（制浆造纸工程专业论文）稻草机械浆浸渍工艺研究及设备设计.pdf

摘要 近年来，随着国民经济的飞速发展，国内纸张消费市场需求日趋旺盛，国内 纸浆的产量远跟不上中国造纸工业的发展。此外，由于我国木材资源极其短缺， 故目前我国造纸原料以非木材资源和二次纤维为主，然而非木材原料的各种传统 的制浆方式对环境造成严重的污染。随着人们对环境保护认识的加深，以及国家 实施生态环境、资源、经济、社会可持续发展战略，加强非木材原料低污染的制 浆新技术开发，充分利用我国丰富的非木材原料就显得尤为重要。 本文包括稻草机械浆工艺实验和设备设计两部分。 工艺实验部分从耐破指数、抗张指数、环压指数三个方面分析稻草机械浆性 能，探讨了稻草浸渍时问、磨浆浓度、浸渍温度对稻草机械浆性能的影响。确定 了适宜的浸渍工艺参数。参照瓦楞原纸的技术指标，稻草机械浆与一定比例的废 纸浆配抄能达到d 等级瓦楞原纸的技术要求。因此，稻草机械浆具有较广阔的市 场前景。 设备设计部分，以工艺实验确定的最佳浸渍工艺参数为依据，根据日产4 o 吨稻草机械浆的设计产量，并考虑到稻草的特有的属性，通过计算、结构设计、 校核、选型等工作完成本论文的设备研制。 本文对稻草经分丝后在没有添加任何的化学药品的前提下制稻草机械浆进 行探索，具有一定的前瞻性、创新性。为我国丰富的稻草资源合理利用开辟了一 条新的途径。 关键词：稻草机械浆耐破指数抗张指数环压指数 瓦楞原纸 s t u d i e so ft h eo p t i m u mi m p r e g n a t i o nv a r i a b l e sa n d t h ei m p r e g n a t o r0 ft h e m e c h a n i c a ip u l po fr i c es t r a w a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n a le c o n o m yi nr e c e n ty e a r s ，t h e r e1 s a g r e a td e m a n di np a p e ra n db o a r di n c h i n a sm a r k e t ，y e tt h ep r o d u c t i o no fd o m e s t i c p u l p1 a gf a rb e h i n dt h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r yo fp a p e r m a k i n g i na d d i t i o n ，a so u r c o u n t r y sl u m b e rm a t e r i a l sa r eo fh u g es h o r t a g e ，n o n l u m b e rm a t e r i a l s a n ds e c o n d f i b e rp l a yam a i nr o l ei no u rc o u n t r y si n d u s t r yo fp a p e r m a k i n gc u r r e n t l y b u tt h e t r a d i t i o n a lm e t h o d so fn o n l u m b e rm a t e r i a l sp u l p i n gh a v er e s u l t e di nt h es e r i o u s p o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t w i t ht h ep e o p l e sf u r t h e rr e c o g n i t i o nt oe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ， a n d g o v e r n m e n tc a r r y i n g o u ts u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ts t r 8 t e g y o f e n v i r o n m e n t 、m a t e r i a l s 、 e c o n o m ya n ds o c i e ty ， i ti s i m p o r t a n tt os t r e n g t h e n t h e r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o fl o w p 0 1 1 u t i o np u l p i n gt e c h n o l o g y o fn o n i u m b e r m a t e r i a l st om a k ef u l lu s eo fo u r c o u n t r y sr i c hn o n l u m b e rm a t e r i a l s t h e p a p e ri n c l u d e dt w op a r t s ：t h ee x p e r i m e n ta n dt h ed e s i g no f t h ei m p r e g n a t o r t h e p e r f o r m a n c eo fm e c h a n i c a lp u l po f r i c es t r a ww a s a n a l y z e dt h r o u g hb u r s t i n g i n d e x 、 t e n s i l ei n d e xa n d l o o p c r u s h i n d e xi nt h e p a r t o ft h e e x p e r i l n e n t ， t h e n d i s c u s s e dt h ea f f e c t i o nt h a t i m p r e g n a t i n g t i m ea n d i m p r e g n a t i n gt e m p e r a t u r e ， g r i n d i n gd e n s i t yc a u s et ot h ep e r f o r m a n c eo fm e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a w ，f i n a l l y t h e o p t i m u m v a r i a b l e so ft h e i m p r e g n a t i o n w e r e g o t c o m p a r e d w i t ht h e t e c h n o l o g i c a lc r i t e r i a o fc o r r u g a t e dr a wb o a r d ，m e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a wa n d w a s t e p a p e rp u l pm i x t u r e si nac e r t a i nr a t i oc a nr e a c ht h et e c h n o l o g i c a lc r i t e r i ao fc g r a d e so rdg r a d e sc o r r u g a t e dr a wb o a r d s ot h em e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a wi so f e x t e n s i v ep r o s p e c t b a s e do nt h eo p t i m u mv a r i a b l e so ft h ei m p r e g n a t i o ng o ti nt h ee x p e r i m e n t ，t h e d a i l yd e s i g np r o d u c t i o no fm e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a wa n dt h es p e c i a lc h a r a c t e r s o fr i c es t r a wc o m p a r e dw i t ht h ew o o d c h i p ，t h ed e s i g no fi m p r e g n a t o rw a sf i n i s h e d b yt h ep r o c e s si n c l u d i n gc a l c u l a t i o n 、 s t r u c t u r ed e s i g n 、c h e c k 、 s e l e c t i n gt y p ee t c t h ep a p e re x p l o r e dh o wt ou s er i c es t r a wt o p u l pu n d e rt h ec o n d i t i o nt h a tn o c h e m i c a lm e d i c i n ew a sa d d e d ，w h i c hi s f o r w a r d 一】o o k i n ga n dc r e a t i v e i td e v e l o pa n e w p a t hf o rm a k ef u l lu s eo fo u rc o u n t r y sr i c hr i c es t r a w k e y w o r d ： m e c h a n i c a l p u l po f “c es t r a w b u r s t i n g i d e xt e n s i l ei n d e x l o o p c r u s hi n d e x c o r r u g a t e dr a wb o a r d y6 0 6 7 0 8 致谢 本文是在导师吴解生副教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、研究方案 的实施到论文的撰写和修改无不凝聚着导师大量的心血。吴解生导师渊博的理论 知识和实践知识，创造性的思维方式及严谨的治学态度，一丝不苟的工作作风给 作者带来很多的启迪和教诲。在此，特向吴解生老师表示最衷诚的感谢! 在三年的研究学习中，胡慕伊教授在学习上给予了极大的帮助，教授了作者 控制方面的专业知识。论文的撰写过程中朱云峰同学也给予了热情的帮助。在此 表示衷心的感谢。 在南林的几年的学习、生活中得到了研究生院各位老师以及化工院部分老师 的关心和帮助。在此，一并表示诚挚的谢意。 另外，在攻读硕士学位期间，作者的家人和亲戚朋友在学习和生活上给予了 极大的关心和鼓励，使我能安心学业。在此，表示衷心的感谢。 作者：龙永福 2 0 0 4 年5 月 第一章文献综述 1 1 国内制浆造纸工业的现状 随着社会的发展，纸和纸板越来越成为人们生活、工农业生产中不可缺少 的物质和文化交流的重要载体和包装材料。据报道，2 0 0 2 年，中国纸和纸板的 总产量3 6 0 0 万吨，已连续多年居世界第三位。但是，由于我国工业基础薄弱， 造纸原料短缺，因而使得我国造纸工业与世界发达国家相比还有较大的差距。 近年来，随着我国经济的飞速发展，国内纸张消费市场需求日趋旺盛。据 有关统计，中国1 9 9 6 年纸和纸板总产量为2 6 4 4 万吨，2 0 0 1 年纸和纸板总产量 为3 2 0 0 万吨，2 0 0 1 年我国纸和纸板的消费量约为3 8 0 0 万吨，入均用纸2 9 千克 左右。近十年中国对纸张的需求高于g d p 的增长，达8 8 7 ，按此推算，2 0 0 5 年我国纸和纸板消费量5 0 0 0 万吨，人均用纸3 8 千克，接近亚洲平均水平。目前， 世界人均用纸5 6 千克，发达国家人均用纸达3 0 0 千克，我国的人均纸和纸板消 费量仅为世界人均消费水平的一半，更远逊于发达国家人均3 0 0 千克消费水平。 因此，我国纸张产品市场蕴藏着巨大的市场潜力。 最近几年，我国许多造纸企业通过技术改造，开展国际技术交流和经济合 作，从国外引进先进技术和设备，使企业的工艺装备和生产技术有了很大的提高， 有的企业已达到或接近世界先进水平，在产品质量和档次方面有了较大飞跃，与 国外的差距正在逐步缩小。 我国的制浆造纸工业虽然已取得飞速发展，成果显著，但也面临诸多问题和 挑战，主要表现在资金短缺和造纸原料匮乏两个方面。一、资金投入远跟不上我 国制浆造纸工业迅速发展的需要。由于国内对纸产品的需求旺盛，因此需要大量 资金投入来满足国内市场的需要。以每年6 的需求增长推算，2 0 1 0 年，纸和纸 板需求量将达7 0 0 0 万吨，到2 0 1 5 年纸产品需求量将达到8 0 0 0 万吨，要在2 0 1 5 年实现产量8 0 0 0 万吨，需要投资4 9 0 0 亿元，平均每年3 2 0 亿元，而目前一年投 入约l o o 亿元，差距相当地明显。二、造纸原料非常短缺。我国的森林资源相当 贫乏，目前森林覆盖率仅为1 6 ，可用于造纸工业的木材资源很少。又由于水土 流失十分严重，生态环境日益恶化，特别1 9 9 8 年洪水之后，国家实施天然林保 护工程，对天然森林采取禁伐政策，森林供需矛盾更加突出。目前我国造纸原料 以二次纤维和非木材纤维为主，其次是木浆。据有关统计，2 0 0 2 年，二次纤维、 非木材纤维的使用量分别占总量的4 4 、3 3 ，木浆仅占2 3 左右。并且木浆主 要依赖进口，国内木浆年产量近几年来一直徘徊在2 0 0 万吨左右，占年总用浆量 的8 左右。我国目前用于造纸的草类原料以麦草、芦苇等为主，由于众多原因 能用于造纸的麦草、芦苇每年呈下降趁势，很多造纸企业因原料短缺而面临倒闭 的危险。 1 2 国内外非木材纤维制浆现状 目前，在发达国家，造纸原料中木材比例占9 0 以上，但对于世界众多的国 家，特别对于亚洲、非洲、东欧、拉丁美洲的许多发展中国家，草类纤维仍然是 重要的造纸原料。 我国利用非木材纤维原料制浆造纸有着悠久的历史，目前包括稻草，麦草， 龙须草，芦苇，玉米杆，高粱杆，芦苇，韧皮纤维原料等大部份非木材纤维原料 都在用于制浆。主要原因：一方面，我国的森林资源非常匮乏，又由于水土流失 十分严重，生态环境日益恶化，国家对天然森林已采取了禁伐政策，并且随着国 民经济的高速增长，国内对纸产品的需求日益旺盛。因此，国内可供于造纸工业 的木材原料远远满足不了实际需求。另一方面，我国又是一个农业大国，农作物 秸杆资源和草类纤维十分丰富，并且国家鼓励发展以农业为基础的工业，这其中 就包括造纸工、l k 。 目前，我国造纸原料以非木材原料为主，非木材原料中又以麦草为主。制浆 方法以碱法为主，其他还有很少量的酸法制浆和亚铵法制浆。非木材原料蒸煮废 液的特性与木材原料相比有很大的不同：一、由于非木材原料原料中细小纤维组 分多，浆料滤水性能差，黑液提取率低。二、黑液粘度大，贮存和输送困难，入 炉浓度低，黑液燃烧性能差。三、原料中含硅量高，蒸发器易结垢。蒸发强度低。 白泥由于含硅量高，过滤和沉降性能差，不能回收循环利用。再加上我国以非木 材为原料的制浆造纸企业普遍存在着规模小，装备比较落后的问题。我国非木材 原料制浆造纸废水的污染治理程度远远落后于世界平均水平，存在的问题、难题 多。 据近年统计资料介绍，全国制浆造纸工业污水排放量约占全国污水排放总量 的1 0 一1 2 ，居第三。制浆造纸生产中的废水又主要是蒸煮废液，蒸煮废液的 污染负荷约占全部制浆造纸废水的8 0 左右。然而，木材制浆造纸蒸煮废液的污 染治理，无论是碱法或酸法制浆，在国际上，技术都已成熟。目前其所形成的污 染甚至比生活垃圾和农业的污染度还低。因此，非木材原料蒸煮废液是我国造纸 工业最主要的污染源。 因此，研制开发草类纤维原料无污染或低污染的新制浆技术及相应的制浆设 备以解决制浆造纸纤维原料的短缺，是我国制浆造纸工业可持续发展的必由之 路。 2 1 3 稻草制浆 1 3 1 国内外稻草制浆历史及现状 在盛产谷物的地方，稻草是制浆造纸的重要原料来源。历史上，稻草是古老 的造纸原料，可追溯到2 世纪初期，中国人发明造纸之时。直到1 9 世纪2 0 年代， 木材制浆工业稳固建立之前，在欧洲和北美，它一直成为制浆原料来源。稻草制 浆走下坡路是在面临劳务费用增加和收割方法改变，使稻草的收集、运输和贮存 变得日益困难的条件下才开始的。草类制浆曾一度在美洲兴盛过，随着木浆生产 的迅速发展，逐渐失去了优势，现在实际已被淘汰。另一方面，在许多欧洲国家， 尤其是保加利亚、丹麦、希腊、荷兰、匈牙利、意大利、罗马尼亚、西班牙和南 斯拉夫，它们制浆的木材资源很有限，进口木浆太贵难以维持本地区造纸生产， 所以，仍以稻草当作制浆造纸工业的生产基础，并稳步发展。特别是阿尔及利亚、 阿根廷、中国、埃及、印度、墨西哥、巴基斯坦、斯里兰卡、叙利亚和土耳其， 稻草的利用也有发展，这些国家用高得率未漂草浆生产瓦楞芯纸纸板和包装纸。 漂白草浆主要用作高质量书写纸、印刷纸和其他纸种的主要配料。 在中国，稻子大部分是人工种植和收割的，庄稼紧挨着地面切断，谷物脱粒 后大量的稻草可用。虽然稻草广泛用作畜类饲料、家用燃料，但还有大量过剩稻 草被废弃或基本上用于还田。因而有大量草可用于生产纸浆。在农村，为工业收 集稻草给农民带来额外收益。为许多农村闲散劳动力提供了就业机会。 1 3 。2 稻草( r i e es t r a w ) 纤维特性 学名：o r y z as a t i v al i n n 禾本科，禾亚科，稻属。别名：禾( 广东) ，粳( 名医别录) ，糯( 名医别录) ， 产地：全国各地。生长环境：栽培植物。 用途：稻草是重要的粮食作物。茎杆纤维可供制造包装纸、普通文化用纸、 草纸板等。 纤维形态特征：稻草纤维较短、较细。其纤维平均长度不到1 m m ，宽度只 有9 p m 左右。纤维细胞壁上有明显的横节纹，胞腔较小。 稻草的非纤维状细胞( 杂细胞) 含量很大，达5 4 ( 面积比) ，其中主要是薄 壁细胞，形状多为枕形、椭圆形、方形、球形、多面积形及不定形的小细胞。表 皮细胞体积小，呈锯齿状，齿距小，齿峰不高。 稻草纸浆中无杆状的薄壁细胞。表皮细胞的锯齿端不太尖削，不定形的小细 胞较多，纤维较短、较细，这些均是稻草较突出的特征。 纤维测定见表2 一l 至2 3 。 表2 一l k 3 j e b n i 测定的纤维长度结果 项目平均长度长度分布频率，( 质量分数) 算术一重二重 0 0 00 4 006 00 8 01 0 01 2 01 4 01 6 02 0 0 平均重均重均 以上 04 0o 6 008 01 0 0 12 01 4 01 6 01 8 0 部位 茎部 0 3 606 711 03 6 22 0 51 6 71 0 36 03 42 11 53 3 袭2 2 投影仪测定的纤维长度、宽度结果 项目 长度，m m 宽度巾m长宽比 算术平均最大最小一般算术平均最大 最小一般 部位 茎部1 0 22 1 2o 4 0 0 5 2 一 1 0 22 1 2o ，4 0o 5 21 1 2 i 4 l 1 4 1 表2 3 光学显微镜测定的童f 维细胞壁厚、腔径 项目 平均舡m最大印m最小舢m一般壁腔 部位，u m 茎壁厚1 6 ，1 6 0 3 7 部 腔径1 6 ，1 6 1 3 3 目前稻草制浆方法 目前，稻草主要采用化学法和半化学法制浆。烧碱法、硫酸盐法和中性亚硫 酸盐法制化学浆及高得率半化学浆。就强度而言，烧碱法最好，硫酸盐法次之。 中性亚硫酸盐法再次之。而得率情况正好相反。酸性亚硫酸盐法不适合稻草制浆， 因为浆质脆，强度差。氯碱法最适合生产漂白浆，但这一方法也可只进行到碱预 4 表3 1 谷草间歇蒸煮条件 媳 茎妻霎至 季茎 耋蓁 薹薹 钼 斑 馕 斟 趟 导 罨 一 莩p 导 术。、 燃 季事 芏 i量鎏辇重量 矧 占互： 当 圭蓬襄 昌g锰 堰 趟 委 ：享蓍霎臻墨誊 壕凄下 丫丁群蘸t了 蠼 王： 当虽 蓬亲 箸昌 燃 晏辜一雩 薹 媒 誊萱餐 gz 。 i|i i 毯 丁丫 ” 甲虽 隳=嚣 超 锰p 世 o 。萼 导篇答 毯 g 一 言丁r下 m 下旱 毒 丁銎 靼= 萋萎蓁曩萋羹萋霎 莲 5 煮段为止，以生产高得率浆制瓦楞芯纸或纸板。石灰一碱法用于生产粗浆，做草 纸板、包装纸和瓦楞芯纸。 在间歇蒸煮中，回转蒸煮器用于石灰法、石灰一碱法和其他化学法，而连续 蒸煮器用于烧碱法、硫酸盐法和中性亚硫酸盐法更为普遍。表3 1 列出了间歇 蒸煮生产高得率及可漂浆的各种蒸煮条件。 6 第二章本研究目的、意义及目前的技术状况 2 1 本研究目的、意义 本研究的目的在于利用我国丰富的农作物桔杆副产品稻草纤维资源，不经过 化学处理采用机械两段磨的无污染或低污染方法生产稻草机械浆，用于抄造或 配抄市场需求量极大的包装纸板。这样，既可缓解我国制浆造纸工业纤维原料的 短缺，满足国民经济发展的需要，减少对国外包装纸板纤维原料的进口的依赖， 节约大量的外汇；又可使我国农业生产的副产品稻草纤维资源得到合理的利用， 为发展乡镇制浆造纸企业、增加农业人口的就业机会和提高农民收入开辟一条新 路。因此，此课题的研究有着巨大而长远的经济意义和社会意义。 2 2 目前技术状况 国内一些单位曾研究了麦草化学浆预处理热磨机械浆( c t m p ) ，但由于在 制浆过程中加入烧碱等化学品，制浆废水中的污染难以处理，以及制浆工艺复杂， 制浆设备价格昂贵，这就使麦草化学浆预处理热磨机械浆难以普及。至于不用化 学预处理或蒸煮，而只用热水浸渍使稻草软化并磨制成浆的方法，目前还尚未搜 索到相关资料和报道。 传统的草类化学预处理机械浆的磨浆设备多采用圆盘磨浆机，这种圆盘磨浆 机的磨浆的特点是：磨浆能耗高，磨浆区长度短，对纤维切断能力强，磨浆均度 差，常需多台串联才能达到要求的纤维分离程度。如用圆盘磨浆机生产稻草热磨 机械浆，经多台串联磨浆后，浆的纤维很短，强度很差，难以用于造纸。 稻草机械浆已有的设备基础：废纸浆多功能综合处理设备z s m s 一1 型疏磨 筛制浆机( 已由南京林业大学制浆造纸设备课题组、常熟市轻工机械厂、常熟造 纸厂三方联合研制，并已申报专利) ，此新设备积废纸浆的净化、疏解、磨浆和 筛选四种功能与一体，大大简化制浆工艺流程，节省设备投资和能耗、降低制浆 成本。经二年多的实际运行表明：该设备运行可靠、操作方便，可提高成浆质量， 具有良好的经济效益。其磨浆结构采用锥形磨套磨浆结构，锥形磨套的磨浆区长 度约为相同直径的圆盘磨浆机三倍左右，对纤维的切断作用小。此新设备不但可 用于废纸浆综合处理，它同时也提出了一种全新的磨浆方式，从理论上解决了稻 草机械浆的磨浆技术难题。 第三章本研究的工艺实验 3 1 稻草机械浆预定制浆工艺路线 卜 觯一靴一觥一一一飙r 器 浸溃器 上 斜网浓缩机- 机械浆池 排放或回用括性污泥法水处理系统- _ 一斜网浓缩机 絮liili_ 贮ijilllii审 浓高 3 2 稻草机械浆浸渍工艺参数的确定 3 2 1 实验所用原料 取稻草原料先用辊式切草机切成3 0 一4 0 毫米长草片，经六辊羊角筛选，除去 泥沙和细小草片后，再经锤击式分丝机分丝成细小的草丝，用6 0 目丝网筛筛出 细小草灰( 这些过程在工厂中完成) 。经测定，试验用的稻草丝干度为8 8 7 。 产地：南京汤山。 3 2 2 主要实验设备 高浓实验盘磨机 3 2 2 1 概述 z s p 一一3 0 0 高浓实验盘磨机由吉林造纸厂造纸机械厂制造，是制浆实验研 究用的理想的专用设备。本机采用先进技术、结构新颖、适用范围广、高浓制浆、 效率高、性能可靠、运行稳定、占地面积小、具有操作维护方便等特点。 3 2 2 2 技术参数： 1 ) 盘磨机 型式 主电机： 主轴转数： 传动方式： 动盘直径： 磨片直径： 间隙显示精度： 2 ) 给料螺旋 型式： 螺旋转数： 螺旋直径： 3 ) 主要参数 动盘最大行程： 动盘最大推力： 两盘平行度： 单圆盘型 3 相、3 8 0 v 、3 0 k w 3 0 0 0r ，m i n 2 7 0 0r ，m i n 三角胶带、4 根、b 型、2 0 7 0mm 币3 1 5m m 中3 00 螺旋 0 0 2 m m 输入螺旋 3 0 一- 3 0 0r ，m i n 7 4m m 2 0m m 4 0 0 0 n 0 0 4m m 9 动盘端面跳动 动盘径向跳动： 整机震动振幅： 油最高温度： = 0 ，0 6m m = 0 0 7 m m = o 0 5m m 5 5 3 3 3 工艺实验目的、方案及磨浆参数 3 3 3 1 实验目的 通过对浸渍时间、浸渍温度的控制，使草丝在各种不同条件下进行浸渍，浸 渍后，利用草丝在不同浓度下进行机械法制浆，再通过抄片分析所磨浆料的性能， 以确定稻草机械制浆浸渍最佳工艺参数。 3 3 3 2 实验方案 1 ) 实验参数选定 浸渍时间t ：2 m i n ，5 m i n ，l o m i n ，1 5 m i n 。 浸渍温度t ：4 0 ，6 0 ，8 0 ，1 0 0 。 磨浆浓度s ：1 0 ，1 5 ，2 0 。 2 ) 实验路线 分别在浸渍温度1 0 0 下，浸渍时间为2 m i n ，5 m i n ，1 0 m i n ，1 5 m i n 及磨浆 浓度为1 0 ，1 5 ，2 0 进行1 2 次磨浆实验。再在浸渍温度为8 0 ，磨浆浓度 为2 0 下，浸渍时间为2 m i n ，5 m i n ，l o m i n ，1 5 m i n 进行4 次磨浆实验。再在浸 渍温度为6 0 ，磨浆浓度为2 0 下，浸渍时间为2 m i n ，5 m i n ，1 0 m i n ，1 5 m i 进行4 次磨浆实验。再在浸渍温度为4 0 ，磨浆浓度为2 0 下，浸渍时间为2 m i n ， 5 m i n ，1 0 m i n ，1 5 m i n 进行4 次磨浆实验。 由于本研究的稻草丝机械制浆的主要目的是把所制得的稻草机械浆与废纸 板的二次纤维浆料配抄，检验配抄纸是否能达到工业要求。因此最后用在磨浆浓 度为2 0 ，浸渍温度为1 0 0 及浸渍时间为2 m i n 条件下制得的稻草机械浆与废 纸进行配抄，检验所抄纸片性能。 3 ) 所抄纸片性能分析 方案：每张抄片的定量约在1 2 0 克左右，在每一个实验点上抄5 张片，耐破 指数、抗张指数、环压指数为5 张抄片的各项指数的平均值。 对所抄纸片性能分析包括： 耐破指数( 耐破度) 、抗张指数( 抗张强度) 、环压指数( 强度) 。 ( 1 ) 耐破指数： 1 0 x ：耐破指数，k p a g m 2 p ：( 绝对) 耐破度，k p a ( k g ，c m ) w ：定量，单位为g ，m 2 ( 2 ) 抗张指数： x = g p ，w x ：抗张指数，n m ，g g p ：绝对抗张强度，n m ( k g ，l5 m m ) w ：定量， g m 2 ( 3 ) 环压指数： 以n m 2 偿表示。 耐破、抗张、环压指数值的确定方法：用每次磨浆实验所得浆料抄片1 0 张， 从中选出5 张最好的抄片用于耐破、抗张、环压指数值的测定。最后取平均值即 为耐破指数、抗张指数及环压指数。 3 3 3 3 磨浆参数确定 经磨浆摸索，稻草丝的最高磨浆浓度应在2 0 左右。当磨浆浓度高于2 0 ， 易产生浆料堵塞无法出浆、及浆料焦化等问题。 磨浆浓度控制：按上述3 3 3 2 中拟订方案浸渍的稻草丝经脱水机甩干后测 得浓度为3 2 。据此，通过计算加入适量的同温度水调整到所需的磨浆浓度。因 此，稻草丝在进入进浆螺旋前浓度已被调好。 在整个磨浆过程中，盘磨机所选用的磨浆间隙：0 5 m m ，进浆螺旋转速： 3 0 0 r ，m i n 。并经测定所磨浆料的打浆度在2 5 。s r 左右。 3 3 4 实验数据图表及结论 3 - 3 4 1 浸渍温度1 0 0 ，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间的关系图表。 3 3 4 1 1 磨浆浓度2 0 表1 1 浸渍温度1 0 0 磨浆浓度2 0 ，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系 3 3 4 1 2 磨浆浓度1 5 表1 。2 浸渍温度1 0 0 ，磨浆浓度1 5 ，抗张、环压、耐破指数与浸溃时间关系 浸渍时间tm i n1 51 0 5 2 抗张指数n m ，g 5 4 6 75 4 4 3 5 3 6 65 2 9 8 环压指数n m 2 幢 0 7 7 1 o 7 6 2o 7 5 4o 7 5 9 耐破指数k p a g m 2 1 7 1 2 i 。7 6 7 1 6 4 61 5 9 3 3 3 4 1 _ 3 磨浆浓度1 0 表1 3 浸渍温度1 0 0 磨浆浓度l o ，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系 结论1 ：由表1 1 ，1 2 ，1 3 及图1 1 、1 2 、1 3 可知耐破指数、抗张指数、 环压指数与浸渍时间的关系：浸渍时间对耐破指数、抗张指数、环压指数影响非 常地小。 3 3 4 1 4 浸渍温度l o o c c ，抗张、环压、耐破指数与磨浆浓度的关系图。 浸渍温度1 0) ，浸渍时间15 m i n 卜抗张指数_ 一环压指数卜耐破指数 7 矢o z z 2 6 5 1 ， 1 8 1 6 j 磐 6 ， 1 4 籁5 5 1 2 靼 5 、 ： 1 o 8 0 6 4 5 0 4 0 2 4 “ 一 u 20 1 5 1 0 磨浆浓度 图1 4 1 抗张、环压、耐破指数与磨浆浓度的关系 1 4 结论2 ：由表1 1 ，i 2 ，1 3 及图1 4 l 一1 4 4 关于抗张、环压、耐破指数 与磨浆浓度的关系图可知：随磨浆浓度的提高，耐破指数、抗张指数、环压指数 上升得非常的明显。草丝在1 0 0 的温度下，浸渍1 5 分钟，磨浆浓度从1 0 升 至2 0 的情况下，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高4 2 、3 5 1 、3 8 9 左右；浸渍l o 分钟，磨浆浓度从1 0 升至2 0 的情况下，抗张指数、环压指数、 耐破指数分别提高4 1 3 、3 1 9 、4 1 左右；浸渍5 分钟。磨浆浓度从1 0 升 至2 0 的情况下，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高4 0 、3 6 1 、3 1 4 左右。总之，磨浆浓度对抗张指数、环压指数、耐破指数影响较大，且与抗张指 数、环压指数、耐破指数呈正相关性。稻草丝热磨机械制浆在满足实际生产要求 的基础上，在尽可能高的浓度下磨浆，能获得相对较好性能的浆。 1 4 2 浸渍温度8 0 、磨浆浓度2 0 。抗张、环压、耐破指数与浸渍时间的关 系图表。 表2 浸渍温度8 0 ，磨浆浓度2 0 ，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系 l - 4 3 浸渍温度6 0 、磨浆浓度2 0 。抗张、环压、耐破指数与浸渍时间的关 系图表。 表3 浸渍温度6 0 ，磨浆浓度2 0 ，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系 1 6 1 4 4 浸渍温度4 0 ，磨浆浓度2 0 。抗张、环压、耐破指数与浸渍时间的关 系图表。 表4 浸渍温度4 0 ，磨浆浓度2 0 ，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系 结论3 ：由表2 、3 、4 及图2 、3 、4 同样可得出抗张指数、环压指数、耐破 指数与浸渍时间的关系：稻草丝分别在8 0 、6 0 、4 0 温度下浸渍，并在高 浓情况热磨制机械浆，浸渍时间对耐破指数、抗张指数、环压指数的影响非常地 小。 1 4 5 磨浆浓度为2 0 ，抗张、环压、耐破指数与浸渍温度的关系图。 1 7 1 8 结论4 ：由图5 1 5 4 关于抗张、环压、耐破指数与浸渍温度的关系图可知： 浸渍温度越高，耐破指数、抗张指数、环压指数越好。稻草丝磨浆浓度为2 0 情况下，在浸渍1 5 m i n ，浸渍温度从4 0 上升到1 0 0 q c ，抗张指数、环压指数、 耐破指数分别提高1 7 2 、1 4 8 、1 9 7 ；在浸渍1 0 m i n ，浸渍温度从4 0 上升 到l o o 。抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高1 7 8 、1 2 6 、1 9 4 ；在 浸渍5 m i n ，浸渍温度从4 0 上升到lo o ，抗张指数、环压指数、耐破指数分 别提高1 8 6 、1 3 7 、1 9 1 ；在浸渍2 m i n ，浸渍温度从4 0 上升到1 0 0 ，抗 张指数、环压指数、耐破指数分别提高1 8 1 、2 0 9 、1 8 6 。总之，浸渍温度 较高，磨浆性能较好。此外，浸渍温度为l o o q c 和8 0 的两种情况下，通过抄片 性能分析，抗张指数、环压指数、耐破指数比较的接近，因此，浸渍温度应尽可 能的满足在8 0 以上。 3 3 5 浸渍最佳工艺参数确定 基本原理分析：由于实验用的是经锤击式分丝机分丝成的细小的稻草丝，细 小的稻草丝在高温水的浸渍下，立即吸水润胀，故能在较短的时间内达到很好的 浸渍效果，又由于在实际生产中，但要使稻草丝达到均匀的浸渍并吸水润胀，必 须在浸渍器内有一定的时间的翻转、搅动才能达到均匀浸渍。 综合前结论1 、2 、3 、4 可得出如下的结论：浸渍时间对稻草机械制浆的影 响不是很大；浸渍温度越高，稻草丝机械制浆的效果相对越好，浸渍温度应尽可 能的满足在8 0 以上；磨浆浓度对稻草丝热磨机械浆的性能影响最为明显，在 满足实际生产要求的基础上，应在尽可能高的浓度下磨浆。由于浸渍时间是本课 题的浸渍器的设计最为重要的参数，因此，根据前部分的工艺实验，并依据实际 生产经验，可确定稻草丝机械制浆浸渍最佳工艺参数：稻草丝的浸渍时间为2 m i n 左右。 3 3 6 稻草丝机械浆与废纸配抄性能分析 用在磨浆浓度为2 0 ，浸渍温度为1 0 0 及浸渍时间为2 m i n 条件下制得的 稻草机械浆与废纸进行配抄，废纸浆是回收废箱纸板的二次纤维，抄片的定量在 2o o g m 2 左右。 表五废纸配抄稻草机械浆的比例对各项指数值的影响 抗张指数n m ，g 2 7 92 3 4 51 5 8i 1 0 4 6 5 9 8 表六箱板纸的技术指标 指标名称单位规定 a 等b 等c 等d 等e 等 耐破指数 k p a - g ， 2 0 0 一2 3 0 9 m 2 m 。2 9 5 25og ，m 。2 7 52 6 51 5 01 l 0o 9 0 环压指数 n m 儋 2 0 0 一2 3 0 9 ，m 2 8 4 0 25o g ，m 9 7 08 4 06 o o5 2 04 9 0 注：上只列出环压指数、耐破指数指标。 表七瓦楞原纸的技术指标 指标名称单位规定 a 等b 等c 等d 等 横向环压指数n m2 幢 1 1 2g ，m 2 6 55 03 53 0 1 2 7 1 4 0 9 m 2 7 15 8 4 o3 2 16o 一2oog ，m 2 8 47 15 03 2 纵向抗张指数 n m ，g 3 9 23 4 32 4 51 9 6 注：上只列出环压指数、抗张指数指标。 结论：l 、比较表五和表六：在废纸板浆中配抄5 0 的稻草机械浆，其耐破 指数基本上能达到箱板纸的技术指标要求。但其环压指数还有一定的差距。通过 分析，总的来说，废纸板浆和稻草机械浆配抄达不到箱板纸的技术指标要求。 2 、比较表五和表七：在废纸板浆中配抄2 5 左右的稻草机械浆，抗张 指数超过d 等瓦楞原纸的技术指标，基本接近c 等瓦楞原纸的技术指标；抗张 指数能达到d 等瓦楞原纸的技术指标。所以，抗张指数、抗张指数两项指标能 达到d 等瓦楞原纸的技术指标。 2 l 第四章稻草机械浆浸渍设备的设计 4 1 目前存在的浸渍器简介 4 1 1 压力浸渍器 压力浸渍器是化学热磨机械浆( c t m p ) 制浆系统中浸渍工序用的主要设 备之一。它是同充满型( 饥饿型) 螺旋喂料器配套使用的加药加汽装置。料片到 此由压缩转为膨胀，迅速吸入药液，使料片经过浸渍，改进蒸煮浆的质量，减 少浆渣。采用立式双螺旋压力浸渍器，浸渍均匀，蒸煮液比小。压力浸渍器可 在短时间内上使木片、竹片、棉杆大大提高吸入药液的性能。一般情况下，料 塞刚落入浸渍简底部时的含水量约4 0 ，浸渍后料片含水量可达到7 0 以上。 压力浸渍器的生产能力与提升螺旋转速有密切关系，生产能力越大，要求螺 旋转速越快些。 目前常用的压力浸渍器有两种形式：一种是由t 形管改装而成，在加高了的 壳体( t 形管) 内装上一台立式双螺旋提升机，也有汽动活塞防反喷装置，其锥 形阀头与料塞为常闭方式。汽缸压力按需要控制，汽压一般为o 5 m p ，阀头位置 由限位开关调节控制。浸渍器内液位高度约为总高度的8 0 ，配有液位和温度监 控仪表。料片在5 0 一8 0 的药液中浸渍1 1 5 m i n ，借浸渍器的高度和 提升螺旋的转速来控制。浸渍器的壳体与螺旋喂料器底板相铰接，浸渍器的 的入口与螺旋喂料器出口管间有填料密封结构，这种连接方式可消除温差造成的 应力。结构示意图如图4 1 所示。 另种是瑞典s u n d sd e f i b r a t e r 公司开发利用的压力浸渍器，也称挤压一 浸渍器。也采用立式双螺旋结构，其工作原理：浸渍筒内装有保持一定液位的 蒸煮液，当料塞连续通过反喷阻尼进入浸渍筒时，原料靠它自身的弹性开始膨 胀，在高温高压的作用下很快松散开来。并由两个平行的提升螺旋送到其顶端。 在这一过程中。木片被进一步浸渍，然后在重力作用下降落到蒸煮管内。 浸渍筒的液位由液位连锁回路控制，稳定地喂人蒸煮液。蒸煮液的总流量 由流量连锁回路控制。反喷阻尼在运转期间自始至终作用于竹片料塞上，随时 防止反喷的发生。对料塞的压力由一回路控制作用于气缸上的压缩空气压力来 调节。结构示意图如图4 2 所示。 以上两种立式压力浸渍器迸料方式相同，木片都是从螺旋挤压疏解机 ( m s d ) 出来，垂直进入浸渍器螺旋，经由浸渍器上面的破碎棒破碎后进人浸渍器。 进料 床? 、一 ， f 、 l 、 j j j 夕 、 图4 1 立式压力浸渍器结构示意图 l 一提升螺旋的传动；2 一汽缸；3 一防反喷； 4 一外壳； 5 一进汽管；6 一提升螺旋； 7 一浸渍区壳体；8 一进药液管。 - t 一厂接螺旋给料器 b 叫 燃鹏耐裔 一司3 巨f 浸渍液 彳芦 。芎一了 图4 2 d e f i b r a t e r 公司压力浸渍器结构示意 l 一传动机构；2 一浸渍槽； 3 一一提升螺旋；对， 4 一一螺旋给料器；5 一轴承；6 一反喷保护汽缸。 4 1 2 斜管浸渍器 常见的斜管浸渍器有两种：一种斜管浸渍器如图4 3 所示，浸渍器外形 为圆筒形长管，与水平面呈4 5 0 倾斜安装。浸渍器内沿着管轴方向设有隔板将蒸 煮管分为上下两室，并装有特制的刮板运输机在两室中升降移动。浸渍器并配有 药液循环系统。 浸渍器通常按1 2 m p a 压力进行设计，浸渍器壳体、封头用不锈钢复合钢板， 中间隔板、刮板运输机零件均用不锈钢，链条、导轨表面堆焊耐磨合金。 浸渍器上端通常固定支承基础上，而下端则用滚子支承在斜面上以补偿工作 状态时产生的热膨胀，也有些蒸煮管安装成下端固定而下端固定而上端活动的。 图4 3 斜管浸渍器 j 一传动轴；2 一束片入口 3 一术片出：= l 4 耐板；_ 5 一黼援；6 一张紧簿 另一种斜管浸渍器示意图如图4 4 所示。是碱性过氧化氢化机浆( a p m p ) 制浆系统中使用的主要设备之一。木片从螺旋挤压疏解机( m s d ) 出来，进入浸渍 器内进行1 2 m i n 浸渍。和立式压力浸渍器一样，也是在压力下进行浸渍。其浸 渍原理和作用与立式压力浸渍器一样。主要产品是奥地利a n d r i t z 等公司所设计 利用的斜管压力浸渍器系列。 m s d v 4 2 本设备设计 液 4 4 斜管浸渍器示意图 4 2 1 设备设计的主要目的 本课题研究的目的是为了研究开发一种能满足稻草机械浆连续生产要求 的专用浸渍器。在满足生产要求的基础上尽量使结构设计简单并具备较高的生 产效率。 稻草丝的物理特性和木片物理特性有较明显的差别一一稻草丝豹吸水能 力比木片强，并且稻草丝在浸渍过程也没有药液加入。因此，稻草丝的浸渍工 艺要求和木片制化学机械浆的浸渍工艺要求有较明显的差别，此也就决定了稻 草丝的浸渍设备和木片浸渍设备也有不同之处。 由于国内的造纸原料短缺，而稻草又是一种很重要的可再生的造纸纤维原 料，因此，稻草的无污染机械制浆将具有广泛的推广应用前景。此设备的成功设 计对稻草机械浆的产业化的尽快实现有巨大的推动作用。 4 2 2 本设备设计的主要思路 本设备设计专门针对稻草机械浆的连续生产要求。要求能在正常运行的情况 下能满足稻草丝浸渍。 1 ) 提升机构的构思 参考国内外所有的已正在使用的浸渍器，浸渍器的提升机构主要为两种形 式：螺旋式和链板式，其中螺旋式使用最为广泛。螺旋式多用于浸渍时间相对较 短的场合，链板式则多用于要求浸渍时间较长的连续生产过程。而根据第三章的 工艺实验得出稻草机械浆的最佳浸渍时间为2 m i n 左右。所以，确定本设计的稻 草机械浆浸渍器的提升机构为螺旋式。 2 ) 进料口的设计构思 从预定的稻草机械浆制浆工艺路线图可知，浸渍器的进料来自旋风分离器， 虽然有一定的输送压力，但由于稻