造纸原理与设备.ppt

造纸原理与设备培训 2014.4.2,一、纸机概述二、流浆箱三、网部四、压榨部五、烘干部六、压光、卷取,一、纸机概述,1、纸机的定义与分类1.1 纸机的定义 把经过打浆、调制以后符合抄纸要求的纸浆通过复杂的机械部件作用，抄制成具有一定干度和质量的纸页的机器。从定义可以看出：造纸机包括从纸浆流送开始，到卷纸机的全部设备。,1.2 纸机的分类 造纸机主体及其辅助系统有着不同的形式和规格，工程设计时主要根据纸浆种类、成纸品种以及产量要求等来确定各分部的形式和规格，形式不同，则结构不同。从而构成了不同种类的纸机。在工程实际中，常以成形部和烘干部的形式结构特征为基础进行造纸机的进行分类。可分为长网多缸纸机、圆网多缸（双缸）纸机、夹网纸机、复合纸机（长圆网纸机、叠网纸机）等。见下图。,造纸机的分类还有二、三级分类。第二级分类是按照同一基本形式类别的造纸机中按特定要求配备的特殊配置来划分，如新闻纸机、文化纸机、箱板纸机等；第三级分类是按照车速来分类。除了常规的分类外，还有一些纸机与之前的结构都不同，生产的过程与一般纸机也有所不同，称之为特种纸机，如玻璃纸机。,长网纸机图片,叠网纸机图片,夹网纸机图片,2、纸机的组成,纸机圈路示意图,3、纸机的规格 国外：多以机宽即成形部成形网的宽度和最大车速来表示。国内：多以净纸幅宽（切边后）和最大工作车速来表示。如1760/300，3200/500等 各种规格的造纸机在配置上差不多，由于原料、产品、车速所导致的配置差异。可按多种不同产品要求配置纸机各部件，具体生产时有选择性的使用相关部件即可。,4、纸机常用术语 4.1 纸机的宽度（1）净纸宽度也叫公称净纸宽度、成品宽或纸机幅宽。是指纸机生产出来的成品纸的总幅宽度。（2）抄宽也叫毛纸宽或纸幅宽度。是卷纸辊上纸幅的宽度。抄宽净纸宽切边宽 切边宽一般为40mm（3）湿纸宽度抄纸过程中由于机械牵引力和干燥，各部纸幅的宽度是不同的，湿纸宽度一般是指刚离开网子时 湿纸幅的宽度，即两定边水针间的宽度。湿纸宽度毛纸宽度/（1横向总收缩率）,4.2 纸机的车速 车速造纸机各部分的速度是不同的，一般所说的车速是指造纸机的出纸速度，即卷纸辊上纸卷的实际速度。以m/min表示。（1）工作车速是指纸机最适宜的车速范围。（2）平均车速也叫计算车速，是指平均先进操作水平的车速，用以计算完成生产计划的计算标准。（3）最高车速是指造纸机在良好的工作条件下，在工作车速的基础上发挥20潜力后的车速。（4）设计车速也叫结构车速、极限车速。一般新式纸机按最高车速提高2030，用以计算零件的强度即机件所能承受的最大负荷极限和选用传动功率。（5）爬行车速是指为了纸机启动时各部接头、检查和清洗纸机的铜网、毛布、干布和各部运转情况所使用的车速，一般只有1025m/min。,4.3 网宽成形网的宽度，决定了上很多机构的幅宽尺寸。4.4 轨距指造纸机两侧底轨中心线间的距离。4.5 左手机和右手机造纸机分左手机和右手机，左手机用左手引纸较为顺手，右手机则用右手引纸较为顺手。确定左、右手机的方法是：站在造纸机的出纸端，面向纸机，如传动侧在左手边则为左机，用Z表示；如传动侧在右手边则为右手机，用Y表示。4.6 纸机的“三率”（1）抄造率 抄造率抄造量/（抄造量抄造损纸量）100（2）成品率 成品率（合格成品量/抄造量）100（3）合格率 合格率（合格成品量/成品量）100）,4.7 纸机的生产能力指造纸机的计算产量。QVBqK1K2（g/min）VBqK1K2K360（T/D）0.06VBqK1K2K3/1000（T/D）式中：V车速（m/min）B抄宽（m）q定量（g/m）K1抄造率（）K2成品率（）K3工作时数（h/D）,5、纸机的选型 基本原则：一般根据纸浆的特性、纸品的特性、质量指标和产量要求来选择纸机。首先，根据产量要求确定幅宽有关的尺寸，即由净纸幅宽确定网宽及车速范围；然后，从原料纸浆和所生产纸品的要求出发，结合车速范围选择纸机各部分形式，原则：（1）主要根据车速范围并辅以产品形式选择成形网的形式；（2）传动方面，考虑采用分部传动，并根据车速的高低选择合适的控制系统；（3）根据车速的高低选择恰当的引纸方式；（4）根据纸品的质量要求选择压榨形式、施胶形式和压光形式等。,二、流浆箱,1、概述1.1 流浆箱的作用 流浆箱作为纸机的浆料流送装置，是把浆料均匀而稳定的流送和喷布到成形网上，为纸幅的良好成形提供必要的前提。浆料流送装置是造纸机的起始部分，习惯上称之为流浆箱或网前箱，其结构和性能对纸页的成形、纸机操作及成纸质量有重要影响，所以流浆箱是造纸机的一个关键部分。,1.2 流浆箱的要求（1）保证浆料流动平稳，没有大的涡流、横流和瞬时速度波动现象，并沿纸机的全宽度分布一致。（2）上网的浆流所有各部分浓度一致，纤维分散均匀，能防止沉降和絮聚。（3）保证纸料上网的流速可以控制，使其与网速接近，以获得最好的纸页形成条件。（4）纸料上网所流经的分布管道和流浆箱内壁应光滑无挂浆现象。,1.2 分类 流浆箱按照发展的进程和结构基本特点，可以归纳为四种：敞开式、封闭式、敛流式、敛流气垫结合式四大类型。根据喷出浆料所需的速度，流浆箱可分为敞口式和压力式两种，压力式流浆箱又可进一步分成气垫式和水力式。1.3 主要组成浆料分布装置（布浆器）浆流匀整装置（匀浆元件）上浆装置（堰板）。,气垫式流浆箱示意图,敛流式流浆箱示意图,2、各组成部件的形式及作用2.1浆料分布装置 由布浆器管和分布元件组成。总管可分为为圆锥形、方锥形。布浆元件：单管布浆器、错流布浆器、多管进浆布浆器、孔板布浆器、阶梯扩散布浆器和管束布浆器等几种形式。作用：浆料从锥管的大端进入，小端回流，主要是保证支管浆流压头的稳定与浆料的分布均匀，同时可以防止在锥管末端有死角，防止浆团聚集，并排除气泡。在循环端设有控制阀，由控制阀的开度来控制循环量，以维持两端有相同的压力。,2.2 浆料匀整装置,匀浆元件,静止挡板、管束、孔板、阶梯扩散器,转动匀浆辊,浮动导流片,匀布和调整浆流使上浆装置的流道中的整个截面的各点浆流速度一致。使浆流具有理想的流态，有适当的微湍流（流体无定向的适度波动），消除絮聚和保持浆流中纤维均匀分布。,2.3 上浆装置 堰板在结构上可以分为喷浆（鸭嘴）式、垂直式和结合（鹰嘴）式3种。各种堰板如图所示。上浆装置俗称堰板，是造纸机流浆箱的浆流出口部件。堰板的作用是使纸料均匀地、以一定角度喷射到网案的网面上，在网上形成均匀的纸页。因而堰板的设计和操作，对于纸页的形成和纸页横幅定量的均匀性有明显的影响。,1-胸辊 2-下唇板 3-上唇板 4-垂直堰板 5-堰池 6-上唇板调节机构,三、网部,1、网部的作用及分类1.1 网部的作用 使纤维良好的交织并使之成形具有一定湿强度的湿纸页，并将已成形的纸纸页脱水到一定干度。纸幅在网部的成形决定了纸张成品的重要性。（脱水、成型）1.2 分类 分类：长网、圆网、夹网。,长网纸机网部,2、长网部的组成 整个网部由一张无端的网把各部件联系在一起。两端胸辊（起始端）、伏辊和驱网辊（末端）上部成形板、案板（案辊）、湿吸箱、真空箱。下部导网辊、校正辊、紧网辊。,3、纸页在网部的成形、脱水过程,第一段：上网段（包括唇板、成形板）作用 主要是保证生产均匀的纸；同时适当脱水，其脱水量随车速不同而 要求不同 要求 纤维分散要好，尽量无絮聚。第二段：成形脱水段（由成形板后到真空箱前，由案或案板组成）作用 通过脱水使纸页成形。A区采用缓和的脱水元件，控制脱水速度不要太快；B区宜用脱水量较大的元件，使水尽快脱除。第三段：高压差脱水段（由真空箱、伏辊组成）作用：脱水。要求：真空箱的真空度由前向后渐增。纸页在真空箱脱水有两种形式：一是靠纸页上下的压差脱水，一般在水线前，称湿箱；二是靠负压将纤维间附着的水带进真空箱，一般在 水线后，称真空吸水箱。,4、网部各组成部件简介4.1 胸辊 位置：在网案的最前端。作用：支承铜网并有一定脱水能力。材料：管辊，表面包胶、衬铜或镀铜。规格：直径根据网宽而定。,4.2 成形板 位置：胸辊与第一案辊之间。作用：使上网浆流稳定，避免过于剧烈的初始脱 水速度及网下陷、网面跳浆现象 材料：要求有足够的刚度和耐磨性。所以可采用硬橡胶、木材、工程塑料、陶瓷等。,4.3 案板 位置：位于成型板之后 作用：a、支撑成形网；b、靠下游侧所形成的真空抽吸脱水。机理：水由两部分脱除，前缘靠刮水，倾斜面利用压差和速差脱水。形式：可有单件和组装等形式。材料：橡胶、高密度聚乙烯、金属、陶瓷、聚甲醛、层压 板及硬木等，其中以含二硫化钼的硬橡胶、高密度聚乙烯和陶瓷的使用效果较好。,4.4 湿吸箱和真空吸水箱 作用：高压差脱水 位置：安装在脱水板和伏辊之间 结构：真空箱有箱体和面板两部分组成。材料：箱体常用铸铝、不锈钢或钢板焊成。面板常采用 木材、橡胶、低压聚乙烯、高密度聚乙烯、陶瓷等材料制成。吸水箱在装设时多相互紧靠在一起，有时分成前后两组，其中真空度逐箱提高，并可借其真空系统种的调节器来控制。有的纸机采用移动式吸水箱或履带式真空吸水箱，其目的是为了减轻对成形网的磨损。,真空吸水箱结构及水汽排出图1-箱体 2-面板 3-密封挡板 4-调节螺杆5-气水分离器 6-真空调节阀 7-真空总管 8-泄气阀9-接真空泵 10-水腿 11-水封池,4.5 饰面辊 作用：a、整饰纸面，改善匀度，减少两面差；b、留下特殊的印记（水印）。用在证券 纸或有特殊要求的纸张中。结构：空心辊筒，包复铜网或不锈钢网。,4.6 伏辊 作用：a、进一步脱水，同时提高紧度和湿纸强度，以利于引入压榨部。一般出伏辊纸页干度为18-20%。b、在一些纸机上，伏辊又是整个网部运动的主动辊。类型：普通伏辊、真空伏辊 真空伏辊又可以分为单室、双室、三室等几种，一般造纸机多用单室式，高速造纸机和薄纸造纸机（如电容器纸机）多用双室式，三室式多用于高速薄纸纸机。,1-辊壳 2-传动侧轴头 3-固定螺栓 4-传动侧轴承5-工作侧端盖 6-工作侧滚动轴承 7-真空室 8-真空箱传动侧轴承9-真空箱工作侧轴头 10-真空箱工作侧支架 11-真空箱回转机构 12-抽出真空箱用的滚于13-加压密封条的空气软管 14-向软管送入空气用的接管,4.7 驱网辊 作用 a、承担长网成形器的主要传动任务，长网成形器所需动力的5070是由驱网辊传递给成形网；b、在伏辊后形成一段网段，便于真空吸移辊在这段网上吸移纸幅。结构：无缝钢管包胶，与胸辊结构相似。4.8 其他装置 导辊、校正器、张紧器、喷淋装置、换网装置等。,四、压榨部,1、作用 a、使湿纸页进一步脱水，以便在干燥纸时尽可能少的消耗蒸汽。b、将网部传递过来的湿纸页，传送到干燥部进行干燥，起着承前启后的作用。c、在压榨脱水的同时，增加纸中纤维结合力，提高纸的紧度和强度。d、消除纸的网痕，提高纸面的平滑度，减少纸的两面差。,2、压榨脱水机理 按脱水方向，可把压榨脱水分为反向脱水和垂直脱水两种情况。2.1、反向脱水压榨（水平、横向脱水）当纸页与毛布进入压区后，受到上辊的重力及附加压力，起两个作用：脱水作用和压缩变形作用。,反向脱水压榨的特点：压出的水不能垂直流出，必须水平穿过毛 布沿辊反向流出。脱水阻力大。脱水速度慢。由于以上情况，脱水效率低。允许压榨线压力小。,2.2 垂直脱水 纸与毛布压出 的水大部分能垂直穿过毛布流到下压辊辊面上的孔隙中去沿辊转动方向的正向流出或沿切向甩出。,垂直脱水压榨的特点：脱水距离短。脱水阻力小。脱水速度快。脱水效率高。压区线压力可以较大。由以上机理分析可见，要提高压榨脱水效率，应考虑以下因素：减少脱水距离。提高脱水推动力，即增加压力差。降低脱水阻力。,3、压榨部结构3.1压榨形式的选用所用的压榨型式和道数取决于纸种、浆种和车速等因素。一般来说，在低速及窄幅门纸机上采用普通压榨，在中高速或宽幅门纸机上，前面几道采用真空压榨，也可采用沟纹等。当松厚度和低密度是纸的主要指标时，应设置较多道数的压榨，而避免在压榨中使用过高的压力纸的平滑度和表面质量要求高（如印刷纸和书写纸）时，要装设反压榨及光泽压榨。,3.2 压榨的几种常见结构3.2.1 普通压榨a、b-正压榨 c-反压榨 d-光泽压榨l-伏辊 2-上压榨辊 3-下压榨辊 4-毛毯 5-引纸辊 6-毛毯吸水箱7-烘缸 8-毛毯校正辊 9-毛毯张紧器 10-毛毯导辊 11-毛毯挤水辊,3.2.2 中低速纸机1-伏辊 2-第-道真空正压榨 3-第二道真空正压榨 4-光泽压榨 5-烘缸,3.2.3复合压榨三辊两压1-真空伏辊 2-真空吸移辊 3-网毯压榨的衬网 4-毛毯 5-毯压榨 6-石辊 7-平滑压榨辊 8-烘缸 9-真空压辊 10-沟纹压辊,优点：真空引纸辊将湿纸吸引到引纸毛毯上，传递到复合压榨的第一压区和第二压区。第一压区是由真空压辊和沟纹压辊组成的双毛毯压区。其比较单毛毯压榨有更高的脱水效能，同时也可以减少纸幅的两面性能差异，避免纸幅的断头。当湿纸已经经过两个压区压榨脱水，湿纸强度页已提高以后，才用开放引纸引入另一道沟纹压榨，同时提高纸张正面平滑度。同时具有结构紧凑，占地少等优点。,3.2.4复合压榨四辊三压,1-张紧辊 2-导向辊 3-润滑喷水管 4-吸水箱 5-驱网辊 6-伏辊 7-真空引纸辊 8-压榨真空辊 9-弧形辊 10、12-压榨沟纹辊 11-中间辊 13-高压移动式喷水管 14-浸湿喷水 15-托辊 16-烘缸,4、压榨的形式4.1 普通压榨 a、普通压榨由两个辊面平滑的上下压辊所形成的压榨，又称平压榨。b、上压辊负有对下压辊加压，促进湿纸页脱水的任务，因此上压辊表面必须具有较大的硬度，而且上压辊往往与湿纸页直接接触，要选用辊面容易剥离湿纸页的材料，如人造石等。c、下压榨辊是铸铁空心辊筒或无缝钢管包胶。具有耐腐蚀性和弹性，可缓和上压辊对湿纸和毛毯的压榨作用，减少湿纸“压花”，并且能让上下压辊达到更好的接触，压榨脱水均匀。,4.2 真空压榨 a、与普通压榨不同的是下辊为真空辊。真空辊上的许多小孔可以容纳压区中来自纸幅和毛毯的水分，利用上辊压榨与下辊抽吸相结合的方法脱水，较之普通压榨有高得多的脱水效能。b、与普通压榨比较，真空压榨的优点是：湿纸页的干度可提高2%左右，湿纸页被压溃的可能性减少，因而容许压榨前湿纸页有较高的水分，或在压榨中采用较高的线压。c、毛毯寿命延长，湿纸页断头少，但真空压辊也存在着结构复杂，动力消耗大，对某些纸种纸面上出现有孔眼排列形状的阴影等“影痕”问题。,4.3 沟纹压榨 a、最主要的部件是沟纹压榨辊，沟纹辊是辊面上有螺旋或环形细沟的包胶辊或不锈钢套辊。b、沟纹中的水可借喷气、喷水、负压抽吸等方法排出或在一定的高速下被甩出。c、沟纹压辊的硬度应比普通压辊高，一般在肖氏硬度90度以上，以减少沟纹的变形和对毛毯绒面的“拔毛”损害。,4.4 靴式压榨（宽压区压榨）a、有很宽的压区，纸页在高压力下有较长停留时间。该压榨更有利于纸幅的固化，使去干燥部的纸页更干更强韧。b、关键性部件是固定的靴形加压板和不透水的合成胶带，它们组成双毛毯压区的底面部分。靴形板用润滑油连续润滑，其作用好似胶带的“滑动支承面”。c、靴式压榨在254mm长的靴形板上平均加压4130kPa，相当于用正常压榨方法加压到1050kNm。它有相对较低的压力，再加上可控的压缩比，减少了纸页压溃的可能性。,4.5 压榨部的附属装置 a、加压提升机构 目前采用广泛的为波纹气胎，高线压采用液压加压。b、刮刀装置 每道上压辊都设有刮刀装置，用于清除附在辊面的细小纤维。同时当断头时可在辊上刮去湿纸页。c、毛毯张紧器及校正器。d、导辊 e、毛毯清洗装置。,五、烘干部,1、干燥部的作用 a、干燥纸页；b、提高纸强度；c、提高纸平滑度；d、完成纸的施胶,2、特点一般造纸机的干燥部都采用双缸排列形式根据不同纸种在干燥部的收缩，干燥部的烘缸对一般的纸种可分为24组，并根据此配用干毯数量。每张干毯设置有相应的导毯辊、校正辊和张紧辊为降低干毯中的水分含量，一般前两组设有烘毯缸。干燥部还配备有通风罩，防止热损失，中、高速纸机还有引纸绳装置和回收系统。在干燥部的末端，通常设置12个冷缸。干燥部是分若干个组传动的。各组之间的速度可以用机械或电气的方式无级调节，以适应纸幅在干燥过程中的收缩生产薄型纸类的自接造纸机，常采用只有一个大烘缸的干燥部。,3、干燥过程、机理 多缸纸机的干燥过程：一个干燥周期可分为四个干燥区，区：从纸进入烘缸到干布进入烘缸 区：从干布进入烘缸到离开烘缸 区：从干布离开烘缸到纸离开烘缸 区：从纸离开烘缸到进入下缸 在图中四个区中，热量传递主要在 区，水汽化也主要在 区；水蒸汽的逸出主要在、区。,4、烘缸(冷缸）4.1 结构 a、由铸铁加工而成的薄壁圆筒，表面磨光，有的需要表面镀铬。筒体的两端有两个带轴径的端盖，传动侧的轴是空的，轴头上镶有汽头。在缸内装有冷凝水排除装置。b、烘缸筒体和缸盖用螺栓紧固。为严格密封，筒体和缸盖的法兰间有石棉橡胶垫或石棉绳。c、在烘缸操作侧缸盖上开有人孔，以便安装，检修冷凝水排除装置。d、冷缸在结构上和外形上与烘缸基本相同，只是缸内通入冷水，一根水管从传动侧插入，一直到操作侧。管上均匀分布的喷嘴，水经喷嘴进入冷缸，水用戽斗排出。,1-缸体 2-工作缸盖 3-传动侧缸盖 4-虹吸管5-进汽头 6-齿轮 7-轴承 8-人孔盖 9-罩板,5、烘干部其它装置 a、烘缸刮刀 b、张紧器 c、校正器 d、导辊,6、干燥对纸张性质的影响 a、干燥与纸张物理性能的关系 纸干度达50以上时，机械强度才明显增长。受干燥影响的主要有伸长率、伸缩性、松软性、吸收性、透气性、紧度、透明度和各项机械强度。b、干燥与纸张应力、应变 干燥会影响纸张的弹性。c、干燥过程中纸的收缩与传动分组 纸在干燥过程中失去水分，会发生收缩，但同时受到牵引作用还会伸长，最终表现为伸长。为了保证纸的质量，应使烘缸速度适应纸的干燥收缩，因此烘缸传动要合理分组。d、干燥与纸张脆性 温度过高、干燥速度过快，都会使纸张脆性加剧。,六、压光、卷取部,1、压光机的作用 一是整饰，提高纸幅的平滑度，光泽度和紧度；二是，改进不均一的纸页成形；三是压缩和密实纸张的纤维。1.2、压光机的类型及结构1.2.1 硬辊压光 a、由310个表面光滑的铸铁辊筒垂直安装在机架上组成的。b、底辊一般为主动辊，其他辊子都是被动辊，靠彼此之间的摩擦而转动。压光辊的数目按所生产的纸种及及其对光泽度等性能的要求来决定。,1.2.2 软压光机（一）特点 a、性能优越、操作简单、纸幅压光断头少、压光后成纸质量提高、设备运行作业率高。b、压区较宽，纸幅在压区停留时间长，其增加的能耗变成为热的形式传给纸幅，软化纸幅表面的纤维，使其容易压光，增加平滑度。（二）原理 压区由一根可加热调温的冷硬铸铁辊和一根可控制中高，其辊壳外包覆弹性材料的软辊组成。软辊辊面在压力作用下的变形，使压区形成面接触，而使单位面积的压强较低，纸幅表面受到温和的处理，所以纸幅整饰均匀，松厚度损失少。,2、卷取2.1 卷纸机 卷纸机是造纸机的最后一个设备，用来把纸幅卷成纸卷，纸卷缠卷的质量和紧度的均匀性，是纸的贮存和进一步加工的必要条件。2.2 圆筒卷纸机 目前广泛使用的一种卷取设备，这种设备中，缠卷的纸卷被压在以不变的线速及角速度转动的卷纸缸上，纸卷在其表面与卷纸缸表面之间的圆周力作用下转动。随着纸卷直径的增大，纸卷的转速也就不断地减小，而圆周速度仍保持不变，等于卷纸缸周速。,习题,1、纸机的定义？2、2640/500表示什么？3、按照结构特征纸机可分为哪几种？4、纸机的主要组成?5、简述纸机网部的作用及主要组成。6、压榨的形式包括哪几种？7、纸为什么要进行压光？,