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影响压榨效率的因素分析

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:纸幅压榨脱水的效率与压区压力、压区宽度、水的黏度等因素有关。在纸机动态压榨情况下,由于压力分布不均匀、水的流动阻力和纸的回湿等原因,一般很难达到静态压榨的纸幅干度。在纸幅干度30%~32%范围内,纸幅温度每增加10℃,压榨的干度提高1%。在纸板生产过程中采用双毯压榨,可大大减少毛毯纤维组织的流动阻力。

影响压榨效率的因素分析

纸幅压榨脱水的效率与压区压力、压区宽度、水的黏度等因素有关。同时受到其他压榨设备和工艺的影响,如配浆性质、打浆状况、压榨温度以及毛毯配置等,主要有以下几种,简单讨论如下。

湿纸和毛毯上的压力是影响压榨脱水的主要因素。增大压榨负荷或保持相同负荷的同时减少有效压区宽度均可增加压榨压力、提高脱水效率。现代毛毯和辊子覆面能够承受较高的线压力,大直径压榨辊线压力可达350kN/m,靴式压榨线压可达1000kN/m,两种压榨装置可获得46%~50%的压榨干度。

压榨脱水效率与压榨比压成正比,随线压呈指数增加。提高线压,增加胶层硬度有利于脱水。加大压辊直径,则会降低比压,不利于脱水。在纸机动态压榨情况下,由于压力分布不均匀、水的流动阻力和纸的回湿等原因,一般很难达到静态压榨的纸幅干度。湿纸接触植绒纤维的部位所受到的压力最大。而在毛毯的空隙部分,湿纸仅受到较小的压力。加压的不均匀性会大大降低压榨的脱水效率。

线压增高不宜过快,应该循序渐进,在压榨初期纸页水分较高时,过快提高线压,脱水过猛,常易使纸页产生压花(不产生压花的最大脱水限量为0.75kg水/kg纸页)。因此第一压区的线压应该低些,以后依次增加,而压区宽度则应依次减少。另外,提高线压虽有利于强化脱水,但线压过高,使纸页厚度和松厚度受到影响,毛毯寿命缩短,传动功率增加。

压榨压力与纸页含水量的关系如表6-1所示。

表6-1 压榨压力与纸页干度的关系

当车速提高时,为维持相同的脱水量,需要有更高的压区负荷。反之,对同一压区负荷,随着车速提高,湿纸脱水量将要减少。当纸机车速较高时,脏毛毯对压榨的影响将更为敏感,纸页更易压花,因此高速造纸机更需注意及时更换毛毯。

随着车速的提高,水从下压辊的甩出点将改变,因此要注意相应改变毛毯离开压区的角度,避免毛毯回湿。提高车速对纸页在压区的停留时间有明显的影响。车速每提高100 m/mim,压榨干度通常会降低1.5%,高定量纸一般比低定量纸干度下降得更多。

加压时间指的是湿纸在压区中受压的时间。纸机压榨脱水时间很短,多数高速纸机小于3 ms。车速为600m/min的纸机,普通压榨的脱水时间仅为1/500 s,而真空压榨为1/80 s。压榨时间与压辊变形宽度成正比,而与车速成反比。

包胶下压辊可形成比较宽的接触面、增加压榨脱水时间,有利于脱水。降低纸机车速,虽可增加压榨时间、提高脱水效果,但影响纸机生产量。提高压榨线压力,可以增加压区宽度及压榨时间。有些新式纸机的压榨线压可以提高到880N/cm以上。

提高压区宽度可以使纸页在压榨区的停留时间增加5~10倍。大直径压榨辊的压区宽度为75~100mm,靴式压榨的压区宽度为230~250mm。图6-34表示线压力为120kN/m时,辊子覆面硬度对压区压强和压区宽度的影响。由图可见,覆面硬度由6P&J变为20P&J时,压区宽度由19mm增加至44mm,而压强则由8MPa降至3.5MPa。因此适当增加压榨负荷,可补偿由于压区宽度增加而造成的比压减小,即使提高线压力也不会压溃纸页,不会影响湿毯的透气性。相反在明显提高纸页干度的同时,可使干燥能量减少20%~25%。

图6-34 辊子覆面硬度对压区压强及宽度的影响

进入压榨部的湿纸页性能(如纸料的打浆度、配比、湿纸页温度、含水量和定量等)也影响纸页的脱水效率。通常,打浆度低的湿纸页比打浆度高的湿纸页更易于脱水;细小纤维含量高的湿纸页,由于有较大的湿纤维表面和较低的毛细管效应,脱水效率较低;草浆的纤维短,杂细胞含量高,与木浆比较脱水性能较差,而且很容易黏压榨辊,造成纸幅断头。浆料的游离度每提高40mL,纸幅干度约增加1%。

图6-35 温度变化对压榨干度的影响

图6-36 不同游离度的浆料对干度的影响

温度变化对压榨干度的影响见图6-35。提高湿纸温度,使水的黏度降低,从而减少湿纸内水的流动阻力,有利于增加脱水量。根据试验,水温增加1℃,水的流动性增加2.5%。在纸幅干度30%~32%范围内,纸幅温度每增加10℃,压榨的干度提高1%。在压榨部用蒸汽或红外线加热湿纸是提高脱水效率的途径。某些浆板机和纸板机常在最后一道压榨前,装设预热烘缸以提高最后一道压榨的脱水效应。在造纸机压榨上安装直接喷汽的蒸汽箱可改善脱水效果,提高纸页进缸干度2%~3%。但温度升高到80℃以上,水的黏度降幅极小,因此超过这一温度,压榨脱水收效不大。使用蒸汽箱虽然在压榨部增加了蒸汽用量,但包括烘缸在内的总蒸汽消耗量反而减少。

有研究表明:硫酸盐包装纸,压榨温度为75℃,当纸的定量由60g/m2增加至240g/m2时,出压区纸的干度从45%下降到41%。纸的定量愈大,湿纸出压区的干度也越小。

不同游离度的浆料对干度的影响见图6-36。

打浆度低的浆料抄造定量小的湿纸的压榨为压控压区。定量低、厚度薄的纸中的孔隙对水的流动不会产生太大的阻力。这时湿纸压榨脱水主要由压力控制,水从毛毯中返回湿纸的回湿作用在压区中线之后产生。

浆料打浆度较高而湿纸的定量又较大时为流控压榨。这时,湿纸中的孔隙对压区脱水的流动阻力比较大。流控压榨中,压区中央湿纸干度取决于水的流动阻力和压力的持续时间。对流控压榨,湿纸在压区没有充分压缩湿纸纤维组织层的停留时间。纤维组织层的压缩和产生的流体压力又会反作用于所加的压榨压力,因此,加压时间也同时成为影响流控压榨脱水的重要因素。对流控压榨,采用双毯压榨最为有利。在纸板生产过程中采用双毯压榨,可大大减少毛毯纤维组织的流动阻力。

根据垂直脱水原理,湿纸在第四个区域解除压力,产生回湿。湿纸在第四区域产生回湿源于毛细管水的转移。回湿时水从毛毯进入湿纸。即通过压辊的通道,例如沟纹压辊的沟缝、真空压辊和盲孔压辊的眼孔中转入毛毯,再进入湿纸。粗硬毛毯和全塑毛毯可以适当减弱回湿。

1. 压区中的回湿

压区中压力下降时纸幅开始出现回湿。纸幅的回湿基本上与纸的定量和纸机车速无关。其大小主要与毛毯和湿纸界面的毛细管粗细、湿纸和毛毯的膨胀复原速度以及毛毯含水量有关。纸的回湿还部分地受到毛毯毯面细小绒毛的影响,为此纸机毛毯的毛细管直径应接近湿纸中纤维的毛细管大小。可以使用扁平细毛织出一层匀整的毯面。

2. 压区后的回湿

纸幅的回湿随压区的停留时间、湿纸干度和毛毯毯面粗糙程度的增加而加大。压区后纸的回湿水量极其可观。一台新闻纸机,压区后湿纸与毛毯接触长度多达1m,因为回湿,压区出纸干度可降低达5%。

纸机实验表明:缩短压区后纸毯的接触时间可使出纸干度提高2%~9%。改变出压区毛毯的引出角度可以缩短纸毯的接触时间。毛毯的引出角度大,可保证纸毯尽快分开,提高出纸的干度。使用表面匀整的毛毯也有助于减轻纸的回湿。纸幅的回湿与毛毯结构有密切的关系,并且与压榨压力和纸的定量相关。毯的含水量对纸的回湿程度影响不大。纸的回湿主要受到分离初期湿纸与毛毯界面水分的影响。毛毯含水量对纸的回湿影响远远超过毛毯毯面组织结构的影响,所以在压区第四区域中的毛毯越干越好。(www.xing528.com)

1. 毛毯的材料结构

毛毯的材料结构对脱水效率有较大影响,优良的湿部毛毯应该柔软而富有弹性、有很高的透水能力和良好的压缩性能。它必须能容纳从纸页挤出的尽可能多的水分而又不使纸页压花,而且能使水在垂直和水平方向以最小的水压梯度流动。网基针刺毛毯、复合毛毯和无纺毛毯等新型毛毯的问世,对改善纸页脱水和延长毛毯寿命起了重要的作用。

研究表明:生产定量50g/m2的纸时,使用细毛毯时的压榨出水干度比粗毛毯高约7%。其次,毛毯的针刺植绒纤维细度对加压均匀性和流动阻力也非常重要。植绒纤维直径不仅影响加压的均匀性,而且在很大的程度上影响毛毯的透水性,其关系见图6-37。纤维直径从17μm增加到70μm,毛毯的透水性约增加了3倍。这一点对薄纸生产应特别注意。随着植绒纤维直径的增大,压榨脱水量减少。就薄纸来说,压力的均匀性是影响脱水的决定性因素。当纸的定量很大时,压力均匀性的重要性有所下降,而流动阻力的影响却变得更加重要,如图6-38所示。

图6-37 毛毯植绒纤维直径与毛毯透水性的关系

图6-38 流动阻力对脱水的影响

纸的定量小时,细毛毯脱水效果好。随着纸的定量增加,粗、细毛毯的脱水曲线产生一个交叉点。对定量为100g/m2的纸来说,因为粗毛毯有较大的透水性,所以具有较高的脱水能力。

2. 运行状况

毛毯的运行状况对脱水影响也很大。新上机的毛毯由于纤维的毛细管作用,吸水能力很低,要在运行过程中经过不断压缩而改善其纤维的毛细管作用。因此新毛毯上机后必须先空机慢速运行,逐步增速。慢速运行时间与毛毯的定型处理和纤维材料有关,使用增湿剂可以显著缩短增湿时间。

毛毯进入压区前的水分含量对压榨效率也有影响,一般毛毯含水量不应超过40%~50%,毛毯含水量愈大,接受从纸页挤出水的能力也愈弱,从而影响出口纸页干度。在普通压榨和低真空度的真空压榨中,这种影响很显著,而在垂流压榨中则影响相对较小。为降低进压区毛毯含水量,毛毯洗涤器在喷水冲洗后应及时用挤压或真空抽吸方式脱除毛毯水分。

毛毯在运行过程中连续受到磨损,大量掉毛,而且不断有树脂、硫酸铝和填料等杂物填塞其毛孔,从而增加毛毯对水的流动阻力,使纸页挤出的水不易通过毛毯排除,严重时引起压花。当达到丧失压榨效率和产生纸页压花的临界点时,就必须及时更换毛毯,这个临界点是操作者通过经验和仪表监测而获得的。

3. 双毯压榨

(1)双毯压榨优点

双毯压榨可以有效地提高脱水速率,并具有以下优点:

①有较宽的压区,增加脱水效率。

②由于压区较宽,压力较小,可减少湿纸被压溃的危险,并改善纸和纸板的松厚度。

③减小成纸的两面性。

④增加压榨脱水能力,提高压榨出纸干度。同时减少湿纸断头,改善纸机的运行性能,提高纸机的生产能力。

⑤压榨出纸干度较高,干燥部消耗的蒸汽量相应减少。

⑥特别适应于高打浆度浆料抄成的高定量的纸板,如挂面纸板等。

⑦提高压榨线压,减少湿纸压溃的危险。

(2)双毯压榨对压辊的要求

①上、下两个压辊的硬度不能相同,其中一个要比另一个硬,最好相差18~20℃勃氏硬度。

②上、下两个压辊的传动功率比,应当尽可能接近1。

③如果一个压辊的直径大于另一个压辊,则大直径辊子的挂胶硬度应稍低一些。

④用沟纹辊或盲孔压辊。另外,为了避免高线压压实毛毯并吸收压出的大量水分,上、下毛毯最好使用定量为1300~1500g/m2的底网植绒毛毯并具有相似的结构。

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