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1、第三章 高得率制浆 （High Yield Pulping）,主讲教师：张红杰 材料科学与化学工程学院,温习：,1 植物纤维原料的化学组成：,2 制浆手段：,（1）化学的方法,（2）机械的方法,？,磨浆 贮浆备用 原料贮存 备料 浸渍(蒸煮)和磨浆 筛选 漂白 蒸煮 洗涤 抄纸出售,1、什么是制浆过程？,制浆是指利用化学或机械的方法，或两者结合的方法，使植物纤维原料离解变成本色纸浆或进一步变成漂白纸浆的生产过程，它包含下列基本过程：,2、制浆方法有哪些？,化学法：碱法（NaOH、KP）、亚硫酸盐法 机械法：原木磨木法（磨石磨木法SGW）、木片磨木法（RMP、TMP） 化学机械法：化学热磨法（C
2、TMP）、磺化化机浆（SCMP）、APMP 半化学法：中性亚硫酸盐半化学法（NSSC）,第一节 概 述 （Introduction）,一、高得率浆的分类,1、机械法制浆（Mechanical Pulping） 单纯利用机械磨解作用将纤维原料（主要是木材，也有非木材）制成纸浆的方法。制浆得率很高，在95%以上。 例如：RMP、TMP。 2、化学机械法制浆（Chemimechanical Pulping） 采用化学预处理和机械磨解处理的制浆方法。制浆得率一般80%-95%。例如：CTMP、SCMP、APMP、PRC-APMP。 化学机械法制浆与机械法制浆不同之处为有化学软化预处理阶段，与化学法制浆
3、不同之处为化学处理过程比较温和。 3、半化学法制浆（Semichemical Pulping） 包括化学预处理和机械后处理两个阶段，化学处理比化学制浆法温和，纸浆得率较高。通常半化学浆得率可以达到6584%，纸浆得率远远超过普通化学浆（50%），也高于高得率化学浆。例如：NSSC、ASSC。,二、名词术语,SGW (Stone Groundwood) 磨石磨木浆（常压磨木） PGW (Pressure Groundwood) 压力磨石磨木浆（带压磨木） TGW (Thermo Groundwood) 高温磨石磨木浆 RMP (Refiner Mechanical Pulp) 盘磨机械浆 TMP
4、 (Thermomechanical Pulp) 热磨机械浆 PRMP (Pressure Refiner Mechanical Pulp) 压力盘磨机械浆 CMP (Chemimechanical Pulp) 化学机械浆 CTMP (Chemithermomechanical Pulp) 化学热磨机械浆 APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 碱性过氧化氢机械浆,P-RC APMP (Preconditioning Refiner Chemical APMP) 温和预处理和盘磨化学处理的碱性过氧化氢机械浆 SCMP (Sulfonated Chemi
5、mechanical Pulp) 磺化化学机械浆 Bio-MP (Bio-Mechanical Pulp) 生物机械浆 TMCP (Thermomechanical Chemical Pulp) 热磨机械化学浆 EMP (Extruder Mechanical Pulp) 挤压法机械浆 SCP（Semi-Chemical Pulp） 半化学法浆 NSSC (Neutral Sulphite Semi-Chemical pulp) 中性亚硫酸盐法半化学浆 ASSC (Alkaline Sulphite Semi-Chemical pulp) 碱性亚硫酸盐法半化学浆,三、高得率浆制浆的发展,SGW
6、 RMP和TMP CMP CTMP APMP和P-RC APMP,发展高得率制浆的意义： 1. 充分合理地利用植物纤维原料资源 2. 减轻制浆废水中的污染物质 3. 满足产品性能的需要,第二节 磨石磨木浆 （Stone Groundwood, SGW),SGW的特点： 是所有浆种中得率最高、生产成本最低、环境污染最小的制浆方法（得率95%） 强度较差、白度稳定性较低 具有优良的不透明度与吸墨性，适印性好，纸质柔软； 在新闻纸、印刷纸的生产中仍占一席之地。,生产SGW流程：,一、磨木机与磨石,原木,磨石,（一）磨木机： 袋式 间歇式 库式 大北式 1 按生产操作方式 卡米尔式 连续式 链式 环式
7、、螺旋式,卡米尔式 大北式 水力加压 库式 袋式 2按加压方式分 链式 机械加压 环式 螺旋式 3. 按结构形式分：链式、环式、库式、袋式等。,1、链式磨木机,主要由磨石1、活动料箱2、链条3、浆坑4、刻石装置5、链条传动装置6等组成。,2、大北式磨木机,3、Kamyr式磨木机,（二）磨石,天然磨石 磨石 水泥磨石 人造磨石 陶瓷磨石（为主） 人造磨石主要由磨料粒子与粘合剂两种物料组成。 磨料粒子大 生产能力大、浆粗劣 磨料粒子锋利 切断作用大 、短纤维多 。 最适宜的磨料粒子应呈多角形，棱角较平钝。 磨石的气孔率和硬度，取决于粘合剂的性质及与磨料粒子的配比。决定磨石的性能，影响生产能力和纸浆
8、质量。 理想的粘合剂应与磨料粒子同时磨掉，或比磨料粒子磨掉的时间稍快,表面拼接着陶瓷的磨石,磨石表面的刻纹,水力刻石装置和刻石刀刀纹,二、磨木机磨浆原理及影响因素（重点）,(一) 磨浆原理 磨木浆的现代磨浆理论是压力脉冲理论，磨木过程中纤维的离解可分为三个阶段： （1）由磨擦及压力脉冲产生的能量（摩擦能与振动能）被木材吸收后，转化为热能，使木材温度升高，胞间层木素软化； （2）经软化的纤维在摩擦力及剪切力的作用下由木材表面剥离下来； （3）剥离下来的纤维与纤维束聚集于磨石刻纹的沟槽中，在移出的过程中受到复磨与精磨。 三个阶段密切相关，相互影响。,可以设想，磨木是将电动机发出的能量通过回转的磨石
9、表面传递给木材的过程。 1.一部分变成摩擦能（切向摩擦产生的能量） 摩擦能的大小取决于磨石的表面结构，即磨石的表面露出来的磨料粒度的平均值，也与磨碎面积有关。 2.一部分变为振动能（径向振动产生的能量） 磨石表面的刻纹在运转过程中越过木材结构的某一点时，就会使表面压力出现一次压力脉冲，或者说在木材表面上受到交替的压缩膨胀作用，因此，能量又会部分的以脉冲形式通过振动传给木材。,磨浆过程中的能量传递,摩擦系数=切向摩擦力/径向振动力,由于木材的弹性和塑性，压力-松弛脉冲会被木材吸收并转化为热，使温度升高，引起木材性质上的变化。木素较纤维素更易软化，而胞间层木素浓度最高，当切向摩擦力升高到木材破裂所
10、必须的力以前，如温度已升高到木素的软化温度，则纤维沿胞间层分离；反之如木素未达到软化，摩擦力已高达引起木材破裂的程度，则木材会在细胞壁任意处破裂，导致木屑和大小不一的木块产生，或是产生了破损的纤维和粉状的细料。 由此可见，切向摩擦力和径向振动力的能量的分布是磨木过程的关键。,磨浆过程中纤维离解进程,1比磨碎时间 磨石转动一个磨纹间距的时间, 即 ts =avn ts -比磨碎时间（s） a-相邻两磨纹间距（mm） vn -磨石圆周速度（mm/s） 2比磨层厚度(ds) 指在比磨碎时间内的喂料厚度。 设喂料速度为vH , 则 ds=vH *ts =vH a/vn,纤维的离解过程以及与喂料速度及圆
11、周速度的关系 当喂料速度、磨石圆周速度及磨石刻纹间距在极限值以内时，ds介于0.070.2m之间，而云杉管胞直径为2040m，则磨石转动一个刻纹间距木材向磨石喂送的料层厚度，只有一根纤维直径的1/6001/100。换言之，要使喂料的厚度达到一根纤维的直径，则磨石要转动100600个刻纹间距的距离，即一根纤维要受到100600个刻纹的作用。 已知ts =510-22010-2ms时，则一根纤维从木材结构上分离的延续时间为： 510-21002010-2600（ms）即 5120ms或0.0050.12s 当喂料速度vH提高7倍（由10mm/min提高到70mm/min）时，ds也增加7倍， 即纤
12、维离解加快，获得的浆粗糙，细纤维化程度不大的较长纤维。 当磨石圆周速度vn减少6倍（30m/s减少到5m/s时） 由ts =a/vn知：ts增加6倍， 而ds=ts vH也增加6倍，即磨石转速变慢，磨出的浆质量较粗, 纤维束多。,（二）影响磨木机磨浆的因素 1. 原木质量：水分4045%为宜。水分小于2030%时，产量与质量下降，动力消耗增加；水分大于50%时，产量下降。 原木的材种影响浆料的质量、白度、得率和能耗。 2. 磨石的表面状态：纹锋锐利时产量高，单位电耗低，但以切割作用为主，磨出纤维短硬，碎料多。所以刻石后要去锋。 纹锋完全变钝后，产量下降，电耗上升，此时需要磨石。 在一个磨石周期
13、的中间一段时间内，纹锋钝圆，得到质量适宜的浆料。 3. 磨木比压：指单位磨碎面积上所受的压力（与装料操作有关） 比压增加：产量增加，粗纤维增加，纸浆强度下降。 比压应与磨石纹锋配合，钝的纹锋应相应提高比压。,4. 磨石线速：线速增加，产量和动力消耗增加，但一定范围内单位动力消耗有所降低。一定压力下提高线速可提高磨碎区温度，磨出纤维细长而较柔韧。由于线速受磨石机械强度限制，现代磨木机多采用大直径磨石来提高线速。 5. 磨木温度与浆浓：由于磨碎区温度不易测量，生产中往往测定浆坑温度。 调节喷入浆坑的白水温度和喷水量，可以调节温度和浆浓。 提高温度：纤维分离较容易，浆强度高，滤水性好。生产中一般控制
14、浆坑温度在7585 oC。 提高浆浓：生产能力下降，大量浆料被复磨，浆料强度下降。生产中一般控制浆浓在2.0%。 P119：生产控制中浆坑温度、浆浓和白水浓度的关系（高温低浓为较理想的磨浆条件） 图3-12为浆坑温度和浆浓对纸浆裂断长的的影响,6. 磨石浸渍深度：浸入浆中的目的是为了清洗磨石表面，均匀冷却磨石。浸渍深度可由浆坑挡板调节 国外发展的无浆坑磨木: 将浆坑挡板放低，使磨石不浸入浆中，可减少磨石运行中的阻力; 用高压喷水消除复磨，降低浆料打浆度和能耗，延长刻石周期， 稳定浆料质量; 但需严格控制喷水温度、压力、喷水量和在整个磨石面上喷水均匀，以保证浆的质量和磨石安全。,三、其他磨石磨木
15、浆,1 压力磨石磨木浆（PGW） 2 高温磨石磨木浆 （TGW） 3 木片磨石磨木浆（FGW）,木片磨木机示意图,The end of this part. Thank you!,磨木过程中磨石表面状态的变化及其影响,磨石的表面状态影响磨浆的性能,刚刻石时候,纹锋锐利,因此以切割纤维为主,产量高,但磨出的纸浆多短硬纤维和粉状细料。经过一段时间磨浆后,磨料粒子变成钝圆,获得质量适宜的浆,但磨石进一步变钝,粗糙度进一步减小,产量下降,打浆度升高,又需进行刻石提高其鋭度. 在一个刻石周期内,磨石的工作阶段和纸浆产、质量的变化如下表所示:,各工作阶段时间的分配大致为:自动磨钝阶段占刻石周期的，主要磨浆阶段占，其余为缓慢下降阶段生产中采用刻石去锋，就是为了缩短自动磨钝阶段，适当提高这一阶段的质量 为了稳定磨木浆质量，除需稳定其他操作因素外，还应尽量减少磨石表面状态的改变这就要求采用强度大的磨石，延长刻石周期，并稳定刻石操作,