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1、制浆造纸机械设备,第二章 化学制浆设备,第一节 概述,一、化学制浆工艺流程与设备分类化学制浆是指纤维原料在蒸煮设备中，同适量的化学药品，使纤维原料中的木素大部分溶于药液中，纤维素得以离解成所需纸浆的全过程。 由于化学制浆的方法很多，纤维原料品种各异，生产规模不一，所以化学制浆设备的结构与形式有多种多样。一般将化学制浆设备依照操作过程分为间歇式和连续式两大类。,间歇式化学制浆设备的主体设备为蒸球和蒸煮锅。蒸球为回转式，多用作中小纸厂碱法、硫酸盐法或中性盐法制浆的设备。蒸煮锅为立式固定设备，由于蒸煮药液腐蚀性及工艺特点不同，结构、形式及容积也各异，因而蒸煮锅又分为硫酸盐蒸煮锅和亚硫酸盐蒸煮锅。蒸煮
2、锅容积一般较大，多用于大中型纸厂。间歇式化学制浆设备除主体设备外，还需配备必要的附属设备，如循环泵、药液循环加热器、废热回收设备、喷放锅。连续式化学制浆设备按主体蒸煮设备可分为塔式（或立式）,连续蒸煮器，也称卡米尔(kamyr）连续蒸煮器；潘地亚（pandia）横管式及斜管式连续蒸煮器。塔式连续蒸煮器适用于大、中型木浆厂，在全球范围内使用最为普遍。我国制浆造纸工业所应用的化学制浆设备，除大型的塔式连续蒸煮器外，其他都有使用。,二、化学制浆设备的选型主要根据投资、生产规模、纤维原料种类等。蒸煮器的容积和个数决定于生产规模、蒸煮器的型式、设备费用、全厂生产的综合平衡情况。规模在300t/d以下的木
3、浆生产最好选用大、中型间歇式蒸煮器，因为在300t/d以下，间歇蒸煮器的投资费用比连续蒸煮器低13%20%。木浆产量在300t/d以上，一般应选择连续蒸煮器。非木材纤维原料纸浆的生产一般选用连续蒸煮器。这主要是连续蒸煮的纸浆质量稳定，且产量系数t/(m3d)远大于间歇蒸煮。,第二节 立式蒸煮锅,一、硫酸盐蒸煮锅我国大、中型硫酸盐厂多采用固定立式蒸煮锅蒸煮木材、竹子、荻、苇等原料。立式蒸煮锅的主要优点是：锅的容积大，产浆量大；劳动生产率高；与同容积的蒸球相比，占地面积小。缺点是：附属设备较多；构造复杂，制造要求高，设备投资费用大。,硫酸盐纸浆蒸煮循环周期较短，一般为45h，如采用自动锅盖，全压喷
4、放和蒸煮过程的自动控制，循环周期可缩短至 34h。要使锅内迅速均匀升温，硫酸盐蒸煮锅锅容不宜过大。我国常用的锅容有50、70、110m3三种规格，国外也有采用较大锅容的，如125、160m3。 硫酸盐蒸煮锅是用20g锅炉钢板压力成形后焊接而成的薄壁压力容器。它主要由锅体、锅盖、装锅器、喷放阀、药液循环加热装置及支座等组成。,（一）锅体 锅体分上、中、下三部分：上部多为球形与锥形组合体，也有椭圆形的；中部为圆筒形；下部也为球形与锥形组合体。 锅的高度、直径及上、下锥角的大小是蒸煮锅外形尺寸的重要指标。高度与直径的比值过大，会使一定锅容的蒸煮锅过高，增加厂房基建投资。,而比值过小，则容易造成循环药
5、液在整个锅截面上分布不匀，甚至形成串流，因而使锅内物料升温不均匀，最终使成浆质量不均匀，降低得率。通常硫酸盐蒸煮锅高度与直径之比在3.34之间。蒸煮锅的上锥角一般取90左右，下锥角为60左右。上、下锥角大小对蒸煮锅装料、放浆、送液和通汽等操作均有一定的影响。,如上锥角过大，则锅顶物料难以压实，降低装锅量；下锥角太大则容易使放料不完全，且直接通汽时，加热不均匀。反之，如上、下锥角过小，同样使锅高增大。上、下锥体同中部圆筒壳体之间的连接采用圆弧过渡，以减小或消除边缘应力。过渡部分母线曲率半径一般取等于或大于圆筒部分半径。,为将蒸煮药液从锅中抽出进行循环加热，在锅圆筒部或圆筒与下锥体之间过渡部分的直
6、径两端设有对称的两个抽出药液接管，并在对应的内壁上装设环形滤网，用以抽液时阻止料片或浆料抽出。滤网在锅壳上的固定结构如图2-2所示。,锅壳内壁上焊有滤网架，滤网上下两端用两个短圆锥形圆孔罩板焊在锅壳上。滤网用螺钉或焊接方法固定在滤网架和罩板上。一般锅壳与滤网之间的距离取120150mm。滤网用46mm钢板制造，开孔为38mm,最好为锥形孔，防止碎木屑或杂物堵塞网孔。为保证药液有充分的循环量，滤网的有效过滤面积应为循环管入口截面的10倍以上。锅壳上锥部内壁面装有两组锥形滤网，上面一组用于排汽（气）时防止锅内纤维物料被带出。,下面一组滤网用于把循环加热系统送来的药液分布到蒸煮锅整个截面上。两组滤网
7、也是用螺钉固定在焊接于壳壁上的滤网架上，如图2-3所示。,下锅颈也是整体铸钢件，其内表面有固定于滤网架上的滤网。下锅颈侧面有两根接管，其中一根较粗的接管用于送入循环加热系统加热后的药液，另一根用于送入蒸汽，升温时作为辅助加热之用。下锅颈下口连接放料弯管、放料阀及放料管路。下锅颈下口直径随放料弯管结构不同而异，但放料阀及放料管直径应根据浆料在1020min排空来决定。通常放料管直径在200350mm之间，视锅容而定。,（二）药液循环及加热系统蒸煮锅按加热方式不同，可分为直接加热强制循环和间接加热强制循环两种。国内浆厂多采用间接加热强制循环，并辅以直接加热的方法。间接加热能保持稳定的液比，提高药液
8、浓度，缩短蒸煮时间，并能使所得浆料质量均匀；同时蒸煮后黑液浓度较高，碱回收蒸汽耗量可降低。装锅时可利用循环装置以压装法装锅提高锅的产量。,硫酸盐蒸煮锅常用的间接加热循环系统有两种型式：圆筒下部抽液循环系统和中部抽液循环系统。,第三节 间歇式蒸煮器的附属设备,一、装锅器为提高装锅量，即提高装入蒸煮器内料片的紧密度，增加每立方米锅容的产浆量，改善料片在锅内的分布；提高料片温度，排除其中所含的部分空气。大部分工厂都采用装锅器装料，装锅器种类很多，常用的有机械装锅器、简易装锅器和蒸汽装锅器。,（一）机械装锅器机械装锅器如图2-11所示。料片经漏斗通过回转盘而落入蒸煮器。回转盘是通过减速器、齿轮箱与电动
9、机连接而转动，以此可以控制装锅速度。一般转速为2030r/min。联轴器下端固定有4个分布板，与锅口的倾斜角为2035。采用机械装锅器可增加装锅量1040。,（二）蒸汽装锅器蒸汽装锅器有移动式和固定式两种，为减少装卸移动的麻烦，现都使用固定式。图2-12所示为一种固定式蒸汽装锅器。在蒸煮锅的锅颈内固定着环形放气滤网。在滤网内固定着截面为直角三角形的环形空间，即蒸汽分配室，蒸汽分配室侧壁上接有进汽管，而其下面的环形板上沿圆周焊有20-24个蒸汽喷嘴，喷嘴中心线同开孔中心线成一定倾斜角，使各个喷嘴中喷射出的蒸气流构成一个预定的回转双曲面。,当往锅中装料时，料片一落入蒸汽装锅器，即为喷嘴喷射出的气流
10、挟带住，使料片下落动能增大，因而将其在锅中压实，并使之均匀分布于整个锅截面上；同时，又使料片升温，排除其中所含部分空气，有利于药液渗入料片内部。蒸汽装锅器所用蒸汽压力为250350kPa，每吨浆的蒸汽消耗约为0.100.20t。使用这种装锅器，装锅量可提高2530。,二、喷放装置喷放装置有喷放池、喷放仓和喷放锅，是承接蒸煮器喷放出来的浆料的中间贮浆容器。小型蒸煮器配有喷放池或喷放仓，大型蒸煮器可配套喷放锅。喷放锅（或喷放仓）的总容积，一般为蒸煮器总容积的1.51.8倍，每台喷放锅（喷放仓）的容积应为每台蒸煮器容积的2.53倍。（一）喷放仓喷放仓为高浓贮浆容器，顶部及底部均为锥形，中部为圆筒形。
11、,此设备多为中小型草浆厂选用。（二）喷放锅喷放锅为大型贮浆容器。以前多用锥底喷放锅，而目前则较多用平底喷放锅，因后者的搅拌装置传动简单，维修方便，造价低廉，安装容易，所占空间高度较低。顶部为气液分离器，在锥形底部上端的环形管上装有若干喷嘴，以便稀释浆料。在锥底下端装有螺旋式搅拌装置，转速为110r/min浆料由喷放管沿切线方向进入喷放锅顶部进浆口，从浆料中分离出来的废气由顶端排汽管排出，可送至热回收系统。浆料在底部侧端排浆管排出。锥底喷放锅是高浓贮浆器，贮浆浓度为1114。,第四节 塔式连续蒸煮设备,国外自从1950年第一台用于化学浆的连续蒸煮器投产以来，连续蒸煮技术的应用和研究发展很快，到目
12、前为止，全世界纸浆总产量的一半是用连续蒸煮器生产出来的。现在国外大型的硫酸盐木浆厂在新建或进行较大规模扩建时，多采用连续蒸煮器。连续蒸煮与间歇蒸煮各具特色。,连续蒸煮的优点在于：对大型蒸煮设备来说，连续蒸煮器的基建投资及运行费用较低；单位锅容产浆量高，相对占地面积小；能耗较低，且汽、电消耗均衡，避免了高峰负荷；耗人力较少。但对于高度自动化的间歇蒸煮设备，两者相差不大；蒸煮均匀性较好，甚至在煮大木片时，筛渣也较少。但两种蒸煮方法纸浆的得率和强度，无显著的差别。,连续蒸煮的缺点是：生产的灵活性和可靠性不如间歇蒸煮；在使用细碎的木片时，对生产的影响，连续蒸煮大于间歇蒸煮；松节油回收率较低。 目前连续
13、蒸煮器的型式主要有塔式（立式）、横管式、斜管式三种。塔式中可分为单塔式及双塔式；横管式可分为一、二、三管式；斜管式可分单斜管及双斜管式。,一、塔式连续蒸煮器的类型、流程是国外应用最广泛的一种连续蒸煮设备。至1990年世界各地已有350套在运行，其总产量占全世界碱法制浆生产量的45。卡米尔连续蒸煮器自投产以来，经历了两次重大的技术发展阶段。第一次是1958年发展了冷喷放技术，即向蒸煮器底部注入7080稀黑液，使纸浆喷放时的温度降低到85左右，从而改善了纸浆的强度特性。第二次是1962年研究成功的锅内高温逆流洗涤，大大提高了洗涤效率，简化了洗浆设备。,卡米尔连续蒸煮器对各种蒸煮方法和原料有较大的适
14、应性，除了主要用于硫酸盐法蒸煮外，还可用于中性亚硫酸盐法、酸性亚硫酸法和预水解硫酸盐法，可生产可漂浆、溶解浆、本色浆和半化学浆。原料由针叶材扩大至阔叶材、锯屑及草类纤维原料。目前卡米尔连续蒸煮器的类型有液相型、汽-液相型、带高压预浸渍器的（双塔）以及适用于草类原料的蒸煮器等。,（一）卡米尔（Kamyr）液相型蒸煮器卡米尔液相型连续蒸煮器是工业生产使用最早最为普遍的一种形式，它的特点是蒸煮锅内充满药液，液比较大，锅内压力保持在较蒸煮温度对应的饱和蒸汽压高300400kPa。这种型式用于硫酸盐木浆蒸煮，其蒸煮过程及其升温基本上仿照间歇式进行。,在蒸煮锅底部，借缓慢转动的叶片（该叶片固定于出口装置轴
15、套的旋臂上）将冷却了的软化木片连续打成浆状。然后浆料借助蒸煮锅内的压力（约1.4MPa)排出，送到两段扩散洗涤器进行进一步洗涤。,（二）卡米尔（Kamyr）汽-液相型蒸煮器汽-液相蒸煮器结构上与液相型基本相似，所不同的是以反向式顶部分离器取代了液相型蒸煮器的顶部分离器。由高压进料器经上循环管送来的木片在未进入蒸煮锅之前就同药液分离。在蒸煮锅顶部保持了一个汽相空间，使经过渗透的木片能用直接通汽迅速加热到蒸煮温度，这意味着在蒸煮锅内不再有专门的浸渍区。,汽-液相蒸煮中木片预浸只限于顶部循环液，以及在反向式顶部分离器中停留的3-4min时间，图2-19表示出这种蒸煮器第一代反向式顶部分离器的原理，三
16、年后，外置倾斜反向顶部分离器即被图2-20所示的内置式反向顶部分离器所取代。汽相部分通常调整为在蒸煮器外壳顶以下2m。药液液位保持低于木片料位1-2m.,由于在蒸煮锅顶部有汽相空间，惰性气体积聚的问题也随之解决，这对制造硫酸盐法溶解浆是很重要的。因为在预水解时要生成CO2。这种蒸煮器可用于酸性亚硫酸氢盐法、亚硫酸氢盐法、中性亚硫酸盐半化学法以及预水解硫酸盐法蒸煮。（三）带高压预浸渍的蒸煮器（双锅汽-液相蒸煮器）双锅汽-液相蒸煮器是在单锅汽-液相蒸煮器的基础上发展起来的，在高压进料器与蒸煮锅之间增加一台立式高压预浸渍锅。,（四）改良型卡米尔连续蒸煮器（MCC）瑞典林产品实验室（SFPL）的理论研
17、究表明，通过对蒸煮工艺的几项改良，可以改进硫酸盐法制浆。包括：降低初始碱浓度；提高大量脱木素期开始时的硫化度；降低蒸煮后期的溶解木素和钠盐的浓度。改良型连续蒸煮器以生产低卡伯值纸浆，目前，世界上已有40多套卡米尔MCC(Modified Continuous Cooking）或EMCC（Extended Modified Continuous Cooking）或ITC（Iso Thermal Cooking）连续蒸煮器在运转。,传统的卡米尔连续蒸煮器，蒸煮液中的碱浓愈来愈低，溶在蒸煮液中的木素浓度愈来愈大，这就限制了木片中的木素进行深度的脱除，纸浆的卡伯值（针叶木硫酸盐浆）在30左右。若进行强
18、煮，则势必影响纸浆的强度。MCC技术，是将蒸煮区分成顺流蒸煮区和逆流蒸煮区两部分，在顺流蒸煮区采用169的温度，逆流蒸煮区采用171 ，然后照旧进行逆流扩散洗涤并进行冷喷放，逆流洗涤区的温度为140 ，针叶木硫酸盐浆的卡伯值为25。EMCC技术将逆流蒸煮部分扩大到了逆流扩散洗涤区，而且整个系统都以同样的温度160蒸煮，针叶木硫酸盐浆卡伯值为17。,二、塔式连续蒸煮器的进料器 （一）高压进料器 高压进料器（图2-25)是卡米尔连续蒸煮器的关键设备，用于将料片定量地均匀地从低压的溜槽送入高压的蒸煮锅（或浸渍锅）。,进料器圆筒形外壳1为铸钢结构，它有两个水平接管和两个直立接管。上部接管5与溜槽相接，
19、供木片和药液进入料腔之用。下部接管8与溜槽循环泵吸入管相接，供从料腔中抽出药液之用，左边接管6与上循环泵压出管相接，供将循环药液送进料腔之用。右边接管7经上循环管路与锅顶分离器相接，供高压药液将料腔中木片冲上锅顶分离器之用。（参见图2-19）,锥形转子2由铬钢铸成，它有四个穿过轴线的料腔。它们沿转子轴向呈螺旋状排列而互不相通。四个料腔中两个为一组，每组两个料腔是互相垂直，两组料腔又相错45。料腔这样配置，使得当一个料腔处于直立位置在装料片时，同组另一个料腔处于水平位置的料腔内的木片则为上循环泵压出的高压药液冲送到锅顶分离器。由于两组料腔相错45 ，所以能够连续将木片送入锅内。,（二）转子进料器
20、转子进料器是埃斯科连续蒸煮器的关键设备，其作用与卡米尔连续蒸煮器的高压进料器相同，但在具体结构上有其特点。转子设有13个料腔，每个料腔的隔板上装有一把容易调节和替换的耐磨刮刀。由于刮刀数量多，所以当转子运行时至少同时有四把刀和壳体接触而起着密封蒸汽作用，壳体和刮刀均用特殊的合金钢制造，具有很高的硬度，既耐磨又耐腐蚀，而且抗划痕。转子及进料器凡是木片、药液接触处均用不锈钢制造。,三、塔式连续蒸煮器的蒸煮锅卡米尔连续蒸煮器的蒸煮锅是一个承受1.01.2MPa压力的塔式容器。塔的本体可分为顶部分离器、浸渍、升温加热、蒸煮、热扩散洗涤、冷却和排料装置等组成部分。汽-液相蒸煮锅在最上部还有汽蒸区。蒸煮锅
21、壳体根据药液的腐蚀性可采用普通钢板和复合钢板制造。,由于锅径较大（26004000mm），为保证各个截面上温度、药液浓度一致，锅体中心设有不同长度的同心套管，使循环药液分别回流于各个对应截面上。（参见图2-17）锅底排料装置（图2-28)用于连续排料。刮料器转动时将冲稀降温的浆料刮到锅底中部的排料口。7080的稀黑液由高压泵打入锅底周围喷嘴及中心管3，部分用于冷却浆料并保持锅内既定液压，部分从滤网抽出，加热后用于热扩散洗涤。锅底中部还设有高压蒸汽接管，以备开车及必要时使用。,第五节 横管式连续蒸煮设备,国外横管式连续蒸煮器有潘地亚（Pandia）、荻菲布莱特（Defibrator）和格林柯（Gren-co）等类型，其中以潘地亚最为常用。潘地亚连续蒸煮器是美国布莱克-克劳逊公司潘地亚公司（Black-Clawson Co. pandia division)于1948年研制成功，取名潘地亚连续蒸煮器。,原来主要用于生产阔叶木中性亚硫酸盐法半化学浆，由于它很适合草类纤维的蒸煮，国外较大型的蔗渣和草浆厂多采用这种设备。横管式连续蒸煮器是属于高温快速的蒸煮设备，即原料进入密闭的蒸煮设备后，即为直接蒸汽迅速加热至较高的蒸煮温度（175190），蒸煮周期较短，根据原料、浸渍条件、成浆质量要求不同，蒸煮时间约为1050min。,
