制浆造纸机械与设备(下第4版十二五普通高等教育本科国家级规划教材)

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作者：陈克复

出版社：中国轻工业出版社

本类榜单：教材

分类：教材 > 研究生/本科/专科教材 > 工学

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图文详情

ISBN：9787518409303
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
开本：16开
页数：508
出版时间：2020-12-01
条形码：9787518409303 ; 978-7-5184-0930-3

内容简介

本教材以造纸工艺顺序和功能为基础，系统、简明地介绍了造纸工业中造纸部分的主要专用设备，以造纸部分废水处理基本设备和造纸机械监测技术。全书共分十三章，包括打浆及疏解、造纸机概述、纸浆流送设备与流浆箱、造纸机成形装置、造纸机压榨装置、造纸机干燥装置、压光机与卷纸机、切纸机与复卷机、涂布机械与设备、常用纸种的造纸机配置、造纸机的传动系统与控制系统、造纸机械状态监测与故障诊断基础和白水回收设备。各章节着重介绍专用设备的基本功能、基本类型、结构组成、工作原理、基本特征和操作运行要点，以及新型装备技术的发展趋势，可为了解掌握、使用管理和设计开发制浆专用装备提供专业领域基本知识。本教材为高等学校轻化工程（造纸）专业教学用书，也可为本专业研究生和从事制浆造纸、制浆造纸装备设计与制造企业学习参考。

节选

**章　打浆及疏解机械与设备 **节　打浆设备概述一、打浆设备的基本作用为了使纸浆纤维能形成所希望的特性的纸或纸板，需要对纤维进行必要的整修——机械处理。这种作用对于抄造高档纸或纸板甚为重要，可以使纤维形成光滑细腻而结合力强的纸页。 “打浆”这个术语起源于古代用棍棒手工处理纸浆纤维手段，但至今一直被用于描述对湿纤维机械处理。以前通常指荷兰式打浆机（Hollander Beater）；当今，磨浆机已经取代了打浆机，故“磨浆”这个术语正广为应用于描述对纸浆纤维的机械处理。事实上，这两个术语有时仍为同义而互用，但“磨浆”较多地用于连续打浆设备的情形。打浆设备（或磨浆设备——本书考虑习惯还延用打浆设备）是使要处理的纤维原料，在通过相对运动着的纤维初生壁和次生壁产生位移，接着是发生初生壁和次生壁的破裂，然后纤维吸水润胀、切断，*后是细纤维化，即纤维表面的分丝、起毛等。打浆使纤维产生细纤维化，并变得具有良好的柔软性和可塑性，这样不仅在造纸机网上容易相互紧密地交织在一起，而且由于打浆的机械作用增加了纤维的表面和游离出更多的羟基，经过压榨之后，在干燥时由于氢键的作用而大大增强了纤维的结合力，使之结合得更为坚实，提高了纸的强度。因此，打浆设备的功用就是使纸浆经打浆处理后，纤维具有良好的柔软性和可塑性以及细纤维化，从而大大提高了氢键结合力和纤维间的可交织的表面。此外，打浆设备还可以使各种的原料、辅料、添力剂均匀地混合。 *普遍使用的打浆方法是利用金属齿牙之水力碾压作用。图1-1表明了各种磨浆状态。图 1-1 磨浆状态图首先，纤维束被导向齿牙的边缘。在此纤维导入阶段，浓度一般在3%～5%（有时为2%～6%），纤维束内主含有水。当转子齿牙的边缘接近于定子齿牙时，纤维束受到挤压压缩并获得一个强烈的冲击。其结果是纤维内大部分水被挤压出。同时，对于弱粘结的短纤维，被剥裂、脱水离开纤维束而流入齿沟间；对于仍为纤维束的纸浆，纤维受到磨牙边缘的压力并接受碾磨。紧接着，磨牙边缘既顺着纤维束滑移又对着磨牙平面碾压纤维。低浓磨浆时，平均磨牙间隙为100μm，相当于2～5根粗纤维或10～20根压溃纤维。大多数磨浆在磨牙边缘对磨牙平面阶段完成的，此时磨牙边缘产生机械处理；而纤维之间的磨擦在纤维束的内部产生纤维对纤维的处理。这个阶段延续到主导磨牙的边缘到达被动磨牙的尾端边缘。此后纤维束继续在两磨牙表面之间受碾压，直至转子磨牙末端移出定子的边界。当转子磨牙转过定子磨牙时，在牙间沟槽里产生强烈的漩涡；这种漩涡使纤维易拉入边缘，见图1-2。如果沟槽太窄，纤维或纤维束不能在沟中翻转而不能挂到磨牙表面而得不到磨浆。对于高浓磨浆机具有大沟槽，在高速旋转下，沟间是蒸汽而不是水。图 1-2 沟槽漩涡纤维易拉入齿牙边缘图二、打浆设备的基本要求打浆设备在造纸生产中占有十分重要的地位。其基本要求： ⑴ 磨浆作用状态良好，有效发挥纤维强度的潜能，当纤维通过磨区时要增加纤维的撞击几率，纸浆纤维形态经机械整理后符合纸张结合需要； ⑵ 磨齿、齿沟形态随打浆工艺的不同要求而有区别，磨浆间隙（定、动齿面）能调节； ⑶ 磨浆机构、磨浆腔体耐磨； ⑷ 磨浆机构、磨浆腔体结构对称，有利于高速运行状态下的受力均匀，确保机构稳定； ⑸ 减少磨浆净能量输入，降低空载能量输入，节能低耗； ⑹ 体积小，结构简单，维修操作性良好，设备维修和保养成本低。三、打浆设备的演变及分类（一）打浆设备的演变自从18世纪荷兰**台机械化打浆机发明和使用以来，已有近三百多年的历史了。为满足造纸工艺的发展及设备本身效能提高的需要，打浆设备无论在结构形式上还是材料选用、刀片（磨纹）形状与、运行方式和控制上都有了极大的发展。打浆设备主要遵循以下几方面发展：１、工作方式由间歇式向连续式方向发展目前，除了特殊用途外，间歇运行的、占地面积大且效能低的打浆机几乎被连续作业的、占面积小的、效能高的磨浆机（圆柱形、锥形、盘式和组合式）所代替，设备的动力消耗也大大减少。打浆机在落重刀时，用于打浆的有效功率占总功率的40%～60%；而在落轻刀时，仅占20%。锥形、圆柱形、盘式和组合式磨浆机等设备打浆时有效功率的比例就大大地提高，单位动力消耗（每吨浆每提高打浆度1度时所需的功率）也随之降低。在同样的打浆条件下，锥形磨浆比打浆机的单位电耗降低30%～50%左右，圆柱磨浆机比打浆机的单位电耗降低了近一倍。２、定子刀（齿牙）与转子刀（齿牙）在单位设备体积内接触面积的增加打浆设备的功能核心是靠定子磨齿（牙）与转子磨齿（牙）之间对纤维的综合机械作用。转子每转一周，这种接触机会越多，设备打浆效率就越高；在同样打浆能力下，打浆设备体积越小。因此，打浆设备的转子磨与定子磨的结构演变如图1-3。图1-3 打浆设备的结构演变示意图 1—打浆机 2—圆柱磨浆机 3—锥形磨浆机 4—大锥度磨浆机 5—单盘磨浆机 6—双盘磨浆机 7—多盘磨浆机 8—双磨区锥形磨浆机 9—锥盘式磨浆机３、磨齿形态更加适应微观磨浆机理磨齿形态，直接影响到纸浆纤维碾磨状况。因此，打浆设备的发展不仅从整体结构形式上，而且深入到齿牙的形状结构上，有利于所处理纤维打浆要求，有利于提高效能，有利于减少磨损，有利于节能降耗。４、由低浓打浆设备发展到中、高浓打浆设备近几十年来的研究和生产实践证明，高浓打浆（20%以上浆浓）比之传统的低浓打浆（5%以下浆浓），不但能降低单位电耗、显著地提高纸和纸板的强度与其它一些指标，而且高浓打浆对于处理阔叶材浆和草类浆等短纤维纸浆尤为合适。由于喂料和出料的特殊性，现今用于高浓打浆设备主要是高浓盘磨打浆机。５、由单台设备发展到多台设备联合使用，由人工控制发展到集中控制和自动调节打浆设备进行打浆时，流量、浓度、间隙、比压等因素对纸浆的处理质量影响甚大。对于工业化大生产来说，人工操作单台设备生产效率低，难以达到高产量的水平。因此，当今打浆设备往往把设备的机械设计与电气、液压、气压等自动化技术紧密联系起来，实现了多台设备的集中控制和对各个影响打浆的因素进行自动调节，同时采用电子计算机进行过程控制和自动调节各个参变量之间的关系。另外，根据生产纸浆特征和配比、能力，采用同类设备并联或不同类设备混合使用。从安全角度，许多大型盘式磨浆机不断配置状态监测与故障诊断系统。（二）打浆设备分类根据打浆设备的结构原理，主要分类如下：１．按是否连续分 ⑴ 间隙式打浆机如：荷兰式打浆机、伏特式打浆机。 ⑵ 连续式打浆机如：圆柱形磨浆机、锥形磨浆机、盘磨打浆机。２．按转子结构型式分 ⑴ 鼓式：打浆机，圆柱磨浆机。 ⑵ 圆锥式：①按锥度大小分为大锥度锥形磨浆机，锥度60°～70°；中锥度锥形磨浆机，锥度约20°～30°；小锥度锥形磨浆机，锥度约10°。②按圆锥磨腔数分为单磨腔锥形磨浆机和双磨腔锥形磨浆机。③根据转轴支承方式目前又分通轴式锥形磨浆机和悬臂式锥形磨浆机。 ⑶ 盘式：①按转动盘片数分为单动盘式磨浆机和双动盘式磨浆机；②按总盘片数分为双盘磨浆机、三盘磨浆机和多盘磨浆机。 ⑷ 结合式：①锥锥组合，如三锥式双磨腔锥形磨浆机，四锥式双磨腔锥形磨浆机；②锥盘结合，司锥盘式磨浆机。３．按打浆浓度分 ⑴ 低浓打浆机（约2%～6%）：各类打浆机。 ⑵ 中浓打浆机(约8%～20%)：单盘式高浓磨浆机，圆柱形高浓磨浆机。 ⑶ 高浓打浆机（约20%～35%）：单盘式高浓磨浆机，圆柱形高浓磨浆机。四、打浆设备的能耗分析制浆造纸工业能耗较大，主要是热能和电能消耗。一般化学浆机制纸生产线总能耗中制浆部分约占33%，打浆工段约占16%，抄纸机约占41%，其它辅助工段约占10%。如只考虑电能消耗，则打浆工段*高，占总电耗30%以上。因此，对于打浆设备来说，除了满足打浆质量要求外，节能成为开发和选用设备的十分重要的方面。打浆设备的电能消耗主要在以下几个方面：一是磨浆耗能（碾磨浆料纤维，如切断、细纤维化等）；二是克服浆液流体黏滞力等，使浆料进入、流动及离开磨浆区的泵送耗能；三是加热浆液（包括气化）耗能；四是机械部件摩擦能耗，包括转子等部件转动时能耗，轴承、密封等摩擦能耗，以及浆料与打浆设备的无磨浆作用即非磨浆工作面间的摩擦能耗。所以，为了有效地研发和选用低能耗型打浆设备，须从上述几方面作为思考基本出发点。研发低能耗型打浆设备遵循以下的基本原理。 1、从磨齿形状、尺寸等结构设计上节能磨齿相对较宽、齿槽较窄的设计，在达到同样打浆质量下单位打浆能耗相对较低。这是因为对浆料纤维的磨浆作用主要依靠齿面的碾磨挤压和齿角的剪切，磨齿相对越宽，这种碾磨挤压的机会越多；而齿槽（沟）部分体积越大，对浆流带来的无为扰流摩擦越多，无用功耗越多。当齿宽和槽宽相对都变窄时，齿数增多而打浆效率高。对于齿高，在同样打浆度要求时，齿高较低（齿槽较浅）的能耗相对少；如果在高打浆度时，这种能耗的节约更明显。磨浆定齿和动齿之间的夹角会影响到磨浆效率和能耗。夹角过小，不但影响打浆后浆料纤维质量，而且因影响磨齿寿命，增加单位磨浆能耗。 2、从打浆设备转子结构上考虑节能打浆设备转子磨浆面分曲面（打浆机、圆柱磨机、圆锥磨浆机）和平面（盘磨打浆机）两类。后者相对易于通过改变不同的齿形设计来适应具体的浆料种类不同和对打浆质量要求不同而获得更加节能、优化质量的打浆。打浆设备转子的直径与转速越大：转子运行时空载功耗（无效功耗）也越大，不利于节能。对于盘式磨浆机，双动盘式比单动盘式的单位磨浆能耗高。因为两个动盘对磨时相对转速高，引起发热量大，而且磨片单位磨损大，比能耗高。 3、从增加打浆设备单位体积内的磨浆面积上考虑节能一般打浆设备的40%左右输入功率被转子受到的流体黏滞和部件摩擦阻力所消耗，且随着转子直径和转速的增加而上升。所以，在设计时，对具有同样磨浆面积功能下，尽可能采用更小的转子，可降低空载能耗。如多盘式盘磨打浆机、双磨腔锥形磨浆机和锥盘式磨浆机等设计，有利于减少无效能耗，势必在打浆过程的单位磨浆能耗会降低。 4、从减少浆料在通过打浆设备时流阻的设计 ⑴浆料在打浆设备中流动方向与转子驱动方向尽可能一致传统圆柱磨浆机的浆料从进浆至出浆是沿轴向移动，而转子是产生周向运动，两者相互垂直，即转子运动作用力对浆进出流动无贡献，必须外加进、出口压差或转子轴端推进叶片来外实现浆的进出流动。而新型双流式圆柱磨浆机、锥形磨浆机和盘式磨浆机，在它们转子旋转时均对浆料主动进入和流出磨浆机有作用力，所以，这三种磨浆机相对要比传统圆柱磨浆机单位能耗更低；转子旋转作用产生的离心力作用驱动浆从进口往出口移动*直接的是盘式磨浆机。 ⑵减少浆料流动中直角流道传统的通轴式锥形磨浆机进浆口方向与转子轴向垂直，使进浆管与锥形磨浆机的小端面产生一个直角流道；常用的盘式磨浆机，其进浆管口与定盘中心轴向进口呈垂直，即为直角流道。上述两种情况，在进口处均有较大流动阻力。所以，从浆料流动中在流道的能耗角度，悬臂式锥形磨浆机设计优于通轴式锥形磨浆机；螺旋进浆管式盘磨打浆机设计优于传统进浆管式盘式磨浆机。 5、从提高关键部件加工精度及动态磨浆间隙调节机构上考虑节能打浆设备在磨浆过程定、动磨齿不断磨损，再加上热变形和装配精度变化等因素，实际磨浆间隙处于变动状态，导致要么间隙偏大而磨浆质量受到影响，要么间隙偏小碰摩而损坏磨齿并增加能耗。所以，如新设计的转轴动盘浮动装配式盘磨打浆机，在磨浆过程，易自动保持两边磨区磨浆间隙动态一致和定、动盘间的自动平行，有利于节能、提高磨浆质量和延长磨片寿命。 6、从打浆设备的操作、控制上考虑节能 ⑴打浆机设备的操作方面打浆浓度方面，适当提高打浆工作浓度，不但有利于打浆质量的提高，而且有利于节能，因为工作浓度高相对减少了单位浆料的体积，减少了磨浆过程需流体输送能耗；但如果浓度过高（如盘式磨浆浓为10%以上），浆料的流动阻力反而大大增加，因而，单位浆料的综合能耗会转为增加。打浆设备的磨浆间隙要适当（一般为纤维直径的3～4倍），不同磨浆机有一*佳磨浆间隙范围，间隙偏大而磨浆质量受到影响，间隙偏小碰摩而损坏磨齿并大大增加能耗。 ⑵打浆机设备的控制方面磨浆机主电机及控制方式对能耗的影响。一般打浆的电机功率比较大，启动电流大而对电网有影响。采用电机软启动技术后，对磨浆机空磨或供浆波动时，避免了不必要的耗电。另外，通常主电机耗电负荷在70%～80%范围内运转时效率较高，节能效果较好。 7、从掌握*佳磨齿使用周期上考虑节能由于磨浆过程磨齿刃口磨损，槽深变浅，磨齿锋利程度降低，动力消耗明显上升。一般磨齿在磨损后期的单位功耗要增加20%～30%；同时，磨浆质量会明显下降。所以，提高磨齿材料的耐用性和及时更换定磨套（片）和转子，保持磨齿在*佳使用周期，有利于节能和磨浆质量提升。