废纸制浆造纸新技术讲座

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1、材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院1Tianjin University of Science & Technology第二讲废纸制浆新技术和新装备 第一章 我国废纸利用现状 一.废纸回收利用的重要性 减少污染、改善环境、节约原生纤维资源 及能源；可持续发展； 回收1t废纸，可以节约木材？能源？节水？ （10棵树,80-120）50% 35%二.世界废纸回收利用 2010年世界废纸消费量大约2.25亿吨，2011年平均回收率57%。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院2Tianjin University of Science & Technology名词解释： 1.废纸回收

2、率 2.废纸浆利用率 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院3Tianjin University of Science & Technology三.我国进口废纸的主要种类： 1.许多发达国家对废纸均有统一的标准，按品种分类分选达 标，购销按标准执行。 美国51种、日本25种、欧洲57种（分5组） 2.我国国内废纸：旧瓦楞纸箱、书刊杂志纸、旧报纸、纸箱 厂边角料、印刷厂白纸切边、水泥袋、混合废纸等。 尚无全国统一的质量标准。 3.我国进口美国废纸较多的品种 旧瓦楞箱纸板(Old Corrugated Containers, OCC)、 旧报纸(Old Newspaper, ONP)、旧杂

3、志纸(Old Magazine Paper, OMP)、 混合办公废纸(Mixed Office Waste, MOW)等 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院4Tianjin University of Science & Technology思考题：思考题：1. 废纸回收利用的意义何在？2. 大量地从国外进口废纸会带来什么问题？3. 你认为应当怎样合理地利用废纸资源制浆造纸？材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院5Tianjin University of Science & Technology第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第二章 废纸制浆工艺流程 按照废纸的特征和废纸浆

4、的用途，废纸制浆工艺流程可分为两种，也就是脱墨浆工艺流程和非脱墨浆工艺流程。一.典型的废纸非脱墨浆工艺流程 废纸、碎浆、纤维分离、粗选、洗涤、精选、净化、调整、供抄造用。二.典型的废纸脱墨浆工艺流程 废纸、碎浆、粗选、浓缩、揉搓或纤维分离、脱墨、精选、净化、调整、供抄造用材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院6Tianjin University of Science & Technology脱脱墨墨浆浆流流程程废纸碎 浆纤维分离粗 选洗 涤精 选调 整净 化供抄造用非非脱脱墨墨浆浆流流程程废 纸碎 浆粗 选浓 缩纤维分离或揉搓脱 墨净 化精 选供抄造用调 整材料科学与化学工程学院材料科

5、学与化学工程学院7Tianjin University of Science & Technology华泰集团新闻纸脱墨工艺流程材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院8Tianjin University of Science & TechnologyFig. 1 Efficiency ranges of unit processes for contaminant removal in recovered paper processing材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院9Tianjin University of Science & TechnologyFig. 2 Thr

6、ee process levels in stock preparation with their subsystems for recovered paper processing材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院10Tianjin University of Science & TechnologyFig. 3 Newsprint and improved paper grades showing total plant conceptDAF = Dissolved air flotation材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院11Tianjin University o

7、f Science & TechnologyFig. 4 Concept for high-grade writing and printing paper grades材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院12Tianjin University of Science & TechnologyFig. 5 Concept for market Deinked pulp (DIP) from wood-free mixed office waste (MOW)材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院13Tianjin University of Science & Technolog

8、yFig. 6 Concept for newsprint and improved paper grades材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院14Tianjin University of Science & TechnologyFig. 7 Newsprint and improved paper grades showing sequence of consistency level at different process steps材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院15Tianjin University of Science & Technology第二讲 废纸

9、制浆新技术和新装备 第三章 废纸碎浆新技术和新装备 在废纸制浆过程中，碎浆通常是废纸处理的第一步，其作用有三个方面：1.最大限度地保持废纸中纤维的原有强度的情况下将废纸分散成纤维悬浮液;2.将废纸中砂、石、金属等重杂质及绳索、破布条、玻璃纸、塑料薄膜等体积大的杂质与纤维有效分离;3.在处理需要脱墨的废纸时，还需在碎浆设备中加入一定量的脱墨剂、生物制剂及化学药品、通汽加热等，以期达到将纤维与油墨分离的目的。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院16Tianjin University of Science & Technology（一）水力碎浆机（一）水力碎浆机水力碎浆机是传统的常用的碎浆

10、设备。水力碎浆机是传统的常用的碎浆设备。从结构形式上分为：立式和卧式；从结构形式上分为：立式和卧式；从操作方法上分为：连续式和间歇式；从操作方法上分为：连续式和间歇式；从处理废纸浆浓度上分为：低浓、中浓和高浓。从处理废纸浆浓度上分为：低浓、中浓和高浓。低浓碎浆： 3%-8%；中浓碎浆: 8%-12%;高浓碎浆: 12%-18%.材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院17Tianjin University of Science & TechnologyVertical pulper立立式式水水力力碎碎浆浆机机材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院18Tianjin Universi

11、ty of Science & TechnologyAikawa Delta Pulper 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院19Tianjin University of Science & Technology连连续续式式水水力力碎碎浆浆 连续式碎浆大部分用于产量高的工厂，在操作中，连续式水力碎浆机一面进行碎浆作业，一面又将已经碎解的浆料通过转子下的孔板被抽出作进一步的处理。 它不要求废纸的纤维完全疏解，纤维疏解至一定程度即可通过筛板送入下一工序。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院20Tianjin University of Science & Technology连

12、续式水力碎浆机带去除轻、重杂质装置材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院21Tianjin University of Science & Technology间歇式碎浆特别适用于废纸脱墨、旧箱板纸、旧双挂面牛皮卡纸的碎解。可要求废纸纤维100%疏解并给予了加入脱墨剂和加热的充裕时间。纤维疏解达到70%时，不宜继续采用水力碎浆机疏解。 间间歇歇式式水水力力碎碎浆浆材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院22Tianjin University of Science & Technology间歇式（立式）水力碎浆机示意图1、废纸捆 2、运输机 3、转子 4、筛板 5、排渣口材料科学与化

13、学工程学院材料科学与化学工程学院23Tianjin University of Science & TechnologyDeflaking characteristics of pulpers at different stock consistencies vs. specific energy demand材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院24Tianjin University of Science & Technology（二）影响水力碎浆机效能的因素1.转子结构的影响2.浆槽结构的影响3.温度的影响4.pH值的影响5.浓度的影响6.碎解时间的影响材料科学与化学工程学院材料科

14、学与化学工程学院25Tianjin University of Science & Technology1.转子结构的影响 自1938年Black Clawson公司创制了水力碎浆机以来，人们一直非常关注转子改革方案。1959年该公司发明了伏克斯转子（Vokes Rotor）。这种转子有效地改进了对废纸的碎解作用，但其缺点是电耗较高。 1973 1973年，Black Clawson公司对伏克斯转子进行了改进。改进后的转子首先在加拿大使用，后来推广到北美州和欧洲。这种新型转子碎解效率高，而且节约动力，故命名为节能型P.S伏克斯转子（Power Saver Vokes Rotor）。）。材料科学

15、与化学工程学院材料科学与化学工程学院26Tianjin University of Science & Technology标准伏克斯（Vokes）转子P.S伏克斯（Vokes）转子PS伏克斯转子有以下优点：可得到强力的回流；相同的产量可节约20%30%动力消耗；动力消耗相同的同类水力碎浆机可提高产量20%30%。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院27Tianjin University of Science & TechnologySpiral rotors of MC pulper新新型型转转子子立式高浓水力碎浆机材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院28Tianjin U

16、niversity of Science & Technology Cellwood Machinery AB公司最近开发出的两种Types型转子，该转子适用于处理湿强废纸和一些碎解困难的废纸，碎浆浓度在3%9%。Types 型转子的翼片独特设计不但允许较高浓度的浆料通过筛板，而且可以避免筛板的堵塞。 新新型型转转子子材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院29Tianjin University of Science & TechnologyTypeS转子工作原理图 新型转子新型转子 工作原理：在转子翼片的前缘，浆料受到指向筛板的压力，碎解好的浆料通过筛板。在转子叶片的后缘，产生的真空抽

17、吸作用清洗筛板。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院30Tianjin University of Science & Technology碎浆机工作原理材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院31Tianjin University of Science & Technology高浓转子碎浆的特点：1. 高浓水力碎浆机与一般水力碎浆机靠机械力进行碎解的作用 不同。2. 转子的高表面积使纸浆得到良好的循环并产生纤维与纤维间 的剪切作用，使纤维被完全碎解；3. 转子低的转速不会使污染物质被破碎。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院32Tianjin University of

18、 Science & Technology2.浆槽结构的影响水力碎浆机浆槽标准型为圆形，在圆形槽中碎解废纸时，废纸沿着槽壁作循环流动，需要较长时间才能侵入液面之下。近年来水力碎浆机的浆槽结构的改进改变了浆料在浆槽中循环回流状态，这样即增加了纤维与纤维间的摩擦作用，又可使浆料在最短距离内运行到转子上，增加了浆料与转子的激烈接触次数，提高碎浆效率。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院33Tianjin University of Science & Technology 相川公司的Delta型水力碎浆机，是在立式圆筒形浆槽内，设有三角形挡浆板。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院3

19、4Tianjin University of Science & Technology3.转鼓碎浆机转鼓式碎浆机（Drum Pulpers）最普遍地用于以废旧新闻纸和废杂志纸为原料生产新闻纸的碎浆工艺中。其圆周速度100-120m/min、直径2.5-4m、长度大约30m、常以轮胎摩擦或齿轮啮合传动。14%-20%, 2/3 of total length3%-5%材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院35Tianjin University of Science & Technology材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院36Tianjin University of Scie

20、nce & Technology转鼓碎浆机的特点： 疏解作用比较温和，杂质、胶粘物等能保持原有尺寸，有利于在后续的筛选中除去。 高浓连续运行，本身兼有除杂和筛选的功能。 动力消耗要比间歇高浓碎浆机低50（10-20 kwh/t）。 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院37Tianjin University of Science & Technology思考题：思考题： 1. 碎浆的主要作用有哪些？ 2. 转鼓式碎浆机有哪些优点？材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院38Tianjin University of Science & Technology第二讲废纸制浆新技术和新装

21、备 第四章 废纸浆筛选新技术和新装备 一.废纸浆筛选的目的 主要是将大于纤维尺寸的杂质除去。二.评价筛选系统的主要参数 筛浆机的筛选效率； 良浆的损失量； 生产能力的大小。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院39Tianjin University of Science & Technology三. 筛选效果的评定方法 衡量筛选设备的优劣，有许多技术经济指标。如：电耗、设备重量、压力损失、耗水量、良浆质量、筛选效率、尾渣量、尾渣中长纤维含量、筛选浓度和浓缩比等，但最重要的指标是浆中杂质去除情况和长纤维得率。 在应用相对杂质去除率评定筛选效果时，要同时测定筛在应用相对杂质去除率评定筛选效

22、果时，要同时测定筛选系统的长纤维得率，其定义为选系统的长纤维得率，其定义为: : 良浆中长纤维含量良浆中长纤维含量长纤维得率（长纤维得率（%）= - = - 100% 进浆中长纤维含量进浆中长纤维含量材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院40Tianjin University of Science & TechnologyMass balance and definitions in a separation system材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院41Tianjin University of Science & Technology四.压力筛浆机的种类和工作原理(一

23、)压力筛浆机的种类 压力筛浆机可根据转子的结构、良浆的流向及筛筐的数量分为以下几种： 1. 单筛筐外流式压力筛浆机； 2. 单筛筐内流式压力筛（旋翼在内）； 3. 单筛筐内流式压力筛（旋翼在外）； 4. 双筛筐双层转子压力筛。 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院42Tianjin University of Science & Technology四种常用筛浆机类型材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院43Tianjin University of Science & TechnologyConstruction of a deknotting screen (Ahlstrom

24、 Machinery)材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院44Tianjin University of Science & TechnologyCoarse screen with rotating screen cylinder材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院45Tianjin University of Science & TechnologyFinal stage screen for batch and continuous operation with slotted basket in an LC screening system材料科学与化学工程学院材料科学

25、与化学工程学院46Tianjin University of Science & TechnologyVOITH PAPER -MiniSorter MST材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院47Tianjin University of Science & Technology(二).压力筛浆机的工作原理 旋翼旋转产生的切线速度Vt与通过筛孔（缝）径向速度Vr比率是决定杂质分离效率的重要参数，其比率Vt/Vr越大，杂质的分离效率越高。但Vt/Vr比率过大，也会影响良浆通过量。Fiedler公司的H.Gassman建议Vr为 12m/s， 而Koffinke建 议Vr不 应 超 过1.

26、83m/s。因为Vr太高，一些易于变形的塑性杂质就有可能从三维的外形变成扁平状而通过甚至最小的筛缝。Vr太低，纤维将与水分离从而使筛缝被纤维所堵塞。而VtVt一般建议为为6 67m/s7m/s，这样Vt/Vr比率在4 47 7范围内为好。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院48Tianjin University of Science & Technology1.筛板的工作原理和新发展 1)筛板：孔形筛板 缝形筛板 孔（缝）形状和大小是影响筛选效率的决定性因素。现在的筛板是高科技、高精密度的产品，通常用316L不锈钢或更高质量的不锈钢制成，制成后还进行电抛光以除去毛刺，以免挂浆，有时还

27、进行电镀或涂以其它材料以在磨蚀性的工作条件下延长使用寿命。 孔筛板：筛孔通常在进浆侧是圆筒形的，在良浆侧是锥形，以减少由于通过厚板的狭窄通道而造成的压降。孔筛的筛板孔径随着孔筛在流程中应用的不同而变动于0.8mm至20mm之间，6mm至20mm的孔筛主要作为处理大的废杂物的粗筛用，用来筛选短纤维的细筛孔板孔径有时就小至0.8mm。处理废纸孔筛的孔径一般在1.3mm至2.0mm之间。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院49Tianjin University of Science & Technology缝筛板：缝筛筛板割缝时也不是割透，而是在良浆侧适当扩大缝口以减少纸浆通过时的压降。长

28、缝的方向与转子回转的方向垂直，这样当扁平或头发状的杂质随着浆流回转时，杂质至少有长的一维与筛缝成垂直状态。缝筛的筛缝宽度一般为0.150.76mm，目前采用先进的激光技术，筛缝宽度最小已达0.1mm甚至更小。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院50Tianjin University of Science & TechnologyTypical screen cylinder perforation and slot patterns (Ahlstrom Machinery)材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院51Tianjin University of Science &

29、Technology2)筛板表面形貌a a 平面筛板平面筛板 b b 波形面筛板波形面筛板波形面筛板与平面筛板工作原理图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院52Tianjin University of Science & Technology不同筛板的相对生产能力和它的最大工作浓度与筛板波形程度之间的关系材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院53Tianjin University of Science & Technology不不同同波波形形筛筛板板的的几几何何形形状状材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院54Tianjin University of Science

30、& Technology波形板号波形板号筛缝几何形状筛缝几何形状筛缝前缘筛缝前缘筛缝后缘筛缝后缘1 1负曲面负曲面 负曲面负曲面 2 2垂直平面垂直平面 斜面斜面 3 3垂直平面垂直平面 负曲面负曲面 4 4垂直平面垂直平面 垂直平面垂直平面 转子运转方向筛浆区筛缝前缘 筛缝后缘 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院55Tianjin University of Science & Technology分析试验结果后得出如下结论a)筛缝后缘为垂直平面（4号筛板）：这种几何形状的筛板，在筛浆过程中会产生较大的浓缩比（浓缩比=浆渣浓度/进浆浓度），阻碍了浆渣和纤维在筛缝附近的运动。在筛板表

31、面易形成纤维垫层，使筛浆过程成为“过滤”过程，并有堵塞筛板的危险。浆渣的去除率虽然很高，但浆渣中有较高含量的长纤维。b)筛缝后缘为负曲面或斜面（1、2、3号筛板）：这种几何形状的筛板有利于浆渣及纤维在筛板附近运动，从而可降低浓缩比。浆渣的除去率虽然与4号筛板接近，但浆渣中长纤维含量明显低于4号筛板，特别是1号筛板最为突出。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院56Tianjin University of Science & Technologyc)缝前缘为垂直平面状（2、3、4号筛板）：这种几何形状的筛板可在筛缝附近产生湍流，从而能疏散纤维团，但有可能在筛缝前形成死角。如果筛缝后缘的几

32、何形状也不利于纤维运动，就会提高浓缩比，降低筛浆效率。转子运转方向 筛缝 筛缝前缘 死角的形成材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院57Tianjin University of Science & Technology筛缝前、后缘均为负曲面的波形筛板的工作原理图d)筛缝前缘为负曲面（1号筛板）：筛缝前缘为负曲面可降低死角产生的可能性而不影响湍流产生。这种设计有利于长纤维通过筛缝，降低浆渣中长纤维的含量。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院58Tianjin University of Science & TechnologyEffect of profile angle and

33、 slot width on cleanliness efficiency 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院59Tianjin University of Science & TechnologySchematic of a clamped bar-type screen basket with detail of surface profile材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院60Tianjin University of Science & TechnologyFlow pattern at the inlet of a profiled bar-type scree

34、n basket材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院61Tianjin University of Science & Technology1.转子 普通的压力筛浆机转子，多采用圆筒形基圆上带有不同形状的旋翼。当转子的旋翼掠过筛孔（缝）时，在旋翼的前缘产生瞬间正压，后缘产生瞬间负压，每一旋翼产生一次压力脉冲。对于外流式压力筛浆机，其旋翼后缘瞬间负压是吸净筛孔（缝）的有效脉冲，旋翼前缘瞬间正压则是瞬间增大浆料穿过筛孔（缝）的压力差。典型压力筛的工作原理材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院62Tianjin University of Science & TechnologySun

35、ds Defibrator公司的宽旋翼转子工作原理图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院63Tianjin University of Science & Technology老式筛浆机的纸浆增浓过程理想的筛选过程良浆 进浆 良 浆 筛渣 进浆 尾渣 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院64Tianjin University of Science & TechnologyCoarse screening rotors材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院65Tianjin University of Science & TechnologyVoith Sulzer 多旋

36、翼转子材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院66Tianjin University of Science & Technology第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第五章 废纸浆胶黏物控制新技术和新装备 在废纸制浆过程中，胶黏物控制通常是废纸处理过程中非常重要的一步。一.胶黏物（Stickies）是胶料、热熔物与胶乳等杂质的总称。二.胶黏物的来源： 1.胶带 2.（压敏性）标签 3.纸箱黏合剂 4.自黏合信封 5.各种涂布纸 6.各种涂布纸 7.入场券纸 8.日记本黏合剂 9.油墨和涂料中也含有胶黏物三.废纸中胶黏物的危害 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院67Tianjin

37、University of Science & Technology三.废纸中胶黏物的危害 1.当胶黏物的含量超出可接收程度时，将导致纸机操作问题： 2.沉积于铜网、毛毯毛布、压榨辊和烘缸上； 3.阻止纤维与纤维的结合；增加断头； 4.严重影响纸产品的外观质量：形成孔、洞及其它纸病； 5.印刷过程和其它加工过程中引发一些问题 对此，在1996年5月的废纸脱墨研讨会上，L.Ferguson提出，废纸回收的三大问题： 第一是胶黏物，第二是胶黏物，第三还是胶黏物。 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院68Tianjin University of Science & Technology F

38、iedler公司的Pfuhl除渣器为全陶瓷锥形除渣器。 Pfuhl全陶瓷除渣器与不锈钢和塑料除渣器相比,有着十分明显的优点：在相同的排渣率的情况下，其轻、重杂质去除率要比其它除渣器高 出 30%40%， 胶 粘 物 的 去 除 率 可 高 达40%50%。Fiedler公司的Pfuhl除渣器Pfuhl全陶瓷锥形除渣器材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院69Tianjin University of Science & TechnologyPfuhl四段除渣中各段胶粘物的去除率原料：经拣选的废纸 最终产品：LWC胶粘物0.04mm2 * 胶粘物去除率材料科学与化学工程学院材料科学与化学工

39、程学院70Tianjin University of Science & Technology四.除渣器 1.除渣器的工作原理除渣器是以进出浆压力差为动力，将切线方向的进浆压力转变成涡旋运动的速度，整个浆料都在涡旋运动中产生很大的离心力。离心力大小与旋转物的重量以及圆周速度的平方成正比，而与涡旋运动的半径成反比。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院71Tianjin University of Science & Technology除渣器旋转半径与离心力关系旋转半径（mm）15050圆周速度（m/s）618涡旋转数（rpm）3823440离心力增大倍数（v2/gr）24.5661材料

40、科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院72Tianjin University of Science & Technology2.除渣器的分类除渣器的分类方法有三种方法： 第一种：根据除渣器的外形结构进行分类； 第二种：根据良浆与浆渣相对流动方向进行分类； 第三种：根据进浆浓度进行分类。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院73Tianjin University of Science & Technology根据良浆与浆渣相对流动方向进行分类：1. 1. 正向除渣器（Forward Cleaner）2. 逆向除渣器（Reverse Cleaner）3. 通流式除渣器（Through-

41、flow Cleaner）4. 轻、重杂质除渣器（Core-bleed Cleaner）材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院74Tianjin University of Science & Technology正向除渣器构造图 逆向除渣器构造图通流式除渣器构造图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院75Tianjin University of Science & Technology3.除渣系统1)除渣系统中的级和段 级：指良浆通过除渣设备的次数。 多级除渣处理可以提高良浆质量，但多级处理设备投资大、动力消耗高及良浆得率低。 段：指浆渣通过除渣设备的次数。 多段除渣处理的目的

42、是为了减少纤维的流失。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院76Tianjin University of Science & Technology材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院77Tianjin University of Science & Technology二级四段除渣流程图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院78Tianjin University of Science & Technology相川公司的高浓除渣器工作原理图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院79Tianjin University of Science & Technology2

43、) Cleanpac 250 轻杂质除渣器Celleco Hedemora公司生产的Cleanpac 250 轻杂质除渣器为并流式除渣器（parallel flow cleaner 与Through-flow Cleaner相同）。该除渣器是主要用于除去浆料中的轻杂质和空气。对于比重小于1g/cm3的杂质有极高的除去率。进浆轻杂质和空气良浆Cleanpac 250 轻杂质除渣器构造图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院80Tianjin University of Science & TechnologyCleanliness efficiency vs. available tota

44、l screening area of different systems材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院81Tianjin University of Science & Technology大颗粒胶黏物(Macro stickies)尺寸：100nm;胶体颗粒(Colloidal stickies)： 10nm100nm;分子级颗粒(Molecular dissolved) ：10nm胶黏物密度：0.81.0g/m3材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院82Tianjin University of Science & TechnologySurface forces i

45、nvolved in wetting材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院83Tianjin University of Science & Technology五. 热分散系统 热分散的目的：将胶黏物等杂质通过热力和机械力的处理进一步分散成尺度非常小的粒子，或通过筛选的办法将其分离掉，或将其作为填料存在于纸或纸板当中。 热溶物(Hot melt adhesives)性质：在室温下通常以固体形式存在，在60-120C下软化，并且在酸或碱性条件下不溶于水，但溶于一些有机溶剂如二氯甲烷、甲苯等。 主要设备：热分散机 （双辊式、盘式） 六. 纤维揉搓机 纤维揉搓机目的：将小尺度的胶黏物 进一步

46、变为尺度更大的固形物，以便后续的工艺如通过浮选的办法将其除去。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院84Tianjin University of Science & Technology盘式分散机(Disk disperger)材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院85Tianjin University of Science & Technology Effect of determination of stickies on their reduction efficiency by laboratory screening 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院86T

47、ianjin University of Science & Technology材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院87Tianjin University of Science & Technology第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第六章 废纸浆纤维分级新技术和新装备 在废纸制浆过程中，因废纸中纤维的种类、纤维特性存在一定差异，将其分级处理可以更合理有效地对其加以回收利用。一.纤维分级 通过离心分离或筛选的手段来实现纤维分级。二.纤维分级设备： 纤维分级机、各种类型除渣器等。 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院88Tianjin University of Scienc

48、e & Technology思考题：思考题：1.废纸筛选及胶黏物控制的主要方法 2.废纸浆纤维分级的主要方式有哪些？ 3.除渣器的分类方法？ 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院89Tianjin University of Science & Technology第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第七章 废纸浆脱墨浮选新技术和新装备 废纸浆的脱墨过程主要包括油墨从纤维上脱落和油墨颗粒与纤维分离两个过程。前者是在水力碎浆机中进行；后者可通过浮选法 (10250m) 、洗涤法(1030 m)、筛选法(1mm)、离心净化法(一般1001000m)实现。洗涤法在美国应用较多，浮选法在欧洲应用较

49、多。一.浮选脱墨的机理 浮选是根据溶液或悬浮液中各种物质具有不同的表面活性而设计的一种界面分离技术。气液界面原来没有表面活性的物质，可通过加入捕收剂（表面活性剂）而使其变得有表面活性。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院90Tianjin University of Science & TechnologyFig.1 Deinking by flotation or washing颗粒粘附于空气泡上的机理材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院91Tianjin University of Science & Technology 气泡与颗粒作用分为三个阶段： 颗粒与气泡相互接近和

50、碰撞；颗粒在气泡表面粘附；颗粒从气泡表面脱附。 颗粒粒度越小，脱附概率越小； 颗粒粒度越大，脱附概率越大。 高比重、大颗粒以及高紊流强度容易引起颗粒从气泡上脱落。二.浮选脱墨设备的发展 1955年世界上第一台商业用浮选脱墨槽在北美安装并投入使用。 1959年，欧洲安装了第一台浮选脱墨槽Voith Paddle Cell。 浮选脱墨槽所采用的充气装置主要有两大类： 压缩空气充气装置； 空气自吸式充气装置。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院92Tianjin University of Science & Technology1970s开发的第一种不需搅拌装置的Swemac立式圆柱体浮选

51、槽示意图1 进浆口 2空气进口3良浆出口 4浮渣出口空气喷射器2个Swemac浮选槽重叠布置材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院93Tianjin University of Science & TechnologyLamort立式双圆柱体浮选槽示意图文丘里浆气混合器部分良浆回流材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院94Tianjin University of Science & TechnologyLamort立式双圆柱体浮选槽作用示意图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院95Tianjin University of Science & TechnologyVoit

52、h Sulzer公司Ecocell浮选槽总体结构示意图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院96Tianjin University of Science & TechnologyVoith Sulzer公司Ecocell浮选槽作用示意图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院97Tianjin University of Science & Technology Schematic arrangement of the Ahlstrom flotation cell材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院98Tianjin University of Science & Tec

53、hnologyCut-off view of the Ahlstrom flotation cell材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院99Tianjin University of Science & TechnologyShinhama Hi-Flo flotation cell静态混合器材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院100Tianjin University of Science & TechnologyShinhama Hi-Flo flotation cell材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院101Tianjin University of Scien

54、ce & TechnologySchematic arrangement of the Comer CYBERCEL in 1996材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院102Tianjin University of Science & TechnologyDeaeration cyclone with mechanical foam breaker材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院103Tianjin University of Science & Technology材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院104Tianjin University of Scienc

55、e & Technology 典型的浮选脱墨的操作工艺条件： 纸浆浓度：0.81.5% 温度：4070 C pH: 79 相对空气负荷：300%（总空气体积流量/纸浆体积流量） 个别达到1000% 思考题：思考题：1. 浮选脱墨的工作原理2. 浮选脱墨设备的主要构成有哪些？材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院105Tianjin University of Science & Technology第二讲 废纸制浆新技术和新装备 第八章 废纸浆漂白新技术 一.废纸浆漂白的特点 1.废纸浆的组成 废纸浆料中含有各种机械浆纤维和化学浆纤维，另外还含有一些在抄纸过程中加入的填料、染料和颜料；如

56、未经过脱墨的废纸浆中还含有印刷过程中附着在纤维表面上的油墨颗粒等杂质。随着印刷和涂布技术的发展，废纸浆的化学特性变得更加复杂。 2.可用于漂白的废纸种类 主要有：新闻纸、杂志纸、混合办公用纸、白色帐本纸、着色的帐本纸、未经涂布的书本等。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院106Tianjin University of Science & Technology 3.漂白剂种类 一般采用如下几种环境友好的漂白剂：氧（O）臭氧（Z） 过氧化氢（P）连二亚硫酸钠（Y）甲脒亚磺酸（F）这些漂白剂具有漂白效率高、环境污染低的优点。二.过氧化氢（H2O2）漂白 过氧化氢在水溶液中可以离解成H+和H

57、OO-。 反应如下方程式： H2O2 = H+ + HOO- 过氧化氢是一种弱酸，在碱性介质中，有利于HOO-离子的生成。过氧化氢的漂白作用，主要是HOO-离子使木素的发色基团脱色。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院107Tianjin University of Science & TechnologyReactions occurring during peroxide bleaching共轭醛材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院108Tianjin University of Science & Technology 过氧化氢加入点： 在碎浆机中添加(During di

58、sintegration of the recovered paper in the pulper or drum pulper)。 一些纸厂在水里碎浆机中加入0.5%-0.8%（对绝干浆）H2O2，补偿NaOH与机械浆纤维反应而造成的白度损失。 在贮浆塔（已碎解但尚未脱墨的纸浆）中添加(When storing the disintegrated, nondeinked pulp in a storage tower)；在脱墨后纸浆分散过程中添加(With a dispersion stage, after a deinking stage )，处理温度60-95 C。在纸浆漂白后的处理工序

59、终端添加(As post-bleaching, at the end of the stock processing line)。处理条件：漂白塔中浆浓15%、温度60 C、时间1-3 hr。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院109Tianjin University of Science & TechnologyERIC值： 19931993年Jordan和和Popson提出了一个分辨油墨颗粒和机械浆纤维颜色对白度影响的方法。介绍了远红外区测得的反射率只是油墨存在的一个函数，因此得出一个用10-6表示有效残余油墨浓度（Effective Residual Ink Concentra

60、tionERIC值值）。该值不仅是油墨量的函数，还是其破碎程度的函数。过洗浆(Hyperwashing) 过洗处理是法国造纸技术中心（CTP）自1997年以来一直广泛使用的方法，因为该法能提供诸如油墨分离程度、分离下来的油墨重新沉积在纤维上等信息。过洗处理是在100m筛网上用大量的水（约80L）洗涤浆料，直至洗涤滤液彻底澄清为止。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院110Tianjin University of Science & Technology碎浆过程中白度的变化碎浆工艺条件：浆浓：8%、温度：40 C 、时间：25min。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院111T

61、ianjin University of Science & Technology碎浆过程中ERIC值的变化碎浆工艺条件：浆浓：8%、温度：40 C 、时间：25min。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院112Tianjin University of Science & Technology在过氧化氢辅助漂白阶段1）漂白方法 对于磨木浆和未漂纤维含量较高的纸浆，如：旧报纸。如果其最终产品白度要求不太高，则通常是采用保留木素的漂白化学试剂进行漂白，如：H2O2、Na2S2O4。 这时可将脱墨与漂白作用结合在一起，也可以在浆料洗涤后采用单段H2O2或Na2S2O4进一步漂白。2）存放时

62、间的影响 在使用旧报纸生产新闻纸时，由于高木素含量的旧报纸很容易随时间的推移而返黄，故能使用新鲜废纸（即存放时间较短）最好，这对过氧化氢的漂白效果是至关重要的。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院113Tianjin University of Science & Technology旧报纸不同存放时间对纸浆漂白的影响组成：70%新闻纸 30%杂志纸材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院114Tianjin University of Science & Technology三.氧（O2）漂白 分子氧在pH值的不同而生成过氧离子游离基（O2-）、过氧氢根阴离子（HOO-）、氢氧游

63、离基（HO）和过氧离子（O2-）。这些氧衍生的基团，在木素降解中起着重要的作用。 O2具有高的氧化电势，能减少浆中的尘埃含量和未漂带色纤维的含量，能从废纸浆中有效脱除有色物质。 1.氧漂的作用 通过氧漂（氧用量0.85%，NaOH和Na2SiO3根据pH值的需要相应加入），白度增加值在6%8%ISO，最高时可达12%ISO。 2.不同品质办公废纸氧漂时的过氧化氢漂白 机械浆含量少，Kappa值为1020的办公废纸 机械浆含量高，Kappa值在3049的办公废纸比较比较差异差异材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院115Tianjin University of Science & Tec

64、hnologyKilbagie工厂氧漂工艺流程材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院116Tianjin University of Science & Technology 典型的中浓浆泵系统（典型的中浓浆泵系统（Ahlstrom） （Typical MC Pump System）材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院117Tianjin University of Science & Technology中浓浆泵内部结构中浓浆泵内部结构除气管除气管湍流发生器湍流发生器材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院118Tianjin University of Science &

65、 Technology中浓混合器（中浓混合器（Ahltrom MC Mixer）出浆口出浆口材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院119Tianjin University of Science & Technology（1020Kappa）O2用量=0.85%（对浆）（3049Kappa）O2用量用量=0.85%（对浆）低机浆含量试样高机浆含量试样材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院120Tianjin University of Science & Technology 3.氧用量对废纸浆白度的影响 1）低机械浆含量的办公废纸浆,O2漂加H2O2漂白度提高值，高于仅用H2O2

66、漂白； 2）只用H2O2而不用O2，工厂发现漂浆中有许多尘埃和棕色纤维，生产实践表明：氧漂对于除尘埃、棕色和染色纤维的脱色十分有效。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院121Tianjin University of Science & Technology稀释螺旋进口处污染稀释螺旋进口处污染物量物量/ /mgkg-1氧漂塔出口处污染氧漂塔出口处污染物量物量/ /mgkg-1去除率去除率/ /%棕色、染色纤维455021690可见尘埃657031995次可见尘埃1113098291氧漂后污染物质去除率材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院122Tianjin University

67、 of Science & Technology 4.氧漂对废纸浆Kappa值的影响 废纸浆的Kappa值与化学浆Kappa值的概念是有所不同的。化学浆Kappa值是指化学浆中木素含量多少，而废纸浆的Kappa值则是指废纸浆中化学浆、机械浆残留木素与废纸浆中可被氧化的污染物质之和。 漂后洗涤前的浆样测定表明：Kappa值通过氧漂会降低4060%。 5.氧漂前后纸浆强度及有关特性的比较 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院123Tianjin University of Science & Technology氧漂前后纸浆性能比较特性氧漂段前氧漂段后特性氧漂段前氧漂段后定量/gm-265

68、.166.8耐破指数/kPam2g-11.92.55浆张密度/gcm-30.6230.616Kappa值10.45.2加拿大游离度/mL375335机浆含量/%（质量分析TAPPI T-401）7.87.7抗张指数/Nmg-130.436.1撕裂指数/mNm2g-110.510.5注：500转PFI打浆材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院124Tianjin University of Science & Technology四.臭氧（O3）漂白 臭氧是一种非常强的氧化剂，其氧化电位为2.07V，它能有效脱除浆料中残留木素，消除废纸浆料由于棕色纤维引起的色斑，并能破坏各种有机染料。 1

69、.臭氧漂白过程中自由基的影响 臭氧漂白系统中重要反应物质是O3和在碱性及过渡金属离子催化产生的各种自由基。 如：O2-（超氧阴离子自由基）、HO2（氢过氧自由基）、O2 、O3-（臭氧阴离子游离基）、H2O2和HO，以及O3与木素反应形成的有机自由基、有机过氧化物、含氧有机自由基和有机过氧自由基。 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院125Tianjin University of Science & Technology 2.臭氧漂白中自由基的控制 采用无机酸如草酸、H2SO4 、HCl等，或低级有机酸如甲酸、乙酸等及螯合剂EDTA、DTPA等进行预处理，可有效降低浆料系统中的过度金

70、属离子的含量，是控制自由基、提高漂白效果的关键措施。酸预处理可以抑制HO的形成，明显提高臭氧漂白效果。 3.臭氧的强脱色作用 以一种白度仅41%ISO的低级废纸进行Z段漂白，当O3的用量为2%时，白度增加值可达17%ISO。P段2%H2O2可再增加7%ISO白度，最终白度为65.5%ISO，显示出ZP段特别是Z段的强有力脱色作用。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院126Tianjin University of Science & Technology漂白方法H2O2用量（%）白度（%ISO）未酸预处理酸预处理Z69.571.4*ZP1.074.575.7ZP1.575.276.6Z

71、段前有无酸预处理对Z段和ZP段后废纸浆白度的影响 * 原始浆白度为65.5%ISO。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院127Tianjin University of Science & Technology臭氧用量与Z段、P段后纸浆白度的关系 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院128Tianjin University of Science & Technology 4.臭氧漂白对废纸强度的影响 据认为臭氧对纤维素的氧化降解会影响纸浆的物理强度。实验结果表明，与原浆和其它漂白剂相比，抗张强度、耐破强度在Z段后都有明显增加，而撕裂强度则较低。Formamidine sulfinic acid(FAS)甲脒亚磺酸，又称二氧化硫脲材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院129Tianjin University of Science & Technology思考题：思考题：1. 废纸浆的主要漂白方式有哪些？各有什么特点？材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院130Tianjin University of Science & Technology