制浆造纸设备与操作 第05章-废纸制浆及废纸脱墨设备

制浆造纸设备与操作第五章 废纸制浆及废纸脱墨设备第一节 概述废纸制浆基本流程及设备特点

回收的旧纸箱(OCC)、旧报纸(ONP)、旧杂志(OMG)、混合办公室废纸(MOW)、印刷品和工业纸板的边角料，乃至液体饮料纸盒等作为造纸原料，已经有了十分成熟的生产工艺。

近十年来已经能用100%废纸浆生产质量上乘的瓦楞纸、工业卡纸、面巾纸、卫生纸、新闻纸、复印纸等等，其中瓦楞纸、箱板纸和新闻纸是成功应用二次纤维的最大宗纸品生产。废纸原料市场称为“新的造纸森林”。

在我国，今后相当一段时间还会大量使用从美国和欧洲进口的各类废纸作为二次纤维的生产原料。

进口这些地区的废纸实际上是进口了优质的木材原料。

与其他种类的纸浆生产相比，废纸纸浆生产具有成本低，节电节水，排污负荷低的特点。一、非脱墨废纸制浆二、废纸脱墨制浆三、废纸制浆设备的特点（一）规格越来越大

除了少量设备例如除渣器还是通过单体数量的累加构成生产能力之外，流程上的单台专业设备都已能够达到日产800～1000t浆料的水平。（二）耐磨

各种废纸原料，均含有废料，例如粘胶带、印刷油墨、钉和书钉、砂石、铁件、玻璃、橡胶、塑料制品等。

浆料的浓度很高，在强烈的连续的摩擦和能量转移的过程中，亦要求接触的部件表面有很强的耐磨能力。（三）加工精度高

高精度的成品首先带来设备性能的大幅度改善例如，废纸浆的疏解机、热分散机、磨浆机，由于进刀机构的精细设计和加工效果，刀盘之间的间隙可以得到非常准确的调整控制。又如精筛筛框的缝，现在已经可以造到0.0lmm级

的精确度。

精度高的第二个好处是部件工作寿命更长。不少转动部件与固定部件之间是需要安排动态密封的。精确的机加工可令密封面靠得更近，间隙夹杂其他杂物的机会更少。这样密封面的磨蚀就可以大为减少。（四）多功能和简化工艺

除渣器在筛分和除去重质杂质的同时，可以排除浆料中的气泡和塑料、粘胶等轻质杂质。

双网压滤机把其中的下网延长，变成附加的多段逆流置换洗涤，这样一台设备就可以同时具备洗涤和浓缩的功能。

筛子的顶盖可以聚集和排除浆料中的空气和轻质杂质。

复合筛把粗筛和精筛结合在同一台设备上，另一种发展是在同一台精筛上安排两段甚至三段筛框，这样也就等于把两段或三段筛子装在同一台设备中。（五）材质的考究

设备材质的选用，大体上视部件结构、设备的功能以及其接触物料的性质而决定。

当立式碎浆机用于脱墨浆生产线时，一方面要保持浆料的质量，减少铁离子溶进制浆系统，另一方面要耐受脱墨用化学品例如NaOH,H2O2，EDTA等的腐蚀，槽体就选用不锈钢。

重杂质除渣器在靠近流程前段，重杂质含量很高、颗粒的磨损性能很强的情况下，会使用铸铁或不锈钢的外壳，耐磨树脂或NiCr钢衬里。而在流程靠后段则可以使用优质工程塑料。这样一方面可以满足耐磨的需要，同时可以大幅度减少材料成本和部件的质量。第二节废纸碎解设备一、立式高浓碎浆机高浓碎浆机的工作浓度为10%～15％。

高浓碎浆特别适用于需要添加化学品的脱墨浆生产线。

碎浆浓度高就等于化学品浓度高，碎浆的化学过程包括油墨的皂化、纤维的润胀、木素的漂白等其效率可有成倍的提高。

纸捆、纸片之间起润滑作用的水层减少，干物料通过相互紧密强烈的搓揉而加速碎解，凡此种种都令高浓状态下纸片的碎解效率更高，因而更节能。（一）转子1．转子的功能转子同时有三种功能：①将动能传送给槽体内的物料，②直接对成捆、成片的纸片进行撕碎，

③将浆料往轴向方向推，以强化槽内物料的搅拌。

转子的转速在250～400r/min之间。为了平衡和吸收碎浆槽内物料的巨大翻动，转子和转轴的实际尺寸比单从功率计算所需的尺寸要大得多，以便让它们有更大的质量和惯量。图4-7表示一种常见的高浓碎浆机转子。2．转子的设计转子设计过程如下：①根据实验和实践经验，确定能量转移值。

②根据碎浆机的工作环境，物料的性质例如酸碱度、工作温度等选取适用的材质。③确定转子的转速和叶片端点线速。

④计算转子叶片的受力并通过受力分析，计算叶片的切向和径向截面。

⑤根据碎浆机容积的大小，选取转子的惯量系数并据此修正叶片的截面。⑥选择转子与转轴的连接方式。

为了增加叶片的耐磨性能，叶片的前缘镶衬耐磨材料。

为了强化转子的动能传送功能，适应高碎浆浓度的要求，越来越多的供应商将转子的刀盘向轴向延伸，如图4-8所示。

越靠近浆面，需要传递的能量越少，因而锥体的直径逐渐减少。锥体恰好占据着旋转浆料所形成的旋涡，这种设计具有较高的效率。3．锥体的螺线

锥体的螺线有双线和三线的两种，在锥体的横截面上对称分布。螺距比较大，一般是锥体直径的2～3倍。（二）槽体和底刀1．槽体的基本结构

通常槽体是圆柱形的，尺寸以计算的生产能力而定。

如图4-9所示，阴影部分是碎浆机槽体的有效工作容积。

对于高浓碎浆机，绝大多数的工作情况是间歇的工作方式。

筛板的筛孔直径和总开孔面积要视处理废纸的种类和生产能力而定，筛孔直径一般为12～18

mm，而开孔面积要比良浆出口截面大1.8～2倍。4．D-型碎浆机

在高浓碎浆过程进人到浆料比较均匀状态的时候，如图4-9阴影部分所示的浆料有时会形成一个里面浆层之间不相对运动而自身作旋转运动的“料饼”。

不少碎浆机在圆柱壁内侧增设2～3个挡浆块，可以有效地破坏“料饼”相对静止的状态，

提高碎浆效率。而图4-11所示的D-型碎浆机的碎浆槽则是挡浆块的放大形式。D-型碎浆机

能消除“同步”旋转的浆饼。（三）筛板

高浓碎浆机的筛板是废纸制浆一系列分离杂物过程的第一道工序。

筛板的作用是大规格杂物的净化过程，同时又使后续的设备例如粗浆泵、高浓除渣器等得到保护免受粗重杂物的冲击及磨损。

废纸原料中常夹杂着金属、非金属废料。筛板材质要选用坚硬耐磨的材料。筛板常常分成几片，以便于更换。

筛孔一般是圆孔，有些筛板的圆孔顶部还扩展成倒锥形，有利于浆料的顺利通过。筛孔按连续等边三角形排列，可令筛板在保持最大开孔率的同时具有最好的强度和刚度。二、立式低浓碎浆机

低浓水力碎浆指工作浓度为3%～5%的碎浆过程，可以是连续的操作工艺，也可是间歇的操作。低浓碎浆机适用于中小型废纸制浆生产线。排渣绞索

不少废旧纸板混杂各种条形杂物，如铁丝、塑料绳等。如果在碎浆槽里放进一根足够粗的缆绳，例如Φ50的尼龙绳，浆料里面的条形杂物就会在物料的旋转中紧紧地缠绕在缆绳上。工作原理：碎浆时槽体装有

水和浆料，槽体底部装有带刀片的转盘。转盘转动，产生巨大的涡流，使浆料受到强烈的冲击和水力剪切作用，并受到刀片的机械作用和浆料相互的摩擦作用，使浆料纤维疏解得到分散，碎解后的浆料通过设在转盘下的筛形板，由放料口排出。主要参数：碎浆浓度、碎浆时间和碎浆体积。第二节废纸碎解设备三、转鼓碎浆机

一种大型高效碎浆设备，基本结构是平卧的长圆筒。

前段为碎浆段，工作浓度15％～17％，后段为筛选段，工作浓度3.5%～4.5%。

转鼓碎浆机的机械作用不如立式水力碎浆机强烈塑料薄膜类杂质倾向于保持原状而很少被撕碎，这样在筛选段的去除率更高。

前段分离杂物的数量越多，后段除渣设备的负担就越小，相应的效率以至最终总的除渣效果也会越高。

转鼓碎浆机的另一个优点是能耗低。转鼓碎浆机与水力碎浆机相比，吨浆装机容量低30%～40%。（一）碎浆段

碎浆段是直径3～4m，工作长度10～20m的圆筒，水平倾角1°。壁厚约20mm，内壁焊提升板。

进到筒内的废纸与连续加入碎浆段的稀释水、化学药品一起随圆筒旋转，被提升板带到顶

部掉下来。

通过反复的摔打，绝大部分纸片碎解成单根纤维。

圆筒的转速要使筒内物料的圆周速度所产生的离心力不大于重力。（二）筛选段

是同直径的圆筒形筛板，直接焊在碎浆段筒体的出口端上。这样，圆筒形筛板是悬臂在碎浆段上的。

根据废纸原料种类的不同，筛孔直径6～10

mm不等。

筛选段处理的粗浆已经是均匀的物料，运转中很少冲击，筛板的厚度可以比碎浆段薄得多。

有的将筛选段与碎浆段分离，分别传动。倾角和转速，甚至直径不一样。但结构就变得复杂了。

筛选段附带一到两根稀释水管，将15%浓度的浆料稀释到3.5%～4.5%。同时可以起冲洗筛孔的作用。1．美卓（Metso）公司的轮胎传动转鼓碎浆机这种碎浆机的特点：

①是设计的系列化和模块化。美卓公司的转鼓碎浆机只有一个工作直径4000mm。按照生产能力

的不同，设备在长度和相应部件上有系列性的变化。如图所示，当设计产量为500、1000、1500t/d时，该型碎浆机的碎浆段和筛选段分别是一个模块、两个模块和三个模块的组合。

②使用轮胎代替齿轮传动。这种传动方式噪音小，吸收冲击负荷好，维护简单。但是摩擦传动的效

率毕竟要比齿轮传动低。该转鼓碎浆机碎浆段和

筛选段的内部结构则与前述奥斯龙公司的设计相

仿。四、其他形式碎浆机（一）卧式水力碎浆机

卧式水力碎浆机的主要工作部件槽体是一个水平放置的圆筒，顶部开落料口。

水、化学药品和废纸原料都是从落料口进入槽体。碎浆机的飞刀和底刀都是垂直安装的。飞刀的转速约为300～500r/min。

其工作原理与高浓水力碎浆机的转子相似，通过飞刀的高速转动将大部分的动能传递给浆料。（二）纤维分离机

是补充碎浆设备。纤维分离机刀盘的转速比水力碎浆机高，工作浓度则比水力碎浆机的低。

纤维分离机在工作中由于良浆穿过筛板从良浆出口排出，粗渣在粗浆里的比例逐渐增加，对槽体内壁的磨蚀加大，因此纤维分离机的钢制槽体内壁要镶衬耐磨衬板。

衬板可以是NiCr钢板，也可以是非金属的花岗岩石板。

逐渐积累的重质粗渣通过程序控制的排渣阀定期地排出，而由于离心力作用分离出来的轻质杂质则聚集在槽体的中心区，由轻质排渣管排出。筛板的筛孔通常为8～12mm。令人费解！（三）疏解机

用于废纸经碎解后进一步处理未完全消失的纸片或浆团。有些疏解机结构与锥形图4-28疏解泵精浆机非常相似，只是磨浆的磨盘齿形不同，而且疏解的浓度比精浆的浓度高，大约为5%～6％。

疏解机的功能可以看成是碎解机的补充，而本身的装机容量要小得多。因此两种设备搭配使用，可以有效地缩短碎解机的工作周期。一方面可以充分发挥两种设备各自的功效，提高生产能力，另一方面又可以降低整个碎浆系统的能耗。

为了保护疏解机的磨盘，流程中将疏解机安排在第一道粗筛或者高浓除渣器的后面。（四）疏解泵

在泵送粗浆的过程中可以对尚未完全碎解的纸片进一步处理。疏解泵将泵的叶轮前缘加长，并且前缘造得比较锋利。第三节筛选净化设备

废纸制浆过程中的筛选净化设备处理对象是制浆造纸工艺过程靠前段的粗糙物料，这些筛选净化设备与传统造纸过程的筛选与净化设备应有不同例如，与物料接触的部分要很耐磨，筛孔筛缝的规格尺寸较大。

通常孔筛位于废纸制浆流程的前端，又称为粗筛而缝筛位于流程的中段或末段，又称为精筛。压力筛无论是孔式或是

缝式都具有相似的结构：①筛体，包括出、入口，上盖，支座。②筛框，筛框的加工方法，加工精度。③转子，转子的形式。④轴承副和机械密封。

为了使大规格的杂质有效地从粗浆中分离出去需要把浆料稀释到合适的较低的浓度。

浓度越低，筛分的效果越好。但是浓度过低，筛前的泵送和筛子本体的功率消耗都会增大。

近代的筛子特别是孔式粗筛都尽量往较高的工作浓度发展。

现在用于处理二次纤维的粗筛能在3.5％～4％的浓度下正常工作。一、孔类压力筛（一）外流式压力筛压力筛转子的旋翼也提供了一定的筛选动力。

浆料从进浆口切线方向进入筛体，先经过分布室粗重杂质停留在分布室，然后粗浆进入筛分区。

浆料在筛框穿过筛孔的动力既来自进浆压力，也来自高速旋转的旋翼前缘的挤压。

由于单根纤维的尺寸比筛孔小得多，大多数良浆得以穿过筛孔，沿着筛框外侧流到良浆出口。

被截留下来的粗渣随同部分好的浆料在筛框内侧向下移动并从排渣口排出。

在浆料打浆度很低，浆料疏水性很强的情况下，留在筛框内侧的浆料和粗渣浓度会很快提高。

为了维持筛选过程的正常进行，帮助粗渣顺利排出，需要从稀释水人口补充足够的水。

开有筛孔或筛缝的筛框是压力筛最重要的功能部件。筛孔和筛缝的几何尺寸既要保证良浆顺利通过，又要能有效地截留住不同段落的粗大杂质。

用于废纸浆生产的孔类筛框筛孔一般为Φ1.2～2.0mm，筛缝的缝宽为0.1～0.3mm。

往往要让相当一部分好纤维留在粗渣中。这就是筛子的排渣率的选用问题。通常压力筛的排渣率为15%～25%。

一般浆料通过筛孔的速度选0.1～0.5m/s，开孔积便决定该筛的生产能力。

开孔率大，也就是孔或缝更密集。在保持足够的机械强度和耐磨蚀量的前提下，开孔率直接关系到该筛的工作效率。（二）内流式压力筛

工作原理和基本结构都与外流式压力筛相似，在废纸制浆过程中偶有应用。这里只列出如图4-30所示的奥斯龙公司产品，其结构与原理与通用的内流式压力筛一样。二、缝类压力筛

缝类压力筛与孔类压力筛一样常用于废纸制浆过程。（一）普通缝筛缝筛少有内流式的构型。

对于缝筛要考虑纤维分级问题，特别是在处理游离度较高的浆料尤其要注意。

筛缝的几何尺寸越来越小，长纤维往往来不及穿过筛缝而滞留在筛框内，一方面会影响筛选效率增加粗渣比例。另一方面会令粗渣区的浓度迅速上升，由于堵塞而影响生产正常运转。

处理这类浆料的时候，一个办法是加大稀释水加人量，另一个办法是选择有较大脉冲压力的转子（二）多级筛

基于全新的可持续发展工艺概念，一种多级筛已经研制成功并投入使用。

把2～3级筛的转子和筛框都装在一个筛体里，粗浆进入筛体里的第一段筛选段后，良浆从

良浆口引出，而粗渣则在筛体内直接导向第

二段筛选段。如此延续，如图4-33所示。

把几段筛造成一体，对部件的材质、装拆设计、轴的支承、段间流量控制等都有更高的要求。但是节约了大量的能耗。（三）复合筛

与多段筛相似的设计思路，供应商发展了另一种复合筛。如图4-34所示，粗浆导人筛体后，首先在底部转动的筛板上进行筛选。良浆穿过筛板从良浆出口排出，留下来的粗渣拐弯向上进行第二次筛选。这样的组合同样有节约能耗和设备空间的优点。三、高浓除渣器

位于废纸碎浆后的第一工序，重点除去夹带在废纸原料中4mm左右粒径以下的重质杂质。这些重质杂质典型种类有碎石、砂石、沙子、碎玻璃书钉、小铁片等。

这些杂质的相对密度为7.5～8.0，在浆料浓度甚高（至3.5%～4%）的环境中仍能由于离心力很

大的缘故穿越浆层而得以有效分离。密度越大的杂质，分离的效率越高。

高浓除渣器把分离锥体做成两段，令杂质分离效果更好。

由铸铁制成锥体外壳，下锥体由于要与密集的杂质连续摩擦，因此衬有硬度很高耐磨性能很强的陶瓷套管。第四节 浮选脱墨设备一、浮选槽概述

浮选槽是废纸脱墨过程的核心专业设备。随着脱墨浆的广泛应用，对脱墨浮选槽的研究开发也与脱墨工艺研究齐头并进。各式实用型的浮选槽层出不穷。

浮选脱墨是移植浮法选矿工艺而发展起来的一门应用技术。由于大部分的印刷油墨是油基性物质，油墨粒子有明显的疏水性。通过表面活性剂的作

用令大小不一的油墨粒子能被气泡捕集并浮托到

浆面上，从而达到把油墨从浆料中分离出去的目

的。课本P118加气装置5-325-32废纸先经过疏解和加入脱墨剂经熟成软化后,才进入浮选槽;进浆必须带入足够的空气量;空气和浆料混合良好并形成均匀分散的细小气泡,以吸附浆中的疏水性物质使其尽快上浮;4、上浮的泡沫要及时与浆料分离,并尽量少的带走良浆。多级浮选脱墨设备适合用于国内各种办公废纸（激光印刷、静电复印）、废报纸旧书刊杂志纸及国外（如：３７＃美废、日废、欧废）等废纸的浮选脱墨，能够有效去除广谱范围（５－５５０um）油墨颗粒、NCR胶囊、填料、胶黏物、塑料和其他憎水性物质等。第五节 热分散机热分散