制浆造纸原理与工程 废纸制浆.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制浆造纸原理与工程,第五章 废纸制浆,第一节 概述,一次纤维（原生纤维）,Virgin fiber,二次纤维,Secondary fiber,Recycled fiber,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,1,t,磨木浆,2,m,3,木材,生产,1,t,高白度化学浆,45,m,3,木材,2000,2001,2002,2003,2004,木浆,%,19,23,21,21,22,非木浆%,41,33,33,30,26,废纸浆%,40,44,47,49,52,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%,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,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,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,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（Old Magazine）,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（Old News Paper）,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（Old Corrugated Container,）,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,混合办公废纸,Mixed Office WasteMOW,一般混合废纸,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,lumen collapse,不可逆变化,irreversible,structuce,changes,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,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,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,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,四、纤维回用的强度损失分析,Page,抗张强度方程（,Pages tensile strength equation）,T,抗张强度,Z,零距抗张强度,Zero-span tensile strength,B,纤维间的结合强度,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,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”,(,Lumen Collapse),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.Water Retention Value），,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。,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）,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,2.,碎解设备,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,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,2.53.5%,立式高浓水力碎浆机,(,Vertical HC,Pulper,),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）,圆筒式连续碎浆机（,Drum,Pulper,）,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,2.54m，,最长,30,m,圆筒式连续碎浆机（,Drum,Pulper,）,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,9001100,m/min,（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,330 370,单盘磨浆机,纤维分离机,二、废纸浆的净化,除渣,筛选,（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,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：,3,15,mm,7,铁类物,P-G,7-15,u,m,7,8,铝（复合铝）,F-G-P,2.7,二、矿物类,沙、砾,直径：,砾,400,um,沙,200,um,细沙,200,um,2.0,2.2,玻璃、颜料,G-P,2.5,三、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-F,t,R,=90,1.38,聚苯乙烯（非泡沫）,F,t,F,=160,50-100,u,m,1.13,橡胶,P,t,R,=80,1.05,五、热熔聚合物,沥青P-G,t,R,=85,t,F,=160,一般,1,石蜡、蜡,G-P,t,R,=60,110,0.9,0.98,六、轻质合成聚合物,多层涂布袋,F,t,F,=110,10-20,u,m,0.92,聚丙烯,G-P,t,R,=130,15-30,u,m,0.90,泡沫聚苯乙烯,G,t,R,=80,0.1,七、胶粘物,P-,碎片，,G-,颗粒状，,F-,膜状，,C-,圆柱状，,TR-,软化点,，,T,F,-,熔点,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。,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,原生胶粘物Primary,Stickies,）：,指原来就存在于废纸中的胶粘物。,再生胶粘物（二次胶粘物）（,Secondary,Stickies,）：,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,(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,HC Cleaner,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,20,m,稀释水压,02,MPa,定期排渣（自动或手动）,2,正向除渣器（顺向除渣器）,Forward Cleaner,结构参数,（,1,）内室直径：直径越小，效率越高，但若,净化,浮选,洗涤,一个完整的废纸脱墨系统往往是筛选、净,化、浮选和洗涤的结合,四、废纸脱墨流程与工艺,（一）流程,（二）工艺,洗涤法废纸脱墨基本流程,旧报纸洗涤法脱墨流程,浮选法废纸脱墨基本流程,五、废纸脱墨的影响因素,1.,废纸种类：,新闻纸、杂志纸、混合办公废纸,存放时间,2.,加料顺序：,先加药品后加废纸，药更均匀与油墨反应,若先加废纸后加药，油墨粒子有可能进入纤维内部,3.,脱墨温度,适当提高温度可促进油墨软化、分散加快反应，但温度过高，含机械浆,纸，纸浆返黄，白度,中低温脱墨,40-60,旧报纸或机浆多的纸,高温脱墨,80-90,油墨中含沥青的书纸,4.,脱墨时间,主要根据废纸种类、脱墨剂及温度等而定,温度,，时间,脱墨剂化学作用,，时间,在水力碎浆机碎解和脱墨，每池,20-40,min,时间过长，动力,，蒸汽,，产量,，油墨粒子有可能“回转”，纤维重,新染色等,废纸脱墨的影响因素,5.,碎解浓度,趋向高浓度,12-15%,浓度,，脱墨剂有效浓度,，纤维间摩擦、剪切、搓揉,6,油墨性质,油墨,脱墨难易最主要取决于连结料的性质,天然树脂、醇酸油脂、干性油等连结料易除,沥青、纤维素衍生物、合成胶乳等连结料难除,要根据连结料性质确定脱墨剂配方与脱墨工艺,7,、,脱墨,pH,值,一般废纸脱墨多为碱性脱墨剂,pH911；,处理湿强纸，采用较低,pH,和高温,8,、,废纸疏解,疏解愈充分油墨愈易从纤维分离，脱墨效果,9,、,浆料洗涤,脱墨后浆料迅速及时洗涤,六、废纸脱墨设备,（一）浮选脱墨设备,总的发展趋势,（,1,）设备形式 平流卧式,旋流立式,（,2,）机体结构 方箱形,圆柱式,开启式,密闭式,（,3,）气泡形式 压缩空气或机械搅拌,文丘里抽气或专用气体发生器,（,4,）浮渣排除 自然溢流或机械刮板,正压吹风或负压抽吸,1、,Swemac,立式圆柱形浮选机,70,年代开发,不需搅拌器,浆料由泵送入底部喷射混合器，使浆、空气与脱墨剂均混合后沿切线方向喷入槽底，浆作旋转运动,油墨（泡沫）从溢流口入槽中心空心管，从槽下方排出,处理浆浓,1.2%-1.5%,可2-3,个重迭安装,2、,Lamort,对流式浮选机,上大下小的两段圆柱体,文丘里浆气混合器,特点：两次充气、两次浮选、真空吸墨,在外层圆筒第二次充气，进行第二次浮选,浆浓,0.8-1.5%,3、,Escher,Wyss,阶梯扩散式浮选机,浆料用泵送入布气元件，通过阶梯扩散器吸入空气与,浆位用液位箱控制,可单台水平安装，也可多台迭装,浆浓,0.8-1.5%,4、,Voith,多喷射器椭圆形浮选机,椭圆形的卧式槽体,有,12,个文丘里喷射器，文丘里管吸入空气浆浓,0.8-1.0%,5、,Beloit,压力浮选机,分为曝气区 将空气泵入浆料中,混合区 一系列扩张区和收缩区,使空气泡与油墨粒子碰撞频率,，强度,分离区 油墨和气泡混合物与浆分离,浆浓,0.8-1.0%,6,、,Kamyr,旋风分离式浮选脱墨机,浆料以切线方向从上部进入，良浆从底部排出,浮选脱墨与轻杂质分离结合在一起,浆浓,1-3%,多级多段方式：良浆通过多级处理,浆渣通过多段处理,（二）洗涤脱墨设备,大都为常用的洗涤设备,1.,圆网浓缩机,2.,斜网洗涤机,一般,38,度倾斜角,结构简单，操作容易，洗涤效果较好,进浆,0.6-1.0%,出浆,3-7%,3,.,倾斜式螺旋洗涤机,出口浆浓,16-25%,，油墨粒子有可能裹在浆中,少用,4.,真空洗浆机,5.,带式浓缩机,（带式双压区浓缩机）,网与胸辊间压区,网与伏辊间压区,进浆浓,0.5-3%,出浆浓,10-14%,七、废纸再生新技术,1.,浓浆揉搓处理（浮选前）,浆浓,30%,以上，揉搓机（,Kneader）,两根转速不同的转轴及轴上的螺旋桨,使浆相互摩擦和揉搓，使油墨粒子降至,20-60,um,，,以利其后浮选。,2.,油墨附聚处理,Agglomeration,加入附聚剂，使油墨附聚成较大的球形颗粒，通过逢筛和除渣器除去,3.,汽蒸爆破法,高温，不加或少加化学品,可将油墨粒子分散成便于洗涤除去的小颗粒,缺点是浆的白度和强度有所降低,4.,超声波脱墨,超声波频率 空穴作用引起液体周期性的压缩与膨胀，使纤维产生剧烈的振动和相互摩擦，使油墨粒子松弛，还可使其碎解,超声脱墨浆白度较高，游离度,，强度,5.,酶法脱墨,Enzymatic,deinking,酶：纤维素酶（,Cellulase,）,酶对纤维素纤维的部分水解,影响因素,酶用量,pH,值，,5.5或6-8,温度,45-55,时间,20-30,min,或1-2,h,浆浓 高浓,作业,1、试述废纸回用的意义以及废纸回用过程中纤维衰变的原因。,2、化学浆（以经打浆未漂针叶木浆为例）和机械浆再生过程中性质的变化有何不同？,3、试比较浮选法脱墨和洗涤法脱墨的优缺点。,