（机械工程专业论文）纸机真空系统的应用研究——华泰纸业pm10纸机真空系统设计及应用.pdf

山尔人学l 稗硕十学仲论文 摘要 随着造纸工业的发展，其工艺技术和设备也将不断地于 级和改造，门蓟 我国的造纸工业纸品产星 年人约以8 的速度快速增k 。j 笠纸jj 、，r f 仇化 的真空系统工艺和技术有着广泛的技术应用市场和价值，能够产生良好的技 术经济效益和节能环保社会效益。目前我国造纸工业的工艺和设备整体水平 仍比发达国家落后，未来将有大量的新建造纸项目和技术改造与升级项目， 优化纸机真空系统的工作任重而道远。近几年，我们已通过在一些大型纸机 生产线( 华泰、晨明、玖龙、理文和会东等纸厂) 上进行了尝试，进行了优 化真空系统的应用和研究，取得了许多宝贵的经验，获得了良好的经济效益 和社会效益。 对纸机真空系统技术路线的分析和研究，以达到设计与优化纸机的真空 系统，提高造纸机的车速，产能和设备利用率，提高纸张的品质，节约水， 电资源，降低造纸的生产成本，增强企业的市场竞争力，是我们的努力方向 和目标。 我们通过对纸机的工作原理和各真空工作点具体情况和工艺特点的分析 与研究，得出并优化各真空工作点的真空用量和真空压力。通过这些研究工 作，我们可以在造纸生产线的设计阶段对各真空工作点进行真空量分确计 。算、设计和设备选型。一个高效优化的真空系统可以显著地提高纸机的产 能、纸张质量，节约能源，降低系统的噪声，同时便于管理和维护。 通过对纸机和真空系统的分析与研究，优化真空系统可提高真空效率 1 0 2 0 ，节水达到9 5 。 关键词：真空系统，纸机，真空工作点，造纸 i 山尔人学j 榉硕 0 协论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp a p e r p u l pi n d u s t r i e s ，i t sp r o c e s sa n d e q u i p m e n tt e c h n o l o g ya l s ou p d a t ea n dr e b u i l dc o n t i n u o u s l y a n dp a p e r i n d u s t r yi sg r o wu pa tt h es p e e do f8 o p t i m i z e dv a c u u ms y s t e m p r o c e s sa n dt e c h n o l o g yh a v ew i d et e c h n o l o g ya p p l i c a t i o nm a r k e ta n d a p p l l e dv a l u e a tp r e s e n t o u rw h o l ep r o c e s sa n de q u i p m e n tl e v d li n p a p e ri n d u s t r y i sm o r eu n f a s h i o n a b l et h a nt h e s ed e v e l o p e dc o u n t r i e s ， i nt h ef u t u r et h e r ea r em o r en e wp a p e rp r o j e c t sa n dp r o j e c t su p g r a d e o rr e b u i l d i n gi no u rp a p e ri n d u s t r y ，i to f f e rw i d es p a c et oo p t i m i z e t h ev a c u u ms y s t e mo fp a p e rm a c h i n e w eh a v ea p p l i e da n dr e s e a r c h e dt h e o p t i m i z e dv a c u u ms y s t e mo ns o m eb i gp a p e rp r o d u c t 一1 i n e ( a sh u a t a i ， c h e n m i n g ，n i n e d r a g o n ，g u a n g z h ia n dj i n g d o n gp a p e rm i l l s ) ，a n dt o o k p r e t t ya p p l i c a t i o ne f f e c ta n dt e c h n i c a la c h i e v e m e n t a n a l y z i n ga n dr e s e a r c h i n gb yt h eb e l o wp a t h s ，s oo p ti m i z et h e v a c u u ms y s t e mo fp a p e rm a c h i n e ，a n dp r o m o t et h es p e e d ，t h r o u g h p u ta n d u t i li z i n gr a t eo fp a p e rm a c h i n e ，a n di m p r o v et h eq u a lit yo fp a p e r ，a n d s a v et h er e s o u r c ea sw a t e ra n de n e r g y a tt h es a m et i m e ，w el o wt h e c o s to fp a p e r m a k i n g ，a n di m p r o v et h ec o m p e t i t i v ep o w e ro ft h ep a p e r m i 】1 s w ea n a l y z e da n dr e s e a r c h e dt h ep r i n c i p l eo fp a p e rm a c h i n e a n dt h e f u n c t i o na n dp r o c e s sc h a r a c t e ro fa 1 1v a c u u mp o i n t s ，a n dt h ec l a s so f p a p e r ，a n dc a l c u l a t e dt h ec a p a c i t ya n dt h ev a c u u ml e v e lo fa l lv a c u u m w o r k i n gp o i n t s t h r o u g ht h e s er e s e a r c h i n g ，w em a yc a l c u l a t et h e c a p a c i t yo fa l lw o r k i n gp o i n t s ，a n dd e s i g na n ds i z et h ev a c u u ms y s t e m t h eh i g he f f i c i e n c ya n do p t i m i z e dv a c u u ms y s t e mm a yp r o m o t et h e 。+ 。， p r o d u c t i v i t yo fp a p e rm a c h i n e ，p a p e rq u a l i t y ，e n e r g y s a v i n g ，a n d1 0 w e r t h en o i s eo ft h es y s t e m ? h i l et h ev a c u u ms y s t e mw i i ib ee a s ym a n a g e d a n dm a i n t a i n e d 。 b ya n a l y z i n ga n dr e s e a r c h i n gt h ep a p e rm a c h i n ea n dv a c u u ms y s t e m ， o p t i m i z e dv a c u u ms y s t e mc a np r o m o t e10 - 2 0 ，a n ds a v ew a t e r9 5 k e yw o r d s ：v a c u u ms y s t e m ，p a p e rm a c h i n e ，v a c u u mw o r k i n gp o i n t s ，p a p e r m a k i n g 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，足本人在导帅的指导 下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科 研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：司聋产年 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 新签名：麟日期：纽址丛 ， 第1 章绪论 第1 章绪论 在现代生活中，纸和纸产品的重要性是显向易见的，没有哪种制成品 对人类活动的各个领域比它更有深远的作用了。纸张是提供记录、贮存和传 播信息的手段；实际上所有书写和印刷任务都是纸张承担的。它是应用最广 泛的包装材料，而且是重要的建筑材料。 纸与纸产品的用途实际上是无限的。新的专用产品被不断地开发。与此 同时，造纸行业也觉察到了来自其他方面( 特别是塑料和电子媒体) 对传统 上由纸张占领的市场的入侵和挑战。值得提出的是，由于采用了新技术和新 方法，使造纸工业仍有可能在现有市场保持竞争力并接受新的挑战。 1 1 本课题的经济背景 ；1 1 1 中国制浆造纸业在国民经济中的地位 中国制浆造纸业中独立核算企业的总产值在1 9 9 6 年、1 9 9 7 年达到了 1 2 1 5 亿和1 2 4 4 亿元人民币，分别占当年全国独立核算企业总产值的1 9 4 和1 8 2 * , 。 目前，制浆造纸行业有1 6 家上市公司，从股市上融资1 3 0 亿元，其上 市公司个数占轻工行业上市公司总数的2 0 。可见，中国制浆造纸业在国民 经济中占据重要地位。 1 1 2 中国制浆造纸业在世界纸业中的地位 中国制浆造纸业是世界纸业的一支重要力量。2 0 0 0 年，中国纸及纸板产 量为3 0 0 0 万吨，居美国、日本之后，排名世界第三；消费量为3 6 0 0 万吨， 居美国之后，排名世界第二，中国的纸品消费量已占世界总量的1 2 ；纸 浆、纸及纸板、纸制品的进口量达1 2 0 0 多万吨，占世界纸业贸易总量的 l o 。 山尔人学j 稃硕士学位论文 1 2 本课题的行业背景 1 2 1 制浆造纸业简介 1 2 1 1 制浆造纸工业基本流程 制浆造纸工业包括制浆和造纸两部分，制浆是指将植物如木材、竹子、 蔗渣、芦苇、稻麦草、麻杆等原料通过机械和化学的方法，经过蒸煮、洗 ， 涤、漂白制成纸浆；造纸是将纸浆除渣、筛选后输送到造纸机，经网部成 型、压榨、烘干、压光、卷纸等工序( 有的纸还要涂布) ，完成制浆造纸全 过程。 。 r 、 _ 1 2 1 2 纸浆和纸张的分类 1 2 1 2 1 纸浆的分类 按制浆所用原料来分：可将纸浆分为针叶木浆( 其原料为红松、落叶松 等) 、阔叶木浆( 原料为杨木等) 、竹浆、苇浆、稻麦草浆等。 按制浆的方法来分：可分为化学浆、机械磨木浆、化机浆。化学浆是指 用化工药品与原料一起进行蒸煮，将原料煮成纸浆；机械磨木浆是指用机械 的方法将木材压在石磨上直接磨成纸浆；化机浆是指上面两种方法相结合的 办法制成的纸浆。化学浆又可根据所用化学药品的酸、碱性将其分为酸法 浆、碱法浆( 目前制浆以碱法为主) 、 1 2 1 2 2 纸张的分类 按制造手段来分：可分为手工纸( 如宣纸) 、机制纸及纸板。手工纸产 量不足总产量的1 。本文主要以机制纸及纸板为主要研究对象。 、 按纸张用途来分：可分为新闻纸、书写印刷用纸、生活用纸( 主要指卫 生纸) 、包装纸及其它、纸板等几个大类，具体分类如下： ，t 新闻纸类：如普通新闻纸、胶印新闻纸。 书写印刷类：如涂布印刷纸( 包括铜版纸) ，书写纸、复印纸等。 生活用纸类：如卫生纸、妇女卫生巾、一次性纸容器纸等。 r 包装用纸及其它：如纸袋纸、牛皮纸、普通瓦楞原纸等。 纸板：如涂布白纸板、牛皮箱纸板、牛皮卡纸、涂布白卡纸等。+ 第1 章绪论 1 2 2 制浆造纸业的主要特点1 1 2 2 1 行业关联度大 和制浆造纸行业有较大关联度的行业有林业( 提供原料) 、机械1 一业 ( 提供设备) 、化学工业( 提供造纸过程中所需化学药品) 以及纸品的最终 消费行业如包装业、印刷业、新闻出版业等。造纸行业流程长、涉及面广、 技术复杂，因此一个国家的造纸工业如果非常发达，则表明其森林资源丰 富，化工技术先进，机械制造技术发达，水、电资源丰富，文化、包装事业 兴旺。 1 2 2 2 现代化的大工业生产 1 ) 是资金密集型产业。按世界2 0 世纪9 0 年代水平，每万吨纸浆生产能 力需投资1 5 亿元人民币，将纸浆再制成纸张，还需投资l 亿元人民币。 2 ) 是技术密集型产业。纸机技术含量高，自动化程度高。现代化纸业对 生产的连续性、稳定性有较高的要求。纸机车速是造纸工业技术水平的一个 重要指标，也是企业提高效益的关键因素，现在世界上先进的纸机其车速可 达到每分钟2 2 0 0 米( 纸机每分钟可生产出2 2 0 0 米长的纸张，即出纸速度高 达每秒3 7 米) ，这样高的运行速度，就要求造纸机的精密度高，控制准 确。 ， 3 ) 是规模经济型产业。由于制浆造纸工业设备投入大，固定成本高，因 此扩大规模是降低成本、提高竞争力的最有效手段。制浆企业一般为年产3 0 万吨以上为起始经济规模，造纸企业年产1 5 万吨为起始经济规模。 ， 1 2 2 3 行业发展地域性强、集约度高 纤维是制浆造纸的主要原料，其产量与质量对制浆造纸业的发展起着决 定性作用。木材纤维强度高，可生产出中高档次的纸张，而非木材纤维强度 差，只能生产出中低档次的纸张。因此一个地区的木材纤维资源丰富与否， 直接影响着该地区的纸业发展水平 由于全球森林资源相对集中于北美、欧洲，因此制浆造纸工业呈现出较 强的地域性特点。 就生产国家而言，美国产量最大，约占世界总产量的3 0 ：其次是日本 和中国，约各占l l ；其他依次为加拿大、德国、芬兰：瑞典、法国、韩 r 山力、人学j 稃硕士学位论文 国、意大利，这十个国家的总产量合计占世界总产量的7 6 ，排名j i b - - - 十位 国家的总产量占世界总产量的9 0 。 1 2 3 制浆造纸业的地位 1 2 3 1 制浆造纸业在全世界制造业中的地位 全世界制浆造纸工业1 9 9 8 年总销售额约2 8 6 0 亿美元，全行业固定 资产约4 0 0 0 亿美元，行业总产值约占世界工业总产值的2 5 ，固定资产位 居电信制造工业和汽车工业之后，而居于钢铁工业与航空航天工业之前。 产业关联度大的特点决定了制浆造纸业在国民经济中处于重要地位。 在美国、加拿大、日本、芬兰、瑞典等经济发达国家，制浆造纸业已成为国 民经济十大支柱制造业之一。世界各国现已将纸及纸板的生产和消费水平， 作为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要指标之一。 1 3 本课题的研究背景和意义 。 f 】 ， 目前不少正在运行的小型纸机的真空系统仅用几台真空罗茨风机，缺乏 系统配置和设计，真空效率低，且从纸机网下过来的是气水混合物及少量纤 维和填料，而这对罗茨风机来说是极为不利，严重地影响了纸机的正常运 行。而液环式真空泵是水作为密封介质，对少量的填料和纤维不敏感，是纸 机真空系统的较为理想的真空设备。 。 t “ 随着造纸工业和纸机技术设备的迅速发展，纸机朝着大型化、大宽幅、 高车速方向发展，目前的纸机的宽幅达到1 1 5 0 m ，车速达到2 2 0 0 m m i n 。 而且现在全球每生产出三台现代化的大型纸机，就有台落户在中国。纸机 的大型化、大宽幅、高车速从而对纸机真空系统提出更高的要求，更大的抽 气量和真空度，使得真空系统的功耗达到4 5 0 0 k w 经过几十年的经验积累和技术发展，基于液环式真空泵的纸机真空系统 得到了不断的发展和更新，以适应纸机技术和造纸技术的发展和需要。同时 尽可能发挥纸机及其真空系统的效能，提高纸机产能，降低纸张的生产成 本。 真空系统作为造纸车间的第一大辅机系统，第二大能耗系统同时影响到 纸机的生产率，纸页的成形和品质，我们研究纸机真空系统可优化真空系 第l 章绪论 统，最大效率地发挥真空泉的运行性能，提高纸机的生产率，降低纸张的生 产成本，节约能源，节约用水。 纸机真空系统的研究是基于纸机所有真空脱水工艺的综合系统，从成形 郝到爪榨部，其中包括真空脱水元件、真牢吸辊、毛毯吸水箱、分离器寅 空控制、抽水泵，真空泉，密封水系统和气水排出系统。吲时真空管路系统 也需要深入研究和比较。 高的密封水温将会降低真空泵的效率，也会降低真空系统的效能。在一 些高真空点可能下降2 5 ，例如伏辊，这意味着伏辊可能失去合适的真空容 量，这样也将影响到脱水能力，或需要增加额外的动力去获得相应的真空 度。 过多的密封水量会增加2 5 的能耗，甚至更多。另外，多余的水量 泵入或泵出真空系统，也会消耗更多的能量。 我们发现在老的真空系统中存在真空系统的背压，如果不改造这些气水 排出系统，真空系统的功耗也将被增大。 本课题的研究内容：1 ) 纸张的种类及制造技术；2 ) 纸机的抄造工艺和设 备；3 ) 各真空元件工艺技术特点；4 ) 真空、机械挤压和加热烘干等脱水方 法比较；5 ) 纸机真空系统的应用和研究。通过这些技术研究以达到设计与优 化纸机真空系统，并提供理论和技术支持。 本章小结 本章论述了我国和世界造纸工业的发展形势及行业简介，介绍了目前的 纸机真空系统存在的问题，及课题的背景和研究意义，由此引出了课题的来 源和研究内容。 山尔人学l 稃硕十学位论文 2 1 现代造纸工艺 第2 章现代造纸工艺 纸是人类社会生活中的一种重要资源从古到今，造纸所用主要原料都 是植物纤维，诸如木材、芦苇、竹子、麦秸、稻草、蔗渣、树皮、面，麻 等然而，随着社会的发展进步，造纸所用纤维原料的种类和造纸产品的应 用范围都在不断扩大，造纸技术的发展使其对纸张加工的深度和广度也发生 了深刻的变化。 纸张传统上的定义是，纤维水悬浮在一个细筛网上所形成的粘连状薄 片。 加入改善纸张性能的填料、胶料、施胶剂等各种辅料的纸浆，并进行净 化和筛选，送上造纸机经过网部滤水、压榨脱水、烘缸干燥、压光卷取，并 进行分切复卷或裁切生产出卷筒纸和平板纸。如果生产要生产涂布印刷纸， 则需要干燥中部或生产成卷筒纸后经涂布加工而实现。 2 1 1 现代制浆造纸工艺概述 一般印刷纸的生产分为制浆和造纸两个基本过程。制浆就是用机械的方 法、化学的方法或者两者相结合的方法把植物纤维原料离解变成本色纸浆或 漂白纸浆。 。 造纸则是把悬浮在水中的纸浆纤维，经过各种加工结合成合乎各种要求 的纸页。 2 1 2 纸页的成形脱水工艺 纸幅的成形过程是纤维悬浮液在成形网面上脱水和沉积的过程，其主要 是一个流体力学的过程；化学力和胶体化学作用力也有一定的影响。其流体 动力过程主要包括三个过程( 见图2 - 1 ) ：泄水、定向剪切和湍动。 第2 章现代造纸i 艺 思a 脱水定向勇切栅z 力 图2 1 纸页成形的水力过稃 泄水即是水通过成形网的流动，水流的方向基本是、但不完全垂直于网 平面，其特征是流速随时间而变化。泄水所起的主要作用是纤维悬浮体脱水 而使纸浆中的纤维沉积到成形网上成为积层。 泄水按两各机理来进行：过滤和浓缩。当悬浮体中的纤维是易动的或可 以互相无干涉地自由运动时，就发生过滤。在过滤的机理下泄水时，沉积的 纤维积层与接近积层的稀薄的悬浮体之间有着清楚的边界，积层上的未泄水 的悬浮体的尝试基本上是常值。过滤机理的泄水对纸的成形有两种作用：匀 布作用和逐层沉积作用。因为泄水流动总是在阻力最小的途径上有最大的流 量，从而把较多的易动的纤维带到这阻力最小、也就是纤维积层较薄的地方 去，这就使积层有均匀增长的趋势，这就是匀布作用。故积层的结构中纤维 的交织、穿插相对地较少，层次性比较明显，这就是逐层沉积作用。由于过 滤机理的泄水把主要是呈单体状态的纤维一层层地沉积在成形网上，故积层 的结构中纤维成为互相交缠连绵的网络状态、纤维不易动时，就发生浓缩。 此时积层与悬浮体之间没有清楚的界限，悬浮体的浓度在越靠近积层处越 大。悬浮体中的纤维网络与积层一样，随着浓缩的过程而被逐渐地压紧。悬 浮体泄水的主要机理是过滤。但过滤与浓缩这两种泄水机理实际上也是同时 存在的，只是按浓缩机理进行的泄水带局部性暂时性。 在泄水中纤维受到成形网的机械阻拦而积留在网上，由此产生了积层， 并使积层随着泄水进程增长并受到压紧。在积层中的纤维之间和纤维与成形 网之间的摩擦在泄水过程中逐渐增大，从而使积层的纤维结构稳定下来，能 够抵抗积层上方未泄水的悬浮体中流动扰动和来自成形网下方的水的反冲。 积层的增长和压紧使纤维和细微物质的积留增加。 定向剪切是在尚未泄水的纤维悬浮体中的剪切流，它的特征是有清楚可 见的流动方向和平均流速的梯度。定向剪切具有分散作用、定向作用和浓集 作用。定向剪切的分散作用即是由于其流速梯度的存在，使悬浮体中的纤维 山尔人学i 科碗 j jl 奇论文 i i 刚络受到剪切力的作用而发生变形，以敛最后破分敞。定向翦切的定向作用 即是由于定向剪切表现出明显的流动方向性，使积层中沉积的纤维多沿着恢 优势的剪切方向排列。在泄水范围内包含有非匀布的强剪切流型时，纤维表 现出相应于剪切场模式的浓集趋势，这就是定向剪切的浓集作用。这就是定 向剪切的浓集作用。这种作用是成形中不希望有的，所以要用高强度小尺度 的湍动来抑制它。 在成形中，湍动从理论上说就是在未泄水的自由悬浮体中的流速的无定 向波动。但实际上自由悬浮体中湍动的流型并不是真正的无定向的，但它还 不足以产生显著的定向剪切，它对纸的结构的影响与真正的流速无定向波动 所起的效应很近似。这是一种拟湍动的流型。它也是流动方向性很高的流动 缓和时的自然结果。湍动在成形过程中的主要作用是分散纤维网络，在有限 的程度上使纤维在悬浮体中易动从而降低其絮聚程度，以及作为使定向剪切 衰减的手段。 定向剪切和湍动都是剪切的过程，其区别仅在于：在给定的尺度( 与单 体纤维的长度尺寸相比足够大的尺度) 范围内方向性的程度不同。在任何成 形器中，上述三种流体动力过程都是同时发生和存在的，而且它们在时间上 和空间上都不是均匀的，彼此也都不是完全独立。 一般地说，脱水应沿网子在十分均一的情况下进行，而没有静止区或突 然地大量脱水。类似图2 2 所示的脱水分布，可以认为是相当理想的 c q n s i s l e i i c y “缸f 图2 2长网纸机下的脱水分布 ： 第2 章现代造纸i 艺 2 2 常见纸和纸板品种制造技术 所有抄纸与抄纸板作业都采取通用技术，但由于纤维和j 纤维性原料的 不同物理和化学特忭，能及制造工艺上的可变性，产品的件能与质胃口了存很 大范围内变化。将概括介绍最常见纸与纸板品种的基本生产策略，并讨论实 行这些策略所用的若干专门技术。这些产品及其他绝大多数纸产品归纳为三 大功能组合： ( 1 ) 通信、信息和文字上的用途。 ( 2 ) 商业( 包装) 、工业和建筑上的用途。 ( 3 ) 个人的或卫生方面的用途。 2 2 1 新闻纸 ， 按产量来说，新闻纸是未涂布的“含机木浆”印刷纸家族中最重要的成 员，它还包括目录纸和电话簿纸。所有这类产品的制造方法都类似。 从最广义说，新闻纸可将其定义为，能够通得过现代高速印刷机并以合 理价格生产出合格报纸的任何纸张。新闻纸的功能要求是，印刷厂的运行性 能、印刷性能、良好的普通外观以及低廉价格。 新闻纸的配料主要是由机械木浆和或脱墨报纸再生浆组成，一般掺配少 量轻度精磨的化学木浆。惟一助剂是紫蓝色染料，用以抵消大多数机械木浆 的天然黄色调。有时也加入少量矿物质填料。 机械木浆给予新闻纸宝贵的与印刷性有关的性能，诸如吸收性、松厚 度、可压缩性、不透明度、匀度等。可惜机械木浆的强度性能也许不足以生 产出在印刷机上顺利运行的纸张。 在所有印刷纸品种中，新闻纸是最接近于商品化的产品。实际上，在北 美出售的所有标准新闻纸，一般定量为4 8 8 9 m 2 ，白度为5 0 6 0 。与此同 时有的为保护森林资源已降到4 0 9 m 2 。 印刷性能是在正常条件下所测得的印刷质量，它取决于所用印刷方法和 纸张品质( 如平滑度、吸收性、水分含量、匀度、不透明度和白度) 。 9 ；乜拳夫学 替疆学符捻空 2 22 书硼纸 零韧绒类建翥裘錾蠢氍奉蒙露瓣凌薤壤，魁器来津鑫楚凝盈竞s 嚣) 甄，祝土蕊龙颜辑涂帮纸和低、串筑撩溶布纸( l w c & m w c ) - 涂枢书刊纸正常定墩范匿是4 7 一1 0 3 9 m 2 。滁料量可燮化，但对最低邀 爨鬣释，蒸磷嚣溶耩为蘑蕊定量黪2 0 3 0 。鞠嚣，潼毒蒙戆戆窘量霹爨蓬 3 3 9 m 2 。热虑纸大约消耨了涂布纸炒鼹韵4 0 庭密。由于邮潍费用增加，许 多书礴纸转瓣使用较低定摄的纸张。 匪为爨瓣鞍蕊囊蠹筑斡霉要，撩绥工器耋鼗鞭亵疆多慧定霆嚣雾簿，浆 持同样运纤谯能与表耐脯餐水平韵任务。在定酝低于5 8 9 f m 2 时，通常黼鹰 从原纸和潦辩两方面球减! 蛤定量。赋娥需要有技态再分比的他学本浆束德掩 蕊运雾筵藏。褒舞蹇舔爨骧寰方蠢熬蒜一藉蓬燕蕊矮瀑霉爨粼。 2 2 3 纸燃纸 露予铡添纸袭懿嚣张靛要求，拣蘸裁垂教载镶是一令装满东西翡续袋骚 莆摔下来时蠛重要的参数。为抵抗串摔抗张能徽吸收值和 1 9 i 裂强度都艘是 袋蕊戆。薅援德密籍凡篷蠖越或熬，海了各曩辫媳每毋毒 # 薅杰，叠矮燕姆 疑拳建， 增加娥燧纸抗张能擞i 照收值的鼓侏方法是增加破裂时的伸长率，鹾为一 嚣势缴蠹氧受鹩霹姊妖魔胃壤橇漤嚣嚣放 纸避瓷炭莓，一般浆致熬搀施楚 髑属奏窆献瓣上致移甄氟，并将首次开放弼纸挺剃篇= 、兰磁棒乏闻。 如果兜懈重氏张无制约地干燥，伸长率可能获得明显增加。网为纸张尝隧 饕手瀑覆毅缨，纸耍袭盘蠹痰轻赣焱力下嵌黎，将套在不建竣灌惑毫强力下 豫留更多辩静长率。 w 2 + 2 ，4 挂卷纸攘 挂面纸板是定量相蚶被低的纸檄，常用做瓦楞糟纸板的外愿和用作戗濑 熊。标准挂秘屡是2 0 5 9 m 2 ，毽傲菸镳雳途敖酪鞭，定基撼器慧1 t 2 4 3 9 9 m 2 。 相对较暗和较裉的黼得率硫酸盐浆底层，域党在长网上成璐。较自、较 第2 章现代造纸1 艺 洁净，质量较好的一层浆( 面层) 是在底层浆上面成形，以便提供良好的印 刷表面和较好的外观。从第二流浆箱或面上型成形器束的足够厚的面层浆完 全掩盖住底层的湿纸页( 一般为湿纸页定量的2 0 3 0 ) 。 挂面纸板的t 要要求是挺度和耐破度，以及稚单丽有良女 的外观和印n 性能。通过在底层使用离得率硫酸盐浆和在面层使用充分精磨的较低得乍的 未漂硫酸盐浆，可以很好地满足这些要求。 2 2 5 瓦楞芯纸 瓦楞芯纸是低定量纸板，用做瓦楞箱纸板的波纹内层。定肇为1 2 7 9 m 2 的芯层占了8 0 以上的产量，而其他品种的定量范围为8 8 1 7 6 9 m 2 。典型 的芯层由6 5 混合硬木半化学浆与3 5 0 c c 所组成。 波纹层在增加了瓦楞箱结构的挺度。因此对瓦楞芯层的主要要求是挺度 和抗压溃性能。诸如抗张强度、耐破度和撕裂度等机械强度性能，除了某些 特殊情况外，不是很重要的。影响起楞运行性能的两个因素是高伸长率和没 有大碎片或纤维束。 2 2 6 生活用纸 生活用纸产品由面巾纸与浴室薄型纸以及餐巾纸组成。由于某些产品的 定量非常低，而且结构疏松，有些不能在常规纸机上生产一般使用长网成 形部加上扬克烘缸。其重要特征是湿纸页在整个成形、压榨和干燥过程中都 是承托的，直至其干燥完成都不施加张力。 对较低定量的生活纸，有时引纸毛毯从成形部将纸页传递至压榨部。引 纸行毯相对地不透气且为湿式运行。毛毯紧贴网予，纸页优先地枯附到毛毯 上。 扬克烘缸是一个大直径蒸汽烘缸，作主要的干燥装置。湿纸页紧压在高 度抛光的烘缸的表面，并转移到烘缸面。扬克缸被气罩封闭，且可使用高速 空气冲击以增加其干燥能力。 本章小结 本章主要论述了纸张的抄造工艺和成形脱水工艺，概括介绍了目前的常见 山自、人学i w 硕十学何论文 的纸种( 新闻纸、文化纸、包装纸、生活j j 纸等) 的特性及其制造技术，通过对 纸种的定量，抄造及其实际应用要求的分析，使我们对不同的纸张的特性和应用 要求、抄造工艺有了深入的认识和了解。 ， 第3 章现代化的造纸机 第3 章现代化的造纸机 3 1 纸机的概述及纸页成形脱水 3 1 1 纸机的概述 纸机是造纸车日j 的主机，造纸机是把经过打浆、调制后符合抄造纸要求 的纸浆抄制成纸的机器。造纸机主体分为由浆抄成瀑纸的湿段和把湿纸烘下 并成卷的干段，前者包括流送部、成形部、压榨部三个部分，后者包括烘干 部，压光部、卷纸部三个部分。此外还有机械传动部分以及为这些主体部分 运行所不缺少的真空系统、气压及液压系统、润滑系统、引纸系统、蒸汽系 统、热风系统、汽罩及其排风系统等也属于造纸机的本体部分。 纸的抄造过程主要包括纸浆的净化、筛选、流浆箱布浆、网部脱水成 形、压榨脱水、干燥部脱水、压光机整饰、卷取机卷纸等工艺处理过程，把 液体的纸浆变为纸张或纸板。整个过程除了净化和筛选，其余的工艺过程都 是在纸机上连续完成的。 纸机常见的主要有长网纸机、圆网纸机和夹网纸机等。 3 1 2 网部纸页脱水 无论什么类型纸机都是为完成纤维成形和脱水而工作的，其主要在于成 形部分，其余部分( 压榨部及干燥部) 基本相同，脱水原理也基本样。一 部纸机是多种机器的组合，各组成部分都有它自己的任务，前边的部分总是 为后一个部分创造有利条件。 纸浆在纸机上脱水过程中于度变化如下( 在一般情况下，未考虑特殊工艺 条件) ：见表3 一l 表3 一i 纸机上纸页的干度表 i上浆浓出网案及湿出高真空出伏辊出压榨区 i 度吸箱箱 10 5 2 7 1 0 1 5 1 8 2 5 4 2 5 5 山采大学i 群娥卜。忙埝空 筵耕憋浮液缓惩瑕隶箝弼，浓艘这4 5 。当浆科道道瑕水箱酾孑l 或 缝时，有葚种脱水机瑞，第一，聪麓作用使纤维网络层受聪缩，把水从蹴页 孛舞是衷。簿二，毛缨餐孛薛永鼗警气敷短。繁三，照蕾纸鬣越蓬暖承辍褰 缝魏后涪忍抽韵农被刮离成形耐旅面。这减少了通过冀空区后纸页的阐 湿 绥茭成黟可瓤摄必撼三令基搴拳老掌过程魏综台；黪黢衣、霆鑫与滚 动新寄臻臻过程均两步发生，裢此都不是完全独立的。 脱水过程的最重要效应是纤维悬浮液脱水筒豫成浆层幽纤维彼此独立 嬗鑫盎移动畦，氆过滤撬疆瑟嚣鲶遂孬袋拳，绛蠛撬积或挫数基。在缝太多 散长两残搿中，过滤是个最重要的机理。遮从燎页亩勺瑶状编构和相对鞍均 一的匀度可以看出来。幽悬浮液中曲纤维静止誉黜时，它们就挺同絮凝成曩 樱夔鼙鳇黠靛鐾；然簧嚣爨滚蔼发整瓣瘩，莠黟壤更呈絮凝棱窝毽鼗豹缀廷 结构。 在脱水时抄纸悬浮液自发地形成网状物，赊非浓度十分稀薄或提供 b 充 麴藩瀑奢露霹戆能量潦麓。在瓣寒麓羹逐菇矮握筷替竞浆癸鼗嚣蘑，瓣 刹用引入成形网下面滤水元件的湍泐效应或引入成形网上耐的剪切装髭( 如 饰面辊或上成彤网) 。每个工业性缎硬成形器的谗计都施抛不同程崖的稀 释，瀵魂帮髹窝剪翅曼个罄搴骛或黪效痘，戳垒爨器量嚣辱乏纸奚震量。 3 2 造纸机的发展 、 ， ， 。 h一 逢囊零楚襄垂舅秘 毳骛萎遥。笨寝骜蔟谂繇绻整莲7 瓣a 懿羟籍，发 明了一套较纯整的手工抄纸术，为人辨文明的觥膊做出了伟大的贡献。葶工 抄纸术迄今仍用于抄剐蕊数的特种娥。 8 0 3 年，洼垂a 达瓤鞠菱蓬瓿寤囊完藏了澍爹覆拳蒋麓翡技謇薛魏邈， 制成了世界端一台工业能产用的造纸机。唐金纸机已接近于现代纸机的篡作 瓤理。保挎揽拌姨态黪娥浆从浆搪型溅浆籍通过赫槽漉弱无端孵尜上和蹙逸 装嚣之霹，滢羝戛懿爹鼷客特羝撬露襻透蔻揍承獠之褥，鑫予鹰金纸橇爨寮 移动的上笔髓，结构就慰为合理。谈豫毯也改替丁纸浆的稳定性，湿纸幅r 惠蘸行经压榨骧，最嚣卷缝在纸辊土。 t g g 8 年，葵誉羝菊裰笨藩黎象( f o u r d r i n i e r 兄弟翡癸了圭逑所寄爱碉 的权益，成为现存惟一成功的抄纸机器专利的惟一法人。 第3 蕈现代化的造纸机 l8 1 6 年在造纸机上设置了烘缸，走出了湿抄纸的范围而达到在机1 z 烘干 制成纸幅成品的目的。1 8 2 6 年长网造纸机应用了真空泵，在网下形成真宇， 由于真空脱水而在网上形成纸页。1 9 5 0 年造纸机以有了较快的发展，较广。泛 地采用了流体动力布浆器，真空吸移装置、气乎丸压力流浆箱等，侵造纸机1 速不断提高。特别在近3 0 年，对流送上浆部分的流体动力学原理、纸幅成 形机理，网部脱水理论、压榨脱水理论、干燥理论及压光理论等基本理论有 了进一步的研究和发展，从这些理论研究成果中以发展了不少新技术，使造 纸机的结构得到了改进、更加完善。 随着科学技术的发展，造纸机越束越先进，现代的造纸机( 见图3 一1 ) 已分别具有高速水力式流浆箱、双层或多层流浆箱、高浓流浆箱，双网成形 及复合预成形；新型复合压榨及靴型压榨；单排烘缸及带真空抽吸烘缸；并 有各种先进、高速的功能性纸机。 图3 1 现代新型纸机 3 3 造纸机的成形装置 网部是纸机上最重要的一部分，纸料悬浮液在其上形成纸页，成纸质量 和纸机的正常生产都与网部的操作有密切关系。湿纸幅一旦在网部成形后， 纸张中的纤维交织状态便基本定形，纸张的基本物理性质也随之确定下来， 随后的纸机的压榨、干燥和压光等过程只能有限地改善已成形地的纸幅的性 质。成形装置通常也是纸机上最为复杂的一部分；在运转中，成形装置的动 力消耗和维修费用在整个造纸机中占有相当大的比重。 成形装置的主要作用是： ( 1 ) 获得组织良好的湿纸幅纸幅成形是一个复杂的过程，通常可简单 地看成是纤维逐渐沉积到成形网网面上，相互错综交织成一个薄层的结果。 要获得组织均匀的纸幅，除了需要性能良好的流送设备外，还需要使纸料在 成形网面上进行合理的脱水过程。一般可通过控制网速和上网浆速的差值、 虫盎、 学i 桴靛i ：宁秘遗乏 礴隶的孺辩厦逸蠲逵镡耱麓拳元章 簿青法，霞释雅想浮滚巍羝赣戒露谴箨 中，既相对平静叉具材一定的湍舢，从而使沉织的纤维分敞均匀无絮团； 藏鞋叉醚趣苓遥警鲢避慧舞蕊零，蹬壤瓣枣鹭袋鹱、壤磐帮撩枣势缭巍受遘 多，造或铺黼酶两器毪瓣嚣菇辅。 ( 2 ) 把已陡形的缀幅脱水到翅的平膛浠纸幅钠步成形蜃。般滞器 嚣澈强餐爨拳静骞渡 囊密姥酸、蒸携等象逡瓣一嫠憋平蹙裘漫浸整，鼗 慈旋默成彤网薤辅离下袋。 现崔常用的纸幅成彤装髓有长嘲成形器，爽嘲成形嚣、嘲网成形器、基 套黧赡嚣器、藩浓蕊黪浆嚣黟予法蕊黟装粪警。 3 3 。1 嵌黼成形器 辩藩爨凌羝魏翡燕褒都势，燕蕉燕褒疆蒸澎馥嚣，凌裳了嚣魏蒋鲣。农 的主要组成为流浆箱爱网寨部分。嘲部有阿个律用 簿终臻慧浮涟纸浆) 形藏疆娥穗= 麓簿焱蒙孛夫终g s 冁鞋主瓣塞黪。 这两个作用是互柑糕系的，税脱水j 建程中滞成湿娥览，梅组成澄继两中 叉避一步聪拳，在这仑竣形释黥承瓣建毽，太髂上哥鞋分搀三巾黔段：蘩一 羚段蔻主瓣除羧，酸纛装箱壤覆臻蕊凄寨翡装耩蓐弼嚣嫠照器懿，至蠛簿粳 为止。第= ：阶段是成彤和脱水区，氍避一阶段的i 3 联为成形区，需要输浆 辩靛一是魏麓饕。因这十嚣嚣蹩终壤器絮聚斡羚照，懑当黪瓣翡爵熬黪接褥 薅絮聚，蕊嚣彰3 嚣蕊黉基基零掺藏，藏该零罐毵熊多魏滁承势。第兰狳段 是商压差且魁水段，在这阶段湿纸辫已完全成船，可以通过比辕离的艇黼柬 麟蕊。运一羚鼗莲盘蕊囊空皲拳整基蠹空往豢缀蕊，经囊嚣楚骥零螽翦瀑懿 夏，于凌帮遮蜀 s 褥睡上，琶育瘫靛澄强塞+ 褥戳 窍疆耱部了。韪帮瓣 任务也就此巍威。 。 羲孵逸壤毫莛鹣壤嚣麓鼹凳长嚣笺瓣寨，磐鬟3 2 。爨黎戆圭嚣嚣饕怒一 夸无端鹃穗藕织错。鬣囊2 0 缝纪酾年代，置蕊耀金藕编嚣瓣# 今天辩稼乎 完垒都是键用塑料网。圆为它们有魁长的使用薄命。成形网糍两个大辊中阃 嚣簿，鬟辗嚣遥渡装簇，蘑覆囊露鑫嚣揍，熬囊一教蹩蜜戆，最熏予变 撑两。扶鞭释一个率奎辫蒂舔藐髓辩舞，内豁搿l 或2 个赫窳神商囊空缀水 箱t 以脱蜍娥愿水分。转动瞬部的失龆癸动办楚摊加在伏鞋鞠转向辘上的。 第3 争现代化的造纸机 在胸辊和伏辊之i 日j 的各类元件都有支承网子和脱水的双重功能。 圈3 2 长网成形器简图 纸浆在纸机上脱水应用了重力、真空、机械挤压、烘干脱k 等脱水方 式。脱除纸页中的水分，每1 吨的相对费用为： 重力脱水1 真空脱水2 机械挤压脱水5 烘干脱水8 每种脱水方式的效能差别较大，除重力脱水外，真空脱水是最为理想的 脱水方式，所以设计一个高效的纸机真空系统，对纸机的效能和纸张的成本 尤为重要。 长网纸机的脱水作用与抄纸系统( 即网结构、脱水元件配置、网速和网 张力) 有关，还与浆料的温度、浓度、网上浆层厚度和特性( 如游离度、助 剂等) 有关。为了达到一定的目的，脱水元件的配置和真空系统必须与浆料 和网特性相一致。 通常，长网上的浆料应该在施加高真空作用力，以固定元件和低真空元 件进行最大限度的脱水，在低真空条件脱水，有望减少网拉力和长网纸机的 功率需要，而且也使纸页网印减少到最低程度。单独用案板脱水的程度似乎 主要取决于浆料的游离度和厚度。 在纸幅成形实际完成后，余下的任务是在不危及纸页的情况下尽可多地 脱水。这可可利用逐渐增高的真空抽吸力，首先是用大角度案板，然后用真 空案板组( 湿式真空箱) 最终，在最后一个区内使用阶梯型案板，以逐渐 递增的更高真空抽吸力获取在离开伏辊时最大的纸页干度。 浓度约0 3 1 的纸浆，从流浆箱的唇口以接近网子的速度，均匀地 1 7 山尔人 i “颐 。7 哿论文 喷到嘲上。随着无端的长网向莳移动，靠重力或真空抽吸力，纸浆斗j 的水分 就从网孔中排出。随着纸浆在网上脱水的的同时，纸浆中的纤维及填料等部 沉积在网上而形成湿纸页。纸页在网部的脱水量占整台纸机的总脱水量的 9 5 以上，纸页离开网部时干度为1 8 2 3 ；高速纸机可达到2 7 。 3 3 2 夹网纸机 在真正的双网成形器( 如图3 3 ) 中，流浆箱堰板的射流喷入两张网之削 的聚敛形隙缝中，根据特定的夹网成形器设计，最初脱水可以在一个或两个 方向发生。脱水作用是借两网张力与网外脱水元件和真空所引起的压力而造 成。随着在两网面上的浆层的积聚，脱水阻力增加，纤维悬浮液中的压力也 随之增加。分散均匀的流浆箱来浆对夹网成形器来说是至关重要的，因为射 流几乎立刻被定位和形成纸页，所以喷射角也比长网纸机更为重要。 图3 3 夹网成形器示意图 现代纸机的车速已达到2 0 0 0 m m i n ，纸机抄宽达到了l o m 以上，在这种 情况下，要实现纸机连续正常运行，快速脱水、沿纸机的横向全宽的均匀成 形是对网部的成形器基本要求。成形器是纸机的关键部件，在高速纸机中， 夹网成形器代表其最新的装备水平。与普通的圆网、长网成形器相比，夹网 成形器的主要优势如下：两面脱水成形，改善了纸页的两面差，脱水速度 为传统单面脱水速度的4 倍，提高了生产能力。封闭成形，在成形区内消 除了导致出现不规则浆流的纸浆长自由表面，避免了浆料沉积而干扰成形。 车速高，流浆箱来的分散浆流在高强微湍动状态未完全衰减前就迅速成 形，避免成形时间过长而出现纤维重新絮聚现象，提高了成形质量。成形 区短，结构紧凑，运动部件数量少，占用空间小。 夹网成形器浆料悬浮液都是由流浆箱以一定的角度自下而上喷射在胸辊 支撑的内网上脱水成形脱水与成形元件包括成形辊、脱水板箱组、真空吸 第3 章现代化的造纸机 水箱组、真空伏辊、高真空吸水箱。 夹网成形器车速高，脱水时删短，成形快，合理分配各元件之i b j 的脱水 比例对纸页的成形和浆料的留着至关重要。成形器的脱水由成形辊丌始，包 裹角度取决于纸机车速、浆料种类和定量。流浆箱柬的浆料中9 8 的水份 成形部脱出，其中7 0 在成形辊脱出。两回同时过滤脱水。填料和细小纤维 留着率高，保持湿部清洁。离开成形辊，紧接着进入可加载的刮刀脱水区， 为尽量避免仍处于悬浮状态的纸页中层浆料重新絮聚，可加载脱水板应尽可 能靠近成形辊。下一个脱水元件是多叶脱水靴形板，纸页的主要特性也是在 此过程中获得和确定的。纸页初步成形后经过真空伏辊吸离外网，紧贴内网 下高真空箱，纸页干度达到1 7 2 3 。 浆料在高速央网成形器上大约只有0 1s 的停留时问，在如此短的时问内 完成浆料的脱水和成形并达到湿纸幅1 7 2 3 的干度要求，在保证成形质量 的前提下单纯依靠机械和流体压力脱水动力难以实现。成形器的各个脱水元 件普遍采用了辅助真空脱水。根据生产要求，位于外网的成形辊、多叶脱水 靴形板以及位于内网侧的伏辊都有定的真空度，并且在内网侧的引纸辊前 安装有高真空吸水箱。 3 3 2 1 夹网刮板成形器 夹网刮板成形器的机理是以刮板进行最初的脱水，有两张成形网，纸幅 是在胸辊、成形辊和真空伏辊组成的区间上成形和脱水的。夹网成形器的纸 幅成形和脱水过程可以分为三个区段：楔形区、压力区和真空区，其中楔形 区和压力区是主要的成形区段。楔形区是两张成形网逐渐收敛的区段，纸幅 最外层的表面主要是在这一区段成形的，它直接影响到纸的表面性能。可以 通过移动胸辊和刮板来调节楔形区的几何形状，从