造纸工业是基础性行业,其制造的产品对教育、沟通和包装等至关重要。该行业大部分工段都涉及不同浓度多相流体纸浆悬浮液的流动,其流变特性为制浆造纸工艺过程和装备的高效稳定运行以及设计优化奠定了重要理论基础。目前,国内对于纸浆纤维悬浮液的流变特性,尤其是屈服应力的研究很少,更没有研究造纸化学品对纸浆悬浮液屈服应力影响的研究。本文在探讨纸浆流体力学和添加剂CMC的流变特性的基础上,提出在纸浆悬浮液中添加CMC来改善纸浆的流变特性,尤其是屈服应力的设想;通过实验研究出合适的CMC添加量,并研究了添加CMC后对纸浆搅拌能耗和输送流态化的影响;通过筛选模拟实验来研究添加CMC对纸浆筛选的影响。本研究的主要成果如下:(1)利用剪切应力梯度法测量浆浓为0.5%~4.0%的漂白针叶木浆悬浮液屈服应力t_y,结果表明,随着纸浆浓度的增加,屈服应力呈非线性增加,且不管是否添加CMC,都满足指数方程t_y=aC_m~b,式中a约为2.5~3.8,b约为2.6~2.9。(2)在漂白针叶木浆悬浮液中加入CMC可降低纸浆的屈服应力;在实验设计的浆浓分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%和CMC添加量(相对绝干浆质量)分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的条件下,当CMC添加量为1.5%时,效果最为显著,并且随着纸浆浓度的增加,CMC的影响也越来越明显。在浆浓为4%的针叶木浆悬浮液中添加1.5%的CMC,可以使屈服应力降低约16.19%。(3)添加CMC使纸浆悬浮液的屈服应力降低,因而可明显降低其实验模拟搅拌能耗。当纸浆悬浮液浓度为4%,CMC添加量为1.5%时,屈服应力降低16.19%,相应的搅拌转速在500rpm左右时搅拌功率降低了40.58%。(4)纸浆输送时,纸浆初始流态化的条件可以用单位体积纸浆消耗能量的大小,即能耗因子~εF来定量描述,添加CMC对~εF的影响与屈服应力一致。添加1.5%的CMC,单位体积纸浆能耗降低最显著,纸浆浓度越大,效果约越显著。在浆浓为4%的针叶木浆悬浮液中添加1.5%的CMC,可以使单位体积纸浆消耗的能量降低约29.76%(5)纸浆筛选模拟实验显示,对于低浓纸浆,添加CMC对其筛选效率无明显影响;对于高浓纸浆,添加CMC后,其筛选效率明显提高,在转速分别为300r/min、500r/min、700r/min时,对应的添加CMC的纸浆的良浆通过率比未添加CMC时提高了9.26%、15.45%和9.08%。(6)高浓纸浆筛选过程中,添加CMC有效促进了纸浆中纤维和杂质的分离;纸浆浓度为4%时,添加CMC可以降低渣浆中的好纤维率,对于转子转速分别为300r/min、500r/min、700r/min时,添加CMC后渣浆中的好纤维率分别降低了18.34%、19.93%和10.58%。通过在纸浆中添加化学品来改变纸浆纤维悬浮液的流变特性和特征参数,可以为纸浆屈服应力的研究提供参考,同时为制浆造纸工艺流程优化和节能减排等提供了一个新的研究思路。