制浆造纸工程原理课程第四章纸浆的洗涤、筛选和净化

制浆造纸原理与工程第四章纸浆的洗涤、筛选和净化(Washing,ScreeningandCleaningofPulp)制浆造纸原理与工程第一节纸浆的洗涤与废液的提取一、概述1.目的与要求黑液KP蒸煮废液红液SP1000Kg溶出有机物碱法制浆，制1吨浆废液中有400KgNaOH及生成物8-10m3H2O制浆造纸原理与工程从洗涤角度把浆尽量洗干净，减少纤维流失从碱回收角度尽量提高黑液提取率，尽量减少用洗涤水，保持高的黑液浓度与温度碱法纸浆洗涤目的：①尽量把浆洗干净②尽可能为回收系统提供浓度大、温度高的黑液制浆造纸原理与工程2.洗涤术语①固形物（Solids）②洗净度纸浆洗净后的干净程度KP法残碱0.05g/L（Na2O计）—木浆0.25g/L（Na2O计）—苇浆洗涤后每吨风干浆带走残碱量SP法以洗后纸浆滤液消耗KMnO4的量表示（废液中含有木素）100mgKMnO4/L③置换比（DisplacementRatio）在洗涤段里浆中可溶性固形物实际减少量与最大可能减少量之比制浆造纸原理与工程在理想状况下，洗后液体的溶质质量分数与洗涤液一样，即WM=WW，则D.R.=1实际上WM≠WW，D.R.1D.R.的大小受洗涤液的数量、温度、分布浆层的均匀性浆料的特性等影响一般来说，木浆多段洗一段D.R.=0.8~0.92中间段D.R.=0.5~0.7（热水洗）末段D.R.=0.55~0.7WMWWWW00.R.D制浆造纸原理与工程④稀释因子（DilutionFactor）表示提取的黑液的稀释程度，有时称稀释度定义洗涤每Kg风干浆引入黑液系统之洗涤用水量KgH2O/Kg风干浆或tH2O/t风干浆洗涤因子的计算：设洗后吨风干浆带走固形物38Kg洗后浆浓15%洗涤用水量8m3/t风干浆0PWVVVV制浆造纸原理与工程稀释因子大，洗涤用水量多，黑液浓度就稀稀释因子越大，浆洗得越干净，黑液提越取率越高。3P1m.51t.5)15100(15900.0V风干浆t/938t.2)5100381(1.50.8.F.D风干浆t/8mV3W制浆造纸原理与工程⑤洗涤损失（WashingLoss）Kg/t风干浆⑥洗涤效率和黑液提取率（WashingEfficiency）G---洗涤后提取的废液固形物含量G0---洗涤前浆中废液固形物含量黑液提取率=吨风干浆提取的送蒸发黑液的溶质量对蒸煮后吨风干浆黑液总溶质量的百分比一般提取率洗涤效率（两者有区别又有联系）当所提取黑液全部送蒸发工段时：黑液提取率=洗涤效率0GG制浆造纸原理与工程二、洗涤原理废液在纸浆中存在的形式KPSP纤与纤间%70-8060-70通过过滤挤压胞腔%15-2020-30通过扩散胞壁内%55-8制浆造纸原理与工程1.过滤过滤速度：由上式可知：①ΔP上升，v上升，但ΔP上升，φ下降，d下降，而a上升②温度上升，μ下降，v上升③L上升，v下降④浆种与浆层均匀性有影响La32dPd32RRLaP22VV制浆造纸原理与工程2.挤压利用机械挤压把废液从浆中挤出想用挤压的方法完全分离浆中废液是不可能：外加压强＞毛细管压强能把黑液挤出外加压强≤毛细管压强不能把黑液挤出根据物理化学：纤维细胞腔直径草浆1.5~5μm木浆10~30μm胞壁微纤维（Microfibril）尺寸250Å=0.025μmd4rp制浆造纸原理与工程要挤出木浆胞腔内黑液需1Kg/cm2压差要挤出微纤维间黑液需800多Kg/cm2压差，难做到3.扩散除去胞壁和胞腔中的废液扩散速度：①纤维内外浓度差上升，扩散速度上升，洗涤用水越多，浓度差越大，洗得越快，但黑液浓度下降为保证一定的浓度差，应采用逆流洗涤。②D随扩散物质及介质的种类、温度和粘度而异。Kg/hXCCDFGwi制浆造纸原理与工程温度上升，分子动能上升，D上升粘度下降，分子动能阻力下降，D上升③扩散量与扩散面积成正比，与扩散距离成反比扩散面积是指纤维与洗涤液的接触面积扩散距离是指纤维与洗涤液主体的距离增大F，减少X的有效措施是搅拌4.置换：利用清水或稀废液把废液置换出来，含过滤、扩散作用制浆造纸原理与工程三、洗涤方式及影响洗涤的因素洗涤方式多段逆流洗涤洗涤要求：黑液提取率高，浆洗得干净稀释因子要小，黑液浓度要高段间配用稀释搅拌槽，提供混合扩散的空间、时间未洗涤纸浆第一段第一段第一段第一段提取的黑液洗涤的纸浆制浆造纸原理与工程影响因素①洗涤用水量与洗涤次数洗涤用水量愈多，浆洗得愈干净，提取率愈高洗涤用水量一定，洗涤次数越多，洗涤效果越好，但投资、动力消耗增加。②洗涤液温度温度上升，粘度下降，分子扩散加速，浆料滤水性上升，但温度过高，在真空洗浆机内易产生沸腾，而破坏真空度。③压差或真空度压差或真空度上升，过滤推动力上升，过滤速度加快，真空度过大，废液沸点下降，洗涤温度下降，影响洗涤。挤压压力过高，滤网易损，纤维流失增大。制浆造纸原理与工程④浆层厚度增加，过滤阻力增加，过滤速度下降。上浆浓度增加，浆层厚度增加，生产能力增加，黑液提取率下降。出浆浓度增加，洗涤损失上升，黑液提取率上升。⑤浆种与浆质酸法浆比碱法浆滤水性好，易洗涤。木浆比草浆滤水性好，但草浆扩散效果好。硬浆比软浆滤水性好，但扩散效果差。制浆造纸原理与工程四、洗涤设备淘汰设备①洗浆池（WashingCheat）②螺旋挤浆机③双辊挤浆机（一）转鼓式洗浆机1.鼓式真空洗浆机原理：兼有过滤、扩散置换的作用构造：转鼓、鼓槽、分配头等组成分段式真空洗浆机制浆造纸原理与工程分配头的多小室轮流受到过滤、抽吸、排空作用真空产生强制真空自然真空：水腿作用过滤面积：5m2～50或100m2工艺：进浆浓度木0.8～1.5％草2.0～2.5％出浆浓度10～16％优点：生产能力大，黑液提取率高，洗浆质量好生产易检查缺点：设备较复杂，投资较大，安装标高高，易产生泡沫适用：草浆、木浆制浆造纸原理与工程洗涤能力：木浆竹浆荻苇浆蔗渣浆麦草浆木浆提取黑液：8Be‘80℃8m3草浆提取黑液：6Be’60℃12m32.压力洗浆机原理：兼有过滤、扩散、置换作用构造：转鼓、鼓槽、气罩、密封辊等组成压力由风机产生的风压9－11KPa过滤面积8－45m2工艺：进浆浓度0.8～1.2％出浆浓度12-14％优点：洗涤效果好，生产能力大，安装标高低（2楼即可），不易产生泡沫制浆造纸原理与工程缺点：结构复杂，密封要求高，电耗大适用：洗木浆、竹浆、荻苇浆，洗蔗渣浆产量低，洗麦草浆不宜3.鼓式置换洗浆机（DD洗浆机）（DrumDisplacementWasher——DDWasher）DD洗浆机制浆造纸原理与工程结构转鼓沿圆周被分隔成7个区：上浆成形区、4个置换区、真空区（用真空泵将干度提高到14－16％）、脱落区（用压缩空气将浆片吹落）可在一台洗浆机上实现四段逆流洗涤，最后一段用热水洗洗木浆生产能力：7.5t/d.m2（二）带式洗浆机（BeltWasher）原理：扩散与置换相结合（洗涤多段，但无段间稀释）结构：滤网（滤带）、真空吸滤箱、流浆箱、机架、传动、喷洗装置等组成。制浆造纸原理与工程优点：结构简单、操作方便、投资省缺点：密封性差、热损失较大、胶带易磨损工艺：进浆浓度3-4％出浆浓度15-19％洗涤水温70-80℃稀释因子2-3适用：国产的多用于纸浆的洗涤，用于黑液提取的少（三）扩散洗涤器（DiffusionWasher）原理：置换、过滤结构：象漏斗型装置外壳、过滤杯（筛杯）、水压缸、刮料臂、喷制浆造纸原理与工程根据需要有一段式、两段式和三段式纸浆从下锥部进入，分布于多筛环之间，与筛环等速上升，洗涤水在多筛环间转动的喷水管均匀加到浆中，利用筛环瞬时下降的振动和剪切作用以废液反冲洗滤网。工艺：进出浆浓度10-12％进浆温度80-95℃（≯100℃）浆料上升速度15cm/min筛（网）环上升15cm后，用0.3s时间恢复原有的位置，每段洗涤周期6-8min优点：设备紧凑、操作简单、生产能力大、洗涤效率高、不产生泡沫、没有臭味、电耗低制浆造纸原理与工程连续蒸煮热扩散洗涤器制浆造纸原理与工程缺点：滤网升降机构复杂适用：通常用于连续蒸煮器高热洗涤后的最终选择器内高热洗涤（InternalwashingzoneinatypicalKamyrChipDigester)洗涤液（70-80℃）从蒸煮器底部进入，向上流动，与高温浆接触，被加然至120-130℃，此温度最适于洗涤，扩散速度增大，洗涤效率提高，高热洗涤相当于2-3台真空洗浆机，浆被将温至100℃以下，通压缩空气“冷喷发”（四）挤压洗涤设备1.螺旋挤浆机（已淘汰）制浆造纸原理与工程2.双辊挤浆机（已淘汰）3.置换压榨洗浆机瑞典Sunds、VPC、VPD、MPC加拿大Vani-NIP原理：挤压、置换构造：两个多空辊、压力浆槽、输料器、刮刀等组组成，每个压区分为脱水区、置换区、压榨区工艺：进浆浓度2-5％出浆浓度30-40％黑液提取率可达99％制浆造纸原理与工程4.双网挤浆机（压滤机，DoubleWirePressWasher）浆料自动脱水区楔形脱水区低压脱水区高压脱水区工艺：出浆浓度25-30％SD型压滤机制浆造纸原理与工程五、衡量洗涤设备的主要经济技术指标1.黑液的提取率与提取黑液浓度（最主要）提取率要高，黑液浓度也要高2.洗涤损失与浆的洗净度提高洁净度，减少损失（Carryover）3.纤维损失减少纤维损失六、泡沫形成与消泡1.泡沫的形成表面活性物质（树脂、脂肪酸、蜡及其皂化物）与空气接触加之激烈的搅拌制浆造纸原理与工程2.消泡①静置消泡温度上升，消泡时间下降pH上升，消泡时间增加②蒸汽消泡温度上升，液膜破裂785-981KPa（8-10Kg/cm2)蒸汽喷射③机械消泡利用超翼回转和离心作用使泡沫与器壁碰破④消泡剂消泡煤油、松节油、有机硅等表面活性大、表面强度低、粘度小液体制浆造纸原理与工程第二节纸浆的筛选与净化一、概述（一）目的：除去杂质，以满足质量和正常生产需要纤维性杂质：木片、生片、草节粗纤维束和非纤维细胞等非纤维性杂质：泥砂、铁屑、碎石、煤渣等要求：筛选净化效率高，尾渣损失少，设备流程简单，操作维修方便，制浆造纸原理与工程操作维修方便，动力消耗低措施：合适的设备，合理的工艺流程，正确的工艺条件（二）术语1.2.3.浆渣中的好纤维率浆渣中能通过40目网的好纤维率%100进浆尘埃出浆尘埃进浆尘埃筛选效率%100进入筛浆机纤维总量被筛出粗渣量排渣率制浆造纸原理与工程二、筛选净化原理1.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2.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制浆造纸原理与工程（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二、筛选设备及其影响因素（一）筛选设备1.振框式平筛（JohnsonScreen）grGVF2离心力制浆造纸原理与工程结构：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制浆造纸原理与工程工艺：进浆浓度1~1.5%出浆浓度0.8~1.2%筛孔φ2~φ12mm振次1410~1440次/min振幅1.5~2mm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：高频振动园筛制浆造纸原理与工程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