纸张干燥技术的发展历程

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：使用阻流棒可使干燥速率上升30%以上，控制横幅水分分布。与此同时，采用这种冲击干燥，对纸页的横幅提供了均匀、高效的干燥；OptiDry是属于全密闭的干燥方式以及纸页被支撑通过整个干燥部，具有可靠的无绳式引纸以及损纸易处理等特点，从而达到干燥部所要求的运行稳定性、最大化的蒸发率以及最佳的纸质等三方面的要求。使用分段干燥、空气循环和阶梯式布置可使穿透干燥的热效率高达80%。

（一）多烘缸干燥器的改造

尽管采用了袋式通风系统，无接缝高透气干毯以及优良的冷凝水排除系统等，仍存在以下缺点：a.干燥速率低[10～20kg/（m²·h）]，设备庞大，占地面积大。b.纸页在无依托时有飘动，造成断头和纸病；c.烘缸热惯性大，干燥过程调节不灵敏；d.纸页横幅水分分布不均。

1.缸端部绝热

在烘缸端部安装地热器可以减少约90%的热损失。

2.有肋条的干燥器、阻流棒等

有肋条的干燥器在烘缸的内壁装有一系列的肋条或肋片，凹槽部形成的冷疑水被一系列小虹吸管排走，有肋条的干燥器通常仅用于扬克纸机。

装配有阻流棒的干燥器，其优点基于阻流棒按冷凝水共振频率安排，产生高强度湍动。使用阻流棒可使干燥速率上升30%以上，控制横幅水分分布。

阻流棒安装方法：a.磁性棒；b.弹性负荷铁环。

有肋条的干燥器、阻流棒可以不增加总的烘缸数目，保证纸机不受干燥所限。

（二）OptiDry冲击干燥

OptiDry冲击干燥是最新发展起来的一种干燥设备，在干燥部的配置见图4-119，其结构见图4-153，在冲击式气罩内，热风以高速直接吹在纸幅上，热风将水分从纸幅中蒸发出来，这种直接冲击干燥的干燥效率比烘缸干燥高6倍，纸幅获得极高的蒸发效率，最大化地蒸发水分，从而可使干燥部的长度缩短一半以上。与此同时，采用这种冲击干燥，对纸页的横幅提供了均匀、高效的干燥；OptiDry是属于全密闭的干燥方式以及纸页被支撑通过整个干燥部，具有可靠的无绳式引纸以及损纸易处理等特点，从而达到干燥部所要求的运行稳定性、最大化的蒸发率以及最佳的纸质等三方面的要求。

图4-153 OptiDry冲击干燥器

高速空气冲击干燥器的喷嘴是间隔排列的圆孔，孔径5～8mm，开孔部分的面积1.596～2.096，从喷嘴到纸幅的距离是15～18mm。

（三）穿透干燥

穿透干燥是干燥介质穿透湿物料的干燥工艺。水蒸气会被空气立即带走。蒸发每千克水所需要的热量和操作费用都要低得多。使用分段干燥、空气循环和阶梯式布置可使穿透干燥的热效率高达80%。

利用穿透干燥技术干燥卫生纸、面巾纸等近年已经增加。原因是：a.夹网成形器的高速成形超过扬克干燥器的容量。b.消费者喜爱较软、高松厚度纸。c.单层产品的抄造优点。d.无压榨脱水的需要。e.与高热效率伴生的高产量。穿透干燥已成为高孔隙类纸，如卫生纸、面巾纸、滤纸、吸墨纸和无纺布等的主要干燥方式。

（四）冲击—穿透干燥

组合工艺的干燥速率比分别用冲击干燥和穿透干燥所得到的干燥速率总和要高。冲击表面负压使纸页表面的温度和干度（湿度）梯度变得更陡，改善了局部水分不均匀的问题，获得良好的纸页稳定性和高热效率。

（五）红外线干燥

红外干燥器有两个基本类型：电红外和煤气火焰红外。

电红外加热器由电阻构成，电阻通电流达到很高的温度（2200℃），从而辐射出红外射线。使用反射器将辐射导向被加热的物体。

煤气火焰红外加热器最常见由煤气燃烧器构成，燃烧器上预混合的煤气和空气在金属或陶瓷盘或网的表面燃烧，红外热从这个热的表面辐射到纸上。

图4-154为4种煤气火焰红外加热器。明火辐射燃烧器产生最高强度的辐射流（约1540℃），而催化氧化燃烧器提供一个无焰、强度很低的辐射流（约340℃）。辐射管式燃烧能够设计操作在680～1370℃的温度范围。

图4-154 煤气火焰红外加热器

红外干燥方法通常仅限用于特殊的场合。由于极大的曝露表面和极高的操作温度，红外干燥器有严重的火灾危险。

（六）高频干燥

电能能被转化为电磁辐射。高频加热器在纸页中应生热。

高频干燥的一种是包含高频辐射的微波干燥，另一种是包含低频辐射的介电干燥。另一方面介电热量需要双电极供分子振荡。

干燥速率是传统干燥器的10倍，可得到在纵向和横向的均匀的水分。对多层纸板，应使用弱高频场以防脱层。

（七）压力干燥

压力干燥是在纸页温度大于或等于100℃时，施加外部压力到湿纸幅上。纤维柔软，增加了纸的结合强度。同时改进了纸幅和干燥表面的接触，增加了干燥速率。

①湿含量：20%～40%或更少的湿含量对强度是重要的范围。

②温度：纸页在107℃、149℃和232℃下压力干燥时的纸页紧度对弹性模数的曲线落在相同的位置。

③压力：压力干燥时的压力范围在0.1～5.5MPa。增强压力使纸页压实了，裂断长和弹性模数也增加。

④时间：压力干燥的主要作用是改善纸页生产时的压实作用。压力干燥纸的紧度要高于没有Z向限制干燥的纸页紧度。

压力干燥为造纸提供了良好的发展前景：a.有效利用高得率纤维。b.较好地使用阔叶木纤维。c.改善木片磨木浆和热磨机械浆纸产品的特性。d.改进含废纸的纸产品特性，e.适当地打浆即可得到要求的纸页特性。f.改进尺寸稳定性和表面平滑度。g.提高纸机生产能力。

（八）高强度干燥

高强度接触干燥是指在足够加热强度下的干燥。湿纸页的内部温度超过环境沸点。在高强度概念中，干燥器表面温度可以提高到200℃甚至更高。干燥器表面温度范围是125～170℃。另外，高强度干燥还使用7.0～35.0kPa接触压力。

（九）热真空干燥

热真空干燥器是将纸压在具有毛细孔的带与热金属表面之间，带的背面有一以水冷却的金属板，如图4-155。

干燥时，空气从具有毛细管的带排出，水分蒸发时，蒸汽在冷却的金属表面冷凝。湿纸页在高度真空下被夹在热表面和毛细孔带之间。在真空条件下，水的蒸发速率比传统烘缸高约10倍。热真空干燥的纸页有较高的密度、抗张强度、挺度，平滑度等。

工业化热真空干燥器类似于扬克烘缸。烘缸被一条毛细孔带、一个钢圈和水喷嘴所覆盖，如图4-156。

图4-155 热真空干燥的原理

图4-156 工业热真空干燥器

（十）过热蒸汽干燥

由于排气时湿纸中水的蒸发没有损失，过热蒸汽干燥器的热效率极高。过热空气起着传输和干燥介质的双重作用。

使用过热蒸汽热空气冲击和穿透干燥，干燥速率显著增进加。纸张的压缩过热蒸汽冲击和双效蒸发干燥器的组合如图4-157所示。

系统中，用过热蒸汽代替热空气作为干燥介质，对包在烘缸上的纸页冲击。大多数排出的蒸汽再循环作为冲击的喷气流。另一部分排出的蒸汽用于加热烘缸。薄型纸干燥时，可以得到超过260kg/（m²·h）的干燥速率。

图4-157 蒸汽喷气和双效蒸发干燥器组合流程

（十一）静电场存在时的干燥

纸在非均匀静电场下干燥，干燥速率可以得到显著改进（5%～18%）。

表4-29对各种干燥方法的传热传质方式，干燥速率及优缺点进行了比较。

表4-29 各种干燥方法的比较

续表

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