制浆造纸原理与工程 废纸制浆

制浆造纸原理与工程第五章废纸制浆制浆造纸原理与工程第一节概述一次纤维（原生纤维）Virginfiber二次纤维Secondaryfiber,Recycledfiber制浆造纸原理与工程一、废纸回收意义造纸工业面临三大问题：原料短缺能源紧张污染严重我国造纸原料结构：生产1t磨木浆2m3木材生产1t高白度化学浆4~5m3木材20002001200220032004木浆%1923212122非木浆%4133333026废纸浆%4044474952制浆造纸原理与工程废纸回收意义节约原料，增加生产减少污染，保护环境节省能源，降低能耗，比磨木浆省，比化学浆省节省投资，降低成本，只需化学浆厂25%~30%制浆造纸原理与工程二、废纸的分类英11类美3大类47种+7种（特殊等级）法4大类制浆造纸原理与工程国内常用的美国废纸6﹟旧报纸由打包好的旧报纸组成，其他纸张含量≯5%7﹟特别旧报纸经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸，未经日晒8﹟脱墨用的特种旧报纸经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸，未经日晒，不含杂志、白页、印刷厂过期报刊和其他废杂纸10﹟旧杂志干的旧涂布杂志、目录和同类的印刷品，打包制浆造纸原理与工程11﹟旧瓦楞纸箱经打包旧瓦楞纸箱，其面层为仿箱纸板浆，麻浆或硫酸盐浆37﹟经拣选的办公废纸打包、来自办公室未受潮的废纸，主要为白色或彩色不含机木浆的废纸，不含未漂纤维的计算机打印纸和传真纸。42﹟计算机打印纸用于数据处理机的漂白亚硫酸盐或硫酸盐浆制的表格纸，打击式或非打击式（如激光）的计算机印刷纸。43﹟涂布书写纸由漂白亚硫酸盐浆或硫酸盐浆制成的涂布纸废纸，印或未印过，允许含有一定量的机木浆制浆造纸原理与工程国内废纸国内尚无废纸分类的统一标准，通常分为：白色废纸纸浆代用品，为印刷厂的白纸边书籍、杂志废纸OMG（OldMagazine）脱墨后可生产书写纸、卫生纸等，也可生产箱纸板，或在新闻纸中掺用旧新闻纸ONP（OldNewsPaper）脱墨后主要用于配抄新闻纸或抄造生活用纸和一般文化用纸纸箱与纸板废纸OCC（OldCorrugatedContainer）抄瓦楞原纸、箱纸板等，竹、木浆废纸可用于生产挂面纸板纸袋纸废纸和牛皮纸废纸可回抄仿纸袋纸，再生条纹包装纸，也可掺入木浆作箱纸板挂面浆混合废纸①混合办公废纸MixedOfficeWaste——MOW②一般混合废纸制浆造纸原理与工程三、废纸再生过程性质的变化浆料制备——湿部脱水——干部干燥——压光卷取——后加工（涂布、印刷等）角质化hornification胞腔塌陷lumencollapse不可逆变化irreversiblestructucechanges制浆造纸原理与工程化学浆废纸再生过程中性质的变化对经打浆的化学浆循环回用引起裂断长、耐破度和耐折度↓撕裂度、挺度、光散射系数↑KP浆和SP浆，打或未打浆，针叶木浆或阔叶木浆，漂或未漂浆，回用过程性质变化有异制浆造纸原理与工程机械浆废纸再生过程性质的变化随着回用次数↑紧度、裂断长和耐破度↑撕裂强度略↑光散射系数↓制浆造纸原理与工程回用纤维衰变的影响因素制浆方法机械法和化机法，对再生纤维品质保持有利化学法，抗张强度、纸页紧度↓打浆工艺一次纤维打浆越强烈，回用纤维抗张强度下降越多；未经打浆化学浆，回用后抗张强度↑压榨工艺对化学浆，压榨影响回用纤维的润胀性对机械浆，压榨对回用纤维润胀性影响甚微干燥工艺纤维一经干燥后，其胞腔塌陷，润胀程度↓，随着干燥温度的提高和干燥程度的强烈，润胀↓↓制浆造纸原理与工程压光工艺刚性压区，纸页强度损失压光强度↑，对回用纤维品质负面影响↑现代造纸技术——采用软压光抄造环境未漂化学浆，酸性造纸，回用纤维润胀和强度↓，中性或碱性造纸，润胀和强度↑印刷加工印刷——油墨，使尘埃↑，白度↓加工——制纸箱胶粘剂，回用纤维表面自由能↓，阻碍了纤维的结合消费者和收集者废纸分类废纸老化——旧报纸存放时间↑，废纸浆强度↓制浆造纸原理与工程四、纤维回用的强度损失分析Page抗张强度方程（Page’stensilestrengthequation）T—抗张强度Z—零距抗张强度Zero-spantensilestrengthB—纤维间的结合强度制浆造纸原理与工程纤维平均长度和零距裂断长回用过程纤维平均长度降低不多，当灰分和细纤维在回用过程流失较多时，纤维平均长度增加，不论是化学浆、机械浆、化机浆，纤维回用次数对其零距抗张强度几乎没有影响，因此，纤维品质的下降，并不主要由纤维长度的减少和纤维本身强度的降低所致。光散射系数和纤维结合强度在一定条件下，纸页的光散射系数↑，纤维间结合越松散，结合强度越低。化学浆，回用后松厚度↑，光散射系数↑，纤维结合强度↓机械浆，回用后光散射系数↓，层间结合强度↑制浆造纸原理与工程纤维衰变原因的探索一、植物纤维的角质化Hornification国际共识：纤维角质化是纤维结合强度衰退的主要原因纸浆——脱水——干燥纤维细胞内壁两侧靠拢贴紧造成“细胞腔塌陷”(LumenCollapse)——不能完全恢复的纤维素的部分游离羟基形成氢键结合，非结晶结构转变为结晶结构，产生不可逆的角质化，纤维变得挺硬，可塑性↓，吸水润胀↓，结合强度↓一旦角质化形成，纤维润胀程度降低的现象是不能恢复或不能完全恢复。一般来说，打浆使纤维的润胀程度增加，保水值（WRV.—WaterRetentionValue）↑，干燥使纤维的润胀程度↓对废纸浆进行打浆，对角质化纤维的润胀程度进行有限的修复，是必要的。制浆造纸原理与工程二、化学组分变化的影响回用纤维中聚戊糖和木质素的减少，是纤维化学衰变的主要特征。其中聚戊糖的减少，尤其是聚木糖的减少是纤维衰变的重要原因之一。纤维微纤间的聚木糖，可防止纤维微纤在干燥时相互靠近，有助于保留纤维弹性，从而延缓了回用纤维品质的衰变聚戊糖等半纤维素物质的存在，可减少纤维表面的水滴接触角，增加纤维表面的亲水性，有助于回用纤维的重新润湿（rewetting）制浆造纸原理与工程第二节废纸的离解与废纸浆的净化与浓缩一、废纸的离解（一）废纸的碎解1.目的：离解纤维而又最大限度地保护纤维和脱墨制浆造纸原理与工程2.碎解设备制浆造纸原理与工程碎解设备立式间歇水力碎浆机低浓（6-8%），能耗大，无除绳索装置，不适合于处理杂质多的废纸立式连续水力碎浆机连续，有绞索及除渣装置，适合多种废纸制浆造纸原理与工程卧式连续水力碎浆机（伏特式卧式水力碎浆机）侧置的转子，圆槽下接一重渣物收集器，有绞索装置，适合多种废纸，浆浓2.5~3.5%立式高浓水力碎浆机(VerticalHCPulper)螺旋钻头形叶轮，高浓浆料借螺旋作用由上而下，由外朝里，高浓下纤维间强力磨擦，特别适合于废纸脱墨（油墨易分离）制浆造纸原理与工程圆筒式连续碎浆机（DrumPulper）结构简单，高效实用，动力省50%，药品省10%，蒸汽省60%前区——高浓碎解区，浆浓15%—20%，占2/3长后区——稀释筛选区，浆浓3%—5%，占1/3长圆筒内壁装有轴向隔板，把废纸带起、跌落，产生温和的剪切力和磨擦力；对新闻纸、杂志纸离解效果好，现也可处理OCC、牛皮箱纸板（低湿强）直径Ф2.5—4m，最长30m制浆造纸原理与工程圆筒式连续碎浆机（DrumPulper）制浆造纸原理与工程3.碎解工艺碎解温度温度↑，废纸软化↑，利于重施胶废纸碎解和脱墨，废纸浆粘度↓，动力消耗↓温度一般由废纸种类和施胶轻重决定旧新闻纸55℃重施胶纸75-80℃或90℃以上（加湿强剂）温度↑，化学反应↑，有利脱墨碎解浓度浆浓↑，废纸间摩擦↑，单位电耗↓，相应提高化学品浓度，强化化学反应碎解时间视设备形式，废纸种类和纸浆质量而定废纸种类影响碎解主要因素是废纸吸水润胀能力和纤维的结合力，对湿强大纸张，加热，化学处理转子结构性能浆浓，效率，电耗转子线速线速↑，碎解速度↑，电耗↑，一般900~1100m/min制浆造纸原理与工程（二）废纸的疏解1、意义是碎解的继续，水力碎浆机离解率，目的是将纤维全部离解而不损伤纤维2、疏解机–齿盘式高频疏解机–阶梯式高频疏解机–锥形高频疏解机–孔板式高频疏解机3、纤维分离机（疏解分离机）基本功能：浆料二次疏解，轻杂质分离，重杂质分离4、盘磨机疏解废纸Ф330Ф370单盘磨浆机制浆造纸原理与工程纤维分离机制浆造纸原理与工程二、废纸浆的净化除渣筛选制浆造纸原理与工程（一）废纸浆中的杂质小而重的杂质：小石块、砂、铁屑、璃璃屑、钢针等粗大而轻的杂质：塑料片、树脂、橡胶块、纤维束等制浆造纸原理与工程表1-5废纸中各种废杂质及其特征废杂质类别主要特征形状熔点厚度相对密度一、金属—钉书钉C长：3～15mm＞7铁类物P-G7-15um7～8铝（复合铝）F-G-P2.7二、矿物类沙、砾直径：砾＞400um沙＞200um细沙＜200um2.0～2.2玻璃、颜料G-P2.5三、木碎片P可变一般＜1四、重质合成聚合物已烯基树脂（PVC等）聚酰胺树脂（尼龙等）P-FtR=901.38聚苯乙烯（非泡沫）FtF=16050-100um1.13橡胶PtR=801.05五、热熔聚合物沥青P-GtR=85tF=160一般＞1石蜡、蜡G-PtR=60～1100.9～0.98六、轻质合成聚合物多层涂布袋FtF=11010-20um0.92聚丙烯G-PtR=13015-30um0.90泡沫聚苯乙烯GtR=800.1七、胶粘物＊P-碎片，G-颗粒状，F-膜状，C-圆柱状，TR-软化点℃，TF-熔点℃制浆造纸原理与工程胶粘物是废纸处理过程中最复杂、最困难、最需要认真对待的问题，胶粘物会沉降并粘附于纸机的网、毛毯、压辊、吸水箱、烘缸上面，造成网、毛毯孔眼堵塞，脱水能力下降而被迫停机清洗，使纸张产生透光点或透明点，造成纸机断头，严重干扰生产的正常进行。制浆造纸原理与工程废纸中常见的胶粘物分类图有机胶粘物天然胶粘物连接胶粘剂丁苯橡胶聚醋酸乙烯聚异戊二烯聚丁二烯天然橡胶合成胶粘物油墨胶粘剂涂布胶粘剂热溶胶粘剂吸收性油墨挥发性油墨氧化性油墨光固化油墨紫外-红外静电印刷油墨乳胶树脂氯醋树脂聚乙烯石蜡粘性树脂矿物质石蜡HC树脂松香脂醇酸松脂不饱和脂肪酸环氧丙烯酸脂多元丙烯酸脂氨基甲酸乙酯聚酯丙烯酸酯羟基聚酯丁苯橡胶聚醋酸乙烯聚丙烯酸脂聚乙烯醇缩丁醛苯乙烯树脂丁苯橡胶聚醋酸乙烯聚氯乙烯脂肪酸松香酸脂肪酯制浆造纸原理与工程原生胶粘物（PrimaryStickies）：指原来就存在于废纸中的胶粘物。再生胶粘物（二次胶粘物）（SecondaryStickies）：指在一定物理—化学条件下，由熔融的颗粒重新凝聚而成的胶粘物废纸浆的净化除渣除渣器筛选筛浆机制浆造纸原理与工程(二)废纸浆的除渣利用杂质与纸浆相对密度不同的原理将废纸中的重杂质（石块、砂、金属等）或轻杂质（泡沫、树脂、塑料等）除去1.高浓除渣器HCCleaner作用：除去相对密度较大的杂质（如石块、金属物），保护其后的设备结构：上部为低压头泵叶，其下方为叶轮，下部有集渣器工艺：浆浓：3%~6%进浆压力泵扬程20m稀释水压0.2MPa定期排渣（自动或手动）制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程2．正向除渣器（顺向除渣器）ForwardCleaner结构参数（1）内室直径：直径越小，效率越高，但若75mm,易堵，动力消耗增（2）内室长度：保证进浆在进入分离区前有足够的停留时间以形成稳定的涡流（3）锥角：减少锥角增加了除渣器长度和纸浆在器内的停留时间，提高除渣器的净化效率（4）涡旋定向管长度：应足够长以避免进浆向良浆短路，过长又增加了压力降（5）进浆口：应保证在尽量减少湍动和压力降损失的前提下回转速度达到最大值，通常为矩形使整个浆流贴除渣器壁进入（6）良浆出口径：过大会降低净化效率，过小会产生大量的再循环，影响生产能力（7）粗渣出口径：过小会使粗渣被良浆浆流带走，而使出口堵塞过大会使纤维流失增加制浆造纸原理与工程正向除渣器制浆造纸原理与工程工作参数（1）进浆浓度：一般不超过0.7%，过大，净化效率明显下降（2）进出浆压力差：有一最佳值以达到最大化效率（3）纸浆游离度：高游离度的浆如OCC脱水较易，沿器壁浓缩程度