CN104499327A - 无水制浆膨化装置 - Google Patents

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薛永祥
赵德鸿
郭显红
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    • D21BFIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30Defibrating by other means
    • D21B1/36Explosive disintegration by sudden pressure reduction

Abstract

本发明涉及一种无水制浆膨化装置,采用氧碱膨化的方式得到一种无废水、废气、废渣排放的节能节水清洁制浆工艺,氧碱膨化制浆的方法是通过氧碱和膨化技术相结合离解纤维,后端采取弱机械处理的方式,保证了纤维强度,降低了能耗,实现了高得率制浆;在现有制备装置中的搓丝机之后增加一套膨化装置将粗浆料压入密封罐体内使得浆料在短时间内喷放,再输送至膨化反应仓继续反应,通过上述的改进使纤维快速分离,撕裂容易,从而提高了生产效率。

Description

无水制浆膨化装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种采用氧碱膨化方式得到一种无废水、废气、废渣排放的节能节水 清洁制浆装置,具体而言,涉及一种无水制浆膨化装置。
背景技术
[0002] 制浆就是由植物纤维原来分离出纤维而得纸浆的过程。制浆方法主要分为机械 法、化学法和化学机械法,分别制得机械纸浆、化学纸浆和化学机械纸浆。现有技术中,由于 受力的大小难以控制而造成分丝不足或破坏纤维;而且强烈的机械摩擦作用会使大量机械 能直接变成热能而使动力消耗大大提高;其次巨大的轴向力使得设备的造价高。
[0003] 例如公开号为CN101358434A的中国发明专利,其公开了一种机械制浆方法及机 械制浆装置,利用高速运动的工作头来赋予植物纤维原料极大的线速度而相互碰撞或直接 同工作齿相碰撞,碰撞后的植物纤维原来吸收能量而分丝,植物纤维原料吸收能量的大小 与单个独立原来组份的质量成正比,与该原料组份的线速度的平方成正比。随着单个组份 质量的下降,线速度逐渐提高以维持能量不变或逐渐提高能量值。该发明中的原料经过工 作齿碰撞后直接进行分丝,其分丝的效果不佳,给后序的流程造成不良的影响,最终使制浆 的效率大大降低。
[0004] 又例如公开号为CN102677530A的中国发明专利,其公开了一种低碳造纸方法,低 碳造纸综合利用农作物秸杆作为能源动力生产出次高压蒸汽发电、作为原料通过制浆分离 出来浆料以及污染物黑液和漂白污水,由浆料抄造出各种纸张,由黑液制备出木质素磺酸 钠,由氯漂白污水制备出无水氯化钙。该发明通过秸杆综合利用实现低碳造纸生态工业、循 环经济和清洁生产零排放。由于该发明的动力来自秸杆燃烧后提供的能量,秸杆燃烧时势 必会排放出大量的二氧化硫气体,对环境造成污染。
[0005] 再例如授权公告号为CN203790891A的中国实用新型专利,其公开了一种造纸用 制浆装置,包括进料口、进料阀门、流量计、循环管、电动机、制浆池、搅拌器、整流罩、螺旋输 送机等设备,其中制浆池是主体部件,制浆池的左上方连接设置有循环管,制浆池的上方活 动连接设置有电动机,电动机是交流电机,驱动轴从上到下依次设置有搅拌器、整流罩,制 浆池的底部向内设置有空气分布器,制浆池的底部向一侧设置有连通管,连通管的另一端 连接设置有储存罐,整体结构简单,操作使用方便。该制浆装置仅采用搅拌器对物料进行搅 拌,并不能保证物料能够被充分分丝,其生产效率较低。
发明内容
[0006] 基于上述问题,本发明提供一种无水制浆膨化装置,旨在解决现有技术中纤维分 离较慢,撕裂不容易,生产效率较低的问题。
[0007] 根据本发明的一种无水制浆膨化装置,其包括洗片机、搓丝机、螺旋脱水机、反应 仓和高浓磨浆机,原料经过皮带送入洗片机进行清洗,从洗片机出来的原料经过脱水、搓 丝、反应、磨浆后加工成纸浆,所述搓丝机与反应仓之间设有膨化装置。该无水制浆膨化装 置中在现有制浆流程中搓丝机之后增加的一套膨化装置,膨化机理是把粗搓浆料压入密封 罐体内,然后向罐体内通入氧气和蒸汽,达到一定压力之时,使原来内部组织结构被快速氧 化,当达到设定的温度,压力和时间,浆料在短时间内喷放,变得蓬松柔软,再输送到膨化反 应仓继续反应,蓬松柔软被氧化后的浆料,后续反应速度大大提高,整个过程用DCS控制系 统操作与现有技术相比。通过大量实验得出:本发明的有益效果是使得浆料在反应仓内的 反应时间缩短,原来的反应时间是60分钟,现在的反应时间为50分钟,单位时间产量提高 15%〇
[0008] 优选的是,所述膨化装置包括支腿和筒体,筒体内均匀分布多个氧气喷管和蒸汽 喷管。
[0009] 在上述任一方案中优选的是,所述搓丝机为双螺杆搓丝机。
[0010] 在上述任一方案中优选的是,所述搓丝机包括进料斗和机壳,机壳内设有组合搓 丝螺旋轴。
[0011] 在上述任一方案中优选的是,所述组合搓丝螺旋轴为两根平行且相互啮合的螺旋 轴,两根螺旋轴通过联轴器组合后由减速器驱动。
[0012] 在上述任一方案中优选的是,所述反应仓包括支架、传送带和气罩。
[0013] 在上述任一方案中优选的是,所述气罩内设有拨料辊和布料辊。
[0014] 在上述任一方案中优选的是,所述洗片机与搓丝机之间设有螺旋预蒸仓,从洗片 机出来的洁净原料由斜螺旋脱水机脱水后输送到螺旋预蒸仓内进行蒸煮。
[0015] 在上述任一方案中优选的是,所述高浓磨浆机的浆料通过出料螺旋机输送到水力 碎浆机内进行碎浆。
[0016] 在上述任一方案中优选的是,所述水力碎浆机与中浓磨浆机通过管道连接,中浓 磨浆机出来的浆液被送入稳浆机中进行稳定。
[0017] 在上述任一方案中优选的是,所述稳浆机通过管道与双网压滤机连接。
[0018] 在上述任一方案中优选的是,所述双网压滤机包括流浆箱、机架以及安装在机架 上的多个辊子组成,辊子上设有上滤网和下滤网。
附图说明
[0019] 现在将描述根据本发明的优选但非限制性的实施例,本发明的这些和其他特征、 方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见,其中:
[0020] 图1为按照本发明的无水制浆膨化装置的流程图。
[0021] 图2为图1所示流程图的结构简图。
[0022] 图3为图2中膨化装置的工序图。
[0023] 图4为图2中膨化装置的主视图。
[0024] 图5为图2中膨化装置的俯视图。
[0025] 图6为图2中膨化装置的控制简图。
[0026] 图7为图2中搓丝机的整体结构图。
[0027] 图8为图7中A-A方向剖视图。
[0028] 图9为图7中B-B方向剖视图。
[0029] 图10为图2中反应仓的整体结构示意图。
具体实施方式
[0030] 以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。
[0031] 如图1、图2所示,本发明的无水制浆膨化装置,其包括洗片机2、搓丝机10、螺旋脱 水机3、反应仓30和高浓磨浆机6,原料经过皮带1送入洗片机2进行清洗,从洗片机2出 来的原料经过脱水、搓丝、反应、磨浆后加工成纸浆,所述搓丝机10与反应仓30之间设有膨 化装置20。该无水制浆膨化装置中在现有制浆流程中搓丝机之后增加的一套膨化装置,膨 化机理是把粗搓浆料压入密封罐体内,然后向罐体内通入氧气和蒸汽,达到一定压力之时, 使原来内部组织结构被快速氧化,当达到设定的温度,压力和时间,浆料在短时间内喷放, 变得蓬松柔软,再输送到膨化反应仓继续反应,蓬松柔软被氧化后的浆料,后续反应速度大 大提高,整个过程用DCS控制系统操作与现有技术相比。通过大量实验得出:本发明的有益 效果是使得楽·料在反应仓内的反应时间缩短,原来的反应时间是60分钟,现在的反应时间 为50分钟,单位时间产量提高15%。
[0032] 在本实施例中,所述洗片机2与搓丝机10之间设有螺旋预蒸仓4,从洗片机2出来 的洁净原料由斜螺旋脱水机3脱水后输送到螺旋预蒸仓4内进行蒸煮。
[0033] 在本实施例中,所述高浓磨浆机6的浆料通过出料螺旋机5输送到水力碎浆机7 内进行碎浆。
[0034] 在本实施例中,所述水力碎浆机7与中浓磨浆机6通过管道连接,中浓磨浆机6出 来的浆液被送入稳浆机9中进行稳定。
[0035] 在本实施例中,所述稳浆机9通过管道与双网压滤机40连接。
[0036] 在本实施例中,所述双网压滤机40包括流浆箱、机架以及安装在机架上的多个辊 子组成,辊子上设有上滤网和下滤网。
[0037] 如图3所示,经过搓丝机10的原料被螺旋输送机5输送到膨化装置20中,搓丝后 的物料被螺旋输送机5送到膨化装置20的顶部后被强制送料螺旋51送入到膨化装置20 的罐体内,该罐体从外部输送来氧气和蒸汽对膨化装置20内的物料进行膨化。经过膨化装 置20蓬松后的物料掉入落料槽211内,接下来被倾斜的螺旋输送机5送入到反应仓30内 进行反应。
[0038] 如图4所示,在本实施例中,所述膨化装置20包括支腿21和筒体22,筒体22内均 匀分布多个氧气喷管23和蒸汽喷管24。
[0039] 支腿21与罐体22连接作为本装置主体,氧气喷管23和蒸汽喷管24各三根伸入 筒体22的外部与环形进汽管连通。筒体22的顶部设进料口 a,底部设有出料口 b,出料口 b 的下端安装有喷放阀27,将膨化后的蓬松物料通过喷放阀27喷放到落料槽21 ;筒体22的 筒壁上装有温度传感器26和压力传感器28,用于监控筒体22内的温度和压力。
[0040] 接下来参阅图5所示,外部的氧气和蒸汽分别通过氧气喷管23的氧气进口 C、蒸汽 喷管24的蒸汽进口 d输入到筒体22内,对筒体22内的物料进行膨化。
[0041] 如图6所示,压力传感器28上设有氧气自动阀210,温度传感器26上设有蒸汽自 动阀29,筒体22的底部设有喷放阀27。
[0042] 强制送料螺旋51把第一道搓丝后的浆料输送到膨化装置20中,同时蒸汽自动阀 29和氧气自动阀210自动阀自动打开,来自制氧站的氧气从氧气进口 C的三个方向预处理 罐中输入氧气,来自蒸汽管网的蒸汽从蒸汽进口 d的三个方向预处理罐中输送蒸汽,氧气 喷管23和蒸汽喷管24上钻有若干小孔使气体充分喷射进入浆料之内。将预处理罐内温度 调控在190-210°C,压力调控在I. 9-2. IMPa,并保温保压30-200秒,使得药液和氧气与料在 短时间内渗入,原料的部分内部组织结构被快速氧化。整个预处理过程用DCS控制系统操 作:当达到设定的温度、压力和时间时,氧气自动阀210和蒸汽自动阀29会自动关闭,喷放 阀27自动打开,浆料从出料口 b喷谢而出,然后由螺旋输送机5送入无水制膨化反应仓中 进行反应,整个过程中由温度传感器26和压力传感器28将信号接入DCS系统中进行自动 化控制。
[0043] 接下来参阅图7-图9所示,经过预处理后的浆料进入搓浆机进料斗15,由强制送 料螺旋27把浆料送入搓丝机10内,浆料经过搓丝组合螺旋18的机械作用,得到撕裂、分丝 和帚化,然后经出料口 112送到膨化装置20中。搓丝机10设置在基座110上,该搓丝机10 的动力来源于高压电机11,高压电机的端部通过联轴器12与减速器13连接,经过减速后 的电压带动搓丝组合螺旋轴18转动。减速器13通过组合搓丝螺旋联轴器113与组合搓丝 螺旋轴18连接,并且搓丝螺旋联轴器113与组合搓丝螺旋轴18之间设有轴承,该轴承又轴 承座14支撑。由图8所示,机座110上还设有加药泵111,通过管道向搓丝机10内加入药 剂。
[0044] 强制送料螺旋装置6是由减速机电动机经链条带动组合搓丝螺旋轴18旋转,强制 推动浆料进入搓丝机中;组合搓丝螺旋轴18是两根平行且相互啮合的螺旋轴,它们由减速 器13以及联轴器113驱动,同步旋转。组合搓丝螺旋轴18上有两种螺旋:一种为挤压螺 旋,另一种为反向搓丝螺旋,改变其螺距,就会改变浆料的质量和产量。
[0045] 机壳9采用剖分式结构,壳体上装有浆料进出口和药液,蒸汽注入口,药液由加药 泵111注入机壳内。
[0046] 如图9所示,强制送料螺旋27、组合搓丝螺旋轴8与机壳19部件的相应关系,加药 泵11向机壳内注药。组合搓丝螺旋轴18上设有三级挤压螺旋和三级反向搓丝螺旋,它们 在图中分别为:一级挤压螺旋117、二级挤压螺旋118和三级挤压螺旋119 ;一级搓丝螺旋 116、二级搓丝螺旋115和三级搓丝螺旋116。al、a2、a3分别表示各级挤压螺旋长度;bl、 b2、b3分别表示各级反向搓丝螺旋长度;a表示挤压螺旋的螺距、b表示反向搓丝螺旋的螺 距,通过改变a和b的数值,控制了搓丝的质量和效率。另外每级的螺距不同,当把挤压螺 旋的螺距加大5mm,出浆速度就提高了 10%,这是因为经过膨化处理后的浆料容易被分解 搓丝。
[0047] 最后参阅图10所示,在本实施例中,所述反应仓30包括支架34、传送带313和气 罩312,浆料通过传送带313送入反应仓30的进料口,靠布料辊314使浆料均匀分布在传送 带313上,主动辊由电机减速器驱动,从而带动传送带313以0. 2-0. 3m/min的速度移动,浆 料在密封的气罩312内保持一定温度和时间,与药液进行充分反应。当浆料运行到尾端反 应时间完成,由安装在反应仓30的出口处的拨料辊311把浆料拨散并落入出料螺旋内.再 传送到下道工序。
[0048] 与现有技术相比,该反应仓的有益效果是:使得浆料在反应仓30内的反应时间缩 短,浆料移动速度可加快到〇. 24m/min,原来的反应时间是60分钟,现在的反应时间是50分 钟。单位时间产量提高15%,当然此效果主要得益于前道工序膨化装置的功能,但该反应仓 起到的作用不可缺少。
[0049] 本发明的无水制浆膨化装置中膨化装置的氧碱膨化制浆工艺具有如下特点:
[0050] L 环保
[0051] 制浆造纸COD污染物排放占我国工业废水排放总量的20%左右,是我国工业废水 COD最大的排放源。碱回收工艺复杂、设备投资大,采用氧碱膨化制浆技术,不产生蒸煮废 液,只有原料预浸泡和挤压过程中两个排水点,废液循环利用后用于生产墙体材料。采用无 氯漂白没有POPS持久性有机污染物产生。不使用硫化碱没有硫化氢、硫醇等臭气的产生。 过程的浆渣经过再磨得到纸浆产品,固体废弃物资源化利用。
[0052] 2.实现了草类原料高得率制浆
[0053] 氧碱膨化制浆的采用氧碱和膨化技术相结合离解纤维,后端采取弱机械处理的方 式,保证了纤维强度,降低了能耗,实现了高得率制浆,是草类原料制浆方法的突破。
[0054] 3.工艺简洁,有利于因地制宜建厂
[0055] 采用化学法制浆,设备庞大,工艺复杂。采用氧碱膨化制浆技术,占地面积小,工艺 简洁。
[0056] 表一:
[0057]
Figure CN104499327AD00071
[0058] 表二:
[0059]
Figure CN104499327AD00072
[0060] 通过上表对比得出:化学方法制浆在蒸煮过程中加入了 Na2S这样势必会产生COD 污染物;筛选过后要进行含氯漂白,这样势必会产生POPS污染物;在制成浆板之前还需进 行碱回收,势必会造成生产成本的增加。相反,本发明采用氧碱膨化制浆的步骤简单,而且 不会产生COD和POPS污染物的排放。
[0061] 表三:
[0062]
Figure CN104499327AD00081
[0063] 由表三可以得出:本发明采用氧碱膨化制浆工艺产生的COD和BOD5均为0,而现 有技术中的化学浆方法中COD为5. 4kg/t,化机浆方法中的COD为I. 8kg/t ;化学浆方法中 BOD5S I. 5kg/t,化机浆方法中的BOD 5为0. 72kg/t。由此可见,本发明采用氧碱膨化制浆 工艺的方法好于化学浆方法和化机浆方法。
[0064] 表四:
[0065]
Figure CN104499327AD00082
[0066] 由表四得出:本发明采用氧碱膨化制浆工艺中原料消耗、水、碱、蒸汽的消耗量均 远远小于现有技术中化学浆方法和化机浆方法。本发明的电消耗量虽然略大于化学浆方 法,但其它物质的消耗远远小于化学浆方法,因此本发明的氧碱膨化制浆工艺总体还是好 于化学浆方法和化机浆方法。
[0067] 表五:
[0068]
Figure CN104499327AD00083
Figure CN104499327AD00091
[0069] 由表五得出:本发明采用氧碱膨化制浆工艺中原料消耗、水、碱、蒸汽的消耗量均 远远小于现有技术中化学浆方法和化机浆方法。本发明的电消耗量虽然略大于化学浆方 法,但其它物质的消耗远远小于化学浆方法。另外,本发明内有COD、BOD的排放,不会造成 污染。因此,本发明的氧碱膨化制浆工艺总体还是好于化学浆方法和化机浆方法。
[0070] 本发明的无水环保制浆技术经推广证实具有良好的经济效益、社会效益和生态效 益。预计未来5年制衆产能达到300万吨,可实现年产值100亿元以上,带动装备制造、新 材料等相关上下游产业投资300亿元以上,本公司项目计划三年左右上市,通过资本运作 进行规模化发展,将成为国际绿色环保产业龙头企业。
[0071] 尽管参考附图详细地公开了本发明,但应理解的是,这些描述仅仅是示例性的,并 非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定,并可包括在不脱离本 发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (9)

1. 一种无水制浆膨化装置,其包括洗片机(2)、搓丝机(10)、螺旋脱水机(3)、反应仓 (30)和高浓磨浆机(6),原料经过皮带(1)送入洗片机(2)进行清洗,从洗片机(2)出来 的原料经过脱水、搓丝、反应、磨浆后加工成纸浆,其特征在于:所述搓丝机(10)与反应仓 (30)之间设有膨化装置(20),所述膨化装置(20)包括支腿(21)和筒体(22),筒体(22)内 均匀分布多个氧气喷管(23)和蒸汽喷管(24)。
2. 如权利要求1所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述氧气喷管(23)和蒸汽喷 管(24)均为三根,氧气喷管(23)和蒸汽喷管(24)伸入筒体(22)的外部与环形进汽管连 通。
3. 如权利要求1或2所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述氧气喷管(23)和蒸 汽喷管(24)伸入筒体(22)的部位的管壁上均匀分布多个小孔。
4. 如权利要求1或2所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述筒体(22)的顶部设 进料口(a),底部设有出料口(b)。
5. 如权利要求1或2所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述筒体(22)的筒壁上 装有温度传感器(26)和压力传感器(28)。
6. 如权利要求5所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述压力传感器(28)上设有 氧气自动阀(210);温度传感器(26)上设有蒸汽自动阀(29)。
7. 如权利要求4所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述出料口(b)的下端安装有 喷放阀(27)。
8. 如权利要求7所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述喷放阀(27)的下端设有 落料槽(21)。
9. 如权利要求1或2所述的无水制浆膨化装置,其特征在于,所述筒体(22)的顶部设 有强制送料螺旋(51)。
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