压榨脱水机理及影响因素分析

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：回湿水的来源是沟纹、孔隙或网眼，以及过压区中点后的毛毯中的侧流。脱水主要由压区压力下纤维网络层的机械受压和压区中点后从毛毯到纸页的回湿可能性所决定。在压区停留时间是脱水的制约因素。普通平压榨的机理是水平反向脱水，其优点是压缩均一和回湿少，但脱水效率低，由于纸页可能被压溃，负荷不能加得太大。垂直脱水存在压缩不均一的可能性和低车速时的高回湿性。

（一）压榨脱水机理

压榨的脱水有水平反向脱水和垂直脱水两种方式，普通的压榨脱水就是一种水平反向脱水，是指从纸页中压榨出来的水经过毛毯水平反向运动一段距离之后才被排出；真空压榨是属于一种垂直脱水，是指压榨出的水经与毛毯垂直的方向排出。

压榨压区：一对压辊在自重和外力作用下所形成的接触区域。

压区宽度：从湿纸和毛毯在进压缝一边开始接触到出压缝两者分开的水平距离。

1.压榨脱水四阶段

见图4-98脱水过程。

图4-98 脱水过程

第一阶段：压缩作用使纸页和毛毯排出空气，直至湿纸页水分饱和。在该阶段，纸页干度没有什么改变。

第二阶段：纸页中的水压力上升，水从纸页转入毛毯直到毛毯饱和时，水从毛毯排出。第二阶段一直持续到压区中部，此时总压力达到最高。

第三阶段：压区缝开始扩大，直至纸页中液体压力降低到零，此时纸页的干度最大。

第四阶段：纸页和毛毯开始扩张，变成不饱和状态，水又返回到纸页，出现“回湿”现象。

回湿机理：毛细管吸收、物理性吸收和薄膜撕裂。回湿主要是毛细管作用的结果。

回湿水的来源是沟纹、孔隙或网眼，以及过压区中点后的毛毯中的侧流。

回湿的速度取决于最初的回复和界面渗透性以及纸幅和毛毯接触的时间。

车速越高，回湿越少。纸页和毛毯在经过压区后立即分开回湿现象少。

2.压区类型

（1）压力控制型压区

主要是在低定量（＜100g/m²）和高游离度纸页上。

纸页薄，纸页结构不制约水的流动。脱水主要由压区压力下纤维网络层的机械受压和压区中点后从毛毯到纸页的回湿可能性所决定。

使用硬质压区，毛毯和纸页在压区后很快分开，通常对低定量纸页的脱水有利。

（2）流量控制型压区

主要是在高定量（100g/m²）纸页上。

纸页厚，纸页结构制约水从纸页中流出。纸页密度和温度以及毛毯空隙容积均对水流阻力有明显影响。

在压区停留时间是脱水的制约因素。较高的压区负荷，柔软的压辊挂面层以及大直径压辊，对高定量纸页的脱水有利。

3.脱水方式：

从纸幅挤出来的水可沿三个方向运动：纵向（MD）、横向（CD）、和垂直方向（ZD）。

①水平反向脱水（如图4-98）是从纸页中压榨出的水经过毛毯水平反向运动一段距离之后才被排出。所加的压力越大，压出的水越多。但过高压力易出现压花（压溃）现象。普通平压榨的机理是水平反向脱水，其优点是压缩均一和回湿少，但脱水效率低，由于纸页可能被压溃，负荷不能加得太大。

②垂直脱水（如图4-99）是压榨出水经与毛毯垂直的方向排出。压出的水流动距离短，阻力小，毛毯也不会被水饱和，压花的可能性小，脱水效率高。所以真空压榨可以采用较高的线压力，黏辊断头少。真空、沟纹、盲孔压榨是垂直脱水。垂直脱水存在压缩不均一的可能性和低车速时的高回湿性。

图4-99 垂直脱水

（二）影响压榨脱水的主要因素

1.压榨比压和线压

比压是指单位面积上的压力。压榨脱水的效率在一定范围内与压榨比压成正比。施加于纸幅的压力越大，纸页脱水越容易。为避免压花，通常采用2～5个压区且每个压区的压力逐渐增加。

提高线压和增加胶层硬度有利于脱水；而压辊直径加大，会降低比压，不利于脱水。生产中只用线压而不用比压。

2.压榨时间

压榨时间t与压辊变形宽度b成正比，与车速v成反比：

t=b/（2v）

普通压榨的压区宽度中，只有前一半真正起脱水作用，故压榨脱水时间只考虑b/2。如为真空压榨，上压辊位于真空下辊的真空区终点上，真空压榨的脱水时间为t=b/v。下压辊包胶可形成比较宽的触面，增加了压榨脱水时间，有利于脱水。

纸机压榨脱水时间很短。降低车速，增加了压榨脱水时间，脱水效果虽略有改善，但降低车速影响纸机的产量。所以在沿纸页进程方向上的各道压榨的线压力是逐渐增大的。

3.纸料性质

纸料中含有填料可降低脱水阻力，纸料的打浆度提高，脱水阻力增大。提高纸料的温度，水的黏度降低，可以提高脱水效果。

二、三道压榨之间设置预热烘缸，以提高压榨脱水的效率。

4.毛毯性质

毛毯的吸水性和滤水性、毛毯进入压区时的湿度及毛毯的清洁程度影响脱水效果。

5.湿纸和毛毯在进入压区前湿度

湿纸和毛毯进入压区前水分大，易造成湿纸页的压溃。

湿纸和毛毯进入压区前水分大，细小纤维、胶料和填料等就会随着排出的水流出堵塞毛毯。

进入湿纸的干度每提高1%，则出压榨的湿纸干度可提高0.4%。

6.其他影响因素

对特定纸机在决定最佳压榨结构时要考虑许多因素，如纸张质量要求，抄速，纸页定量，浆料配比，损纸，成形部结构，纸页回湿的可能性，毛毯更换需要，安装喷汽器的可能性，毛毯结构，真空需要量，占地面积，辊子刮刀的要求等。影响压榨部的主要因素列于表4-17，压区压力是最重要的操作参数。压区宽度和停留时间跟纸页定量和抄速有关。一般认为，低定量纸种用硬而窄的压区，高定量纸种用软而宽的压区，可获得最大的脱水量。

表4-17 影响压榨的主要影响因素

续表

（三）压榨辊的变形与中高

1.压榨辊的挠度与中高

压辊在本身自重和附加力（毛毯拉力、真空抽吸力）的作用下会发生一定的弯曲，产生中间下垂，称为挠度。挠度的大小与辊筒的材料、质量、直径、纸机的轨距情况有关。

图4-100 压榨辊的中高

安装在造纸机上时，压榨辊的中间部分出现间隙，上下辊不互相接触。为了弥补这个缺陷，两个辊子或者下压辊必须具有中高，即辊子中部直径较大，沿两端直径逐渐减小。辊子中间的直径D和辊子两端的直径D_o之差称为中高。如图4-100所示。

K=D-D_o

榨辊的中部直径较大，两端直径逐渐减小，距离辊子中心x处的任何一点的中高为

K_x=D-D_x

2.调节与控制中高的方法

图4-101（a）～（d）为控制与调节中高方法的进展。

图4-101 控制与调节中高方法的进展

在纸机运转过程中，往往需要根据生产，压榨辊间的线压力、压榨辊的挠度将随压而改变。图4-101（a）是最早期的固定中高压榨辊，固定中高的压榨辊很难保持均匀，为了克服这些缺点，在20世纪60年代出现了可控中高图4-101（b），到70年代末出现了分区可控中高4-101（c），一直到90年代出现的靴型可控中高4-101（d）。靴型可控中高是一种改良后的分区可控中高，其调节的区间更小更均匀。可控中高可以根据生产操作的需要，随时调整、控制辊子的扰度。

（1）浮游辊

浮游辊有一个由钢材做成的没有中高的筒形辊壳，能围绕辊轴转动，圆筒辊壳是靠端部轴承随着固定辊回转。在辊壳和辊轴间的环隙空间，径向和轴向密封，分为上下两部分和加压室与回油室。高压油由进油管入加压室内，与辊子承受的载荷抗衡，从密封漏出的油流到下部回油室，通过回油管回到泵油站。

图4-102为浮游辊内油压抗衡于上压辊施加载荷的作用示意图。图4-103浮游辊截面图。

（2）分区可控中高辊

图4-102 浮游辊作用示意图

图4-103 浮游辊截面

图4-104为分区可控中高辊，这种可控中高辊具有高的加载能力和良好的横幅特征，利用可靠的液体力学结构，利用分区控制的液压元件，控制作用力的均匀分布，以调节由于辊子的挠度所产生的间隙。图4-105靴型可控中高截面图。

图4-104 分区可控中高辊

1—转动壳体 2—固定横梁 3—活塞元件

图4-105 靴型可控中高截面

图4-106是Metso的SymZ Roll分区可控中高辊及图4-107是Metso的SymZ Roll辊活塞。

图4-106 Metso的SymZ Roll辊分区可调中高辊