如何进行纸料净化和筛选？

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：纸料的净化和筛选设备，基本上与制浆部分所用的净化筛选设备相同。纸机前所用的净化设备主要是锥形除渣器，而筛选设备使用最多的是旋翼筛。如生产一般纸种，不要求纸料有很高的净化程度，选择606型就可以满足产品的质量要求，又有较好的经济性。其主要特征是在密闭条件下浆料以较高的压力切线进入压力筛，合格纤维在压力差的作用下通过筛板得到筛选。

纸料的净化和筛选设备，基本上与制浆部分所用的净化筛选设备相同。纸机前所用的净化设备主要是锥形除渣器，而筛选设备使用最多的是旋翼筛。

净化设备是利用纤维和杂质的密度不同来选分杂质，除去纸料中相对密度大的砂粒、金属屑、煤渣等。

筛选设备是利用纤维和杂质几何形状的不同来选分杂质，除去纸料中相对密度小而体积大的粗纤维、节子、纤维束等。

（一）锥形除渣器

1.锥形除渣器的工作原理

锥形除渣器如图3-13所示。它的上部有进浆口和良浆出口，粗渣出口位于圆锥体下部收缩部分。锥形除渣器的工作原理是利用浆流旋转运动所产生的离心力除去砂粒和杂质。当一定压力的纸浆沿切线方向进入除渣器内以后，便沿内壁产生强力旋转。由于旋转运动所产生的离心力，使纸浆中的砂粒等杂质抛向内壁，并在重力作用下沿锥体内壁下沉至排渣口排出。浆流向下转至锥体末端之后，改变运动方向，在下降浆流的中心里层向上旋升，把更细小的砂粒抛向外层的下降浆流中去。除渣器做成锥形可使旋转半径逐渐减小，从而避免浆流在旋转过程中的速度降低，以保证离心力得到加强。

图3-13 锥形除渣器

从流体力学的观点来看，锥形除渣器中的浆流运动现象称为自由旋涡运动，当不计摩擦力时，自由旋涡运动的切线速度v与旋转半径r的关系为：

rv=K

式中 K——常数

上式说明在锥形除渣器中浆流的运动速度随半径的增加而降低。将上式与杂质所受的离心力结合起来，则对质量为m的颗粒在除渣器中所受的离心力F为：

F=mv ² /r=mK ² /r ³

上式说明在锥形除渣器中，质点所受的离心力随旋转半径的减小而剧烈地增加。所以除渣器做成锥形有利于离心力的增强，小直径的除渣器较大直径的除渣器有较高的除渣效果。

2.锥形除渣器的选型

锥形除渣器的规格型号较多，常用型号的技术特征如表3-1所示。大型号的除渣器生产能力大，排渣率小（如606型一般排渣率为5%～10%），动力消耗小，但净化效果差。小型号除渣器的净化效果好，但排渣率高（如600型一般为10%～15%），动力消耗大。因此实际选用时，必须根据浆料要求的净化质量与生产操作的经济性来综合考虑。如生产一般纸种，不要求纸料有很高的净化程度，选择606型就可以满足产品的质量要求，又有较好的经济性。而生产纸板和较低级的纸时，对产品的尘埃度要求不严格，可以选用622型以上的大型号除渣器，以除去较大的杂质。只有生产对尘埃度要求特别严格的高级纸时，才有必要选择600型除渣器。

表3-1 几种锥形除渣器的型号与规格

3.锥形除渣器的串联

锥形除渣器往往不是单个使用，而是采取串联循环的方法排列。如把尾渣依次串联实行多次除渣称为“分段”；如把良浆依次串联实行多次除渣称为“分级”。图3-14为二级三段的串联流程。

图3-14 二级三段的净化流程

分段的目的是为了减少尾渣中纸浆的损失。究竟采用几段，要根据浆料的质量、除渣器的型号、产品的质量要求等条件决定，一般以尾渣中好纤维降低至0.5%～1%为原则。使用小型号的除渣器，因排渣率大，要求的段数较大型号的多，如600型一般采用三段以上的净化流程，而606等大型号的除渣器，一般采用二段到三段。

分级的目的是为了提高良浆的净化质量，但多一级处理动力消耗成倍地增大。只有在合理使用一级而质量还达不到要求时，才考虑采用二级，绝大多数的情况都是采用一级净化的流程。

图3-15 小型除渣器前串联的大型除渣器

在除渣器的使用中，除渣器的排渣口会经常被管路剥落的铁锈等粗大杂质堵塞，严重地影响纸机供浆的稳定，故有的系统在小型除渣器之前增加一个定期排渣的大除渣器（如624型），如图3-15所示，使大部分较大的杂质先在这个大型除渣器内排除，这样可以防止以后的小型除渣器被堵塞和磨损。采用这种大型除渣器，压力降为0.059～0.098MPa，故应适当提高浆料泵入大型除渣器的压力，以补偿大除渣器的压力损失。

除渣器必须注意安装位置合理，使纸浆的浓度适合前后设备的工艺技术条件的需要，避免排渣口的堵塞，除渣器一般装于筛选设备之前，使操作较为稳定，以延长筛板的寿命，也有利于纸料的稀释和流送。

4.工艺技术条件的制定

（1）进浆口和出浆口的压力

提高进浆压力，除渣器的生产能力及分离能力增加，但过高的压力又增大了动力的消耗。一般要求进口压力为0.28～0.32MPa。考虑到后面的筛浆机及稳浆箱或流浆箱的工作需要，除渣器的良浆出口压力一般可取0.02～0.05MPa。对于圆网纸机，由于流浆箱或稳浆箱的位置不高，经过筛浆机后，不需要很高的压头流送，出口压力可取低些。而对于长网纸机，由于车速较高，流浆箱或稳浆箱位置较高，则应取较高的出口压力，以保证在筛浆机后有足够的压头，将纸料流送上网。

（2）进浆浓度

进浆浓度影响除渣效果和动力消耗。进浆浓度高除渣效果差，而进浆浓度低可提高除渣效果，但动力消耗增大。一般以0.5%～1%为经济合理的浓度范围，最适宜的浓度为0.5%。对于多段除渣流程，每段排出的尾渣必须注意稀释，使其浓度按段减小，一般最后一段排渣浓度控制到0.2%～0.5%，这样可提高净化效果和减少纤维流失。

（3）排渣口直径

排渣口直径大些，对浆料的净化效果好，但尾渣量大，尾渣中的好纤维增加，也使下一段除渣器的负荷增大。排渣口直径小，净化效果差而且易堵塞。所以排渣口直径要按具体情况适当调整，通常大型号除渣器排渣口直径大些，小型号的小些。如606型一般采用6～12mm，而600EX采用4.5～6mm。在多段除砂流程中，尾渣中的杂质逐段增加，为了避免排渣口的堵塞，应考虑逐段增大排渣口直径。

（二）筛选设备

目前，在造纸机前使用的纸浆筛选设备主要是压力筛，初期的压力筛由于其转子叶片的断面类似飞机的机翼，所以又称旋翼筛。其主要特征是在密闭条件下浆料以较高的压力切线进入压力筛，合格纤维在压力差的作用下通过筛板得到筛选。粗渣由轴向推力推向下方排出，转子旋翼旋转时产生的瞬间压力脉冲起到清洁净化筛板的作用。

旋翼筛是压力筛的最基本的形式，有立式和卧式，但生产上普遍使用的是立式旋翼筛。此外，还有其他形式转子、圆筒式压力筛及旋鼓式压力筛（筛鼓旋转而叶片静止）。

按良浆流向、转子形状与安装位置及运动部件（转子或筛鼓）等特征，压力筛可如表3-2所示的类型。

表3-2 压力筛类型

续表

国际上销售的新式压力筛形式多样，目前较多见的有PH型（孔筛）与PS型（缝筛）高浓压力筛（Black-Clawson公司），Modus压力筛（Ahlstrom公司），PSV压力筛（Andritz公司），TAS、TAP压力筛（Valmet公司），Delta压力筛（Sunds公司）；我国山东济宁轻机厂也生产高浓压力筛。

下面主要介绍旋翼筛的结构、工作原理及技术进展。

1.旋翼筛的结构

旋翼筛是现在用得最广泛和最为成功的纸机前纸浆的筛选设备。旋翼筛主要由机体、筛鼓、转子、传动装置及排渣阀门等组成。

（1）机体

机体的外壳为一直立圆筒体，机体用不锈钢制成，也可用青铜或铸铁制成。铸铁制成的机体，其内表面应涂刷酚醛树脂或环氧树脂或贴挂硬质橡胶，以保证浆料洁净。机体的结构见图3-16。

图3-16 外流式单鼓旋翼筛机体的结构

机体上部设有浆料进口，进浆口处装有压力表，指示机体内进浆压力，还安装有排空气的旋塞，用于排除机体内的空气。机体下部设有良浆出口，并装有压力表，指示出浆压力。在流动过程中，良浆通过筛鼓由排浆管排出。机体底部设有尾浆出口，粗浆、浆团及其他杂质落入机件下部的环状槽，经尾浆口排出。机体底部最低处设有重物杂质排出口，装有排渣阀，比纤维重的杂质由此处的排渣口由人工定期排出。

（2）筛鼓

筛鼓是旋翼筛的重要部件之一，我国旋翼筛的筛板用1.6～2mm厚的不锈钢板制造，再焊接。为了增大筛鼓的刚性，筛板外周用3～4个青铜环紧固。

筛鼓直接坐于机体内，其孔眼的形状有两种：圆筛孔、长筛缝。大多老式旋翼筛采用圆筛孔，由于缝筛加工技术的进步，许多新式压力筛大多采用长筛缝，见图3-17。

图3-17 筛鼓

（3）转子

旋翼筛的净化作用与转子的结构有很大的关系，转子旋翼数一般为2～4个，如图3-18和图3-19所示。

旋翼可用不锈钢或青铜制成，框架和转轴则均由不锈钢制成。为使浆料能自上而下移动，每个旋翼均沿浆料运行方向向前倾斜10°安装。调节螺母可使旋翼沿径向移动，以调节旋翼外侧与筛鼓表面之间的间隙。

2.旋翼筛的工作原理

浆料以一定压力沿切线方向进入筛鼓内部，作自上而下的旋转运动。在筛鼓内外压力差的作用下，纤维通过筛孔。旋翼沿筛鼓表面运动时，其头部附近浆的压差增大，促使纤维通过筛孔。旋翼继续运动，随着其尾部与筛鼓的间隙逐渐增大而在这一区域出现局部负压。产生的负压使筛鼓内外浆料压力绝对值相等时，浆料停止通过筛孔，当负压继续增加，筛鼓外的部分良浆则在负压的作用下通过筛孔返回筛鼓内，反冲筛鼓内表面筛孔上形成的纤维滤层，起到净化筛孔的作用。旋翼经过后，浆料又在压力差的作用下继续得到筛选，并在下一个旋翼作用下继续重复这一过程。未能通过筛孔的尾浆从机体底部出口排出。旋翼筛的工作过程如图3-20所示。

图3-18 外流式单鼓旋翼筛转子

图3-19 内外流式双鼓旋翼筛转子

3.旋翼筛的技术进展

近年来，用于纸机供浆系统的旋翼筛在技术上的进展主要表现在筛板和旋翼结构的改进。

（1）筛板结构

①平滑面筛板：在筛选过程中，平滑面筛板边界层较薄，表面无涡流，由于切线速度高，运动中纤维要拐弯进入孔（缝）的能量消耗大，时间短，所以筛选能力较低。

②波形筛板：表面加工成起伏不平的几何形状，如锯齿形、阶梯形、负曲面形等。筛板的波形面对着进浆侧，利用筛板起伏不平的表面，可以分散边界浆层的纤维和杂质的絮团，对纤维和杂质进行有选择性的分离。如图3-21所示。

图3-20 外流式单鼓压力筛工作原理图

图3-21 波形筛板的结构形式

波形筛板的工作原理：

a.改变浆料流线，提高浆料在筛孔（缝）附近的涡流程度。在涡流剪切应力作用下，改善了纤维的取向，使合格纤维易于通过，而杂质会由于涡流作用被抛离孔（缝）缘，有利于筛选效率的提高。

b.浆料在筛孔（缝）处受到涡流剪切应力作用，破坏纤维絮聚，使纤维网络分散，流体化的纸浆更容易被筛选，使通过筛孔（缝）的流速提高，有利于提高筛选能力。

c.波形筛板产生的涡流剪应力可以协助脉动局部应力拉出堵塞孔（缝）的杂质或纤维絮凝团，起到冲刷孔（缝）的作用，从而减少筛板堵塞。

（2）旋翼结构

①加宽作用面的旋翼：使用加宽作用面的旋翼，排除了筛选过程中的增浓现象，使浆料在筛选区域内充分流态化，增强吸力/脉冲作用，保证沿着整个筛板表面均一的筛选条件，良浆的浓度几乎与进浆浓度、渣浆浓度一致。均一的筛选条件，使筛选浓度提高成为可能。筛选浓度提高了，筛选质量及筛选能力也随之相应提高。如图3-22所示。

图3-22 加宽作用面的旋翼

②鼓泡形旋翼：脉动均匀，使整个区域纸浆流体化。与普通低浓压力筛相比，生产能力可提高2～3倍。如图3-23所示。

③多叶片旋翼：这种旋翼叶片较多且互相错开，使筛板全周产生许多均匀的局部小脉冲，使纸浆在高浓条件下筛选成为可能。如图3-24所示。

④齿形旋翼：这种旋翼的叶片为齿条形，旋翼宽度小，在整个筛浆过程中具有破碎浆团、分离絮聚的作用，适用于各种纸浆的粗浆筛选，特别是比较脏的粗浆。如图3-25所示。

图3-23 螺旋状分布的半球状鼓泡型旋翼

图3-24 多叶片旋翼

图3-25 齿形旋翼

如何进行纸料净化和筛选？

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