李金苗 李嬌嬌 何 晶 皮成忠 張 輝,*

(1.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京,210037；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京,210037)

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基于注入溶氣水式新型高濃廢紙漿凈化技術(shù)原理的研究

李金苗1,2李嬌嬌1,2何 晶1,2皮成忠1,2張 輝1,2,*

(1.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京,210037；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京,210037)

在剖析現(xiàn)有的廢紙漿凈化技術(shù)原理與方法的基礎(chǔ)上,提出了一種創(chuàng)新型高濃廢紙漿凈化技術(shù)，即基于注入溶氣水式新型高濃廢紙漿凈化法。選用典型的廢紙漿OCC、ONP,通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了多種因素對(duì)新型廢紙漿凈化技術(shù)凈化效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)廢紙漿濃度為1%～4%、工作壓力0.20～0.50 MPa、壓差0.20～0.45 MPa,注入的溶氣水中水量與原漿中水量之比為60%時(shí),新型廢紙漿凈化技術(shù)的凈化效率較傳統(tǒng)凈化技術(shù)提高18.4～27.2個(gè)百分點(diǎn)；相同條件下,OCC微溶氣漿密度較ONP微溶氣漿低13.4%,質(zhì)量較大的雜質(zhì)的凈化效率較ONP微溶氣漿高4.2個(gè)百分點(diǎn)。

廢紙漿；溶氣水式；高濃凈化原理；高濃錐形除渣器；漿液雜質(zhì)密度差

目前,廢紙占我國(guó)造紙工業(yè)原料65%以上[1],以廢紙為原料進(jìn)行制漿造紙可節(jié)約纖維資源,利于節(jié)能減排。廢紙漿中含有大量鐵釘、玻璃、石子等體積和質(zhì)量均較大的雜質(zhì),必須通過(guò)凈化設(shè)備有效去除[2]。凈化設(shè)備的凈化效率和能耗與設(shè)備的凈化原理及方法直接相關(guān)。因此,研究新型高效節(jié)能凈化分離原理與方法及相應(yīng)設(shè)備意義重大[3]。

本課題在分析現(xiàn)有各類廢紙漿凈化分離設(shè)備的運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上,首次提出將現(xiàn)有的廢紙漿凈化設(shè)備的凈化原理從分離動(dòng)力的角度,分為兩類(代)；進(jìn)而提出了第三類凈化原理：一種新型的凈化分離方法,即基于注入溶氣水式新型高濃廢紙漿凈化法。然后選用OCC和ONP為實(shí)驗(yàn)原料,研究了高濃錐形除渣器的常規(guī)工作濃度和壓力下的分離條件和效率,從而為開(kāi)發(fā)新一代廢紙漿高濃錐形除渣器系統(tǒng)提供理論指導(dǎo)。

1 新型高濃廢紙漿凈化技術(shù)原理研究

1.1 現(xiàn)有廢紙漿凈化技術(shù)原理與方法

一般情況下,去除廢紙漿中大量的質(zhì)量較大的雜質(zhì)是根據(jù)紙漿纖維與雜質(zhì)的密度不同而進(jìn)行的,基于這一原理而建立的各種廢紙漿凈化技術(shù)與裝置已有上百年的歷史。目前,從原理上考慮,廢紙漿凈化設(shè)備可分兩大類(即兩代)。

第一類(代)凈化設(shè)備是利用纖維與雜質(zhì)間自然密度差引起的分離動(dòng)力進(jìn)行沉降分離,其基本工作原理如圖1所示,即在間歇或連續(xù)的沉渣溝(盤(pán))中,隨著廢紙漿的流動(dòng),漿中質(zhì)量較大的雜質(zhì)逐漸沉降,漿液到達(dá)出漿口時(shí),漿中主要的質(zhì)量較大的雜質(zhì)已基本沉入底部,然后定期清理。其產(chǎn)能及凈化效率與沉渣溝(盤(pán))的長(zhǎng)度等尺寸、漿流速、漿濃度及是否有斜隔板等有關(guān)。但這一方式由于產(chǎn)能及分離效率較低,逐漸被淘汰。

圖1 廢紙漿沉渣溝(盤(pán))結(jié)構(gòu)組成與工作原理示意圖

第二類(代)凈化設(shè)備的原理是：通過(guò)離心力(F=V·ρ·v2/r,F為雜質(zhì)顆粒離心力、V為雜質(zhì)體積、ρ為雜質(zhì)密度、v為顆粒切線運(yùn)動(dòng)速度、r為渦旋半徑)作用,將紙漿纖維與雜質(zhì)間的密度差放大,并以此為分離動(dòng)力達(dá)到提高纖維與雜質(zhì)分離效率的目的。目前,采用這種原理的裝置主要有直圓筒形除渣器和錐形除渣器[4]，見(jiàn)圖2。直圓筒形除渣器中漿流旋轉(zhuǎn)速度受筒壁摩擦力的影響而迅速下降,導(dǎo)致離心力與分離動(dòng)力隨之下降,效率較低,已漸趨淘汰。因此,錐形除渣器現(xiàn)已成為主流凈化設(shè)備。近些年,隨著科技的發(fā)展,錐形除渣器從錐角、出漿管(直徑、長(zhǎng)度)、進(jìn)漿口大小和排渣嘴等結(jié)構(gòu)方面都有較多改進(jìn)[5-10]。

圖2 傳統(tǒng)除渣器結(jié)構(gòu)組成與工作原理

總體上,無(wú)論從凈化效率還是產(chǎn)能上看,雖然第二代凈化設(shè)備優(yōu)于第一代凈化設(shè)備,但這兩代凈化設(shè)備的分離動(dòng)力均是建立在纖維與雜質(zhì)的密度差的基礎(chǔ)之上,當(dāng)纖維與雜質(zhì)的密度差較小時(shí),這種離心力分離動(dòng)力無(wú)法發(fā)揮作用；只有當(dāng)密度差越大時(shí),分離動(dòng)力才越大,分離效果越好。

1.2 新型高效廢紙漿凈化技術(shù)原理與方法

1.2.1 新型凈化方法的基本原理構(gòu)想

針對(duì)第一代和第二代廢紙漿凈化分離裝置的原理與特點(diǎn),如果能夠較大幅度地增大纖維與雜質(zhì)間的密度差,將是分離凈化方法的一大改進(jìn),這是本課題創(chuàng)新思維的出發(fā)點(diǎn)。

高濃錐形除渣器需在一定流速和壓力下工作。將需凈化的漿料在第二代高濃錐形除渣器的進(jìn)漿管道中加入一定比例的過(guò)飽和溶氣水(注入壓力稍高于除渣器正常的進(jìn)口工作壓力),混合均勻后形成的“微溶氣-漿液體系”(以下簡(jiǎn)稱微溶氣漿)的密度與原始漿液相比迅速下降,但質(zhì)量較大的雜質(zhì)的密度保持不變,這就使微溶氣漿與質(zhì)量較大的雜質(zhì)間的密度差迅速增大；微溶氣漿進(jìn)入錐形除渣器后,受旋轉(zhuǎn)場(chǎng)的作用，纖維與雜質(zhì)間的離心分離動(dòng)力差更大,分離效率更高；除渣器中心處良漿出口壓力比進(jìn)漿口壓力低,微溶氣漿中空氣進(jìn)一步膨脹,密度更小,更有利于良漿從中心管孔中排出。

1.2.2 裝置基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述的創(chuàng)新關(guān)鍵原理,新型廢紙漿高效凈化技術(shù)原理(第三代)的實(shí)施裝置如圖3所示。其基本工作過(guò)程為：將微溶氣漿以一定壓力沿錐形除渣器切向通入；在錐形除渣器內(nèi)形成動(dòng)態(tài)渦旋流,使微溶氣漿與質(zhì)量較大的雜質(zhì)間密度差迅速增大,質(zhì)量較大的雜質(zhì)被甩向器壁并依靠重力作用下沉至沉渣罐,分離效率得以提高；隨著微溶氣漿旋至中心出漿管,進(jìn)一步減壓(通過(guò)控制出漿口閥),其密度進(jìn)一步減小,使中心管中的出漿流上升更容易；微溶氣漿通過(guò)中心出口管道排出進(jìn)入下一個(gè)漿槽,此時(shí)為大氣壓狀態(tài),微溶氣迅速釋放,不影響原漿料體系任何特性。

圖3 新型廢紙漿凈化系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)裝置組成

1.2.3 系統(tǒng)工藝條件范圍

通常,中高濃錐形除渣器漿料工作濃度為1%～6%,除渣器送漿泵輸送漿濃可高達(dá)8%[11],進(jìn)漿壓力為0.25～0.40 MPa；有研究表明[12],壓力為0.35～0.44 MPa的微氣泡直徑約30～60 μm,且能穩(wěn)定存在；進(jìn)漿管道及高濃錐形除渣器內(nèi)均處于封閉混流狀態(tài),有利于微溶氣與漿液充分混合。

2 基于注入溶氣水式新型高濃廢紙漿凈化技術(shù)的凈化效率

2.1 實(shí)驗(yàn)及原理

2.1.1 原料與器材

(1)實(shí)驗(yàn)采用工業(yè)生產(chǎn)中用量較大的OCC和ONP兩種廢紙為原料。ONP為典型的非脫墨廢紙漿(機(jī)械木漿為主),OCC多為本色硫酸鹽木漿,兩者具有較好的對(duì)比性和代表性。

實(shí)驗(yàn)用的兩種廢紙均來(lái)自日常生活，因廢紙較為純凈，基本不含質(zhì)量較大的雜質(zhì)，因此，在制備廢紙漿時(shí)，需在廢紙疏解過(guò)程中額外加入質(zhì)量較大的雜質(zhì)，以模擬工廠實(shí)際生產(chǎn)中的廢紙漿的主要成分。這些雜質(zhì)取自安徽山鷹紙業(yè)公司廢紙漿制備過(guò)程的高濃錐形除渣器的尾段，主要以玻璃、小石子(顆粒直徑約0.3 cm)以及訂書(shū)釘為主[13]。OCC漿中質(zhì)量較大雜質(zhì)添加量為3%，ONP漿中質(zhì)量較大雜質(zhì)添加量為4.5%。

(2)實(shí)驗(yàn)器材：纖維標(biāo)準(zhǔn)疏解機(jī)(GBJ-A)；空氣壓縮機(jī)(箱式,最大壓力0.8 MPa)；定制FS- 05溶氣罐(H0=88 cm,內(nèi)徑D=20 cm,Pmax=0.8 MPa,溶氣效率95%～99%)；透明耐壓反應(yīng)釜(2.5WBF)；南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中廢紙制漿工程研究中心中試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的錐形除渣器(Q=100～120 L/min,H=1500 mm,Dmax=200 mm)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)原理與方法

(1)基本原理。凈化(分離)效率η指紙漿中所含雜質(zhì)被去除的比例(見(jiàn)式(1))。凈化效率與雜質(zhì)和漿料的密度比“ρ雜/ρ漿”成正相關(guān),比值越大,分離動(dòng)力差越大,分離效果越好。因此,可通過(guò)向未凈化漿料中添加溶氣水增大ρ雜/ρ漿來(lái)提高凈化效率。

(1)

OCC漿中質(zhì)量較大的雜質(zhì)含量約為3%,ONP漿中質(zhì)量較大的雜質(zhì)含量約為4.5%。實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)測(cè)定高濃錐形除渣器的一段良漿中雜質(zhì)含量來(lái)計(jì)算凈化效率。

(2)實(shí)驗(yàn)方法。本實(shí)驗(yàn)條件參數(shù)選?。簼{濃為1%、2%、3%、4%,工作壓力為0.2、0.3、0.4和0.5 MPa,錐形除渣器壓差為0.20、0.25、0.30、0.35、0.40和0.45 MPa,測(cè)定廢紙漿在中高濃錐形除渣器工作壓力和濃度范圍下通入不同比例溶氣水時(shí)紙漿密度及凈化效率的變化；為保證微溶氣充分溶解并釋放,控制溶氣罐壓力高于反應(yīng)釜壓力0.2 MPa。

實(shí)驗(yàn)采用空氣壓縮機(jī)、定制溶氣罐及透明耐壓反應(yīng)釜等設(shè)備構(gòu)建封閉動(dòng)態(tài)的廢紙漿液體系密度變化測(cè)定模型(見(jiàn)圖4)。在常壓下，預(yù)先用已知體積的水在透明反應(yīng)釜筒壁上標(biāo)注好高度與體積對(duì)應(yīng)關(guān)系的刻度；向溶氣罐中通入約80%體積的水,并用空氣壓縮機(jī)向其內(nèi)通壓縮空氣達(dá)到所設(shè)定的壓力；然后將一定濃度的紙漿加入到反應(yīng)釜,密封并啟動(dòng)攪拌,控制釜內(nèi)預(yù)定壓力,通入預(yù)定比例的溶氣水,通過(guò)跟蹤測(cè)量釜內(nèi)漿液高度的變化,求出體系密度(ρ)的變化。

圖4 微溶氣漿密度測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

廢紙漿中質(zhì)量較大的雜質(zhì)分離實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3,控制高濃錐形除渣器的進(jìn)漿壓力(P)、壓差(ΔP)、流量(Q)等工藝條件,將飽和溶氣水出口管連接至高濃錐形除渣器進(jìn)漿管道,同時(shí)利用漿泵輸送已疏解好的漿料；飽和溶氣水和漿料在管道中混合均勻后進(jìn)入高濃錐形除渣器內(nèi)進(jìn)行凈化；取除渣后的一段良漿,測(cè)量其中質(zhì)量較大的雜質(zhì)含量,從而求出凈化效率。

2.2 結(jié)果與討論

2.2.1 溶氣水添加比例對(duì)微溶氣漿密度及凈化效率的影響

在工作壓力、濃度等條件不變情況下,隨著溶氣水注入比例增加,漿料濃度逐漸減?。晃⑷軞鉂{中所含微溶氣量越多,漿料密度呈下降趨勢(shì)。

以純水壓力溶氣水中空氣溶入量數(shù)據(jù)從理論上計(jì)算可得,在20℃、除渣器工作壓力0.3 MPa下,溶氣水添加比例每增加10%,微溶氣漿密度下降約2.5%。

實(shí)際生產(chǎn)中,漿泵輸送漿料的有效經(jīng)濟(jì)濃度(即漿料原始濃度)是有一定限制的,故溶氣水注入比例不可過(guò)高。漿泵輸送濃度一般為0.3%～6%,最高可達(dá)8%左右。所以,從理論上可知,當(dāng)漿泵的經(jīng)濟(jì)輸送濃度為2.5%～6.7%、除渣器工作進(jìn)漿濃度為1%～4%時(shí),溶氣水注入的較佳比例約60%,此時(shí)微溶氣漿密度下降約15.0%。

圖5 ONP、OCC微溶氣漿凈化效率隨溶氣水添加比例的變化

模擬實(shí)際凈化工作條件,選取20℃、高濃錐形除渣器常用工作濃度3%、常用工作壓力0.3 MPa及壓差0.25 MPa,添加不同比例溶氣水后漿料凈化效率如圖5。由圖5可看出,凈化效率隨溶氣水比例增加呈上升趨勢(shì),且添加溶氣水后,對(duì)OCC漿的凈化效率影響較大。溶氣水添加比例每增加10個(gè)百分點(diǎn),ONP漿凈化效率提高約3個(gè)百分點(diǎn)，OCC漿凈化效率提高約5個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)溶氣水添加比例為60%時(shí), ONP、OCC漿液體系的凈化效率分別為80.1%和84.3%,比未添加溶氣水紙漿的凈化效率分別提高21.9和27.2個(gè)百分點(diǎn)。

圖6 漿濃對(duì)微溶氣漿密度的影響

圖7 漿濃對(duì)微溶氣漿凈化效率的影響

圖8 凈化壓力對(duì)ONP、OCC微溶氣漿密度的影響

2.2.2 漿濃對(duì)微溶氣漿密度及凈化效率的影響

模擬實(shí)際凈化工作條件,選取溫度20℃、高濃錐形除渣器常用工作壓力0.3 MPa(根據(jù)2.1.2內(nèi)容,由0.5 MPa壓力下制取的溶氣水減壓至此壓力下的密度應(yīng)為0.847 g/cm3),漿濃為1%、2%、3%、4%時(shí)微溶氣漿的密度變化見(jiàn)圖6。其他條件不變,變化除渣器壓差為0.25 MPa,漿濃對(duì)微溶氣漿凈化效率的影響見(jiàn)圖7。

由圖6和圖7可知,漿濃相同時(shí),與未注入溶氣水漿料相比,ONP和OCC微溶氣漿的密度均減小12.9%～14.5%,凈化效率提高18.4～27.2個(gè)百分點(diǎn)；對(duì)于所有漿料,隨著漿濃的增加,漿料密度均逐漸增大,而凈化效率則逐漸下降。漿濃每增加1個(gè)百分點(diǎn),ONP微溶氣漿密度提高約3.7%,凈化效率下降4.0個(gè)百分點(diǎn)；OCC微溶氣漿密度上升約3.5%,凈化效率下降5.3個(gè)百分點(diǎn)。

2.2.3 壓力及漿種對(duì)微溶氣漿密度及凈化效率的影響

模擬實(shí)際凈化條件,選取溫度20℃、高濃錐形除渣器常用工作漿濃3%,分別測(cè)量0.2、0.3、0.4和0.5 MPa凈化壓力下,添加比例均為60%、飽和壓力分別為0.4、0.5、0.6、0.7 MPa的溶氣水后,ONP和OCC微溶氣漿的密度變化(見(jiàn)圖8)。

由圖8可知,隨著凈化壓力的增大,ONP、OCC微溶氣漿及溶氣水的密度均呈下降趨勢(shì)；與溶氣水相比,ONP和OCC微溶氣漿的密度分別高約19.5%和6.1%。

在高濃錐形除渣器常規(guī)工作漿濃3%和工作壓力0.3 MPa下,理論上,與不加溶氣水的廢紙漿相比，微溶氣漿的密度減少15.1%；通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),ONP和OCC漿注入溶氣水后密度分別減少14.4%和14.5%。本實(shí)驗(yàn)采用非脫墨ONP漿,油墨密度為1.0～2.2 g/cm3,因此ONP漿密度略大于OCC漿,同等漿濃、壓力下,注入溶氣水后ONP微溶氣漿密度比OCC微溶氣漿高13.4%左右。

圖9 壓差對(duì)ONP和OCC微溶氣漿凈化效率的影響

錐形除渣器的凈化效率與壓差(進(jìn)漿壓力與出漿壓力之差)有關(guān),壓差為漿流渦旋運(yùn)動(dòng)的推動(dòng)力,增大壓差,凈化效率提高,但能耗增加。在以上基本條件不變的情況下,設(shè)置錐形除渣器壓差為0.20、0.25、0.30、0.35、0.40和0.45 MPa,測(cè)定在不同壓差下,ONP和OCC微溶氣漿的凈化效率(見(jiàn)圖9)。圖9可知,隨著壓差的增大,紙漿凈化效率均呈上升趨勢(shì)。壓差大于0.30 MPa以后,凈化效率增加的趨勢(shì)趨于平緩,考慮能耗等問(wèn)題,凈化壓差為0.25～0.30 MPa較為合理。而未添加溶氣水的廢紙漿的凈化壓差為0.30～0.35 MPa較為適宜,高于添加溶氣水的廢紙漿的適宜壓差。與未添加溶氣水廢紙漿相比,ONP微溶氣漿凈化效率提高約20個(gè)百分點(diǎn),OCC微溶氣漿凈化效率提高約25個(gè)百分點(diǎn)；相同壓差下,OCC微溶氣漿的凈化效率比ONP微溶氣漿高4.2個(gè)百分點(diǎn)。

2.3 能耗及廢紙漿中溶氣含量對(duì)抄紙的影響

2.3.1 新型高濃錐形除渣器系統(tǒng)的能耗分析

新型高濃廢紙漿凈化技術(shù)在傳統(tǒng)高濃錐形除渣器的基礎(chǔ)上增加了溶氣水產(chǎn)生裝置。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,與傳統(tǒng)高濃凈化系統(tǒng)相比,改進(jìn)后的系統(tǒng)除渣效率提高了18.4～27.2個(gè)百分點(diǎn)。為了提高除渣效率,如果采用在傳統(tǒng)凈化系統(tǒng)中增加除渣器個(gè)數(shù)的方法來(lái)達(dá)到相同凈化效果,則凈化流程中至少要增加一組凈化設(shè)備,會(huì)增加除渣泵等設(shè)備的占地空間、能耗和投資成本。

本課題的溶氣水產(chǎn)生系統(tǒng)在工作時(shí)伴隨能量轉(zhuǎn)換,空氣壓縮機(jī)及水泵將電能轉(zhuǎn)換為飽和溶氣水的內(nèi)能,在飽和溶氣水減壓進(jìn)入輸漿管道時(shí),部分內(nèi)能隨即轉(zhuǎn)換為流體的動(dòng)能,即高濃錐形除渣器的進(jìn)漿動(dòng)力由漿泵的揚(yáng)程和加壓溶氣水減壓釋放產(chǎn)生的能量?jī)刹糠纸M成。因此,溶氣水式高濃錐形除渣器凈化系統(tǒng),由產(chǎn)生溶氣水而凈增的能耗遠(yuǎn)小于單獨(dú)增設(shè)的溶氣水產(chǎn)生裝置系統(tǒng)的總能耗。此外,溶氣水系統(tǒng)的能耗主要是由空氣壓縮機(jī)造成的,若增加同等凈化效果的除渣器組,則需增加輸漿泵、沖洗水泵等設(shè)備,單位能耗大于增設(shè)的溶氣水系統(tǒng)的單位能耗。

綜上,基于注入溶氣水式的新型高濃廢紙漿凈化設(shè)備在較大程度地提高凈化效率的同時(shí),額外增加的能耗及成本遠(yuǎn)小于增加同等凈化效果的除渣器組,具有確定的工程實(shí)用價(jià)值。

2.3.2 廢紙漿中空氣含量對(duì)后續(xù)抄紙工藝的影響

本研究提出的廢紙漿凈化方法會(huì)不同程度地使廢紙漿中引入空氣,但引入的空氣中的絕大部分會(huì)在后續(xù)設(shè)備中脫除。從高濃錐形除渣器出來(lái)的良漿,其壓力降至常壓,紙漿中溶解的大部分空氣會(huì)從中釋放出來(lái)；其后經(jīng)中低濃凈化、篩選等工藝,基本可消除溶氣水帶入的空氣,漿料中空氣含量與普通漿料基本相當(dāng)。對(duì)于中、高速紙機(jī),普通紙漿中含有空氣也會(huì)對(duì)紙機(jī)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響,因此,中、高速紙機(jī)的流送系統(tǒng)均帶有除氣裝置,如脫氣泵等；對(duì)于低速紙機(jī)，紙漿中含有少量空氣的影響不大。

綜上,不必?fù)?dān)心高濃除渣工段引入的空氣會(huì)保留在紙漿內(nèi)并對(duì)紙機(jī)生產(chǎn)或成紙質(zhì)量造成不良影響。

3 結(jié) 論

3.1 新一代(第三代)的基于注入溶氣水式高濃廢紙漿凈化技術(shù)的核心是改變了紙漿體系的密度。即在高濃錐形除渣器進(jìn)漿管道中注入一定比例的過(guò)飽和溶氣水,增大了微溶氣漿與質(zhì)量較大的雜質(zhì)之間的密度差,從而提高分離效率；而且,出漿口壓力比進(jìn)漿口和除渣器內(nèi)工作壓力低,紙漿中空氣不斷膨脹,密度更輕,更利于良漿排出；分離后良漿進(jìn)入下一漿槽,此時(shí)為常壓狀態(tài),微溶氣迅速得到釋放,不影響原漿料體系的特性。

3.2 工廠實(shí)際生產(chǎn)中，一般采用的生產(chǎn)條件為：常溫(20℃),溶氣水添加比例約為60%,工作壓力0.3 MPa，壓差0.25 MPa,在此條件下進(jìn)行廢紙漿凈化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，與未加溶氣水廢紙漿相比,注入了溶氣水的ONP和OCC微溶氣漿的密度均有所降低,減少約14%，廢紙漿凈化效率提高約23個(gè)百分點(diǎn)。

3.3 飽和溶氣水中的氣含量隨自身壓力(高于凈化工作壓力約0.2 MPa)增大而增加,故添加至漿液中后形成的微溶氣漿的密度隨凈化的工作壓力增大而降低。在高濃錐形除渣器常規(guī)工作漿濃3%和工作壓力0.3 MPa、壓差0.25MPa下,注入60%溶氣水后,ONP和OCC微溶氣漿的密度分別減少14.4%和14.5%,凈化效率分別提高21.9和27.2個(gè)百分點(diǎn)；同等壓力、漿濃條件下,注入溶氣水后,OCC微溶氣漿的密度比ONP微溶氣漿低約13.4%,凈化效率比ONP微溶氣漿高4.2個(gè)百分點(diǎn)。因此,OCC微溶氣漿凈化效果更好。

3.4 基于注入溶氣水式新型高濃廢紙漿凈化原理的高濃錐形除渣器系統(tǒng),當(dāng)進(jìn)漿壓力為0.25～0.40 MPa、壓差為0.20～0.45 MPa、進(jìn)漿泵漿濃為2.5%～6.7%、錐形除渣器入口漿濃為1%～4%時(shí),進(jìn)入錐形除渣器中微溶氣漿密度降低12.9%～18.2%；廢紙漿凈化效率提高18.4～27.2個(gè)百分點(diǎn)。

3.5 溶氣水式高濃錐形除渣器額外增加的能耗及成本遠(yuǎn)小于達(dá)到同等凈化效果時(shí)增加的除渣器組的能耗；紙漿中引入的空氣會(huì)在后續(xù)設(shè)備中得到大部分去除,不會(huì)對(duì)紙機(jī)生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。因此,溶氣水式高濃錐形除渣器系統(tǒng)較大程度地提高了質(zhì)量較大雜質(zhì)的凈化效率,具有一定的工程化應(yīng)用價(jià)值。

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(責(zé)任編輯：王 巖)

New Type of Cleaning Principle of High Consistence Pulp from Waste Paper with Adding Dissolved Air Water

LI Jin-miao1,2LI Jiao-jiao1,2HE Jing1,2PI Cheng-zhong1,2ZHANG Hui1,2,*

(1.JiangsuProvincialKeyLabofPulpandPaperScienceandTechnology,NanjingForestryUniversity,Nanjing,JiangsuProvince, 210037; 2.JiangsuCo-innovationCenterforEfficientProcessingandUtilizationofForestResources,NanjingForestryUniversity,Nanjing,JiangsuProvince, 210037) (*E-mail： zhnjfu@163.com)

It is great significant to study the efficient cleaning principles or methods of the pulp from waste paper, as waste paper has accounted for more than 65% of fiber raw material used in China’s paper industry. On the basis of analysis of the existing waste paper pulp cleaning principles and methods, a new type high consistence waste paper pulp cleaning system by adding dissolved air water was developed. The cleaning efficiencies of two typical waste paper pulps, OCC and ONP, were studied through simulation experiments. The results showed that the cleaning efficiency of the novel cleaning principles and methods was improved compared with the traditional methods. When waste paper pulp consistence was 1%～4%, working pressure was 0.2～0.5 MPa, pressure drop was 0.20～0.45 MPa, the adding proportion of dissolved air water was 60% based on the water contained in the pulp, the separation efficiency of the impurities increased by 18.4%～27.2%. Under the same conditions, due to the density of OCC pulp suspension was about 13.4% lower than ONP pulp suspension, and its cleaning efficiency was about 4.2% higher than ONP pulp suspension.

waste paper pulp; dissolved air water; high consistence cleaning principle; high consistence conical cleaner; pulp and impurities densities difference

2016- 07-26

南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(201522)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)；江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程項(xiàng)目(1343)。

李金苗，女，1993年生；在讀碩士研究生；主要研究方向：制漿造紙節(jié)能減排技術(shù)與裝備。

*通信聯(lián)系人:張 輝，E-mail:zhnjfu@163.com。

TS734

A

1000- 6842(2017)02- 0033- 06