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1、南京林业大学硕士学位论文稻草机械浆浸渍工艺研究及设备设计姓名：龙永福申请学位级别：硕士专业：制浆造纸工程指导教师：吴解生20040601摘要近年来，随着国民经济的飞速发展，国内纸张消费市场需求日趋旺盛，国内纸浆的产量远跟不上中国造纸工业的发展。此外，由于我国木材资源极其短缺，故目前我国造纸原料以非木材资源和二次纤维为主，然而非木材原料的各种传统的制浆方式对环境造成严重的污染。随着人们对环境保护认识的加深，以及国家实施生态环境、资源、经济、社会可持续发展战略，加强非木材原料低污染的制浆新技术开发，充分利用我国丰富的非木材原料就显得尤为重要。本文包括稻草机械浆工艺实验和设备设计两部分。工艺实验部分
2、从耐破指数、抗张指数、环压指数三个方面分析稻草机械浆性能，探讨了稻草浸渍时问、磨浆浓度、浸渍温度对稻草机械浆性能的影响。确定了适宜的浸渍工艺参数。参照瓦楞原纸的技术指标，稻草机械浆与一定比例的废纸浆配抄能达到D 等级瓦楞原纸的技术要求。因此，稻草机械浆具有较广阔的市场前景。设备设计部分，以工艺实验确定的最佳浸渍工艺参数为依据，根据日产4o吨稻草机械浆的设计产量，并考虑到稻草的特有的属性，通过计算、结构设计、校核、选型等工作完成本论文的设备研制。本文对稻草经分丝后在没有添加任何的化学药品的前提下制稻草机械浆进行探索，具有一定的前瞻性、创新性。为我国丰富的稻草资源合理利用开辟了一条新的途径。关键词
3、：稻草机械浆耐破指数抗张指数环压指数瓦楞原纸S t u d i e so ft h eo p t i m u mi m p r e g n a t i O nv a r i a b l e sa n dt h ei m p r e g n a t o r0 ft h em e c h a n i c a Ip u l pO fr i c es t r a wA b s t r a c tW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n a le c o n o m yi nr e c e n ty e a r s，t h
4、 e r e1 sag r e a td e m a n di np a p e ra n db o a r di nc h i n a sm a r k e t，y e tt h ep r o d u c t i o no fd o m e s t i cp u l p1 a gf a rb e h i n dt h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r yo fp a p e r m a k i n g I na d d i t i o n，a so u rc o u n t r y sl u m b e rm a t e r i a l sa r
5、eo fh u g es h o r t a g e，n o n l u m b e rm a t e r i a l sa n ds e c o n df i b e rp l a yam a i nr o l ei no u rc o u n t r y si n d u s t r yo fp a p e r m a k i n gc u r r e n t l y B u tt h et r a d i t i o n a lm e t h o d so fn o n l u m b e rm a t e r i a l sp u l p i n gh a v er e s u l t
6、 e di nt h es e r i o u sp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t W i t ht h ep e o p l e sf u r t h e rr e c o g n i t i o nt oe n V i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n，a n dg o V e r n m e n tc a r r y i n go u ts u s t a i n a b l ed e V e l o p m e n ts t r 8 t e g yo fe n V i r o n m e
7、 n t、m a t e r i a l s、e c o n o m ya n ds o c i e ty，i ti si m p o r t a n tt os t r e n g t h e nt h er e s e a r c ha n dd e V e l o p m e n to fl o wp 0 1 1 u t i o np u l p i n gt e c h n o l o g yo fn o n I u m b e rm a t e r i a l st om a k ef u l lu s eo fo u rc o u n t r y sr i c hn o n l u
8、 m b e rm a t e r i a l s T h ep a p e ri n c l u d e dt w op a r t s：t h ee x p e r i m e n ta n dt h ed e s i g no ft h ei m p r e g n a t o r T h ep e r f o r m a n c eo fm e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a ww a sa n a l y z e dt h r o u g hb u r s t i n gi n d e x、t e n s i l ei n d e xa
9、 n dl o o p c r u s hi n d e xi nt h ep a r to ft h ee x p e r i l n e n t，t h e nd i s c u s s e dt h ea f f e c t i o nt h a ti m p r e g n a t i n gt i m ea n di m p r e g n a t i n gt e m p e r a t u r e，g r i n d i n gd e n s i t yc a u s et ot h ep e r f o r m a n c eo fm e c h a n i c a lp u
10、l po fr i c es t r a w，f i n a l l yt h eo p t i m u mV a r i a b l e so ft h ei m p r e g n a t i o nw e r eg o t C o m p a r e dw i t ht h et e c h n o l o g i c a lc r i t e r i ao fc o r r u g a t e dr a wb o a r d，m e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a wa n dw a s t e p a p e rp u l pm i x
11、 t u r e si nac e r t a i nr a t i oc a nr e a c ht h et e c h n o l o g i c a lc r i t e r i ao fCg r a d e so rDg r a d e sc o r r u g a t e dr a wb o a r d S ot h em e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a wi so fe x t e n s i V ep r o s p e c t B a s e do nt h eo p t i m u mV a r i a b l e so
12、ft h ei m p r e g n a t i o ng o ti nt h ee x p e r i m e n t，t h ed a i l yd e s i g np r o d u c t i o no fm e c h a n i c a lp u l po fr i c es t r a wa n dt h es p e c i a lc h a r a c t e r so fr i c es t r a wc o m p a r e dw i t ht h ew o o dc h i p，t h ed e s i g no fi m p r e g n a t o rw a
13、 sf i n i s h e db yt h ep r o c e s si n c l u d i n gc a l c u l a t i o n、s t r u c t u r ed e s i g n、c h e c k、s e l e c t i n gt y p ee t c T h ep a p e re x p l o r e dh o wt ou s er i c es t r a wt op u l pu n d e rt h ec o n d i t i o nt h a tn oc h e m i c a lm e d i c i n ew a sa d d e d，
14、w h i c hi sf o r w a r d 一】O o k i n ga n dc r e a t i v e I td e v e l o pan e wp a t hf o rm a k ef u l lu s eo fo u rc o u n t r y sr i c hr i c es t r a w K e y w o r d：m e c h a n i c a lp u l po f“c es t r a wb u r s t i n gi d e xt e n s i l ei n d e xl o o p c r u s hi n d e xc o r r u g a
15、t e dr a wb o a r dy6 0 6 7 0 8致谢本文是在导师吴解生副教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、研究方案的实施到论文的撰写和修改无不凝聚着导师大量的心血。吴解生导师渊博的理论知识和实践知识，创造性的思维方式及严谨的治学态度，一丝不苟的工作作风给作者带来很多的启迪和教诲。在此，特向吴解生老师表示最衷诚的感谢!在三年的研究学习中，胡慕伊教授在学习上给予了极大的帮助，教授了作者控制方面的专业知识。论文的撰写过程中朱云峰同学也给予了热情的帮助。在此表示衷心的感谢。在南林的几年的学习、生活中得到了研究生院各位老师以及化工院部分老师的关心和帮助。在此，一并表示诚挚的谢意。另外，
16、在攻读硕士学位期间，作者的家人和亲戚朋友在学习和生活上给予了极大的关心和鼓励，使我能安心学业。在此，表示衷心的感谢。作者：龙永福2 0 0 4 年5 月第一章文献综述1 1 国内制浆造纸工业的现状随着社会的发展，纸和纸板越来越成为人们生活、工农业生产中不可缺少的物质和文化交流的重要载体和包装材料。据报道，2 0 0 2 年，中国纸和纸板的总产量3 6 0 0 万吨，已连续多年居世界第三位。但是，由于我国工业基础薄弱，造纸原料短缺，因而使得我国造纸工业与世界发达国家相比还有较大的差距。近年来，随着我国经济的飞速发展，国内纸张消费市场需求日趋旺盛。据有关统计，中国1 9 9 6 年纸和纸板总产量为
17、2 6 4 4 万吨，2 0 0 1 年纸和纸板总产量为3 2 0 0 万吨，2 0 0 1 年我国纸和纸板的消费量约为3 8 0 0 万吨，入均用纸2 9 千克左右。近十年中国对纸张的需求高于G D P 的增长，达8 8 7，按此推算，2 0 0 5年我国纸和纸板消费量5 0 0 0 万吨，人均用纸3 8 千克，接近亚洲平均水平。目前，世界人均用纸5 6 千克，发达国家人均用纸达3 0 0 千克，我国的人均纸和纸板消费量仅为世界人均消费水平的一半，更远逊于发达国家人均3 0 0 千克消费水平。因此，我国纸张产品市场蕴藏着巨大的市场潜力。最近几年，我国许多造纸企业通过技术改造，开展国际技术交流
18、和经济合作，从国外引进先进技术和设备，使企业的工艺装备和生产技术有了很大的提高，有的企业已达到或接近世界先进水平，在产品质量和档次方面有了较大飞跃，与国外的差距正在逐步缩小。我国的制浆造纸工业虽然已取得飞速发展，成果显著，但也面临诸多问题和挑战，主要表现在资金短缺和造纸原料匮乏两个方面。一、资金投入远跟不上我国制浆造纸工业迅速发展的需要。由于国内对纸产品的需求旺盛，因此需要大量资金投入来满足国内市场的需要。以每年6 的需求增长推算，2 0 1 0 年，纸和纸板需求量将达7 0 0 0 万吨，到2 0 1 5 年纸产品需求量将达到8 0 0 0 万吨，要在2 0 1 5年实现产量8 0 0 0
19、万吨，需要投资4 9 0 0 亿元，平均每年3 2 0 亿元，而目前一年投入约l o o 亿元，差距相当地明显。二、造纸原料非常短缺。我国的森林资源相当贫乏，目前森林覆盖率仅为1 6，可用于造纸工业的木材资源很少。又由于水土流失十分严重，生态环境日益恶化，特别1 9 9 8 年洪水之后，国家实施天然林保护工程，对天然森林采取禁伐政策，森林供需矛盾更加突出。目前我国造纸原料以二次纤维和非木材纤维为主，其次是木浆。据有关统计，2 0 0 2 年，二次纤维、非木材纤维的使用量分别占总量的4 4、3 3，木浆仅占2 3 左右。并且木浆主要依赖进口，国内木浆年产量近几年来一直徘徊在2 0 0 万吨左右，
20、占年总用浆量的8 左右。我国目前用于造纸的草类原料以麦草、芦苇等为主，由于众多原因能用于造纸的麦草、芦苇每年呈下降趁势，很多造纸企业因原料短缺而面临倒闭的危险。1 2 国内外非木材纤维制浆现状目前，在发达国家，造纸原料中木材比例占9 0 以上，但对于世界众多的国家，特别对于亚洲、非洲、东欧、拉丁美洲的许多发展中国家，草类纤维仍然是重要的造纸原料。我国利用非木材纤维原料制浆造纸有着悠久的历史，目前包括稻草，麦草，龙须草，芦苇，玉米杆，高粱杆，芦苇，韧皮纤维原料等大部份非木材纤维原料都在用于制浆。主要原因：一方面，我国的森林资源非常匮乏，又由于水土流失十分严重，生态环境日益恶化，国家对天然森林已采
21、取了禁伐政策，并且随着国民经济的高速增长，国内对纸产品的需求日益旺盛。因此，国内可供于造纸工业的木材原料远远满足不了实际需求。另一方面，我国又是一个农业大国，农作物秸杆资源和草类纤维十分丰富，并且国家鼓励发展以农业为基础的工业，这其中就包括造纸工、l k。目前，我国造纸原料以非木材原料为主，非木材原料中又以麦草为主。制浆方法以碱法为主，其他还有很少量的酸法制浆和亚铵法制浆。非木材原料蒸煮废液的特性与木材原料相比有很大的不同：一、由于非木材原料原料中细小纤维组分多，浆料滤水性能差，黑液提取率低。二、黑液粘度大，贮存和输送困难，入炉浓度低，黑液燃烧性能差。三、原料中含硅量高，蒸发器易结垢。蒸发强度
22、低。白泥由于含硅量高，过滤和沉降性能差，不能回收循环利用。再加上我国以非木材为原料的制浆造纸企业普遍存在着规模小，装备比较落后的问题。我国非木材原料制浆造纸废水的污染治理程度远远落后于世界平均水平，存在的问题、难题多。据近年统计资料介绍，全国制浆造纸工业污水排放量约占全国污水排放总量的1 0 一1 2，居第三。制浆造纸生产中的废水又主要是蒸煮废液，蒸煮废液的污染负荷约占全部制浆造纸废水的8 0 左右。然而，木材制浆造纸蒸煮废液的污染治理，无论是碱法或酸法制浆，在国际上，技术都已成熟。目前其所形成的污染甚至比生活垃圾和农业的污染度还低。因此，非木材原料蒸煮废液是我国造纸工业最主要的污染源。因此，
23、研制开发草类纤维原料无污染或低污染的新制浆技术及相应的制浆设备以解决制浆造纸纤维原料的短缺，是我国制浆造纸工业可持续发展的必由之路。21 3 稻草制浆1 3 1 国内外稻草制浆历史及现状在盛产谷物的地方，稻草是制浆造纸的重要原料来源。历史上，稻草是古老的造纸原料，可追溯到2 世纪初期，中国人发明造纸之时。直到1 9 世纪2 0 年代，木材制浆工业稳固建立之前，在欧洲和北美，它一直成为制浆原料来源。稻草制浆走下坡路是在面临劳务费用增加和收割方法改变，使稻草的收集、运输和贮存变得日益困难的条件下才开始的。草类制浆曾一度在美洲兴盛过，随着木浆生产的迅速发展，逐渐失去了优势，现在实际已被淘汰。另一方面
24、，在许多欧洲国家，尤其是保加利亚、丹麦、希腊、荷兰、匈牙利、意大利、罗马尼亚、西班牙和南斯拉夫，它们制浆的木材资源很有限，进口木浆太贵难以维持本地区造纸生产，所以，仍以稻草当作制浆造纸工业的生产基础，并稳步发展。特别是阿尔及利亚、阿根廷、中国、埃及、印度、墨西哥、巴基斯坦、斯里兰卡、叙利亚和土耳其，稻草的利用也有发展，这些国家用高得率未漂草浆生产瓦楞芯纸纸板和包装纸。漂白草浆主要用作高质量书写纸、印刷纸和其他纸种的主要配料。在中国，稻子大部分是人工种植和收割的，庄稼紧挨着地面切断，谷物脱粒后大量的稻草可用。虽然稻草广泛用作畜类饲料、家用燃料，但还有大量过剩稻草被废弃或基本上用于还田。因而有大量
25、草可用于生产纸浆。在农村，为工业收集稻草给农民带来额外收益。为许多农村闲散劳动力提供了就业机会。1 3。2 稻草(r i e eS t r a w)纤维特性学名：O r y z as a t i v aL i n n禾本科，禾亚科，稻属。别名：禾(广东)，粳(名医别录)，糯(名医别录)，产地：全国各地。生长环境：栽培植物。用途：稻草是重要的粮食作物。茎杆纤维可供制造包装纸、普通文化用纸、草纸板等。纤维形态特征：稻草纤维较短、较细。其纤维平均长度不到1 m m，宽度只有9 p m 左右。纤维细胞壁上有明显的横节纹，胞腔较小。稻草的非纤维状细胞(杂细胞)含量很大，达5 4(面积比)，其中主要是薄壁
26、细胞，形状多为枕形、椭圆形、方形、球形、多面积形及不定形的小细胞。表皮细胞体积小，呈锯齿状，齿距小，齿峰不高。稻草纸浆中无杆状的薄壁细胞。表皮细胞的锯齿端不太尖削，不定形的小细胞较多，纤维较短、较细，这些均是稻草较突出的特征。纤维测定见表2 一l 至2 3。表2 一lK 3 j e B n i 测定的纤维长度结果项目平均长度长度分布频率，(质量分数)算术一重二重0 0 00 4 006 00 8 01 0 01 2 01 4 01 6 02 0 0平均重均重均以上04 0O 6 008 01 0 012 01 4 01 6 01 8 0部位茎部0 3 606 711 03 6 22 0 51
27、6 71 0 36 03 42 11 53 3袭2 2投影仪测定的纤维长度、宽度结果项目长度，m m宽度巾m长宽比算术平均最大最小一般算术平均最大最小一般部位茎部1 0 22 1 2O 4 00 5 2 一1 0 22 1 2O，4 0O 5 21 1 2I 4 l1 4 1表2 3光学显微镜测定的童f 维细胞壁厚、腔径项目平均舡m最大印m最小舢m一般壁腔部位，u m茎壁厚1 6，1 60 3 7部腔径1 6，1 61 3 3 目前稻草制浆方法目前，稻草主要采用化学法和半化学法制浆。烧碱法、硫酸盐法和中性亚硫酸盐法制化学浆及高得率半化学浆。就强度而言，烧碱法最好，硫酸盐法次之。中性亚硫酸盐法再
28、次之。而得率情况正好相反。酸性亚硫酸盐法不适合稻草制浆，因为浆质脆，强度差。氯碱法最适合生产漂白浆，但这一方法也可只进行到碱预4表3 1谷草间歇蒸煮条件媳茎妻霎至季茎耋蓁薹薹钼斑馕斟趟导罨一莩p导术。、燃季事芏i量鎏辇重量矧占互：当圭蓬襄昌g锰堰趟委：享蓍霎臻墨誊壕凄下丫丁群蘸T了蠼王：当虽蓬亲箸昌燃晏辜一雩薹媒誊萱餐gZ。I|II毯丁丫”甲虽隳=嚣超锰p世o。萼导篇答毯g 一言丁r下m下旱毒丁銎靼=萋萎蓁曩萋羹萋霎莲5煮段为止，以生产高得率浆制瓦楞芯纸或纸板。石灰一碱法用于生产粗浆，做草纸板、包装纸和瓦楞芯纸。在间歇蒸煮中，回转蒸煮器用于石灰法、石灰一碱法和其他化学法，而连续蒸煮器用于烧碱法
29、、硫酸盐法和中性亚硫酸盐法更为普遍。表3 1 列出了间歇蒸煮生产高得率及可漂浆的各种蒸煮条件。6第二章本研究目的、意义及目前的技术状况2 1 本研究目的、意义本研究的目的在于利用我国丰富的农作物桔杆副产品稻草纤维资源，不经过化学处理采用机械两段磨的无污染或低污染方法生产稻草机械浆，用于抄造或配抄市场需求量极大的包装纸板。这样，既可缓解我国制浆造纸工业纤维原料的短缺，满足国民经济发展的需要，减少对国外包装纸板纤维原料的进口的依赖，节约大量的外汇；又可使我国农业生产的副产品稻草纤维资源得到合理的利用，为发展乡镇制浆造纸企业、增加农业人口的就业机会和提高农民收入开辟一条新路。因此，此课题的研究有着巨
30、大而长远的经济意义和社会意义。2 2 目前技术状况国内一些单位曾研究了麦草化学浆预处理热磨机械浆(c T M P)，但由于在制浆过程中加入烧碱等化学品，制浆废水中的污染难以处理，以及制浆工艺复杂，制浆设备价格昂贵，这就使麦草化学浆预处理热磨机械浆难以普及。至于不用化学预处理或蒸煮，而只用热水浸渍使稻草软化并磨制成浆的方法，目前还尚未搜索到相关资料和报道。传统的草类化学预处理机械浆的磨浆设备多采用圆盘磨浆机，这种圆盘磨浆机的磨浆的特点是：磨浆能耗高，磨浆区长度短，对纤维切断能力强，磨浆均度差，常需多台串联才能达到要求的纤维分离程度。如用圆盘磨浆机生产稻草热磨机械浆，经多台串联磨浆后，浆的纤维很短
31、，强度很差，难以用于造纸。稻草机械浆已有的设备基础：废纸浆多功能综合处理设备z s M s 一1 型疏磨筛制浆机(已由南京林业大学制浆造纸设备课题组、常熟市轻工机械厂、常熟造纸厂三方联合研制，并已申报专利)，此新设备积废纸浆的净化、疏解、磨浆和筛选四种功能与一体，大大简化制浆工艺流程，节省设备投资和能耗、降低制浆成本。经二年多的实际运行表明：该设备运行可靠、操作方便，可提高成浆质量，具有良好的经济效益。其磨浆结构采用锥形磨套磨浆结构，锥形磨套的磨浆区长度约为相同直径的圆盘磨浆机三倍左右，对纤维的切断作用小。此新设备不但可用于废纸浆综合处理，它同时也提出了一种全新的磨浆方式，从理论上解决了稻草机
32、械浆的磨浆技术难题。第三章本研究的工艺实验3 1 稻草机械浆预定制浆工艺路线卜觯一靴一觥一一一飙r 器浸溃器上斜网浓缩机-机械浆池排放或回用括性污泥法水处理系统-_ 一斜网浓缩机絮lIIlI_贮IJIlllII审浓高3 2 稻草机械浆浸渍工艺参数的确定3 2 1 实验所用原料取稻草原料先用辊式切草机切成3 0 一4 0 毫米长草片，经六辊羊角筛选，除去泥沙和细小草片后，再经锤击式分丝机分丝成细小的草丝，用6 0 目丝网筛筛出细小草灰(这些过程在工厂中完成)。经测定，试验用的稻草丝干度为8 8 7。产地：南京汤山。3 2 2 主要实验设备高浓实验盘磨机3 2 2 1 概述z s P 一一3 0
33、0 高浓实验盘磨机由吉林造纸厂造纸机械厂制造，是制浆实验研究用的理想的专用设备。本机采用先进技术、结构新颖、适用范围广、高浓制浆、效率高、性能可靠、运行稳定、占地面积小、具有操作维护方便等特点。3 2 2 2 技术参数：1)盘磨机型式主电机：主轴转数：传动方式：动盘直径：磨片直径：间隙显示精度：2)给料螺旋型式：螺旋转数：螺旋直径：3)主要参数动盘最大行程：动盘最大推力：两盘平行度：单圆盘型3 相、3 8 0 V、3 0 K w3 0 0 0r，m i n2 7 0 0r，m i n三角胶带、4 根、B 型、2 0 7 0mm币3 1 5m m中3 00 螺旋0 0 2 m m输入螺旋3 0
34、一-3 0 0r，m i n7 4m m2 0m m4 0 0 0 N0 0 4m m9动盘端面跳动动盘径向跳动：整机震动振幅：油最高温度：=0，0 6m m=0 0 7 m m=O 0 5m m5 5 3 3 3 工艺实验目的、方案及磨浆参数3 3 3 1 实验目的通过对浸渍时间、浸渍温度的控制，使草丝在各种不同条件下进行浸渍，浸渍后，利用草丝在不同浓度下进行机械法制浆，再通过抄片分析所磨浆料的性能，以确定稻草机械制浆浸渍最佳工艺参数。3 3 3 2 实验方案1)实验参数选定浸渍时间t：2 m i n，5 m i n，l O m i n，1 5 m i n。浸渍温度T：4 0，6 0，8 0
35、，1 0 0。磨浆浓度s：1 0，1 5，2 0。2)实验路线分别在浸渍温度1 0 0 下，浸渍时间为2 m i n，5 m i n，1 0 m i n，1 5 m i n 及磨浆浓度为1 0，1 5，2 0 进行1 2 次磨浆实验。再在浸渍温度为8 0，磨浆浓度为2 0 下，浸渍时间为2 m i n，5 m i n，l O m i n，1 5 m i n 进行4 次磨浆实验。再在浸渍温度为6 0，磨浆浓度为2 0 下，浸渍时间为2 m i n，5 m i n，1 0 m i n，1 5 m i 进行4 次磨浆实验。再在浸渍温度为4 0，磨浆浓度为2 0 下，浸渍时间为2 m i n，5 m
36、i n，1 0 m i n，1 5 m i n 进行4 次磨浆实验。由于本研究的稻草丝机械制浆的主要目的是把所制得的稻草机械浆与废纸板的二次纤维浆料配抄，检验配抄纸是否能达到工业要求。因此最后用在磨浆浓度为2 0，浸渍温度为1 0 0 及浸渍时间为2 m i n 条件下制得的稻草机械浆与废纸进行配抄，检验所抄纸片性能。3)所抄纸片性能分析方案：每张抄片的定量约在1 2 0 克左右，在每一个实验点上抄5 张片，耐破指数、抗张指数、环压指数为5 张抄片的各项指数的平均值。对所抄纸片性能分析包括：耐破指数(耐破度)、抗张指数(抗张强度)、环压指数(强度)。(1)耐破指数：1 0 x：耐破指数，k p
37、 a g m2p：(绝对)耐破度，K p a(k g，c m)w：定量，单位为g，m2(2)抗张指数：x=G P，wx：抗张指数，N m，gG P：绝对抗张强度，N m(k g，l5 m m)w：定量，g m 2(3)环压指数：以N m2 偿表示。耐破、抗张、环压指数值的确定方法：用每次磨浆实验所得浆料抄片1 0 张，从中选出5 张最好的抄片用于耐破、抗张、环压指数值的测定。最后取平均值即为耐破指数、抗张指数及环压指数。3 3 3 3 磨浆参数确定经磨浆摸索，稻草丝的最高磨浆浓度应在2 0 左右。当磨浆浓度高于2 0，易产生浆料堵塞无法出浆、及浆料焦化等问题。磨浆浓度控制：按上述3 3 3 2
38、 中拟订方案浸渍的稻草丝经脱水机甩干后测得浓度为3 2。据此，通过计算加入适量的同温度水调整到所需的磨浆浓度。因此，稻草丝在进入进浆螺旋前浓度已被调好。在整个磨浆过程中，盘磨机所选用的磨浆间隙：0 5 m m，进浆螺旋转速：3 0 0 r，m i n。并经测定所磨浆料的打浆度在2 5。s R 左右。3 3 4 实验数据图表及结论3-3 4 1 浸渍温度1 0 0，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间的关系图表。3 3 4 1 1 磨浆浓度2 0 表1 1 浸渍温度1 0 0 磨浆浓度2 0，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系3 3 4 1 2 磨浆浓度1 5 表1。2 浸渍温度1 0 0，磨浆浓度1
39、 5，抗张、环压、耐破指数与浸溃时间关系浸渍时间tm i n1 51 052抗张指数N m，g5 4 6 75 4 4 35 3 6 65 2 9 8环压指数N m2 幢0 7 7 1O 7 6 2O 7 5 4O 7 5 9耐破指数K p a g m21 7 1 2I。7 6 71 6 4 61 5 9 33 3 4 1 _ 3 磨浆浓度1 0 表1 3 浸渍温度1 0 0 磨浆浓度l O，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系结论1：由表1 1，1 2，1 3 及图1 1、1 2、1 3 可知耐破指数、抗张指数、环压指数与浸渍时间的关系：浸渍时间对耐破指数、抗张指数、环压指数影响非常地小。3
40、3 4 1 4 浸渍温度l O O c c，抗张、环压、耐破指数与磨浆浓度的关系图。浸渍温度1 0)，浸渍时间15 m i n卜抗张指数_ 一环压指数卜耐破指数7矢o Z Z26 51，1 81 6j 磐6，1 4籁5 51 2靼5、：1O 80 64 50 40 24“一U20 1 5 1 0 磨浆浓度图1 4 1 抗张、环压、耐破指数与磨浆浓度的关系1 4结论2：由表1 1，I 2，1 3 及图1 4 l 一1 4 4 关于抗张、环压、耐破指数与磨浆浓度的关系图可知：随磨浆浓度的提高，耐破指数、抗张指数、环压指数上升得非常的明显。草丝在1 0 0 的温度下，浸渍1 5 分钟，磨浆浓度从1
41、0 升至2 0 的情况下，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高4 2、3 5 1、3 8 9 左右；浸渍l O 分钟，磨浆浓度从1 0 升至2 0 的情况下，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高4 1 3、3 1 9、4 1 左右；浸渍5 分钟。磨浆浓度从1 0 升至2 0 的情况下，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高4 0、3 6 1、3 1 4 左右。总之，磨浆浓度对抗张指数、环压指数、耐破指数影响较大，且与抗张指数、环压指数、耐破指数呈正相关性。稻草丝热磨机械制浆在满足实际生产要求的基础上，在尽可能高的浓度下磨浆，能获得相对较好性能的浆。1 4 2 浸渍温度8 0、磨浆浓度2 0。抗张
42、、环压、耐破指数与浸渍时间的关系图表。表2 浸渍温度8 0，磨浆浓度2 0，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系l-4 3 浸渍温度6 0、磨浆浓度2 0。抗张、环压、耐破指数与浸渍时间的关系图表。表3 浸渍温度6 0，磨浆浓度2 0，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系1 61 4 4 浸渍温度4 0，磨浆浓度2 0。抗张、环压、耐破指数与浸渍时间的关系图表。表4 浸渍温度4 0，磨浆浓度2 0，抗张、环压、耐破指数与浸渍时间关系结论3：由表2、3、4 及图2、3、4 同样可得出抗张指数、环压指数、耐破指数与浸渍时间的关系：稻草丝分别在8 0、6 0、4 0 温度下浸渍，并在高浓情况热磨制机械浆
43、，浸渍时间对耐破指数、抗张指数、环压指数的影响非常地小。1 4 5 磨浆浓度为2 0，抗张、环压、耐破指数与浸渍温度的关系图。1 71 8结论4：由图5 1 5 4 关于抗张、环压、耐破指数与浸渍温度的关系图可知：浸渍温度越高，耐破指数、抗张指数、环压指数越好。稻草丝磨浆浓度为2 0 情况下，在浸渍1 5 m i n，浸渍温度从4 0 上升到1 0 0 q C，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高1 7 2、1 4 8、1 9 7；在浸渍1 0 m i n，浸渍温度从4 0 上升到l o o。抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高1 7 8、1 2 6、1 9 4；在浸渍5 m i n，浸渍温度
44、从4 0 上升到lo o，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高1 8 6、1 3 7、1 9 1；在浸渍2 m i n，浸渍温度从4 0 上升到1 0 0，抗张指数、环压指数、耐破指数分别提高1 8 1、2 0 9、1 8 6。总之，浸渍温度较高，磨浆性能较好。此外，浸渍温度为l o o q c 和8 0 的两种情况下，通过抄片性能分析，抗张指数、环压指数、耐破指数比较的接近，因此，浸渍温度应尽可能的满足在8 0 以上。3 3 5 浸渍最佳工艺参数确定基本原理分析：由于实验用的是经锤击式分丝机分丝成的细小的稻草丝，细小的稻草丝在高温水的浸渍下，立即吸水润胀，故能在较短的时间内达到很好的浸渍效果
45、，又由于在实际生产中，但要使稻草丝达到均匀的浸渍并吸水润胀，必须在浸渍器内有一定的时间的翻转、搅动才能达到均匀浸渍。综合前结论1、2、3、4 可得出如下的结论：浸渍时间对稻草机械制浆的影响不是很大；浸渍温度越高，稻草丝机械制浆的效果相对越好，浸渍温度应尽可能的满足在8 0 以上；磨浆浓度对稻草丝热磨机械浆的性能影响最为明显，在满足实际生产要求的基础上，应在尽可能高的浓度下磨浆。由于浸渍时间是本课题的浸渍器的设计最为重要的参数，因此，根据前部分的工艺实验，并依据实际生产经验，可确定稻草丝机械制浆浸渍最佳工艺参数：稻草丝的浸渍时间为2 m i n左右。3 3 6 稻草丝机械浆与废纸配抄性能分析用在
46、磨浆浓度为2 0，浸渍温度为1 0 0 及浸渍时间为2 m i n 条件下制得的稻草机械浆与废纸进行配抄，废纸浆是回收废箱纸板的二次纤维，抄片的定量在2o o g m 2 左右。表五废纸配抄稻草机械浆的比例对各项指数值的影响抗张指数N m，g2 7 92 3 4 51 5 8i 1 0 46 5 9 8表六箱板纸的技术指标指标名称单位规定A 等B 等c 等D 等E 等耐破指数K p a-g，2 0 0 一2 3 0 9 m2m。2 9 525Og，m。2 7 52 6 51 5 01 L 0O 9 0环压指数N m 儋2 0 0 一2 3 0 9，m28 4 025O g，m 9 7 08 4
47、 06 O O5 2 04 9 0注：上只列出环压指数、耐破指数指标。表七瓦楞原纸的技术指标指标名称单位规定A 等B 等c 等D 等横向环压指数N m2 幢1 1 2g，m26 55 03 53 01 2 7 1 4 0 9 m27 15 84 O3 216O 一2OOg，m28 47 15 03 2纵向抗张指数N m，g3 9 23 4 32 4 51 9 6注：上只列出环压指数、抗张指数指标。结论：l、比较表五和表六：在废纸板浆中配抄5 0 的稻草机械浆，其耐破指数基本上能达到箱板纸的技术指标要求。但其环压指数还有一定的差距。通过分析，总的来说，废纸板浆和稻草机械浆配抄达不到箱板纸的技术指
48、标要求。2、比较表五和表七：在废纸板浆中配抄2 5 左右的稻草机械浆，抗张指数超过D 等瓦楞原纸的技术指标，基本接近c 等瓦楞原纸的技术指标；抗张指数能达到D 等瓦楞原纸的技术指标。所以，抗张指数、抗张指数两项指标能达到D 等瓦楞原纸的技术指标。2 l第四章稻草机械浆浸渍设备的设计4 1 目前存在的浸渍器简介4 1 1 压力浸渍器压力浸渍器是化学热磨机械浆(c T M P)制浆系统中浸渍工序用的主要设备之一。它是同充满型(饥饿型)螺旋喂料器配套使用的加药加汽装置。料片到此由压缩转为膨胀，迅速吸入药液，使料片经过浸渍，改进蒸煮浆的质量，减少浆渣。采用立式双螺旋压力浸渍器，浸渍均匀，蒸煮液比小。压
49、力浸渍器可在短时间内上使木片、竹片、棉杆大大提高吸入药液的性能。一般情况下，料塞刚落入浸渍简底部时的含水量约4 0，浸渍后料片含水量可达到7 0 以上。压力浸渍器的生产能力与提升螺旋转速有密切关系，生产能力越大，要求螺旋转速越快些。目前常用的压力浸渍器有两种形式：一种是由T 形管改装而成，在加高了的壳体(T 形管)内装上一台立式双螺旋提升机，也有汽动活塞防反喷装置，其锥形阀头与料塞为常闭方式。汽缸压力按需要控制，汽压一般为O 5 M P，阀头位置由限位开关调节控制。浸渍器内液位高度约为总高度的8 0，配有液位和温度监控仪表。料片在5 0 一8 0 的药液中浸渍1 1 5 m i n，借浸渍器的
50、高度和提升螺旋的转速来控制。浸渍器的壳体与螺旋喂料器底板相铰接，浸渍器的的入口与螺旋喂料器出口管间有填料密封结构，这种连接方式可消除温差造成的应力。结构示意图如图4 1 所示。另种是瑞典s u n d sD e f i b r a t e r 公司开发利用的压力浸渍器，也称挤压一浸渍器。也采用立式双螺旋结构，其工作原理：浸渍筒内装有保持一定液位的蒸煮液，当料塞连续通过反喷阻尼进入浸渍筒时，原料靠它自身的弹性开始膨胀，在高温高压的作用下很快松散开来。并由两个平行的提升螺旋送到其顶端。在这一过程中。木片被进一步浸渍，然后在重力作用下降落到蒸煮管内。浸渍筒的液位由液位连锁回路控制，稳定地喂人蒸煮液。