第四章 洗涤、筛选1

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第四章 纸浆的洗涤、筛选与净化
问题的提出 来自蒸煮工段的粗浆,含有大量的蒸煮废液 和少量粗渣、泥沙等杂质,因此必须经过洗涤、 筛选、净化和浓缩处理,以获得符合质量要求的 纸浆,并对废液、废渣等加以回收利用。 主要内容: 第一节 纸浆的洗涤与废液提取 第二节 纸浆的筛选与净化 第三节 纸浆的浓缩与贮存
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3.扩散(置换)作用(浓度差)



扩散过程为物质的传递过程。浓度差是扩散作用的推动 力。 G——扩散速度,kg/h 扩散方程G=D A (ρ1-ρ2)/L D——扩散系数,m2/h 扩散作用的影响因素 A——通过面积,m2 (1)扩散面积 扩散速度 L——扩散距离,m (2)扩散距离 扩散速度 ρ——浓度,kg/m3 (3)浓度差 扩散速度 (4)洗涤水量 浓度差 但废液浓度低 所以在少用水的情况下洗净纸浆,采用多段逆流洗涤 4.吸附作用 该作用对浆料洗涤不利。因为纤维对金属离子有较 大的吸附能力,所以通过洗涤不可能把浆与废液完全分 离开。
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(二)预防起泡方法:减少空气的进入。
控制浆料的搅拌方式、搅拌速度,减少对
浆料的冲击作用,保持洗涤系统的正常运 行,尽可能建立封闭系统。
进浆口应深入浆池液面内足够的深度,减
少“跑、冒、滴、漏”。
提高洗涤温度。
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(三)消泡方法
1.消泡剂消泡

加入表面活性大、表面强度低、粘度小的液 体。如煤油、松节油等,还有硅化物等新型 消泡剂。 一般用785~981kPa的高压蒸汽喷射消泡, 同时泡沫因受热液膜粘度下降,膜内空气鼓 胀导致泡沫破灭。
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1. 挤压作用

利用机械挤压把废液从浆中排出来 优点:可将未被稀释的废液分离出来,少部分存在于纤 维内部的废液也可挤压出来。 缺点:不可能完全分离出浆中废液。 液体在毛细管中上升的高度由下式决定:
液体的表面张力 毛细管直径 液体的密度 毛细管压力p=Hρ=4γ/d 挤压时,浆料排出废液,直到浆料被压实,毛细管 直径变小,这时毛细管内的压力升高,并与外部压 力达到平衡为止。 12
浓度4%~5% 截面逐渐缩小
国外压滤机工作原理图
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四、泡沫的形成与消泡
(一)泡沫的形成 内因: 碱法制浆因为形成较多皂化物易于产生泡沫。 废液粘度越大,pH值越高,泡沫越稳定; 温度升高泡沫易破灭; 木素磺酸盐具有降低泡沫的作用。 外因:浆料的输送、机械搅拌和稀释混合时混 入空气,真空洗浆机真空度的作用,以及温度、 粘度、pH值等。
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5.洗涤用水量和洗涤次数
在相同条件下,洗涤用水量越多,浆洗的越 干净,提取率越高。但是会使废液浓度降低, 蒸发时耗汽量大。 当洗涤用水量一定时,洗涤次数越多,洗涤 效果越好。
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三、洗涤设备

洗涤设备的种类:很多,分类方法也不统一。
a. 按处理纸浆的浓度分——高浓和低浓洗涤设备 b. 按洗涤原理分——挤压、过滤和扩散洗涤设备 c. 按操作运行方式——间歇和连续洗涤设备 d. 按结构形式——鼓式、带式、辊式和多盘式 (一)转鼓式洗浆机 (二)压力洗浆机 (三)带式洗浆机 (四)扩散洗涤器 (五)挤压洗涤设备
稀释因子越大,说明洗涤用水量多,纸浆洗涤干净,提取废 液的浓度低,但废液提取率高。一般稀释因子为1~4。
F ≈ V-V0(m3/t风干浆) F ≈ Vw- Vp (m3/t风干浆)
V——提取废液的量,m3/t风干浆 V0——蒸煮后纸浆中的废液量,m3/t风干浆 Vw ——洗涤用水量,m3/t风干浆 Vp——出浆带走液体量,m3/t风干浆
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浓度30%~40%
输料螺旋
浓度10%
置换液入口 浓度2%~5%
双辊置换压榨洗浆机工作原理图
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3.压滤机:出浆浓度25%~30%
SD型压滤机工作原理图(双网挤浆机) (用于草浆)
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1.浆料入口 2.多孔转鼓 3.浆槽 4.洗涤液入口 5.挤压辊 6.刮刀
浓度30%~40%
结合转鼓式与 挤浆机特点
2.过滤作用(压力差)

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过滤就是通过滤布、滤网或多孔隔膜分离纸浆悬浮液, 使固体被截留,而液体滤出的过程。 过滤设备生产能力取决于过滤速度。
v=Δp/RL․ R=32μ /d2
毛细管直径 过滤面积有效系数
过滤速度为单位时间内通过单位过滤面积的液体量。
根据这个方程式我们可以定性地分析影响过滤速 度的因素 (1)过滤面积 生产能力 过滤阻力系数 (2)压差 过滤速度 (3)浆层厚度 过滤阻力 过滤速度 (4)废液粘度 过滤速度 (温度 粘度 ) (5)浆种(草浆与木浆)和浆层紧度 d R
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第一节 纸浆的洗涤与废液的提取



一 、概述 二 、洗涤原理、方式及影响因素 三 、洗涤设备 四、 泡沫的形成与消泡
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一 、概述

(一)纸浆洗涤与废液提取目的和要求 废液中固形物的组成:有机物和无机物 1.目的 纸浆洗涤的目的:尽可能完全地把纸浆中的废液 分出来,获得比较洁净的纸浆; 废液提取的目的是经济地回收蒸煮废液。 2.基本任务和要求 在满足纸浆洗净度要求的前提下,用最小的稀释 因子,获得较高浓度、较高温度和较高提取率的 废液。
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2.置换比(D.R.)
指洗涤过程中可溶性固形物实际减少量 与最大可能减少量之比。
w0 wM D.R. w0 wW
w0——洗涤前浆内废液所含溶质质量分数% wM——洗涤后浆内废液所含溶质质量分数% wW——洗涤液所含溶质质量分数% 使用清水时, wW=0
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3.稀释因子(F)
洗涤每吨风干浆时,进入所提取的废液中的水量(m3)。
2.高压蒸汽消泡

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3.机械消泡:
一般在各段洗浆机的黑液槽上配置机械消 泡装置,利用旋翼的回转和离心作用将泡沫 碰破或甩破。
4.抽吸消泡:
在黑液槽上用风机抽吸,泡沫被抽出经风 机叶片的撞击而消泡,然后去旋风分离器。
(1)浆层厚度大,过滤阻力大,过滤速度慢,影响洗 涤效果,但可提高产量。 (2) 在一定条件下,提高上浆浓度能提高滤网浆层厚 度,提高生产能力,但会影响洗涤质量和废液提取率。 (3)出浆浓度越大,洗涤损失越小,提取率越高。
4.蒸煮方法、浆种和浆的硬度 (1)酸法浆比碱法浆滤水性好,易洗涤。 (2)草浆比木浆滤水性差,但扩散效果好。 (3)硬浆比软浆滤水性好,但是扩散效果差。
实际上,提取得黑液往往还送往蒸煮锅、 卸料器、喷放锅、压力除节机等
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二、洗涤的原理、方式及影响因素 (一)洗涤原理 纸浆的洗涤主要通过挤压、过滤和扩散(置换) 等作用把废液从浆中分离出来。 废液的存在形式: 以游离状态存在纤维或纤维束的周围,约 75%~80%;(挤压和过滤) 存在于细胞腔的内部,约15%~25%;(扩散) 存在于细胞壁内部的毛细管中,约5%。(扩散)

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连续扩散 洗涤器结 构图 1.外壳 2.筛环 3.卸料刮

稀释水(黑液)
稀释水(黑液)
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4.连接管 5.支撑管 6.筛板振 动机构 7.筛环隔

洗 后 浆 料
浆 料
8.支撑 9.支撑板
(a)扩散器
(b)筛环断面图
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(四)挤压洗涤设备
1.螺旋挤浆机:变距螺旋在圆筒内旋转,浆料受到挤 压,滤液流出筛网排出。目前少用。 特点:进出浆浓度大(进浆10%,出浆30%~40%) 2.双辊挤浆机和置换压榨洗涤器 通过棍子的机械挤压作用分离废液的 特点: 进出浆浓度大 不适于草浆 适应性较强,操作简便,动力消耗小 结构复杂,制造麻烦,沟纹易磨损 纤维流失较大 •两段真空洗浆机和两段压榨洗浆机流程洗 kp木浆黑液提取率可达99%。
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优点:生产效率高,技术可靠,操作方便, 洗涤过程直观可见。
缺点:结构复杂,投资较大,多台串联时 占地较多,泡沫多,安装楼层标高要求高, 稀释洗涤用的废液泵扬程高。
造成真空度有“大气腿”,有时还辅以真空 泵。 (2)低真空度
落差式洗浆机,国内应用不多
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分段式真空洗浆机工作原理图
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2.压力洗浆机


利用洗鼓外的风压对洗鼓网面上的浆层进行压力过滤洗浆。
工艺条件:进浆浓度0.8%~1.2%,出浆浓度12%~14%。 特点: 优点——密封性能好,不宜产生泡沫,对浆量和浆浓适应 性强 缺点——动力消耗大,过滤压差较小,对浆种的适应性不 如真空洗浆机,不适用于草浆的洗涤。

目前有一种新型鼓式置换洗浆机(DD洗浆机)在一台洗 浆机上实现四段逆流洗涤。
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4.洗涤损失
因洗涤不完全而引起的溶质损失,以kg/t风 干浆表示。溶质可指总固形物,也可指Na、 Na2SO4或BOD等。
碱法制浆通常以Na2SO4表示。
洗涤损失与稀释因子有关,即稀释因子越大, 洗涤损失越小。
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5、洗涤效率和提取率.
(1)洗涤效率
指提取出来可利用的废液中溶质的数量G和 蒸煮后废液中所有溶质的数量G0之比。它是 评价洗涤效果的重要指标
η= 算。
G G0
可以用f=
c c0
和 m=
V来计 V0
质量
浓度
体积
η、 f总是小于1,而m可大于或小于1,但通常 均大于1。
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(2)黑液提取率
指每吨风干浆提取出来送蒸发的黑液的 溶质量对蒸煮后吨浆黑液总溶质量的百分 比。 黑液提取率与洗涤效率既有联系又有区 别。提取的黑液全部送蒸发时,黑液提取 率等于洗涤效率。
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(二)洗涤方式

分为单段洗涤和多段洗涤。
多段洗涤又分为多段单向和多段逆流洗涤两种。
洗涤热水
未洗浆
1段
2段
3段
4段
洗净浆
浓黑液
四段逆流洗涤流程示意图
本段稀释 前段喷淋
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多段:多台串联 逆流:洗涤液逆着纸浆方向
(三)洗涤的影响因素
1.温度
2.压差或真空度
3.浆层厚度、上浆浓度和出浆浓度
4.蒸煮方法、浆种和浆的硬度
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2.压差或真空度
压差或真空度越大,过滤的推动力越大,过 滤速度越快。 但是洗涤温度决定了真空度的极限值。废液 温度80C,水蒸气压力45kPa,真空度不大于 50kPa,否则黑液沸腾,泡沫多。
挤压设备的压力不宜过高,否则会损坏滤网, 纤维流失大,而过滤速度增加并不明显。
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3.浆层厚度,上浆浓度和出浆浓度
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(二)洗涤术语与有关计算

1.洗净度
表示纸浆洗涤后的干净程度,有以下几种表 示方法:
(1)以洗后纸浆滤液中残余药品的含量表示 (g/L); (2)以洗后每吨风干浆带走的残余药品量表 示(kg/t风干浆);
(3)以洗后纸浆滤液消耗KMnO4的量表示 (mgKMnO4/L);
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1t风干浆的含义: 含10%的水分,900kg绝干纤维。

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1-流浆箱 2-网 3-真空吸水箱 4-洗后浆料输送机 5-机罩 6-泵
水平带式真空洗浆机示意图
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(三)扩散洗涤器
分为间歇扩散洗涤器和连续扩散洗涤器。 扩散洗涤的特点: 在纸浆和洗涤液之间有相当长时间的接触。 整个洗涤过程在浸没状态下进行,排除了混入空气和起泡的 可能。 洗涤效率高;电耗低 Kamyr常压连续扩散洗涤器 Kamyr压力式连续扩散洗涤器
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压 力 洗 浆 机 外 观 结 构 图 1.来自风机的空气入口 2.空气排出口 3.浆料排出口 4.黑液排出口 5.密封辊 6.洗后浆料搅拌器 26
(二)带式洗浆机(已基本淘汰)
带式洗浆机又称水平带式真空洗浆机。国外也 称超级洗浆机。它的结构与长网纸板机的网部 相似。 进浆浓度3%~4%,出浆浓度15%~19% 主要特点: 1.取消了段间稀释,洗涤段数多。 2.最大限度地提高了黑液浓度。 3.结构简单,操作方便,投资小。 4.可用于麦草浆洗涤,提取率可达95%以上。
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(一)转鼓式洗浆机
是由带滤网的转鼓装置放置在浆槽里构成的洗涤设备。
1.鼓式真空洗浆机 以真空负压产生的抽吸作用为推动力,通过过滤 作用将废液透过浆层滤出而得以分离。 (1)高真空度: 有分段式和真空管式洗浆机两 种。 分段式两区真空洗浆机:形成浆层段、预脱水段、 喷淋段、吸干段、卸料段 特点:适用于木浆洗涤,提取率可达95%,但用 于草浆提取率只能达到83~85%;
5.洗涤用水量和洗涤次数
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1.温度 温度高有利于废液的提取。 原因: (1)可降低废液的粘度,提高废液的流动性,有 利于过滤。
(2)可加速分子的扩散,当温度升高10℃,扩散 速度常数增加0.2~0.3倍。 (3)可提高浆料的滤水性,从而可施加较大的挤 压或过滤压力。 一般真空洗浆机温度控制在70~80℃
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