造纸机的原理与结构课件.ppt

造纸机的原理与结构,1,制浆造纸流程,整个制浆造纸流程可以分为备料制浆打浆抄纸完成复卷整饰分切打包等,2,造纸机的抄造方式,造纸机分为湿法和干法两种湿法是将纤维分散在水中成为悬浮液进行抄纸干法是用空气作为介质使之成为悬浮体进行抄纸我们现在主要讲湿法造纸,3,造纸机的类型,湿法造纸机根据网部的结构分为圆网造纸机，长网造纸机，夹网造纸机，斜网造纸机四大类。我们目前主要以长网为主。,4,造纸机的主要参数,1.造纸机的生产能力 Q=0.06vBmqk1k2k3/1000Bm卷纸机上纸宽度 Q生产能力q纸的定量，k1抄造率k2成品率 k3造纸机的利用率u工作速度,5,造纸机的主要参数,2.造纸机的车速抄纸车速：以卷纸机卷取车速（卫生纸除外）设计车速（结构车速）爬行车速网宽轨距传动方位,6,造纸机的组成,典型的造纸机由流浆箱，成型部（网部），压榨部，干燥部，施胶部，压光部，卷纸部，传动部，电器控制部，气动部，润滑部，液压部等组成的一个复杂的系统。,7,浆料的匀整（流浆箱）,如前所述，浆料在成型之前必须保持良好的湍流状态。才能保证良好的上网状态。流浆箱就是为完成此项功能而设计的。典型的流浆箱形式有：敞开式，气垫式，水力式，半水力式等。,8,流浆箱的作用及要求,沿纸机横向均匀的分布浆料能有效的分散纤维喷浆稳定足够的刚性便于清洗、操作及维修不生锈，流道平滑，不挂浆及时排除纸料中的空气及泡沫。生产的适应性强。,9,流浆箱的组成,流浆箱主要由进浆母管，管束或者阶扩，混合室，高湍流发生器，上、下唇板，溢流装置气垫室，上唇板水平调节装置，上唇板上、下开启调节装置，上唇口微调装置，上唇口变形补偿装置，喷水管，照明灯，箱体，后盖及其开闭液压装置，走台控制系统组成,10,纸页的成型与脱水（网部）,网部的任务：脱水，形成湿纸页。网部脱水量占纸机总脱水量的90以上。结合水与自由水：结合水指与纤维内外表面的羟基紧密结合在一起的那部分水，不能流动与传递液压，其含量取决于细纤化程度纸页成型的机理（Parker理论）：纸页成型是脱水、定向、与湍动三个同步发生的基本水力学过程的综合,11,湿纸页过滤沉积过程,12,纸页的成型与脱水,1.1 长网纸机网部脱水的要求与控制 纸料上网初期，对纸页的脱水和成型的控制要求严格，要控制脱水的速率，根据脱水的速率，逐步增强脱水的能力，纸页定型后，再进行强制脱水，在保证纸页良好成型的前提下，逐步加强脱水能力，尽量提高湿纸进入伏辊的干度与强度。1.2 长网纸机湿部成型与脱水的三阶段 上网段、成型脱水段、高压差脱水段,13,长网造纸机湿部示意图,14,长网部纸页成型和脱水过程,15,纸页的成型与脱水,2.不同纸料的脱水要求与控制2.1 长网纸机网部脱水的要求与控制（1）一般纸种的脱水要求与控制：网部前端，要求缓慢均匀的脱水，实施适当的扰动（2）高游离度纸浆：低浓度、强脱水（3）高粘状纸浆：缓慢脱水，持续保持扰动2.2 上网纸料的喷射要求：全幅纸料的喷射角、喷射速度（浆速）、喷射距离 和喷浆的厚度等保持一 致；喷射方向与纸机中心线 应平行，不混入空气，不产生大的湍动干扰 和跳浆。,16,纸页的成型与脱水,2.不同纸料的脱水要求与控制2.2 上网纸料的喷射 生产上的控制：纸料的配比、车速、堰池的水 位、冲浆泵的压头、进出伏辊湿纸的水分；浆料 上网的着网点，水线的位置和形状2.2.1 水线 从网部上面观察时，可在长网上看到一条明显的分 界线（通常在第二真空箱附近），它相当于浆料面 上不再呈现镜面的地方。,17,纸页的成型与脱水,2.不同纸料的脱水要求与控制2.2 上网纸料的喷射2.2.2 喷射距离着网点距胸辊轴向中心线的距离，与流浆箱的结构、操作参数等有关2.2.3 成型板（或成型箱）设于胸辊和第一支案辊或案板间，用于控制浆料的初始脱水量，改善成型，消除跳浆，同时，支撑成型网成型板（或成型箱）结构：无孔平板、钻孔平板、板条式成型板（常用类型）常用条式成型板：总宽度400600mm，由15块板条组成，第1块宽，100200mm，其余窄些，65100mm，间距4050mm，板面硬橡胶覆面，现用PE板;成型板末端边缘低于成型网0.75mm1.5mm,18,纸页的成型与脱水,2.不同纸料的脱水要求与控制2.2 上网纸料的喷射2.2.4 着网点的位置(如图3-62)随纸机的情况而定，对高速纸机，成型板应距离胸辊由适当的距离，浆料的着网点在成型板前沿稍前一点，使浆流与胸辊间有一定空隙，让浆流、胸辊和网间狭区内的空气穿过网排出，并使浆料能很好地进入成型板，保证纸页获得良好的成型。,19,2.2.5 着网点与喷射角的调节与控制喷射角（见图3-63）纸料从堰板喷出后，重力作用下变成抛物线的浆流，浆流的喷射轨迹与下唇板间的夹角 着网点靠调节堰板、控制喷射角的大小来控制,20,合理的上浆位置,21,喷射角示意图,22,2.2.6 喷射角的调节与控制 降低X/Y,加大喷射角，降低着网点，脱水加剧，喷射角太大，会产生成纸两面差、跳浆。细纤维流失增加，成纸两面性大，且影响到其它物理强度；若太小，着网点过远，上网段的脱水量太小，也会影响成纸质量；喷射角的调节通过变化堰板的X/Y来实现，不同的浆料，适合的喷射角不同，粘状浆脱水困难，大些，游离浆易脱水，应调小些，X/Y一般取0.72.0。,23,纸页的成型与脱水,2.3 浆速与网速的关系 VM=VC，为浆网速比，值对纸页的成型、脱水和成纸质量均有密切的关系。1，网对纸料没有剪切力，纸料着网时扰动小，纤维在网上容易絮聚，成纸匀度差。夹网造纸机，取1。大于1时，浆速大于网速，但过大的速度差，容易出现浆料翻滚、纤维卷曲；对滤水快的游离状料，,24,过大，会造成“浆道子”，一般来讲，对粘状浆料，要求成纸的伸缩性大，值取大于1，如卷烟纸、电容器纸 取1.06-1.14。网速大于浆速时，在网对浆料牵引力的作用下，可促进纤维分散，减少絮聚，成纸匀度好。但过小，导致纵横向强度比大，成纸多孔性和柔软性比较差。对一般书写纸取 取0.83-0.93；纸袋纸取0.95-0.98；纸绳纸取0.79-0.80,25,压榨部,1 概述现代新式造纸机，纸张抄造过程水脱出情况：98.3在网部脱掉，1.1%在压榨部脱掉，0.6在烘缸部脱去；网部、压榨部、烘缸部脱去相同重量水的成本比较：1：70：330；改进压辊材料、结构、合理的压榨组合和毛毯设计新式复合压榨、靴型压榨,26,压榨部,2 压榨部的作用和组成目的和作用：脱水并使纸幅固结；提高平滑度、降低松厚度、提高湿纸幅强度；将湿纸页传递到干燥部,27,压榨部,3 湿纸页压榨过程描述,第1阶段：纸页和毛毯开始压缩，空气流出直至水分达到饱和，纸页中尚未形成脱水的推动力；第2阶段：纸页内压力上升，水由纸页转入毛毯，当毛毯达到饱和时，水从毛毯排出。,28,第3阶段：压区开始扩大，直至纸页中水压力为零，相当于纸页干度的最高点第4阶段：纸页和毛毯开始扩张，纸页变成不饱和状态，纸页重新从毛毯吸收水分，纸页回湿。,29,压榨部,影响湿纸页压榨部脱水的因素（1）压榨部的压区数、压辊形式及其压榨组合方式等；（2）线压力、压辊直径、压区结构、压辊硬度、毛毯特性、湿纸的可压缩性；（3）压榨脱水温度等。,30,压榨部,压榨的对纸张性质的影响纸的耐破强度随压榨力的增加而增加,因纸页 结合强度;抗张强度随纤维间结合力的变化而变化,因此增加 压榨力,可提高纸的抗张强度;松厚度随压榨力的增加而降低;压榨力对撕裂度有一定的影响,主要取决于浆料打 浆的程度;,31,纸的气孔率随压榨力的增加而呈线性增长;纸的不透明度随压榨力的增加而下降,因使纸的反 射系数降低;改善纸页的两面性;压榨造成纤维角质化,降低润胀能力,保水值下降,尤其对硫酸盐木浆;,32,压榨部,湿纸页从伏辊到压榨部的传递方式开放式引纸和封闭式引纸(包括粘舐引纸/真空引纸)引纸方式的选择主要考虑纸机的车速和产品定量开放式引纸适合于中低速纸机;纸页的剥离点、剥离角；高速纸机和超高速薄页纸机采用真空引纸,33,剥离角（take-of angle）是纸幅从网、毯或滚筒上被揭离时纸幅与网、毯或剥离点处滚筒切线之间的夹角。最佳的剥离角在很大程度上取决于浆料的特性，剥离角与湿纸页剥离时的张力与应变密切相关，长网造纸机一般在3550。,34,压榨部,湿纸页从伏辊到压榨部的传递方式,35,干燥部,1.概述干燥部占造纸机总设备投资和运行费用的一半以上合理设计的重要性（蒸汽和冷凝水系统，通风，干网）干燥速率和蒸汽消耗量是评价干燥部性能的两个重要指标典型蒸汽消耗量为每kg水1.3kg蒸汽保证纸机横向有均匀一致的蒸发,36,干燥部,2.干燥部的作用和组成目的和作用：脱除湿纸页中的水分，同时提高纸的强度，增加纸的平滑度，完成纸的施胶组成：因纸机生产品种的不同而有较大的差异,37,干燥部,3 湿纸页从压榨部到干燥部的传递影响湿纸页传递的因素：横幅定量的均匀性，湿纸页的固有强度，湿纸页被支撑的情况（影响到湿纸页的张力和施加到湿纸页的应力）传递的方式：（1）毫无支撑的开放式引纸（图2），70年代主导方式，容易断头。（2）将干网延伸到引纸辊，干网支撑保护着湿纸、改善以前长距离开放递纸过程的颤动（图3），但高速纸机干网带来的界面空气，又会使湿纸页颤动和延长，当湿纸页与干网分离，湿纸被干网压在烘缸上时，常常出现皱褶。（3）八十年代改进的干燥部引纸方式（图4），特点：干网支撑段的上方安装有传递真空箱（采用低真空，75125Pa）（4）用干网代替真空箱，湿纸页由两床干网夹着 传递到干燥部,38,干燥部,4.干燥过程及其原理4.1干燥过程(1)干燥部描述 多数纸机有35个单独套有干毯干 燥区，每个区有独立的速度控制以 维持区间的张力、调整纸页的收缩。所有上下干毯运行均配有张紧辊和定位辊。通常也可分成35个独立控制蒸汽压力的区，蒸汽压力分区可以与干毯分区相同，也可不同。,39,毫无支撑的干燥部开放式引纸,40,干燥部,(2)烘缸干燥区 四个不同的干燥区：ab区，湿纸页从烘缸表面吸热；bc区，压纸干燥区，该区 热量传递最多，蒸发水量 对低速纸机和高速纸机分 别达8085和6065；cd 区，也是贴缸干燥区，湿纸在恒定温度下进行单面自由蒸发；de区，双面自由蒸发干燥区，纸页在该区温度下降（高速纸机达1215度）。纸的干燥都有一个升温、降温、再升温的循环过程。,41,有真空辊、传递真空箱的干燥部引纸方式,42,干燥部,4.2干燥原理(1)干燥方式和干燥过程的阶段性 纸在干燥部有两种干燥方式：对流干燥与接触干燥，纸机干燥部的主要干燥方式是接触干燥。对流干燥在烘缸间双面自由蒸发区（de区，袋区）和低温烘缸上进行，其干燥过程分为恒速和降速两个阶段，湿纸经烘缸加热到外界空气的湿球温度后，开始恒速干燥，此时，水从纸页内部扩散到纸面的速度大于纸面水分蒸发的速度，湿纸稳定接近空气湿球稳定。当湿纸温度降低到一定数值后，水从纸页内部扩散到纸页表面的速度纸面蒸发水分的速度，降低阶段开始，这时，干燥速率下降而纸的温度上升。对流干燥的速率服从道而顿方程。,43,干燥部,(2)干燥方式和干燥过程的阶段性 接触干燥过程可以分为升温、恒速和降速三个阶段。升温阶段时间很短，纸的水分变化不大，但湿纸的温度和干燥速率增长很快。恒速阶段纸的温度和干燥速度基本不变，干燥时间占纸机全部干燥时间的50%65%。降速阶段又可分成两个阶段，第一降速阶段，干燥速率几乎呈直线下降，纸的温度降低，第二降速阶段，干燥速度剧减，纸的温度回升，纸页内部和表面的温差接近零。恒速阶段去除游离水，降速第一阶段去除毛细管水和结合水，第二降速段则仅去除结合水。,44,干燥部,(3)干燥方式和干燥过程的阶段性 纸页接触干燥三个阶段的机理一般引用对流干燥的原理加以解释，恒速阶段的干燥速率决定于外部扩散，而降速阶段的干燥速率取决于内部扩散。总的来讲，湿纸页在干燥部干燥过程中，既有接触干燥，又有对流干燥，每个烘缸不仅又四个不同特性的干燥区，而且整个干燥部各烘缸的温度控制也不相同，纸页的干燥速率决定于干燥过程传质和传热的复杂平衡。,45,干燥部,干燥过程热力学计算 干燥部的热量消耗计算、烘缸面积、烘缸数和烘缸部的出力计算 一般扬克纸机大径烘缸干燥出力可达5060kg水/（m2.h），一般薄页纸机烘缸干燥出力在1040kg水/（m2.h）间。,46,压光(Calendering)作用：提高纸张的平滑度、光泽度、改善纸张厚度等参数的横向均一性，获得光滑的印刷表面；操作：用辊子进行碾压，借施更大的压力和（或）剪切力和借加热或润湿纤维，使它们更柔韧而加以强化。好比用熨斗熨平一件布衬衫。,47,.机内压光与机外压光出于成本和效果的原因，大多数压光作业都是机内进行的。机外压光成本高，只有当机内压光满足不了纸张表面整饰要求时才使用。经典的机外压光作业交替使用铁棍与纸粕辊的超级压光机。,48,（1）机内压光机的型式 在传统的硬压区 纸机压光中，纸 幅被碾压至均一 厚度（如右图）,49,（2）机内压光机的压辊,压光辊加热的方式,50,（4）纸机机内压光机的型式,在线压光机,弹性辊采用水冷法去除面层产生的热量，硬辊配可变中高。特征：辊子都是单独驱动的，可以在纸机速度下打开和封闭压区,51,（5）机外超级压光 特点：通过软辊的变形将部分施加的能量转化为热量。通常约有25的传动电能使辊子发热，这也造成传统纸粕辊使用寿命的下降。当目前新型“控温辊”的开发，有可能更好地控制而利用该热量。超级压光重要的一个方面是选用合适的材料，制成规定硬度的纸粕辊。目前，由棉花和其它植物纤维材料切制成。北美造纸工业已在积极开发超级压光软辊材料的代用品,52,53,双面超级压光机结构,54,3.纸张卷曲 纸张干燥与压光后，纸张成品必须为随后的机外加工集卷成一个适当的形式，纸机通常配备有圆筒式卷纸机。要求：卷筒松紧均匀，避免两端松紧不一和卷芯起皱等缺点。种类：轴式（适用于低速纸机）、辊式（适合于各式纸机、卷成的纸卷紧实、纸幅受张力小、不易断头）。,55,4.纸张复卷（Rewinding）复卷机(winder)的任务：将全幅宽、大直径的纸卷断开并卷绕成合适规格的纸辊。组成：退纸架、卷纸机构（张紧辊、纵切装置、舒展棒、复卷装置）。支撑辊的压力控制、纸幅张力控制非常重要。,复卷机控制系统,56,5.纸辊的完成 纸辊完成的步骤为过秤、包装、缩叠（将包装纸交叉折叠）、封头（将圆形纸贴粘在交叉折叠的端面上）、贴标签。新闻纸新型的纸辊完成系统见下图，该系统仅需3个操作工，每天可处理2000个纸辊。,57,58,纸机传动 纸机传动系统必须具有在很大范围内精确地单独控制每个分部速度的能力。当纸幅在纸机的分部间传送时，必须拉紧纸页以便施加控制纸幅所必须的张力。各部分速度的协调非常重要。传动方式的发展：20世纪60年代以前的机械传动，随后是可调的、直流分部电气传动。1982年出现了模拟速度调节器的直流电机，将数字调节应用到纸机电气传动，体现了最新科技水平的控制。20世纪80年代初期，调频交流传动在欧洲和日本获得了发展。现在该设计已成为今后的首选传动技术。,59,液压、气控润滑等控制系统,现今，所有高速造纸机的控制一点也离不开液压气控。伺服系统、比例系统等远程控制已成为发展的方向。,60,