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1、南京林业大学本科毕业设计（论文）题 目：年产45万吨70克/平方米双胶纸车间初步设计 学 院： 轻工科学与工程学院专 业： 制浆造纸工艺 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 教授 二O一三 年 五 月 二十一 日摘 要 主要进行了年产45万吨（70g/m2）胶版纸造纸车间的初步设计。设计的内容包括工艺论证、设备论证、一些关键设备的选型计算，浆水平衡计算。绘制完成工艺流程图、车间平面布置图和厂房立面图。 设计中采用了voith-ditifomer夹网纸机，设计车速为2000m/min，幅宽为9770mm。 造纸车间采用了两层布置方式。浆料配比采用了20%BCTMP、70%阔叶浆和10%针
2、叶浆三种原料进行抄造。打浆设备有锥形磨浆机和盘磨机。还使用了HYDROMIX高浓混合设备。 采用了AKD中性施胶和表面施胶（MSP），AKD用量为0.16%0.25%；表面施胶剂用量为0.002%-0.003% ；加填物GCC用量为15%；助留剂CPAM和膨润土添加量分别为300ppm和3000ppm等。关键词：双胶纸 造纸车间 工艺平衡计算 车间平面布置Abstract Mainly has carried on the annual output of 450000 tons (70 g/m2) for preliminary design of offset paper papermak
3、ing workshop. Design content including technology demonstration demonstration, some key equipment selection, equipment, water balance calculation. Mapped process flow diagram, workshop floor plan and elevation. Voith is adopted in design - ditifomer net machine, the design speed of 2000 m/min, width
4、 is 9770 mm. Papermaking workshop uses two layers of arrangement. Ratio of slurry used 20% BCTMP, 70% 10% of the hardwood pulp and softwood pulp three kinds of raw materials to manufacture paper with pulp. Beating equipment have tapered pulping machine and plate mill. Also used the HYDROMIX high con
5、sistency mixing equipment. Adopted the AKD neutral sizing and surface sizing (MSP), dosage of AKD was 0.16% - 0.25%; Surface sizing agent is 0.002% - 0.003%; Loading content GCC dosage is 15%; CPAM retention agent and bentonite added quantity to 300 parts per million and 3000 PPM, respectively.Keywo
6、rds: ShuangJiaoPaper papermaking workshop process balance calculation workshop layout 目 录1.总论81.1设计范围81.2设计指导思想82.工艺论证92.1技术指标要求92.2国内外双胶纸的情况102.3原料选择及其配比132.4 打浆工艺142.5造 纸 助 剂182.5.1施胶剂的选择182.5.2干强剂的选择202.5.3助留剂的选择222.5.4填料的选择242.5.5调色剂的选择252.5.6消泡剂262.5.7防腐杀菌剂272.5.8湿部化学品添加工艺272.6供浆系统282.6.1浆料混合29
7、2.6.2浆料贮存292.6.3冲浆稀释292.6.4浆料净化筛选302.6.5流送上网312.7白水流程论证322.8损纸的处理342.9 蒸汽流程352.10表面施胶383.设备选型论证413.1打浆设备论证413.2供浆系统设备论证433.3 流浆箱论证473.4 压榨设备论证483.5 单排烘缸503.6 压光部论证513.7 纸机论证534.浆水平衡564.1注意事项及工艺参数564.2 浆水平衡计算564.3 浆水平衡收支总表755.关键设备的选型和计算765.1供浆系统的关键设备765.2 纸机选型计算786.车间布置设计796.1车间设备布置原则796.2生产设备布置设计的步骤
8、与注意事项79步骤79注意事项796.3 车间跨度及高度的确定80确定的原则80跨度与高度80总结81致谢81参考文献82 前 言 随着经济的快速发展，书刊需求量急增，印刷工业为改变落后面貌，大力推广应用胶印印书新工艺（平印）以代替传统的铅印（凸印），这将是我国印刷工业提高出书速度和书刊印刷质量的转折。由于胶印印书工艺可以应用电子计算机技术或采用照相排版，实现快速、简便、无污染。但是我国胶印印书起步较晚，其主要原因之一是没有大量适于轮转胶印机印刷的纸张，因此胶印书刊纸的研制和生产关系着印刷技术的进步。 胶印书刊纸是供轮转胶印机印刷书籍杂志用纸，它是现代科学技术与文化教育不可缺少的大宗纸种。胶版
9、纸是胶版印刷纸的简称，又叫双面胶版纸。在商业上俗称为“道林纸”。胶版印刷纸的用途十分广泛。它在胶印用纸中用途十分广泛，如彩色图片、画报、包装商标、精制印刷品、还有教科书等也多为胶版印刷纸。定量小的胶版纸可用于印刷书刊正文，这也是目前印刷业中应用最多的纸种之一。在胶印过程中，需要用水润湿纸面，使用粘性大的油墨，而且还须经过包有橡胶布辊筒的转印，所以对纸的质量要求也比一般印刷纸(例如凸版印刷纸)高。( l ) 纸面应有较好的表面强度，就是在胶印过程中不“掉毛”、“掉粉”、糊版。而且要洁白平滑，组织细致均匀，外观上比一般纸白得多，手摸纸的两面有匀滑感。( 2 )抗水性良好，即纸的伸缩率要小。胶印时纸
10、被润湿伸缩率要小，因为胶印时纸被润湿辊筒抹水，如果纸没有一定的抗水性，吸水后发生膨胀容易引起尺寸变化，印出的图形往往出现“重影”。所以必须对这一指标有所控制。( 3 )吸油墨性要快。对于印刷速度不高的普通印刷机来说，纸的吸油墨性不必太快。然而，胶印机的印刷速度快，印刷压力较轻，油墨膜层较薄，因而必须选择吸油墨性快的纸张。( 4 )必须具有足够的拉力强度。这是确保胶印机正常运行时不 “断纸”，导致印刷机停车，避免造成经济上的损失。( 5 )挺度要好。所谓挺度就是纸张能够承受本身重量的能力，也就是说它不随意弯曲、趴下，能够直立住，抖纸时声响也比较淳厚。胶版纸这一性能可以使纸与包橡胶布的辊简很容易分
11、开，保证印刷过程顺利完成。 就适印性而言，适印性好的纸包括满足印刷操作性能、少故障及良好印刷效果。目前实际运用的胶版印刷机，绝大部分都是轮转式印刷机。对于胶版平板纸的印刷，由于使用不可缺少的浸渍水而在印刷操作中易产生故障，便要求胶版纸要有较强的耐水性及较小的伸长率。而进行胶版彩色印刷时，套色不准的毛病也是由于胶版纸的尺寸稳定性不好引起的。另外，由于卷筒纸印刷已成为转轮印刷的发展方向，所以对于胶版纸也要求有足够强度以适应高速印刷机运转时不断纸及保持平直运行，可见胶版纸的主要质量特性是尺寸稳定性和强度的适应。而影响这两个特性的因素包括纤维原料的选择与配比、打浆、加填与施胶、干燥等。因此，设计方案的
12、制定应特别注意满足这两个特性。1.总论1.1设计范围打浆（包括辅料）工段、抄造工段（包括白水回收）、完成工段的设计。内容包括设计方案的确定、工艺计算、设备选型及计算、车间布置、编写设计说明书，并画出工艺流程图和车间布置图（平、立面各一）。1.2设计指导思想本设计中所选的设备及工艺条件力求于稳妥、先进、可靠。在稳妥的条件下，尽量选用可靠的设备及工艺流程。所选用的设备要均一，使整个系统处于平衡。从原材料方面考虑，因为我们的国家的资源还比较紧缺，特别是针叶木材更为紧张，所以在设计过程中应尽可能使用阔叶木和BCTMP，以解决资源紧张问题。在设计中所采用的流程及设备，在生产上应适应多种原料及品种，在成熟
13、合理的基础上，考虑节能以及必要的仪表，并考虑到今后增产的可能性。在设计过程中，还要考虑到全厂的合理规划，运输道路合理规划。从环境方面考虑，进行白水回收，节能节资，降低成本。排放应达到国家标准。2. 工艺论证2.1技术指标要求 双胶纸的最重要的特征指标有伸缩性，不透明度,印刷表面强度和表面吸收强度,这三个指标影响着双胶纸的整体印刷效果,对印刷产品的起着至关重要的作用。除了上面说的，双胶纸设计的胶版纸,质量还有的指标为：要有一定的形稳性，较高的表面强度、吸墨性能、湿强度及较好的尺寸稳定性；纸张的纤维组织应均匀，纸的切边应整齐、洁净；纸面应平整，不应有砂子、硬质块、褶子、皱纹、裂口、孔眼等影响使用的
14、外观纸病；还应具有一定的平滑度，有利于书写、印刷等。不透明度不应低于规定指标，防止透印。其技术指标见表表1.胶版纸技术指标按国家标准GB1012-1991的规定执行指标名称规 定A等B等C等 定量 (g/)4 白度(%) 878277 不透明度 （%） A等B等C等84; 86; 87; 89; 91; 93; 9580; 82; 84; 86; 88; 90; 92;78; 80; 81; 84; 86; 88; 90裂断长 （mm） 平板纵横向卷筒纵向300040002200300020002800横向耐折度 (次) 100g/100g/152051035 平滑度 (正反面均)(s) (正
15、反面差)(%)100 402080 40253030横向伸缩率 (%) +2.2+2.5+2.8印刷表面强度(m/s)(正反面均) 2.01.00.6表面吸收质量 (g/) 30pH 5.0灰分 8-158-158-20尘埃度0.2-0.52 0.5-1.52 1.52 605不许有1207不许有20010不许有水分4.0-9.02.2国内外双胶纸的情况 图1.2001-2011年纸与纸板的生产和消费情况 据中国造纸协会调查资料，2011年全国纸及纸板生产企业有3500多家，全国纸及纸板生产量9930万吨，较上年9270万吨增长7.12。消费量9752万吨，较上年9173万吨增长6.31，人均
16、年消费量为73千克（13.40亿人），比上年增长5千克。2011年比2001年生产量增长210.31，消费量增长164.78。20012011年，纸及纸板生产量年均增长11.99，消费量年均增长10.23。 图2.未涂布印刷书写纸2001-2011年生产量及消费量 由上图可知，近几年内的双胶纸的制造一直在稳步上升趋势。就比如2011年未涂布印刷书写纸生产量1730万吨，较上年增长6.79，增幅回落0.49个百分点；消费量1687万吨，较上年增长6.10，增幅回落0.11个百分点。20012011年生产量年均增长率9.95，消费量年均增长率9.72。 图3 图4 图5由上述三个图，我们可以很清晰
17、的发现，在2011年双胶纸的进口比例为11.2%，出口比例为16.3%，出口量大于进口量，因此双胶纸的国际需求量是相当可观的，而且很有市场前景。再看图21，我们可以观察到在2006年之前我国的双胶纸进口量一直大于出口量，但在2006年之后，双胶纸的出口量一直处于大于进口量的地位，看来双胶纸的使用慢慢受到市场的亲睐和重视。2.3原料选择及其配比 要造出质量好的胶版纸，首先要做好纤维原料的选择与配比。在造纸业常用的造纸纤维原料有针叶木，阔叶木，草类纤维以及BCTMP纤维。下面分别介绍一下这几种浆料的特点： 针叶木纤维：纤维素含量高，纤维长度长，形成的纸页强度好，纸页的撕裂度特别好，匀度差，但是纤维
18、原料的价格高。 阔叶木纤维：纤维长度短，纤维素含量高，有许多排列不整齐的支链，没有结晶结构，亲水能力强，打浆时容易吸水润张和细纤维化，增加了纤维的比表面积，游离出更多羟基，因此，有利于提高纸张强度。还有阔叶木纤维形成的纸张匀度好和提高了油墨的吸收性能。 BCTMP（Bleached-Chemi-Thermo-Mechanical-Pulp）纤维：BCTMP在世界制浆造纸生产能力中仍然占有很大部分，尤其是现在欧洲正日益扩大其影响。BCTMP在此定义为：用温和的化学品浸渍，经精磨，漂白后的高得率浆（得率高于85%）。BCTMP的普及在于与其它化学浆相比，它具有几个内在的优点，例如：1.较低的基建费
19、用；2.得率比化学浆高一倍，其它化学浆种的得率为42%-45%，而BCTMP的得率为85%-90%；3.较低的生产成本；4.较高的松厚度、不透明度和挺度；5.减少环境污染。CTMP浆有着相当多的优质性能，如改善纸页成形、减少纸页表面的微孔、加强纤维内部的结合、提高纸张的松厚度和挺度、改善纸张的压缩性能、稳定纸张的尺寸，而且成本比阔叶木硫酸盐浆低。 稻草类纤维：稻草稻草纤维短，且含量少，灰分多，半纤维素含量高，杂细胞含 量多。原料的种类可以影响纸张的伸缩性,半纤维素含量少、木素含量多、细胞壁较厚的长纤维所抄纸张尺寸稳定性好,伸缩率较低;短纤维所抄纸张伸缩率较大。还可以影响纸页的不透明度，平滑度，
20、强度，撕裂度，耐破度等。木素的含量影响纸张的挺度、不透明度和伸缩率,木素含量多的纸张挺度大,不透明度高,伸缩率较小。从上面的分析可看出,采用合适的原料配比,既可保证所抄双胶纸有较低的收缩率,又可降低生产成本。另外，当长短纤维的配比在较合适的范围内，可提高纸张的表面强度，减少掉毛、掉粉的现象。为保证成纸尺寸的稳定、掉毛掉粉少、吸油墨性好，降低生产成本,一般生产上用15%20%的进口漂白针叶木浆、25%60%的阔叶木浆、20%30%的BCTMP浆配抄胶版纸。 结论：考虑到以上因素，本设计中采用10%的进口漂白针叶木浆，70%的阔叶木 浆，20% 的BCTMP浆配抄胶版纸。这样既可以满足双胶纸的质量
21、要求，又可以把生产节约成本降至最低，产生很好的经济效益。2.4 打 浆 工 艺 打浆的作用：打浆分为很多阶段，每个阶段的纤维形态各不相同，作用效果也不相同，主要为以下五个阶段： 图6.打浆前后的纤维变化 （1）细胞壁的位移和变形 打浆的机械作用是次生壁中层的细纤维同心层发生位移和变形，使细纤维之间的间隙增大，分子更容易渗入，为纤维的润胀创造了有利条件，使纤维变得柔软，对初生壁和次生壁外层的破除起到了重要的促进作用。 （2）初生壁和次生壁外层的破除 由于初生壁和初生壁外层木素含量较多，能透水而不能润胀，并紧紧地束缚在次生壁中层，使次生壁中层的细纤维得不得松散和润胀。需要通过打浆的机械作用和纤维之
22、间的相互摩擦将初生壁和次生壁外层破除，才能使次生壁中层充分的润胀和细纤维化。（3）切断和变形 切断是指纤维横向发生断裂的现象。主要是纤维受到打浆设备的剪切力和纤维之间相互摩擦造成纤维横向断裂的结果。纤维的切断与润胀有一定的关系。纤维吸水润胀后具有良好的柔韧性，纤维就不容易被切断。反正纤维润胀不良而挺硬时，则容易被切断。纤维切断后，断口增加，有利于水分的渗入，又能促进纤维的润胀作用。纤维切断后在断口处留下许多锯齿形的末端，有利于纤维的分丝帚化和细纤维化。长纤维经适当切断后，可以提高纸张的匀度和平滑度，但多度切短会降低纸张的强度，特别是撕裂度。所以应根据纸种的要求和原料的特性，严格控制纤维切断的程
23、度。 （4）吸水润胀 “润胀”是指高分子化合物在吸收液体的过程中，伴随着体积膨胀的物理现象。纤维也能吸水润胀。在造纸工业中以往常称为纤维的“水化”或“润 胀水化”。打浆的“水化”是纤维与水分子的物理连接作用。纤维润胀是打浆过程中一个重要问题，纤维润胀以后，其内聚力下降，纤维内部的组织结构变得更为松弛，使纤维的比容和表面积增加，纤维变得柔软可塑，甚至产生油腻的感觉，纤维润胀后其直径可以膨胀增大2-3倍，有利于纤维的细纤维化，能有效的增加纤维间的接触面积，提高成纸的强度，使透气度下降。 （5）细纤维化 纤维的细纤维化是在细胞壁初生壁和次生壁外层被破除时开始的，并在纤维吸水润胀以后大量产生。细纤维化
24、包括纤维的外部细纤维化和内部细纤维化。外部细纤维化是指：纤维纵向产生分裂两端帚化，纤维表面分丝起毛，像绒毛附在纤维的表面，这种表面的纤维化，使细纤维松脱出来，分离出大量的细纤维、微纤维、微细纤维。从而大大地增加了纤维的外比表面积促进了氢链结合。纤维的内部细纤维化是指：在纤维发生润胀以后，在次生壁同心层之间彼此产生滑动，使纤维的刚性下降弹性削弱，塑性增加，纤维变得柔软而有可塑性。纤维的外部细纤维化和内部细纤维化均有利于纤维的结合，提高成纸的强度、紧度和匀度等性能，对纸页的性质影响极大，是打浆的重要作用之一。 打浆方式的分类： 长纤维游离打浆 打浆方式 短纤维游离打浆 长纤维粘状打浆 短纤维粘状打
25、浆 图7.四种打浆方式1.长纤维游离打浆：打浆方式：疏解为主，尽量保留纤维的长度，不要求过多的细纤维化。成纸特点：组织匀度差，透明性差，表面不甚平滑，但成纸具有一定的机械强度（撕裂度高），尺寸稳定性好，吸收性好。（牛皮纸、工业滤纸等）。2.短纤维游离打浆 打浆方式：在分散的基础上，同时高度切断，也不要求过多的细纤维化。成纸特点：成纸的匀度好，吸收能力也很强，但强度不大。（滤纸、吸墨纸、火柴盒纸等）。3.长纤维粘状打浆打浆方式：在尽量保留纤维长度，避免纤维遭到横向切断的基础上，对纤维进行高度的纵向分裂和细纤维化作用。成纸特点：适合于生产强度大的高级薄页纸。（字典纸、电话纸、描图纸等等。）。 4.
26、短纤维粘状打浆打浆方式： 既要将纤维高度分裂和细纤维化，同时又要对纤维进行适当的切短。成纸特点：组织均匀性好，有较大的强度，但吸收性较差。（证券纸，电缆纸、电容器纸等）。 打浆对纸张性质的影响 1结合力 2裂断长 3耐折度 4撕裂度 5纤维平均长度 6吸收性 7透气度 8收缩率 9紧度 图8.打浆与纸张的物理关系 打浆工艺流程打浆工艺流程的确定与生产的纸种，选用的浆料及生产规模等相关。因此，根据生产的纸种，规模等可以选择分别打浆方式和混合打浆方式。 图9.分别打浆方式示意图 图10. 混合打浆方式示意图小结：在本设计中由于采用的原料分别为针叶木，阔叶木和BCTMP。为了保证每种浆料达到预期的打
27、浆度和打浆质量，采用分别打浆流程为好。这样打出来的浆料互不干扰，不会造成阔叶木已经高度分丝帚化和切断，而针叶木浆却仍很少分丝帚化和切断的现象，这样打出的浆料质量更均匀，更适合大规模连续化生产。2.5造 纸 助 剂 造纸化学品是指造纸过程中所使用的各种化学药剂、助剂的总称。它所包括的内容比较广泛，既有制浆化学品（如蒸煮助剂、脱墨剂等），抄纸化学品（如施胶剂、湿强剂等），纸加工化学品（如杀菌剂、消泡剂、涂布剂）和治污化学品等四大类。其目的是为了提高纸的品质和生产效率、改善操作条件、降低制造成本、增加经济效益和开发新的纸种。2.5.1施胶剂的选择施胶的作用：施胶通过向浆料中加入有抗水性胶料物质，使纸
28、张具有一定抗水性能，在一定程度上不易为水或水溶液所浸润，这一操作过程叫做施胶。内部施胶是湿部化学操作的一个重要部分，其目的在于改变纤维的表面以便控制含水液体向纸内渗透。 表2. 酸性施胶与碱性施胶的对比施胶系统酸性松香胶施胶碱性施胶（ASA,AKD）湿部pH值有效范围3.5-6.07.0-10.0与明矾造纸的相容性好-是否既可以用于湿部又可以用于表面施胶不可以-是否耐改变pH值的渗透剂否在一定范围内可以存储期限数月/数年数小时/数天/数周达到完全施胶的时间数秒/数分钟数小时/数天对纸张摩察系数的影响没有影响或增加降低典型施胶剂用量0.25%-1.5%0.1-0.4%施胶剂留着稳定较脆弱表3.A
29、KD与ASA的比较特性AKDASA反应速率慢到中等很快物理状态固体和水解产物液体和水解产物供货乳液油状物水解产物的反应性无引起沉积问题对后加工纸种的影响添加量保持较低，以免引起打滑现象添加量并不严格，一般不会出现打滑现象有效pH范围中性到碱性pH值5-9强施胶纸种能做到，没有明显的问题在较高用量时，没有沉积问题是困难的。内部施胶始于1807年已经经历了近两个世纪。直到20世纪80年代，大多数纸厂采用松香加明矾的基本方法进行内部施胶，但最近向合成的纤维素反应型系统（基于烷基烯酮二聚体AKD或链烯基琥珀酸衍生物ASA）的转变已越来越普遍。AKD即烷基烯酮二聚体，是一种反应型施胶剂。近年来,随着国产
30、AKD中性造纸施胶剂质量提高,销售价格大幅度下降,中性/碱性造纸施胶成本与松香酸性施胶成本差距在不断缩小。AKD中性造纸已在国内推广多年, 应用技术日益成熟,同时,市场对中性/碱性纸的需求量也在迅速增加,这些都加速了我国高级文化用纸由酸性造纸向中性/碱性造纸转换的步伐。中性造纸因采用白度高的碳酸钙作填料和双组分助留系统,成纸的物理强度、白度、不透明度和印刷性能都有不同程度的提高或改善。采用AKD中性造纸,上网浆料的总保留率高,成纸的灰分含量也高,一般中性造纸成纸的灰分含量要比酸性纸高出3%8%,相对而言每生产1t纸可以节约3080kg造纸纤维,其综合经济效益要比酸性纸高。另外,由松香酸性造纸向
31、AKD中性造纸转换,系统不需改造,除添置几只助剂溶解计量槽以外,不必增加其它设备,操作工艺方便简洁。 AKD施胶机理 AKD属纤维反应型合成施胶剂，在中、碱性条件下，反应性官能团能够和纤维素上的羟基发生反应，形成共价键结合而固着在纤维上，在纤维表面形成一层稳定的薄膜，使纤维由亲水性变为疏水性，从而使纸页获得抗水性。AKD虽然具有能够直接和纤维素羟基反应的官能团，但在纸机湿部二者基本不发生反应。AKD乳液加入浆料中以后，施胶剂粒子仅仅只是分散在浆料体系中，多个施胶剂粒能够形成比较大的附聚团，这些附聚团和单个的施胶剂粒子吸附在细小纤维、填料和纤维表面，上网后随着这些细料的留着而留着在湿纸页中，此时
32、AKD只是以静电吸附和游离形式存在，它和纤维素之间的共价键还没有形成。在干燥部，随着纸页中的水分逐渐减少，受干燥温度的影响AKD粒子熔化而在纤维表面扩展开，分子上具有反应性的官能团朝向纤维，疏水基部分向外，朝向纤维的反应性官能团与纤维素的羟基发生反应形成共价键，从而固着在纤维表面上，完成施胶过程。结论：综合上诉的论述之后，结合抄造的过程分析，也为了提高成纸的质量和增加经济效益，在本设计中考虑采用中性施胶的施胶形式，施胶剂选择运用很广泛和性能更好的AKD。在成浆池中计量连续加入,用量0.16%0.25%。添加的流程为： 2.5.2干强剂的选择干强剂的功能：干强剂是造纸工业中增加纸张强度的另一类重
33、要化学 品,许多水溶性的,与纤维能形成氢键结合的高聚物都可以成为干强剂。干强剂通常用于补偿添加 填料或低等级的纤维(如再生纤维)所引起的纸强 度的下降。大多的干强剂都含有接在主链环上的阳离子基团,这样 就增加了聚合物和纤维间的结合力,提高了聚合 物的留着性。常用的干强剂有天然聚合物如淀粉及其改性物(如阳离子淀粉、阴离子淀粉)、合成聚合物如聚丙烯酰胺干强剂。 从纸页强度的形成的角度来分析,影响纸页强度的因素主要有以下四个方面:1,单根纤维的强度2,纤维间的结合强度3,纤维间的结合面积4,纤维的分布情况,即纸页成形的匀度.常用的有两种分别是阳离子淀粉和CPAM。阳离子淀粉：不同种类的淀粉已被用于提
34、高纸的强度。最初是天然淀粉，由于它们与纤维的亲合力低，因此增加排放废水中的BOD负荷。阳离子淀粉的问世使这方面发生了巨大变化，它们的加入还可以改善一次留着率。因此，阳离子淀粉被普遍和大量采用。然而在工厂应用中发现，由于现代造纸技术较高程度的封闭循环和大量使用再生纤维所引起的惰性电解质、细料及溶解的和胶体物质的浓度增高，导致阳离子淀粉效率下降。阳离子化淀粉带有阳电荷，可直接与带有阴电荷的纤维紧密结合形成较强的纤维结合强度，从而使纸张的强度提高。阳离子淀粉对纤维有极强的吸附力，季铵盐型淀粉几乎可去全部与纤维发生吸附。阳离子淀粉在浆中与纤维、填料和其它添加剂之间起着离子桥的作用，可优先吸附与细小纤维
35、上，提高细小纤维和填料的留着率，并通过长纤维包围细小纤维，形成内聚网络，改善纸的强度，改进印刷性能。一般用作增强剂的阳离子淀粉取代度较低 。淀粉的糊化：淀粉在常温下不溶于水，但当水温至53以上时，淀粉的物理性能发生明显变化。淀粉在高温下溶胀、分裂形成均匀糊状溶液的特性，称为淀粉的糊化 。淀粉要完成整个糊化过程，必须要经过三个阶段：即可逆吸水阶段、不可逆吸水阶段和颗粒解体阶段。1.可逆吸水阶段 淀粉处在室温条件下，即使浸泡在冷水中也不会发生任何性质的变化。存在于冷水中的淀粉经搅拌后则成为悬浊液，若停止搅拌淀粉颗粒又会慢慢重新下沉。在冷水浸泡的过程中，淀粉颗粒虽然由于吸收少量的水分使得体积略有膨胀
36、，但却未影响到颗粒中的结晶部分，所以淀粉的基本性质并不改变。处在这一阶段的淀粉颗粒，进入颗粒内的水分子可以随着淀粉的重新干燥而将吸入的水分子排出，干燥后仍完全恢复到原来的状态，故这一阶段称为淀粉的可逆吸水阶段。2.不可逆吸水阶段 淀粉与水处在受热加温的条件下，水分子开始逐渐进入淀粉颗粒内的结晶区域，这时便出现了不可逆吸水的现象。这是因为外界的温度升高，淀粉分子内的一些化学键变得很不稳定，从而有利于这些键的断裂。随着这些化学键的断裂，淀粉颗粒内结晶区域则由原来排列紧密的状态变为疏松状态，使得淀粉的吸水量迅速增加。淀粉颗粒的体积也由此急剧膨胀，其体积可膨胀到原始体积的50100倍。处在这一阶段的淀
37、粉如果把它重新进行干燥，其水分也不会完全排出而恢，复到原来的结构，故称为不可逆吸水阶段。3.颗粒解体阶段 淀粉颗粒经过第二阶段的不可逆吸水后，很快进入第三阶段颗粒解体阶段。因为，这时淀粉所处的环境温度还在继续提高，所以淀粉颗粒仍在继续吸水膨胀。当其体积膨胀到一定限度后，颗粒便出现破裂现象，颗粒内的淀粉分子向各方向伸展扩散，溶出颗粒体外，扩展开来的淀粉分子之间会互相联结、缠绕，形成一个网状的含水胶体。这就是淀粉完成糊化后所表现出来的糊状体。 CPAM: 阳离子聚丙烯酰胺是丙烯酰胺均聚或与其它单体共聚而生成的质量分数在50 %以上的水溶性高分子。它的生产方法主要有3 种:水溶液聚合法、反相乳液聚合
38、法和辐射聚合法。PAM 具有易水解、使用方便、环境友好等优点,它可用作纸张增强剂、助留助滤剂等。但PAM 呈电中性,不能有效地吸附在纸浆中的纤维上,因此用作纸张增强剂时需进行离子化处理。通过Hof-mann 降解反应或Mannich 反应生成阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM) ;或通过丙烯酰胺和其它单体共聚生成阴离子型、阳离子型或两性聚丙烯酰胺。目前,国内外大都采用水溶液聚合法。但产品品种单一,有效成分含量低(质量分数约8 %) ,使用效果差,实际应用成本过高,因此限制了国内对PAM 的使用。结论：本设计中使用的增强剂为低取代度季胺盐型阳离子淀粉。它来源广价格低使用方便更重要的它是一个助留助滤增强
39、的多功能助剂效果显著是其它变性淀粉无法相比。对绝干浆用量为1%左右可大大减少填料和细纤维流失灰分，增加3%一5%左右。即每用一吨阳淀粉可增产35t，纸品扣除阳淀粉成本外每吨阳淀粉可为纸厂增加效益万元以上，一个万吨级纸厂每年可增加效益百万元以上，可见阳淀粉助滤效果显著。水线前移可增加车速降低烘缸蒸汽压力节约大量能耗，更重要的是阳淀粉的增强效益显著，对不同纸品其撕裂度抗张强度耐破度裂断长，平滑度环压强度耐折度纸面强度等指标分别提高10%一50%不等尤其是印刷时不掉粉掉毛，是各种胶印纸不可缺少的助剂。造纸白水排放CODBOD大大降低阳离子淀粉还是优良的粘合剂,表面涂布后其表面强度可成倍增加。添加的流
40、程为： 2.5.3助留剂的选择助留助滤的作用：助留是提高填料和细小纤维的留着，助滤是改善滤水性能，提高脱水速率，多数情况助留与助滤是同时进行的。助留助滤的目的和作用在于：1，提高填料和细小纤维的留着，减少损失，改善白水循环，减少污染。2，改善纸页两面性，提高纸张的印刷性能。3，提高网部脱水能力，从而提高纸机车速。助留的机理：1，Zeta电位电荷中和助留。2，镶嵌结合助留。3，形成桥联物助留。多组分助留系统优点：多组分的助留系统相对于单元的助留系统而言,运用多元组分系统更能高车速的变化要求,因为多组分助留系统更能处理好助留和高车速的关系,更能处理好助留和纸张强度的关系。微粒助留系统优势：微粒助留
41、体系与传统助留体系相比,对细小纤维、填料和湿部化学助剂有优良的助留作用，有以下优点:1.保持稳定的湿部条件, 改善成纸匀度和纸张物理性质2.强化滤水, 降低成形、压榨和干燥过程的, 降低白水浓度, 提高白水回收效率3. PH在5 一10 范围内适用4.提高纸机车速和纸机产量, 改善纸机运转性能, 降低成本, 提高经济效益5.对环境无害常用的微粒助留助滤系统有:淀粉/胶体二氧化硅体系和CPAM/膨润土体系.淀粉/胶体二氧化硅体系:传统二氧化硅微粒助留体系与这里所说的二氧化硅微粒体系之间的主要不同点在于阳离子淀粉.这种淀粉所含的阳离子电荷比传统淀粉高出3-4倍.较高的阳离子性,使得它能更好地吸附在
42、纸浆带阴离子的细小纤维上,并且能更好地消除浆中阴离子的溶解能力.此外,在淀粉骨架上增加阳离子取代度,也有助于淀粉分子在高电导率湿部体系中保持它的结构和水力学体积.尽管高取代度阳离子淀粉/胶体二氧化硅微粒助留体系在高电导率碱性抄纸中的功效,但是它的缺点妨碍了它迄今为止的被广泛认可.大多数缺点与高取代度的阳离子淀粉有关系,会影响湿部的阳离子性,也存在过度阳离子化问题.在生产中采用双组分助留系统即作为助留剂，阳离子型的聚丙烯酰胺适用于广泛p H 值范围,可用于酸性施胶和中性施胶的抄纸系统。可直接吸附于带负电荷的纤维、细小纤维和填料,不必用常用造纸助留剂的比较阳离子促进剂,已成为PAM 增干强剂的最主
43、要形式,也可作助留助滤剂和增湿强剂,以及用于纤维改性、印染、废水处理等方面。其中，膨润土具有强烈的水化作用，因而能够形成更细微的片状结构，呈胶体状态，大量吸附带正电荷的电解质，可与带负电荷的纤维结合，从而使膨润土留着在纤维上。在助留助滤的同时，膨润土也起到了造纸填料的作用。另外膨润土具有“物美价廉”的特点，可应用于低定量纸的生产，能够获得高加填量但不降低成纸强度，尤其是撕裂度。杭州某研究所应用研究表明，改性膨润土可作为低白度纸和纸板的填料(膨润土本身白度不高)，表现出强烈的吸附性和高度的分散性，高留着率，对成纸强度影响小。同时，由于改性膨润土能吸附细小纤维和其他细小物质，降低了纸厂排放白水的浓度，能够减小排放污水对水域造成的污染；CPAM要求有较高的分子质量和较低的电荷密度。添加量为3000ppm。它的作用机理: 使用时先加入阳离子聚合物, 引起纸料组分絮聚, 再经冲浆泵、旋翼筛等高剪切作用, 将大的纸料絮块破碎成小的絮块, 这些小的絮块再由后来加入的膨润土阴离子微粒联结成均匀的网络型的絮聚体。因此, 其助滤助留效果非常好, 在絮团较小时, 可以达到与桥联絮聚相同的程度, 因而改善纸页匀度, 而且由于小絮块之间是由膨润土无机微粒的凝聚作
