制浆造纸原理与工程废纸制浆华南理工詹怀宇.ppt
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1、 制浆造纸原理与工程制浆造纸原理与工程废纸制浆华南理工詹怀宇 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 制浆造纸原理与工程第一节 概述一次纤维(原生纤维)Virgin fiber二次纤维 Secondary fiber,Recycled fiber 制浆造纸原理与工程一、废纸回收意义l l造纸工业面临三大问题:造纸工业面临三大问题:l l原料短缺原料短缺l l能源紧张能源紧张l l污染严重污染严重l l我国造纸原料结构:我国造纸原料结构:l l生产生产1t1
2、t磨木浆磨木浆 2m 2m3 3木材木材l l生产生产1t1t高白度化学浆高白度化学浆 45 m 45 m3 3木材木材2000200020012001200220022003200320042004木浆木浆%19 19 23 23 21 21 21212222非木浆非木浆%41 41 3333 33 33 30302626废纸浆废纸浆%40 40 44 44 474749495252 制浆造纸原理与工程废纸回收意义节约原料,增加生产节约原料,增加生产减少污染,保护环境减少污染,保护环境节省能源,降低能耗,比磨木浆省,比化学浆省节省能源,降低能耗,比磨木浆省,比化学浆省节省投资,降低成本,只需
3、化学浆厂节省投资,降低成本,只需化学浆厂25%30%25%30%制浆造纸原理与工程二、废纸的分类英 11类美 3大类 47种+7种(特殊等级)法 4大类 制浆造纸原理与工程国内常用的美国废纸6 6旧报纸旧报纸旧报纸旧报纸 由打包好的旧报纸组成,其他纸张含量由打包好的旧报纸组成,其他纸张含量 5%5%7 7特别旧报纸特别旧报纸特别旧报纸特别旧报纸 经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸,未经日晒经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸,未经日晒8 8脱墨用的特种旧报纸脱墨用的特种旧报纸脱墨用的特种旧报纸脱墨用的特种旧报纸 经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸,未经日晒,不含杂经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸,未经日晒,不
4、含杂 志、白页、印刷厂过期报刊和其他废杂纸志、白页、印刷厂过期报刊和其他废杂纸1010旧杂志旧杂志旧杂志旧杂志 干的旧涂布杂志、目录和同类的印刷品,打包干的旧涂布杂志、目录和同类的印刷品,打包 制浆造纸原理与工程 1111旧瓦楞纸箱旧瓦楞纸箱旧瓦楞纸箱旧瓦楞纸箱 经打包旧瓦楞纸箱,其面层为仿箱纸板浆,麻浆或硫酸盐浆经打包旧瓦楞纸箱,其面层为仿箱纸板浆,麻浆或硫酸盐浆3737经拣选的办公废纸经拣选的办公废纸经拣选的办公废纸经拣选的办公废纸 打包、来自办公室未受潮的废纸,主要为白色或彩色不含机打包、来自办公室未受潮的废纸,主要为白色或彩色不含机木浆的废纸,不含未漂纤维的计算机打印纸和传真纸。木浆的
5、废纸,不含未漂纤维的计算机打印纸和传真纸。4242计算机打印纸计算机打印纸计算机打印纸计算机打印纸 用于数据处理机的漂白亚硫酸盐或硫酸盐浆制的表格纸,打用于数据处理机的漂白亚硫酸盐或硫酸盐浆制的表格纸,打击式或非打击式(如激光)的计算机印刷纸。击式或非打击式(如激光)的计算机印刷纸。4343涂布书写纸涂布书写纸涂布书写纸涂布书写纸 由漂白亚硫酸盐浆或硫酸盐浆制成的涂布纸废纸,印或未印由漂白亚硫酸盐浆或硫酸盐浆制成的涂布纸废纸,印或未印过,允许含有一定量的过,允许含有一定量的 机木浆机木浆 制浆造纸原理与工程国内废纸 国内尚无废纸分类的统一标准,通常分为:国内尚无废纸分类的统一标准,通常分为:白
6、色废纸白色废纸 纸浆代用品,为印刷厂的白纸边纸浆代用品,为印刷厂的白纸边书籍、杂志废纸书籍、杂志废纸 OMG OMG(Old MagazineOld Magazine)脱墨后可生产书写纸、卫生纸等,也可生产箱纸板,或在新闻纸中掺用脱墨后可生产书写纸、卫生纸等,也可生产箱纸板,或在新闻纸中掺用旧新闻纸旧新闻纸 ONP ONP(Old News PaperOld News Paper)脱墨后主要用于配抄新闻纸或抄造生活用纸和一般文化用纸脱墨后主要用于配抄新闻纸或抄造生活用纸和一般文化用纸纸箱与纸板废纸纸箱与纸板废纸 OCC OCC(Old Corrugated ContainerOld Corru
7、gated Container)抄瓦楞原纸、箱纸板等,竹、木浆废纸可用于生产挂面纸板抄瓦楞原纸、箱纸板等,竹、木浆废纸可用于生产挂面纸板纸袋纸废纸和牛皮纸废纸纸袋纸废纸和牛皮纸废纸 可回抄仿纸袋纸,再生条纹包装纸,也可掺入木浆作箱纸板挂面浆可回抄仿纸袋纸,再生条纹包装纸,也可掺入木浆作箱纸板挂面浆混合废纸混合废纸 混合办公废纸混合办公废纸Mixed Office WasteMOWMixed Office WasteMOW 一般混合废纸一般混合废纸 制浆造纸原理与工程三、废纸再生过程性质的变化浆料制备湿部脱水干部干燥压光卷取后加工(涂布、印刷等)角质化 hornification胞腔塌陷 lum
8、en collapse不可逆变化 irreversible structuce changes 制浆造纸原理与工程化学浆废纸再生过程中性质的变化对经打浆的化学浆对经打浆的化学浆循环回用引起裂断长、耐破度循环回用引起裂断长、耐破度和耐折度和耐折度 撕裂度、挺度、光散射系数撕裂度、挺度、光散射系数 KPKP浆和浆和SPSP浆,打或浆,打或未打浆,针叶木浆或阔叶未打浆,针叶木浆或阔叶木浆,漂或未漂浆,回用木浆,漂或未漂浆,回用过程性质变化有异过程性质变化有异 制浆造纸原理与工程机械浆废纸再生过程性质的变化随着回用次数随着回用次数 紧紧 度、裂断长和耐破度度、裂断长和耐破度 撕裂强度略撕裂强度略 光散
9、射系数光散射系数 制浆造纸原理与工程回用纤维衰变的影响因素制浆方法制浆方法机械法和化机法,对再生纤维品质保持有利机械法和化机法,对再生纤维品质保持有利化学法,抗张强度、纸页紧度化学法,抗张强度、纸页紧度 打浆工艺打浆工艺一次纤维打浆越强烈,回用纤维抗张强度下降一次纤维打浆越强烈,回用纤维抗张强度下降越多;未经打浆化学浆,回用后抗张强度越多;未经打浆化学浆,回用后抗张强度 压榨工艺压榨工艺对化学浆,压榨影响回用纤维的润胀性对化学浆,压榨影响回用纤维的润胀性对机械浆,压榨对回用纤维润胀性影响甚微对机械浆,压榨对回用纤维润胀性影响甚微干燥工艺干燥工艺纤维一经干燥后,其胞腔塌陷,润胀程度纤维一经干燥后
10、,其胞腔塌陷,润胀程度,随着干,随着干燥温度的提高和干燥程度的强烈,润胀燥温度的提高和干燥程度的强烈,润胀 制浆造纸原理与工程压光工艺压光工艺刚性压区,纸页强度损失刚性压区,纸页强度损失压光强度压光强度,对回用纤维品质负面影响,对回用纤维品质负面影响 现代造纸技术现代造纸技术采用软压光采用软压光抄造环境抄造环境未漂化学浆,酸性造纸,回用纤维润胀和强度未漂化学浆,酸性造纸,回用纤维润胀和强度,中性或碱性造纸,润胀和强度中性或碱性造纸,润胀和强度 印刷加工印刷加工印刷印刷油墨,使尘埃油墨,使尘埃,白度,白度 加工加工制纸箱胶粘剂,回用纤维表面自由能制纸箱胶粘剂,回用纤维表面自由能,阻碍了纤维的结合
11、,阻碍了纤维的结合消费者和收集者消费者和收集者废纸分类废纸分类废纸老化废纸老化旧报纸存放时间旧报纸存放时间,废纸浆强度,废纸浆强度 制浆造纸原理与工程四、纤维回用的强度损失分析Page 抗张强度方程(Pages tensile strength equation)T T抗张强度抗张强度Z Z零距抗张强度零距抗张强度 Zero-span tensile strength Zero-span tensile strengthB B纤维间的结合强度纤维间的结合强度 制浆造纸原理与工程纤维平均长度和零距裂断长回用过程纤维平均长度降低不多,当灰分和细纤维在回用过回用过程纤维平均长度降低不多,当灰分和细纤
12、维在回用过程流失较多时,纤维平均长度增加,不论是化学浆、机械程流失较多时,纤维平均长度增加,不论是化学浆、机械浆、化机浆,纤维回用次数对其零距抗张强度几乎没有影浆、化机浆,纤维回用次数对其零距抗张强度几乎没有影响,因此,纤维品质的下降,并不主要由纤维长度的减少和响,因此,纤维品质的下降,并不主要由纤维长度的减少和纤维本身强度的降低所致。纤维本身强度的降低所致。光散射系数和纤维结合强度在一定条件下,纸页的光散射系数在一定条件下,纸页的光散射系数,纤维间结合越松散,纤维间结合越松散,结合强度越低。结合强度越低。化学浆,回用后松厚度化学浆,回用后松厚度,光散射系数,光散射系数,纤维结合强度,纤维结合
13、强度 机械浆,回用后光散射系数机械浆,回用后光散射系数,层间结合强度,层间结合强度 制浆造纸原理与工程纤维衰变原因的探索一、植物纤维的角质化一、植物纤维的角质化 Hornification Hornification国际共识:纤维角质化是纤维结合强度衰退的主要原因国际共识:纤维角质化是纤维结合强度衰退的主要原因纸浆纸浆脱水脱水干燥干燥纤维细胞内壁两侧靠拢贴紧造成纤维细胞内壁两侧靠拢贴紧造成“细胞腔塌陷细胞腔塌陷”(Lumen”(Lumen Collapse)Collapse)不能完全恢复的不能完全恢复的纤维素的部分游离羟基形成氢键结合,非结晶结构转变为结晶结构,纤维素的部分游离羟基形成氢键结合
14、,非结晶结构转变为结晶结构,产生不可逆的角质化,纤维变得挺硬,可塑性产生不可逆的角质化,纤维变得挺硬,可塑性,吸水润胀,吸水润胀,结合,结合强度强度 一旦角质化形成,纤维润胀程度降低的现象是不能恢复或不能完全一旦角质化形成,纤维润胀程度降低的现象是不能恢复或不能完全恢复。一般来说,打浆使纤维的润胀程度增加,保水值(恢复。一般来说,打浆使纤维的润胀程度增加,保水值(WRV.WRV.Water Retention Value Water Retention Value),干燥使纤维的润胀程度,干燥使纤维的润胀程度 对废纸浆进行打浆,对角质化纤维的润胀程度进行有限的修复,是对废纸浆进行打浆,对角质化
15、纤维的润胀程度进行有限的修复,是必要的。必要的。制浆造纸原理与工程二、化学组分变化的影响回用纤维中聚戊糖和木质素的减少,是纤维化学衰变的主回用纤维中聚戊糖和木质素的减少,是纤维化学衰变的主 要特征。其中聚戊糖的减少,尤其是聚木糖的减少是纤维要特征。其中聚戊糖的减少,尤其是聚木糖的减少是纤维 衰变的重要原因之一。衰变的重要原因之一。纤维微纤间的聚木糖,可防止纤维微纤在干燥时相互靠纤维微纤间的聚木糖,可防止纤维微纤在干燥时相互靠 近,有助于保留纤维弹性,从而延缓了回用纤维品质的近,有助于保留纤维弹性,从而延缓了回用纤维品质的 衰变衰变聚戊糖等半纤维素物质的存在,可减少纤维表面的水滴接聚戊糖等半纤维
16、素物质的存在,可减少纤维表面的水滴接 触角,增加纤维表面的亲水性,有助于回用纤维的重新润触角,增加纤维表面的亲水性,有助于回用纤维的重新润 湿(湿(rewettingrewetting)制浆造纸原理与工程第二节 废纸的离解与废纸浆的净化与浓缩一、废纸的离解(一)废纸的碎解1.目的:离解纤维而又最大限度地保护纤维和脱墨 制浆造纸原理与工程2.碎解设备 制浆造纸原理与工程碎解设备碎解设备 立式间歇水力碎浆机立式间歇水力碎浆机 低浓(低浓(6-8%6-8%),能耗大,无除绳索装置,),能耗大,无除绳索装置,不适合于处理杂质多的废纸不适合于处理杂质多的废纸 立式连续水力碎浆机 连续,有绞索及除渣装置,
17、适合多种废纸 制浆造纸原理与工程卧式连续水力碎浆机(伏特式卧式卧式连续水力碎浆机(伏特式卧式水力碎浆机)水力碎浆机)侧置的转子,圆槽下接一重渣物收集侧置的转子,圆槽下接一重渣物收集 器,有绞索装置,适合多种废纸,器,有绞索装置,适合多种废纸,浆浓浆浓2.53.5%2.53.5%立式高浓水力碎浆机立式高浓水力碎浆机(Vertical HC(Vertical HC Pulper)Pulper)螺旋钻头形叶轮,高浓浆料借螺旋作用由螺旋钻头形叶轮,高浓浆料借螺旋作用由上而下,由外朝里,高浓下纤维间强力磨上而下,由外朝里,高浓下纤维间强力磨擦,特别适合于废纸脱墨(油墨易分离)擦,特别适合于废纸脱墨(油墨
18、易分离)制浆造纸原理与工程圆筒式连续碎浆机(Drum Pulper)结构简单,高效实用,动力省结构简单,高效实用,动力省50%50%,药品省,药品省10%10%,蒸汽,蒸汽省省60%60%前区前区高浓碎解区,浆浓高浓碎解区,浆浓15%20%15%20%,占,占2/32/3长长后区后区稀释筛选区,浆浓稀释筛选区,浆浓3%5%3%5%,占,占1/31/3长长圆筒内壁装有轴向隔板,把废纸带起、跌落,产生温和圆筒内壁装有轴向隔板,把废纸带起、跌落,产生温和的剪切力和磨擦力;的剪切力和磨擦力;对新闻纸、杂志纸离解效果好,现也可处理对新闻纸、杂志纸离解效果好,现也可处理OCCOCC、牛、牛皮箱纸板(低湿强
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