磨片齿宽对短纤维中浓打浆成浆质量和打浆能耗的影响

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实验流程如图 1 所示, 在 1m3 卧式水力 碎浆机 中, 把浆板碎解成 5% ~ 6% 的浆料, 然后经过振动 斜筛浓缩至 8% ~ 9% , 中浓泵送入 磨前浆罐, 启动
中国造纸 2006 年第 25 卷第 11 期
油泵系统和盘磨机( 功率为 45kW) , 然后自吸进入盘 磨机进行打浆, 操作稳定后取样检测, 并记录时间和 浆料通过量, 盘磨机出口的浆料入回流浆罐, 浆料磨 完后, 将回流浆罐中的浆料重新泵入磨前浆罐, 进行 循环打浆, 直至达到打浆要求。
25 0
5 50
0 80
31 1
4 91
1 02
34 1
4 62
1 13
36 2
3 82
1 20
39 1
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1 26
27 1
5 82
0 95
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4 70
1 63
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4 45
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5 63
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37 1
5 25
片属于斜放弧封圈磨片, 400 mm, 工作齿面为合金 冷硬铸铁, 基材为灰口铸铁, 动片和定片的材质和磨 纹结构相同, 并按 3 种不同齿宽配对, 文中以 C1、C2 和 C3 分别表示齿宽为 3 5、5 0 和 6 5 mm 的磨片。 1 2 原料
实验采用江门甘化公司生产的蔗芒混合亚硫酸盐 漂白浆板。 1 3 实验流程与操作
纤维 筛分分析 采用 Bauer-McNette 筛分仪, 水流 控制在 10L/ min, 每次 处理 5g 浆料, 处理 15min, 5 次平行筛分汇总分析。
2 结果与讨论
2 1 磨片齿宽及循环次数对成浆主要性能的影响 磨片齿宽及循环次数对纸浆打浆度和物理强度的
影响见表 1。由表 1 可以看出, 用不同齿宽磨片的盘 磨打浆, 在实验的齿宽范围内, 随着打浆度的提高, 纸浆物理强度的变化趋势一致, 但打浆度相同时, 不 同齿宽磨片纸浆的物理强度存在较大差异, 另外, 在 纸浆达到同一物理强度时, 不同齿宽磨片浆的打浆度
1 38
40 1
4 93
1 49
42 1
4 61
1 61
从表 1 还可看出, 在较低打浆度时, 用 C2 和 C3 磨片打浆后纸浆的抗张指数比较接近, 两者的数值都 高于 C1, 这可能是因为 C1 较窄的磨齿对短纤维浆的 过多切断所致, 而这种切断在打浆初期更为显著。但 随打浆度的升高, 3 组磨片打浆后成浆强度的发展趋 势都呈平缓增长, 这说明, 对中浓打浆而言, 过高的 打浆度是不必要的, 合适的打浆度为 45~ 50 SR。从 撕裂指数的变化趋势看, 虽然随打浆度的升高, 撕裂 指数都呈下降趋势, 但在相同打浆度下, C3 与 C2 的 数值较为接近且都大于 C1。这也间接证明了较宽的 磨齿对纸浆纤维长度保留 较好、对短纤 维的切断较
根据式( 1) 计算不同齿宽磨片打浆时的能耗。
K = 1 73IUcos
n/ ( 1000q )
( 1)
式中: K 为打浆能耗( kWh/ t) ; I 为打浆电流( A) ; U
为工作电压( V) ; cos 为电动机功率因数; 为电动
机效率; n 为浆料通过次数; q 为浆料通过量( t/ h) 。
浆板 1 m3 水力碎浆机 振动斜筛 循环
磨前浆罐 ZDPM 中浓盘磨 回流浆罐 成浆 图 1 实验流程
1 4 检测 纸浆打浆度、湿重及物理性能指标测定均采用国
家标准。 扫描电镜观察: 将不同浆样用双面胶固定, 置于
真空 镀膜机镀金处 理, 在 HITACHIS- 550( 日 本) 扫描 电子显微镜上观察。
250 6 305 5 60 2 112 8 165 8 205 3 250 8
本研究对不同齿宽磨片打浆后的成浆在相同的打 浆度下做了筛分分析, 以探讨相同打浆度下纤维的保 留状况( 见表 2) 。
表 2 磨片齿宽对打浆后成浆纤维筛分的影响
磨片 种类
C1
C2
C3
打浆度 湿重
纤维筛分所占的比例/ %
/ SR / g R16 P16/ R30 P30/ R50 P50/ R100 P100
少。对于不同齿宽的磨片在相同打浆条件下, C2、C3 的耐破指数都高于 C1。
从以上分析不难看出, 只考虑纸浆物理强度时, 对短纤维浆而言, C2 最适宜, C3 与之相比差别不大, 而 C1 最差。
影响纸浆物理强度的主要因素包括纤维之间的结
合能力、纤维的固有强度和纤维之间的交织均匀状况 等[ 2] , 而短纤维浆纤维本身长度较小, 所以, 纤维之 间交织较均匀, 提高纸页强度的措施主要有: 尽可能 提高纤维的细纤维化; 尽量保持纤维的固有强度, 表 现在打浆方面就是纤维的湿重下降少, 保持纤维筛分 中长纤维的含量。 2 2 不同磨齿宽度打浆后成浆纤维形态的扫描电镜
38 3 8 1 1 9 2 12 3 38 5 38 9
55 2 5 0 6 8 2
8 5 34 8 47 9
38 4 2 2 8 14 0 18 5 42 3 22 4
55 3 5 2 0 10 2 13 7 45 8 28 2 38 4 3 3 0 16 2 18 4 43 5 18 9
55 3 8 2 7 12 3 15 2 48 9 20 9
维化改善; 打浆能耗下降。对于短纤维中浓打浆, 适宜的磨片齿宽为 5 0mm。
关键词: 短纤维浆; 中浓打浆; 盘磨磨片; 齿宽
中图分类号: TS734+ 1
文献标识码: A
文章编号: 0254-508X( 2006) 11-0009-04
作者 简介: 刘士 亮 先 生, 在 职 博 士 研 究 生, 工 程 师; 主要研 究方向: 制浆 造纸新技术、清洁生产及
观察 对于中浓( 7% ~ 15% ) 打浆, 特别是生产上常见 的短纤维中浓打浆( 8% ~ 10% ) , 在一定的齿宽变化 范围内, 打浆过程中磨齿上留着的纤维数目与齿宽成 正比。即齿宽较大的齿面上留着的纤维数目较多, 这 样就会产生两方面的影响, 首先是磨室中高速湍流运 动中的纤维网络体之间的 内摩擦形变效应 对纤维的 作用效果增强, 尤其是对进入磨齿齿面之间的小纤维 网络体, 在较强的磨齿挤压和剪切力的作用下, 纤维 与纤维之间的摩擦、挤压、拉伸、揉搓等更为剧烈, 这些都直接导致纤维表面起毛、分丝、内部撕裂并吸 水润胀( 见图 2 和图 3) ; 其次, 除了上述的各种作用 外, 还有一种现象, 即纤维内部的 溢出现象 ( 见图 4) 。 细纤维的 溢出现象 与纤维间 内摩擦形变效应 的常见表现形式有所不同, 这种现象并不是传统上的 纤维外部的分 丝、帚化, 也不是常见的 纤维纵向撕 裂, 而是纤维表面保留较为完整, 纤维的侧缘爆裂, 纤维的次生壁内层溢出并呈现出细纤维化状态, 这种 现象对抄造极为有利, 它极大地扩大了纤维间的结合 面积并提高了纤维间的结合力, 同时也使得纤维的挠 曲性和柔顺性大大增强, 从某种程度上可以看作是纤 维的 超内部细纤维化 现象。 分析这种现象, 笔者认为: 与低浓打浆相比, 中 浓状态下的纸浆已经形成一种较为稳定、较强纤维连 结的纤维网络体[ 3] , 在中浓打浆过程中, 一方面纤维 之间的交织使得磨片的动片与定片中存在着一层较厚
图 2 纤维分丝现象( 2000 倍) 10
图 3 纤维帚化现象( 2000 倍)
图 4 细纤维 溢出现象 ( 2000 倍)
China Pulp & Paper Vol 25 , N o 11 , 2006
的纤维垫层, 就单根纤维而言, 在纤维纵向长度上存 在多处纤维交叠现象。另一方面, 在较宽的磨齿齿面 时, 纤维在齿间受的力不是 线压力, 而 是一种面压 力; 此外, ZDPM 液 压盘 磨机 中浓打 浆时 转速 较高 ( 1480 r/ min) , 使得纤维所受周期性剪切挤压力可近 似看作是一种瞬时的面压力, 因此, 在中浓打浆过程 中, 当单根纤维受到瞬时面压力时, 由于该力作用时 间极短且单根纤维长度上由于纤维交织而形成多个块 区, 在这些块区中, 纤维细胞腔瞬时受压, 而该面压 力由于纤维交织而无法及时传递给整根纤维时, 则这 种压力必然使侧缘的某个部分发生爆裂, 使得次生壁 内层细小纤维离解, 纤维素链断裂而溢出呈须状排列 ( 如图 4) 。
在低浓打浆时, 由于浆料浓度很低, 纤维之间没 有相互连接或连接极为松散, 上述所说的 溢出效应 极少发生。但在较高浓度打浆时, 通过纤维扫描观察 发现这种现象占有一定的比例( C2 磨片在 10% 浓度打 浆后的成浆中, 此现象比例统计 为 2 3% ) , 而且随 着浆浓的增加而增加, 显然, 这种现象的发生频率与 比例除了与磨区压力、浆浓有关外, 也与齿宽存在较 大关系, 从其影响的因素来看, 磨片齿宽越大, 这种 现象就越易发生, 这也从另一侧面说明 对于短纤维 浆, 合适的、具有一定宽度的磨齿是必要的。 2 3 磨片齿宽对打浆后成浆纤维筛分的影响
表 3 不同齿宽磨片打浆能耗的比较
打浆度 磨片种类
/ SR
C1
28
35
43
52
60
C2
27
33
40
打浆能耗
/ kWh t- 1
90 8 135 7 255 5 330 0 410 8 79 5 132 4 198 7
磨片种类 C3
打浆度
/ SR
50 58 26 30 35 44 52
打浆能耗
/ kWh t - 1
对于短纤维浆, 需要适当保留纤维长度, 而影响
纸浆纤维长度一个重要因素即是磨片齿宽。本课题研
究了磨片齿宽对成浆质量、打浆能耗、成浆纤维形态
的影响, 并探讨 了适宜短纤维浆中浓打 浆的磨片齿
宽, 为新型、高效盘磨磨片的研制提供参考。
1实验
1 1 磨片 采用 ZDPM 型中浓盘磨, 实验用中浓打浆系列磨
对纤维的平均切断量存在很大差别。换言之, 提高相
同的打浆度时, 这个提高值究竟是由纤维的分丝帚化
所致还是由纤维的细碎化所致, 不同磨齿宽度存在显
著的差异, 磨片齿面越宽, 前者的作用就越大。显而
易见, 对于短纤维浆, 这种现象是所需求的, 也是要
达到的较为理想的目标。
2 4 磨片齿宽对打浆能耗的影响
收稿日期: 2006-04-12
9
研究论文
也不同。
表 1 磨片齿宽及循环次数对纸浆物理强度的影响
磨片 循环次数 打浆度
种类 / 次
/ SR
1
28
2
35
C1
3
43
4
52
5
60
1
27
2
33
C2
3
40
4
50
5
58
1
26
2
பைடு நூலகம்
30
C3
3
35
4
44
5
52
抗张指数 撕裂指数 耐破指数 / N m g- 1 / mN m2 g- 1 / kPa m2 g- 1
根据打浆的机械剪切理 论, 机械剪切力恒定时, 纤 维所受的剪切作用与磨齿的 齿宽有很大关系。当纤维从
新设备的研究和开发。
齿槽转移到齿面时, 由于齿
宽不同, 纤维在齿面上受到
的机械剪切力存在较大差异, 而施加于纤维上的力的
大小会直接影响纸浆纤维的性质( 如纤维的切断、压 溃等) [ 1] , 不同性质的纸浆抄造出不同性能的纸张。
盘磨磨片
磨片齿宽对短纤维中浓打浆成浆 质量和打浆能耗的影响
刘士亮 陈中豪
( 华南理工大学造纸与污染控制国家工程 研究中心, 广东广州, 510640)
研究论文
摘 要: 探讨了不同齿宽的盘磨磨片对短纤维浆中浓打浆的成 浆物理强度、纤维 形态和打浆能耗 等
的影响。结果表明: 随着磨片齿宽的增加, 成浆物理强度 改善; 纤维长度保留 较好, 纤维内部细 纤
中国造纸 2006 年第 25 卷第 11 期
研究论文
各种磨齿宽度下细小纤维组分的比例都增加; 但宽度
较大时, 长纤维组分比例较高, 细小纤维组分比例较
低, 如打浆至 55 SR 时, C1、C2 和 C3 的细小纤维组
分( 过 100 目) 所 占 比 例 分 别 为 47 9% 、28 2% 和 20 9% 。显然, 在同样的打浆度时, 不同齿宽的磨片
从表 2 可看出, 在 3 种不同齿宽的磨片中, 当磨 齿比较窄小时, 在 2 种打浆度下, 成浆纤维筛分中细 小纤维组分所占比例都比较高, 而长纤维组分比例较 低。这说明当磨片齿宽较小 时, 其对纤 维的切断剧 烈, 如 在 38 SR 时, C1 留 在 100 目 以 上 的 仅 占 61 1% , 而 C2 的比例就提高至 77 6% , C3 的这一比 例则 高达 81 1% 。 当继续 打浆 至更 高的 打浆度 时,
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