论文部分内容阅读
造纸工业作为重要的基础原材料工业,生产过程中节能减排、降本增效是永恒的主题。而废纸作为造纸资源利用量最大的原材料,当前用量已占我国造纸工业的65%以上。对于纸浆纤维悬浮液在各工段输送和工艺处理过程(如打浆、筛选、混合搅拌、输送、成形等)的能量消耗,而废纸浆与其它原生木材、草类原料浆的特性有较大差别,研究浆料流变特性(尤其是屈服应力)对其具有重大的影响和意义。因此,本文主要探讨了废纸浆纤维悬浮液屈服应力的主要影响因素,包括纤维种类与形态,浆料浓度变化,测量方法等;选择添加两种造纸常用的减阻剂(羧甲基纤维素钠CMC和阴离子聚丙烯酰胺APAM),分析比较其对浆料流变性能的影响;通过屈服应力在造纸工业中的应用,进而计算得出减阻剂的添加对管道输送和浆料混合搅拌中能耗损失的影响。经研究,获取的主要结论如下:(1)实验测量1.5%~4.0%浆浓(为生产中输送、混合、打浆等处理过程的常用浓度范围)的废报纸浆(ONP)和废箱板纸浆(OCC)纤维悬浮液的流变曲线,验证了屈服应力随着浆料质量浓度的增大而非线性增大,且满足τ_y=aC_m~b关系式。两种测量方法都证明,ONP浆纤维悬浮液的屈服应力大于国废OCC浆纤维悬浮液的,且屈服应力的差值在2.7~17.2Pa之间逐渐增大。(2)对于相同质量浓度的ONP浆和OCC浆,采用剪切应力梯度法测得的屈服应力要比采用流变曲线回归法测得的屈服应力高,分别高5.1%~9.4%和1.3%~13.9%。而对于同一种浆料,美国OCC浆纤维悬浮液的屈服应力远远大于国产OCC浆,这主要是因为随着纤维长度和长径比的增大,屈服应力增大。(3)在浆浓为0.5%~4.0%的OCC浆中不断加入CMC溶液(以绝干浆质量计),屈服应力值先降低后升高。当浆料浓度为3.5%、CMC添加量达到0.5%时,屈服应力由122.651Pa减小至109.882Pa,减小效果最明显,达到10.4%。(4)同样在OCC浆中不断加入APAM溶液(以绝干浆质量计),屈服应力值依然先缓慢降低后升高。当浆料浓度为3.5%、APAM添加量达到0.4%时,屈服应力由135.223Pa减小至120.805Pa,减小效果最明显,达到10.7%。其中添加分子量高(1000万)的APAM溶液比分子量低(300万)的对浆料屈服应力的减小效果更好,减小幅度由6.8%提升到11.1%。(5)对于在同样浓度的废纸浆纤维悬浮液中分别添加CMC和APAM,添加较少的APAM溶液即可达到减小屈服应力同等的效果。(6)当浆料中添加0.4%APAM溶液时,管道输送过程中的压头损失可以减少10.7%,达到减阻所需要的浆料临界流速降低6.54%,能量耗散因子降低20.2%。纸浆混合搅拌过程中的转子搅拌功率可以降低约10%。通过在浆料中添加减阻剂以减小纤维悬浮液屈服应力,可以为造纸产业中节能减排、各工段的工艺流程改进和应用提供指导意义。