液體包裝紙板生產(chǎn)的工藝論證及流程設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31447液體包裝紙板生產(chǎn)的工藝論證及流程設(shè)計(jì)案例 1861第一節(jié)纖維原料的選擇與配比 131311第二節(jié)輔料的選擇 118973第三節(jié)工藝設(shè)計(jì) 218998第四節(jié)工藝流程方框圖 6第一節(jié)纖維原料的選擇與配比纖維原料的選擇和配比對于制造出高質(zhì)量的液體包裝紙板是十分關(guān)鍵的，每一種漿料的占比都會直接影響到成紙的質(zhì)量。由于液體包裝紙板是三層抄造，每一層紙的定量和物理性能都不盡相同，所以每一層紙都需要選取不同的漿料配比。本設(shè)計(jì)面層和底層的漿料選擇的是40%的漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）配入60%的漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）。其中長纖維用來提高面底層的強(qiáng)度，而短纖維則可以用來提高面底層成紙的勻度和平整性，從而達(dá)到液體包裝紙板在后期加工時(shí)所需的印刷性能和強(qiáng)度，同時(shí)采用漂白硫酸鹽漿能夠使得原紙板的面層和底層擁有更高的白度；本設(shè)計(jì)芯層漿料選擇的是30%的漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）配入15%的漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP），再配入55%的漂白化學(xué)熱磨機(jī)械木漿（BCTMP）。其中加入高含量的機(jī)械漿使得漿料中木素的含量大幅增加，這樣就能夠提高成紙的彎曲挺度和松厚度[5]。其中的漂白化學(xué)熱磨機(jī)械木漿（BCTMP）是近幾十年開發(fā)高得率漿逐漸發(fā)展起來，應(yīng)用十分廣泛，近年來許多紙漿原料里都有它的身影，它既兼顧化機(jī)漿的高得率、高不透明度、高松厚度等特點(diǎn)，又具有比原化機(jī)漿白度更高的特點(diǎn)，應(yīng)用范圍也更加廣泛。BCTMP漿還有眾多優(yōu)點(diǎn)，如低成本、紙頁成形好、提高成紙的尺寸穩(wěn)定性等。故可作為良好的液體包裝紙板的漿料[6]。即本設(shè)計(jì)最終原料的配比采用芯層：30%的漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）、15%的漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）、55%的漂白化學(xué)熱磨機(jī)械木漿（BCTMP）；面、底層：40%的漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）、60%的漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）。第二節(jié)輔料的選擇一、施膠劑的選擇液體包裝紙板由于存儲液體和運(yùn)輸過程中，需要具備優(yōu)良的抗液滲的能力，故而，施膠程度和施膠的選擇對產(chǎn)品性能有重要影響。依據(jù)包裝材料對應(yīng)不同產(chǎn)品的需求，施膠時(shí)也將采用不同的工藝[7]。本設(shè)計(jì)針對液體包裝紙板具有抗水性和抗過氧化氫滲透能力，采用烷基烯酮二聚體（AKD）和松香雙元施膠系統(tǒng)[8]。在紙漿造紙工業(yè)中,對于AKD的應(yīng)用十分廣泛，不僅可以提高成紙疏水性，還能提高其印刷性能[9]。AKD屬于纖維素反應(yīng)型施膠劑。AKD的施膠機(jī)理是AKD分子中含有疏水基團(tuán)和反應(yīng)活性基團(tuán)，施膠時(shí)，反應(yīng)活性基團(tuán)與纖維的羰基發(fā)生酯化反應(yīng)，形成共價(jià)鍵結(jié)合，在纖維表面形成一層穩(wěn)定的薄膜，此時(shí)疏水基團(tuán)（長鏈烷基）轉(zhuǎn)向纖維表面之外，使紙張獲得憎液性能。同時(shí)，AKD的熔點(diǎn)較低，在紙機(jī)干燥部的高溫條件下很容易與纖維反應(yīng)，形成酮基酯衍生物，并定位于纖維上，疏水端面向纖維的表面形成疏水層，具有優(yōu)異的防水性是一種高效施膠劑。采用AKD施膠的紙張還有很多優(yōu)點(diǎn)，如不透明度高、高強(qiáng)度、白度好、耐久性好等。能夠改進(jìn)紙張對液體滲透的抵抗能力的內(nèi)部施膠劑還有松香。其施膠機(jī)理是松香膠料是兩性分子，松香中的羧基是一個(gè)極性基，具有親水性，而R基為非極性基，是疏水性基團(tuán)，松香膠沉淀物定著到纖維表面后，發(fā)生內(nèi)取向，使得非極性疏水基團(tuán)朝外形成定向的規(guī)則排列，降低紙面的自由能，取得抗液性施膠效果。另外，配位理論認(rèn)為，水合鋁離子能發(fā)生羥聯(lián)反應(yīng)，所以水合松香酸鋁沉淀物在干燥過程也能產(chǎn)生羥聯(lián)反應(yīng)，使單鋁變成雙鋁結(jié)合，逐漸失掉配位水，形成網(wǎng)狀的凝聚物而聯(lián)結(jié)在一起。水合松香酸鋁又能與纖維素的羧基構(gòu)成配位鍵，在干燥過程也產(chǎn)生羥聯(lián)反應(yīng)，形成沒有活性的大分子，使松香膠沉淀物獲得穩(wěn)定的內(nèi)取向，從而使紙面自由能降低，獲得抗液性能。松香類施膠劑僅在某些紙種中使用，如液體包裝紙板。二、干強(qiáng)劑用途不同的紙張有著不同的特性要求，其中干紙強(qiáng)度是最主要的特性指標(biāo)。而影響紙張干強(qiáng)度的決定性因素就是纖維間結(jié)合力，即結(jié)合力越大，干紙強(qiáng)度也越大。對于液體包裝紙板來說，層間結(jié)合強(qiáng)度是一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，直接影響成紙的印刷性能和制盒性能。本設(shè)計(jì)為了增強(qiáng)液體包裝紙板各層間結(jié)合強(qiáng)度，采用噴淋淀粉。第三節(jié)工藝設(shè)計(jì)一、打漿系統(tǒng)將三種漿板通過各自的打漿設(shè)備進(jìn)行打漿處理。BCTMP打漿度要求32.00SR，長纖維含量50%。NBKP打漿度要求17.5～18.60SR[10]。LBKP打漿度要求32～380SR[11]。二、供漿系統(tǒng)1.概述為了使液體包裝紙板的成紙質(zhì)量更高，在其打漿過程中需要加入各種輔料，而供漿系統(tǒng)正是起著配送輔料、調(diào)節(jié)漿濃的作用。此外，漿料中或多或少都會有雜質(zhì)，為了不對正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響、調(diào)節(jié)pH至生產(chǎn)需求、保證設(shè)備良好運(yùn)行，在紙料上網(wǎng)前必須把其中的雜質(zhì)和氣體都出除去。2.漿料混合本設(shè)計(jì)生產(chǎn)用到的漿料是BCTMP漿、LBKP漿、NBKP漿，并且單層抄造的漿料配比都不同，故必須在漿料上網(wǎng)之前，按照生產(chǎn)中各層的漿料比例在混漿池將漿料進(jìn)行混合，以便后續(xù)的流送工段的紙漿上網(wǎng)。3.漿料稀釋漿料稀釋是供漿系統(tǒng)中通過在漿料中添加助劑和一定比例的清水對漿料的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過實(shí)踐調(diào)研發(fā)現(xiàn)漿料稀釋有多種方法，既可以通過調(diào)漿箱進(jìn)行直接調(diào)漿，也可以設(shè)置沖漿泵進(jìn)行泵內(nèi)調(diào)漿。本設(shè)計(jì)中采用沖漿泵調(diào)漿，在單層功漿系統(tǒng)中分別設(shè)置沖漿泵。同時(shí)，在工藝生產(chǎn)中所需要的漿內(nèi)施膠劑也在沖漿泵處添加，并設(shè)置濃白水回流系統(tǒng)與沖漿泵相連，與原料和輔料充分混合，以此達(dá)到對漿料濃度和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。4.漿料篩選與凈化篩選的目的在于除掉漿料中相對密度小而具有大體積的雜質(zhì)，其原理是利用幾何尺寸及形狀不同進(jìn)行篩分；而凈化目的則是去除漿料中相對密度較大的雜質(zhì)，比如煤渣、沙粒、金屬屑塊等等，其原理是利用不同物質(zhì)具有不同密度進(jìn)行除雜。二者都是除去漿料中殘留雜質(zhì)，以達(dá)到紙機(jī)抄造的要求。在現(xiàn)代造紙工廠中主流的凈化工藝有兩種[12]，一種是依靠離心作用除雜，另一種則是依靠重力的作用除去雜質(zhì)。而其中錐形除渣器作為目前漿料上網(wǎng)前凈化工段中應(yīng)用廣泛的設(shè)備，其原理就是利用離心力的作用使得漿料中密度較大的雜質(zhì)從設(shè)備下端排出，而良漿從設(shè)備上端排出，從而達(dá)到纖維與雜質(zhì)分離的目的。本設(shè)計(jì)采用錐形除渣器進(jìn)行凈化除雜，同時(shí)對錐形除渣器設(shè)備進(jìn)行分段設(shè)置。通過多段排列，使得纖維充分得到凈化與回流，提高成紙質(zhì)量，還能夠減少纖維的損失。故本設(shè)計(jì)最終采用一級三段式錐形除渣器。對于篩選設(shè)備，目前來說應(yīng)用最廣的就是壓力篩。為了使上網(wǎng)漿料的質(zhì)量更好，壓力篩可謂是其最后一道保障，因此壓力篩的性能至關(guān)重要。故本次設(shè)計(jì)采用縫篩壓力篩，并且為了使通過壓力篩的漿料質(zhì)量更加優(yōu)良，同時(shí)采用一級二段壓力篩。三、流送上網(wǎng)經(jīng)過打漿、混漿稀釋、篩選凈化等操作后，漿料將上網(wǎng)完成抄造部分，而流送上網(wǎng)系統(tǒng)就是供漿系統(tǒng)和成型系統(tǒng)的過渡部分。負(fù)責(zé)完成紙料流送這項(xiàng)工作的就是造紙機(jī)流漿箱，它是造紙機(jī)的第一個(gè)部分，也是紙機(jī)最重要的部分之一。流漿箱主要由布漿、整流、上漿裝置三部分組成。漿料沿著紙機(jī)橫幅全寬，被流漿箱以適當(dāng)?shù)膰娚浣嵌龋鶆蚍€(wěn)定地送到成形部最合適得位置。同時(shí)，還能夠保障纖維有效分散，防止絮聚。除此之外，流漿箱還可以按照工藝要求來控制上網(wǎng)漿流和漿網(wǎng)速的關(guān)系。四、網(wǎng)部使紙料盡可能地保留在網(wǎng)上，使其脫水成形是網(wǎng)部的主要任務(wù)。漿料在脫水的同時(shí)，漿料中的纖維和其他非纖維輔料逐步的均勻的沉積在網(wǎng)上，這樣可以是成紙的定量、厚度、勻度等性能指標(biāo)均勻一致。對于液體包裝紙板的生產(chǎn)，每層都需要設(shè)置成形部[13]，底層在底網(wǎng)上，而面層和芯層各在上部兩端，本設(shè)計(jì)需要的脫水量大，可配置疊網(wǎng)成形，即利用網(wǎng)的張力增加脫水量[14]。本設(shè)計(jì)采用疊網(wǎng)成形器，因其擁有良好的成形質(zhì)量、車速快和脫水快而得到廣泛應(yīng)用，另外使用疊網(wǎng)成形器不僅可以進(jìn)行兩面脫水，還可以封閉成形，在成形器內(nèi)，懸浮體不再存在暴露空氣的自由表面問題。五、壓榨部經(jīng)網(wǎng)部引出的濕紙幅雖然脫去了一些水分，若直接送到干燥部脫水，需要消耗大量的能量，這樣既不經(jīng)濟(jì)也會使得成紙表面性能差，纖維間結(jié)構(gòu)不緊密，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，需要把濕紙幅引入壓榨部，通過壓輥之間產(chǎn)生的機(jī)械擠壓作用脫去一部分水分，實(shí)現(xiàn)紙頁自身結(jié)構(gòu)的最終“固化”，并達(dá)到最終要求的物理強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)性能。本設(shè)計(jì)采用靴式壓榨，區(qū)別于傳統(tǒng)壓榨，靴式壓榨屬于寬壓區(qū)壓榨，在靜壓下長時(shí)間脫水，增加壓榨沖量，可以有效地提高脫水效率，提高紙頁的干度，這樣一來就顯著減少了干燥部的蒸汽消耗量，改善壓榨部運(yùn)行性能，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以提高紙機(jī)的抄造速率與紙頁的質(zhì)量。同時(shí)，本設(shè)計(jì)采用兩道靴式壓榨，濕紙幅經(jīng)過兩個(gè)壓區(qū)脫水，再進(jìn)入光澤壓榨，最大限度脫去水分，提高干度的同時(shí)也減少了濕紙斷頭的機(jī)會。六、干燥部濕紙幅在經(jīng)歷網(wǎng)部和壓榨部的脫水之后，仍保有大量的水分，這些水分再用壓榨的機(jī)械方法就不能很容易的脫出，只有對紙幅進(jìn)行烘干，通過蒸發(fā)脫除的方式才能夠進(jìn)一步去掉其殘留的水分，進(jìn)一步完成紙幅的纖維結(jié)合并提高其強(qiáng)度和增加紙頁的平滑度。本次設(shè)計(jì)干燥部采用單排多烘缸布置，并配以全密閉式汽罩，這是一種常見的傳統(tǒng)干燥形式，單排烘缸的設(shè)計(jì)具有安裝簡單，操作便捷，效率高等特點(diǎn)，有效地降低了操作難度。一般單排烘缸系統(tǒng)的烘缸都是并排排放，并采用單網(wǎng)作為干毯，以提高干燥效率。七、涂布本次設(shè)計(jì)選擇涂布機(jī)為機(jī)內(nèi)涂布機(jī)[15]，設(shè)有四個(gè)涂布站，形式是兩正兩反，采用組合式刮刀，另外再涂布機(jī)前設(shè)置一臺硬壓光機(jī)。為了滿足成紙的質(zhì)量要求，在涂布干燥后設(shè)置雙壓區(qū)的軟壓光機(jī)。涂布固含量為53%，涂布量為30g/m2。涂布過后再對紙頁進(jìn)行熱風(fēng)干燥。液體包裝紙板在涂布后其表面性能可以得到很大提高。八、表面施膠表面施膠是指經(jīng)過干燥部脫水達(dá)到定值后的紙幅，在其表面均勻涂覆施膠劑的工藝過程。通過施膠，可以在紙頁表面形成一種膠液覆蓋的薄膜，提高紙張抵抗溶液滲透的能力，提高紙張的濕強(qiáng)度。同時(shí)，表面施膠還可以填補(bǔ)紙面的空隙，使紙張中的毛細(xì)管減少，隨之降低其吸附作用，改善成紙的平滑度和印刷適性，提高產(chǎn)品的表面強(qiáng)度，緩解紙頁在印刷時(shí)產(chǎn)生的掉粉掉毛問題[16]。為了滿足液體包裝紙板的性能要求，需要對其面層外表面和底層外表面進(jìn)行表面施膠，施膠量為3g/m2/單，膠料濃度為12%。九、白水系統(tǒng)在紙機(jī)網(wǎng)部和紙頁成形時(shí)以及在真空箱和壓榨部脫除的水成為白水。這些白水中含有大量的纖維，將這些白水進(jìn)行回收利用，可以相當(dāng)程度地節(jié)約造紙用水，減少纖維和化學(xué)助劑的流失，對于減少環(huán)境污染，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。故而將造紙過程中搜集的白水進(jìn)行分級處理，再重新回流至造紙各工段參與生產(chǎn)的過程就是白水的封閉循環(huán)。本設(shè)計(jì)白水回收系統(tǒng)分為不同階段，各層成形板產(chǎn)生的濃白水經(jīng)過處理后，一部分回流至各層沖漿泵，另一部分與各層真空箱和其他部分產(chǎn)生的稀白水匯入一起集中處理。處理后的稀白水一部分中的漿料運(yùn)輸?shù)街茲{車間進(jìn)行回用，另一部分進(jìn)入損紙系統(tǒng)和各層除渣系統(tǒng)進(jìn)行充分回用。建立白水封閉循環(huán)不僅可以節(jié)省纖維原料和輔料的使用量，而且還能夠做到清潔生產(chǎn)，減少環(huán)境污染實(shí)現(xiàn)“零排放”。八、損紙系統(tǒng)在造紙生