粒会加速铜网、毛毯及压榨辊、烘缸的损坏；含有砂粒的纸张，在压光后会出现沙眼，浆团和纤维束会给纸上造成斑点，在压榨部产生洞眼，造成纸张断裂等等。所以，纸料在进入造纸机前进行精选是非常重要的。,一、纸料筛选净化的目的,净化设备：利用比重的不同除去杂质，常用锥形除渣器。,筛选设备：利用形状不同除去杂质，常用旋翼筛。,二、筛选净化原理,1.筛选筛选：是利用几何形状的不同进行分离。（1）筛选动力利用静压差通过式筛利用动压差离心筛不少筛是两者兼有之（2）浆料要充分稀释，使其处于游离状态（3）纤维层形成和破坏（振动或脉冲）（4）细浆和粗渣只能相对分离,二、筛选净化原理,2.净化净化：利用相对密度的不同进行分离。（1）重力沉降沉砂沟，浆浓0.5%，流速10-15m/min（2）离心分离原理：泥砂等杂志比重大、G增大、F增大，被抛向器壁，然后向下运动，轴向中心形成“低压带”,由于器壁摩擦阻力及洁净浆料向低压带集中，V下降，故做成锥形，即使r减小，以保证离心力F。,三、筛选设备及其影响因素,（一）筛选设备1.振框式平筛（JohnsonScreen）结构：筛框、筛板、偏心轮、喷射管等。推动力位差破坏纤维层振动喷水防止粗渣中带出合格纤维,高频振框式平筛,三、筛选设备及其影响因素,工艺：进浆浓度11.5%出浆浓度0.81.2%筛孔212mm振幅1.52mm振次14101440次/min特点：适应浆种广、除节能力高、生产能力大、动力消耗低，操作维修方便，但操作环境差要求：合适的振动、浆浓和浆位调节好喷水压力和角度另一种振动筛：高频振动园筛,三、筛选设备及其影响因素,2.离心筛（CentrifugalScreen）利用转子产生的离心力和筛板内外的浆位差A型筛B型筛C型筛CX筛ZSL1-4型筛原理：（1）浆料以一定的压头进入后，随着叶片的旋转产生离心力，合格纤维通过筛空（2）叶片轴向推力，使浆料呈螺旋线向排渣端移动（3）空心主轴两端可分别送入一定压力的稀释水，且经叶片与隔板组成的夹缝直接送到靠近筛板浆环的内周，稀释纸浆，冲洗筛板。,三、筛选设备及其影响因素,工艺：进浆浓度0.83.0%出浆浓度0.61.5%稀释用水量占进浆量20100%（进浆浓度越大，稀释水越多）筛选效率85%左右特点：适应性强、生产能力大、筛选效率高体积小，重量轻，电耗低，操作维护方便要求：进浆有一定压力进浆箱浆位与主轴距1.22.4mm。,三、筛选设备及其影响因素,3.压力筛（PressureScreen）原理：浆料以一定的压力沿切线进入，筛板内外压。压力差使纤维通过筛孔压力脉冲代替机械振动进行分离结构筛鼓（框）转子（旋翼）外壳筛板（孔筛、缝筛）,旋翼筛工作原理图,三、筛选设备及其影响因素,工艺：进浆浓度0.53.0%进浆压力0.0350.21MPa良浆浓度0.352.8%特点：全封闭，无泡沫产生，生产能力大，体积小没振动筛选效率高要求：筛框椭圆度要小（20m；稀释水压0.2MPa，稀释水管前装截止阀，以防浆进入；清水管定期排渣。,四、净化设备及其影响因素,（2）正向除渣器重杂质除渣器（3）逆向除渣器轻杂质除渣器良浆从锥形的底部排出，轻杂质（塑料片、蜡等）从上部排出。进浆浓度：0.91.2%进浆压力：0.20.27MPa良浆出口压：0轻质出口压：0.05MPa,五、筛选、净化流程,组合原则：视浆种、产品质量要求、设备特点与投资；浆质好，投资少，占地面积少，纤维损失少，动力消耗少，操作管理方便。筛选、净化流程的级和段：级指原浆和良浆通过筛（净）设备的次数；两级一段。级数增加，筛（净）效率上升，良浆质量上升；但投资增加，电耗增加，细浆得率下降。,五、筛选、净化流程,段指原浆和尾浆通过筛（净）设备的次数。良浆合流的一级三段段数增加，排渣量下降，细浆得率增加，但筛（净）效率下降,五、筛选、净化流程,良浆回流的一级三段细浆质量较好，纤维损失少。,六、纸浆的浓缩与贮存,（一）纸浆的浓缩1.园网浓缩机利用网内外液位差进行脱水有刮刀工艺：进浆浓度0.30.8%白水浓度0.060.08g/L,出浆浓度,3-4%（有刮刀）,5-6%（无刮刀）,六、纸浆的浓缩与贮存,2.侧压浓缩机利用网内外液位差网笼偏向浆槽的进浆一侧，形成高浆位，内外液位差上升。多级排列为良浆再处理，提高良浆质量，但动力消耗大，纤维流失多。多段排列为浆渣再处理，降低流失。综合质量和经济性，多采用“一级三段”排列方式。先净化，后筛选，有利于保护筛板。,六、纸浆的浓缩与贮存,3.落差式浓缩机低真空度真空洗浆机结构：转鼓分为若干互不相同的小格，分别与各自的一根或两根水腿短管相连（不需高位安装、不需真空泵）工艺：0.7-1.0%8-12%,工艺：进浆浓度2-4%出浆浓度7-12%白水浓度0.0250.04%,六、纸浆的浓缩与贮存,（二）纸浆的贮存作用：均衡生产，中间缓冲，稳定调节要求：混合均匀，无死角，动力消耗低1.卧式浆池钢筋混凝土结构，生产白纸时内衬瓷砖，贮存浆浓3.54%以下，浆循环较好，但占地面大，工艺清洗、抽空困难。,六、纸浆的浓缩与贮存,2.立式浆池钢筋混凝土结构，内衬瓷砖或涂树脂贮浆浓度12-14%在上部浆料没有混合作用，重力下降，至下部用水稀释搅拌均匀。,圆锥边浆池,直边浆池,六、纸浆的浓缩与贮存,特点：贮存量大，贮浆浓度大，占地面积小，但检修困难，工艺清洗不便3.方浆池钢筋混凝土结构（或砖），内衬瓷砖贮浆浓度：3.54.0%以下特点：结构简单，占地面积小，检修清洗方便，但贮浆浓度小。,第三章造纸机网前的供浆系统,项目三纸料的流体和造纸湿部化学特性,一、纸料的组成与特性,（一）纸料的组成纸料悬浮液体系是由固、液、气三相组成的复杂分散体系。固：主要是纤维、细小纤维，其次是胶料、填料、非纤维添加物。液：主要成分是水，此外还有助留剂、助滤剂等。气：主要是空气。,一、纸料的组成与特性,（二）组成纸料各组分性质1.水（1）水是纸料悬浮液的介质，也是纸料的重要组分。所有的湿法抄造都借助水作为悬浮液介质，水还会造成抄造环境，如抄造的酸碱性。（2）水具有较高的表面张力水具有比一般液体都高的表面张力，抄造过程中，湿纸幅形成强度、泡沫的形成与破灭，纸幅内施胶等造纸现象都受到表面张力的影响。（3）水能施纤维产生润涨直接导致纤维间结合力增加。纸浆纤维由于带有羟基，能在水这种极性溶液中发生润涨，导致比体积增加，纤维胞壁结构更为松弛，内聚力下降，提高了柔软性和可塑性，为打浆时的细纤维化创造了条件，并最终作为纸页纤维间结合的“粘合剂”。,一、纸料的组成与特性,一些液体的表面张力,一、纸料的组成与特性,2.纤维与细小纤维一般认为通过75m（200目）的粒子构成细小纤维不能通过的粒子是纤维部分。因为通过200目的筛子不仅仅是细小纤维，还包括矿物填料，因此统称为细料固体粒子。（1）细料固体中的细小纤维与纤维的不同特性细小纤维具有大的比表面积细小纤维对造纸湿部添加剂有强烈的吸附能力（2）细小纤维和纤维表面带有负电荷由于与半纤维素、氧化纤维素、氧化木素相关的表面基团的电离作用，纤维和细小纤维总是带负电荷。,一、纸料的组成与特性,（3）纤维和细小纤维的离子交换行为纤维的离子交换能力来源于自然的酸性半纤维素纤维对各种无机离子吸附能力由强到弱的顺序为：N(CH3)3+Li+Na+K+Ag+Ca2+Mg2+Ba2+Al3+3.功能性添加剂功能性添加剂是企图为变纸页中的一个成分而改变纸页的性能，如着色剂、施胶剂、湿强剂等4.控制性添加剂用于改变湿部纸料的性能，如助留剂、消泡剂、防腐剂树、脂控制剂等。,一、纸料的组成与特性,（三）纸料的特性1.纸料分散体系具有絮集的性质其絮聚的临界浓度为约为0.05，在临界浓度以上，纤维之间由于没有足够的转动空间而容易产生碰撞，从而使纤维间相互交织，产生絮聚。2.纸料分散体系还具有胶体的特性打浆后产生的纤维表面细纤维化，亦即纤维表面起毛和产生很多细小纤维及其它细料固体颗粒，从整体来看它具有胶体大小尺寸。,一、纸料的组成与特性,配料中可能还有溶解的无机盐及聚电解质、表面活性剂、胶料、填料等。纸料分散体系的胶体颗粒表面还带有电荷，一般为负电荷。其相斥性使胶体颗粒具有一定分散稳定性。3.纸料分散体的表面电动现象分散在水里的纸料胶体颗粒，其颗粒持有离子性及表面层的分子结构如果有极性的话，由于从悬浮液中选择性地吸附离子，表面具有了一定的电位便产生了动电行为。,二、纸料悬浮液的流体力学性质,（一）纸料悬浮液的流动状态和流动特性曲线1.纸料悬浮液的流动状态流动状态可分为塞流、混流和湍流三种基本状态。,二、纸料悬浮液的流体力学性质,2.纸料悬浮液的流动特性曲线,纸浆悬浮液的三种状态,纸浆悬浮液的流动特性曲线,二、纸料悬浮液的流体力学性质,（二）影响纸料悬浮液流动状态和流动曲线的主要因素1.悬浮液流动速度的影响当纸料浓度一定时（在临界浓度上）流动速度提高，对管道内纸料纤维施加的剪切力加强，纤维网络塞体瓦解直至完全分散，进入湍流状态。2.纸料浓度的影响纸料浓度对流动过程中压头损失具有显著的影响。3.纤维的物理结构和化学性质的影响较长纤维和表面粗糙及较柔软的纤维，能够增加纤的机械缠结，进而增加纤维网络和絮聚的强度。非木材纤维纸浆由于在纤维形态、杂细胞含量、化学组成等方面与木材纤维纸浆有较大区别，因而两者的流动性有较大的差别。,二、纸料悬浮液的流体力学性质,管道：76.2mm直径的铜管、直管打浆度：15.5。SR浆温19浆料：未漂硫酸盐木浆,硫酸盐木浆的流动特性曲线,二、纸料悬浮液的流体力学性质,（三）纸料悬浮液的流动特性1.纸料悬浮液流动过程中的湍动（1）湍动的概念当流体的雷诺数超过一定数值时，流体就处于湍动状态，这时管道内的每一个流体质点作不规则的、在速度大小和方向都发生变化的脉动，流体这种不规则的脉动在工程常称为湍动。（2）湍动的表示方法湍动尺度和湍动强度湍动尺度是指在湍动力场中，发生速度波动的平均距离大小的量，即指湍动规模大小。湍动强度指在湍动场中，发生速度变化大小的量即湍动时产生剪切力的大小和湍动时产生的强度。,二、纸料悬浮液的流体力学性质,（3）湍动的类型1）低强度湍动：不能分散网络2）高强大湍动：剪切力不能作用于单根纤维上，不能分散纤维网络3）高强微湍动：强度很高而且尺度很小的湍动，强大的剪切力可以作用于每根纤维，从而破坏纤维絮聚物内在的强度，达到分散目的，所希望的湍动。（4）湍动的特点生存期短，具有两重性，即分散纤维又给纤维创造碰撞交缠的机会。,二、纸料悬浮液的流体力学性质,2.纸料悬浮液的纤维絮聚（1）纤维絮聚原因纤维与纤维之间相互发生碰撞产生机械交缠而连接起来的结果。纤维絮凝主要由两个原因造成：一是纤维几何尺寸以及纤维本身的模量等相关物理性能导致的纤维之间的相互缠绕。第二个原因是纤维之间电荷吸引力以及其它吸引力使纤维聚集起来。将长纤维打浆切短、添加短纤维、降低抄造浓度、改善浆料揣动效果等措施均可改善纸张匀度。,二、纸料悬浮液的流体力学性质,合成聚合物电解质、淀粉、树胶和其它化学助剂对匀度可起有利或不利的影响。（2）湍动和纤维絮聚的关系湍动的强度低，不足以将絮聚物分散，湍动的尺度很大时，絮聚物可完整的存在于大涡悬中，也不能分散絮聚物。高强度微湍动能分散絮聚物，但过强的湍动给消能造成困难。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（一）造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性1.造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性可分为亲水体系和疏水体系（1）疏液胶体的特性微粒呈悬浮状，非溶液状态溶剂和微粒之间有微小作用力或亲和力在形成集聚方面具有热不稳定性微粒与周围介质之间的界面影响系统性能。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（2）亲液胶体的特性小分子聚集体或高分子的真正溶液溶剂和微粒之间有强烈的吸引力微粒和周围介质之间没有真正的界面亲水体系是大分子溶液，属于一种稳定体系，而疏水体系是一个高度分散的多相体系，有很大的比表面积和很高的比表面自由能。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（3）造纸过程中疏水胶体体系全部都分散在水中的填料分散在水中的细小纤维松香胶（4）造纸过程中亲水胶体体系溶解在水中的淀粉溶解在水中的树胶溶解在水中的半纤维素溶解在水中的表面活性剂、分散剂、增湿剂溶解在水中的助留剂、助滤剂、匀度助剂,三、造纸的纸料的湿部化学特性,2.造纸湿部分子间力主要有分子间的电性排斥力和吸引力及分子间结合力（1）分子间电性结合力和吸引力纸料中的纤维素和半纤维素的羧基（糖醛酸），木素中含有的酸基以及来自制浆过程中的磺酸基，这些组分在水中产生电离，将某种离子送到水中，而配料组分粒子本身则带有与之相反的电荷。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（2）分子间的结合力1）亲水系统该系统一般指高分子部分，即分散相与水具有强亲和力的系统。如配料中溶于水的淀粉、半纤维素及溶于水的表面活性剂、分散剂、湿润剂和溶于水的助留剂、助滤剂、成形助剂等。2）疏水系统该系统是指分散相与水没有亲和力或只有很弱的亲和力的系统。其性质较为稳定，必须含有稳定剂才能较好生存，如分散在水中的填料、颜料、细小纤维及分散的松香胶液和水中的松香颗粒。疏水系统胶粒表面布满着同符号的电荷，其主要来源有两方面：一方面是吸附；一方面是表面上的分子产生电离。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,3.双电层悬浮胶粒表面带有相同符号的电荷，界面电荷的存在会影响到造纸纤维悬浮液中离子的分布，离子表面带有同符号的离子，而反离子分布在它的周围。双电层包括吸附层和扩散层。与微粒表面电荷相对的离子，成为平衡离子，它被靠近表面的静电作用力和范德华力紧紧地吸附住。在该区域内电位可迅速减弱。这一吸附层又被称为stern层，它对离子的吸附能力非常强，可以阻止由于热运动使离子脱离固体表面。在stern层和其余溶液之间存在一个流体滑移面，离子呈扩散分布，离子在该区域受分子热运动的影。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,实际所测得的Zeta电位是指流体滑移面的电位，而不是真正的表面电荷。整个体系被称为双电层。,双电层,三、造纸的纸料的湿部化学特性,4.凝聚、絮聚和稳定性胶体分子的聚集可以分为两种：一种是凝聚，另一种是絮聚。凝聚作用是指造纸湿部配料中许多细料固体颗粒形成丛状、串状的聚集体，在这种聚集中细料固体颗粒仍保持其个体身份，但在动力性质上失去了独立性，整个凝聚体作为一个运动单元。絮凝作用是指两个或多个细料固体颗粒聚集后，融合成一个新的大细料颗粒，比表面积减少，体系的比表面自由能有明显降低。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（二）絮聚和凝聚的相互作用凝聚表示细小聚集体的历程，可借助强烈的搅拌增加细料固体粒子碰撞次数和碰撞力而增加动能，使相近的固体细料粒子足以克服双电层排斥力，粒子得以结合。絮凝作用是长链分子的聚合物电解质（阴离子、阳离子、非离子和两性离子）、吸附到纤维或细料固体粒子表面上，通过桥联和嵌镶两种机理而发生聚集。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（三）电解质的聚集与吸附,电解质,无机盐明矾等,聚合类,非离子,阳离子将铵基引入聚合物链,阴离子将羧基引入聚合物链,两性离子,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（四）与表面羧基的反应纤维表面上的羧基反映了其电离能力，平衡式如下：由于纤维表面羧基等基团的存在，使纤维表面带有负电荷。羧基可与松香酸铝构成配位键，干燥过程中能产生氢联反应，形成没有活性的大分子。加入聚电解质可以降低纤维表面的羧基电荷，产生电荷中和作用。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,（五）溶解物与抄纸悬浮液组成的离子反应1.造纸湿部纸料悬浮液中加入电解质的反应（1）Al(H2O)63+和RCOO-生成松香酸铝，松香酸铝与纤维表面羧基起络合反应构成配位键。（2）染色中加入矾土液作为媒染剂，使带负电荷的酸性染料改变电性，更好地吸附纤维等固体上。（3）瓷土粒子表面吸附Ca2+Mg2+等阳离子改变自身电性，更容易吸附到纤维表面上。（4）排除纸料悬浮液中的干扰物质。配料中加入像矾土、聚合氯化铝、低分子量高电荷密度阳离子聚合物等中和剂来处理。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,2.加入增强剂的反应增强剂主要有聚丙烯酰胺、聚胺、聚酰胺型阳离子聚合物及阳离子淀粉。聚丙烯酰胺：酰胺基中的氢与纤维中羟基结合，加强了氢键的结合强度，使纸干强度增加。三聚氰胺甲醛树脂：经盐酸处理后，盐酸中的H离子与树脂结合，使树脂粒子带上正电荷，被带负电的纤维吸附，减少了膨胀，增加了湿强度。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,3.加入助留剂的反应（1）中和反应被强力吸附的平衡离子与聚合离子的扩散区使悬浮水溶液中的微粒表面产生双电层。该电层在一定条件下有一定厚度。当电解质加入到悬浮液中，由于平衡离子数量和利用率的增加，双电层厚度减小。从而降低了微粒表面Zeta电位，降低了排斥力组分和净作用电位。微粒更易于彼此接近，并更有可能絮聚。这种由于加入过量平衡离子而使静电位移向零点荷状态的絮凝作用，称之为电荷中和作用。,三、造纸的纸料的湿部化学特性,