专利名称：一种废纸造纸过程纸浆脱墨方法及其系统的制作方法
技术领域：
—本发明涉及造纸过程中的浮选脱墨方法，特别适用于以废纸为原料的造 纸过程，用于去除纸浆中的油墨粒子，同时亦可脱除石蜡和胶粘物。
背景技术：
在以废纸为原料的造纸过程中，要求尽量除去废纸浆中的油墨粒子和胶 粘物，在现代脱墨技术中，浮选脱墨是应用比较广泛的一种技术，浮选法是 利用浮选剂降低空气泡与油墨粒子之间的表面张力，使油墨粒子与空气泡碰 撞时依附在空气泡的表面，再利用气浮与机械分离的方法除去废纸浆的油墨 粒子。在此项技术中关键的问题是要解决浮选器的结构和空气泡的大小、分 布及与油墨粒子碰撞的几率。目前使用的主要浮选设备是浮选槽和浮选池，
如Voith公司的Ecocell脱墨槽、KBC公司的Macell脱墨槽、Andritz公司的 Selectaflot脱墨槽等，这些脱墨槽技术较为成熟，但造价高昂，占地面积较 大，浮选效率和纤维得率还不够高，近年来一种新型的二次纤维浮选脱墨技 术-浮选柱脱墨技术，逐渐进入了研究者的视野，该技术原来主要应用于矿 业选矿，在此方面现己发展成熟，但在用于二次纤维浮选脱墨方面的研究较 少，造纸工业主要利用的浮选脱墨技术仍是浮选槽或浮选池技术。这种技术 存在浆得率和效率偏低，浮选后白度低等缺陷。
国外真正用于造纸工业的浮选柱的应用研究只有几年，亦有厂家利用浮 选柱进行脱墨浆的生产实例，从生产实际上看来，效果比传统的脱墨方式好， 但气泡发生装置复杂，价格昂贵，难以大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，利用柱式浮选脱墨装置， 为废纸作原料的造纸业提供浮选脱墨，同时亦可脱除石蜡和胶粘物的一种废 纸造纸过程纸浆脱墨的方法及其系统。
本发明的目的通过以下技术方案实现
一种废纸造纸过程纸浆脱墨的系统，其特征在于采用立式结构，包括
柱式浮选脱墨装置、文丘里气泡发生器、浆料循环体和与测量及定量仪器仪 表相连的进行数据处理和系统自动控制的计算机系统，其中浆料循环体包括: 浆泵、浆料回流管道；浆料循环体位于柱式浮选脱墨装置下方，并通过浆料 回流管道与其连接，在浆料回流管道上，安装有文丘里气泡发生器。
所述文丘里气泡发生器由不等长的、且管壁上开有若干大小一致或不一 致的孔的渐縮管、混合管和扩散管依次连接而成，其渐縮角(3的范围在60°
75°之间，扩散角6的范围在82° 85°之间。
所述文丘里气泡发生器的渐縮管、混合管和扩散管的管长依次增长。 所述文丘里气泡发生器的文丘里管可以暴露在空气中；也可以被密封在 密封管。
一种废纸造纸过程纸浆脱墨的方法，常规加入通用脱墨剂，其特征在于
采用逆流式脱墨流程，粗浆由塔顶流入向下流动，回流浆由塔底经浆料循环 体和文丘里气泡发生器后由底部向上流动，产生的气泡由下向上运动，气泡 带动油墨颗粒和胶粘物细小杂质，也由下向上流动，经由顶部排出塔体外， 良浆由塔底排出。
所述文丘里气泡发生器气源为压縮空气或常压空气。
所述脱墨方法，在浮选时添加纳米二氧化钛Ti02，其添加量在按绝干浆 的质量百分比计为0.05 0.1。/。的范围内调节。
所述文丘里气泡发生器的气泡大小由开孔大小、数量调节，也通过堵住 不同直径和数量的孔，来达到调节。
所述系统自动控制过程由压力传感器控制液位，由浆料流量计控制脱墨 速度，由气体流量计控制进气量，由白度在线仪控制浮选质量，以白度控制 为目标，通过计算机实施控制。
本发明与现有技术相比具有如下优点
1、 本发明与现有浮选脱墨技术相比，在工艺条件相同的情况下，采用本 发明能够得到更好的浮选脱墨效果。与试验室现有脱墨方法及不同纸厂脱墨 系统的脱墨能力对比，也证实其脱墨效果要好于现有浮选槽式的脱墨系统。
2、 在本发明浮选系统中，添加纳米Ti02，能达到更好的脱墨和去除大 胶粘物的效果，详见实施例分析结果表。
3、 本发明采用文丘里气泡发生器与另一种利用砂芯产生气泡的气泡发生
器进行了对比研究，文丘里发泡器合理的克服了微孔发泡器和静态发泡器结 构上的缺陷，如微孔发泡器有容易堵塞的缺点，而静态混合器则有桨料浓度 和泵送压力的限制，对浓度超过一定限度的浆料来说，很难与气泡混合，并 容易有挂浆进而引起堵塞的现象。研究发现本发明采用的文丘里气泡发生器， 在去除油墨和胶粘物方面都优于砂芯气泡发生器。
4、本发明系统已通过大量中试试验，在采用相同的工艺条件下(温度除 外)进行对比，其浮选脱墨效果(对油墨粒子和大胶粘物粒子的去除率上)， 较工厂目前应用的浮选槽脱墨系统脱墨要好。尤其是在去除大胶粘物粒子上， 去除量是某造纸厂采用浮选槽脱墨系统的6倍，详见实施例分析结果表。
图1为一种废纸造纸过程纸浆脱墨系统的结构示意图； 图2为本发明的带压文丘里气泡发生器的结构示意图剖图； 图3为本发明的常压文丘里气泡发生器的结构示意图剖图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范 围并不限于此例的范围。 实施例
如图1所示的一种废纸造纸过程纸浆脱墨系统结构示意图。系统采用立
式结构，包括柱式浮选脱墨装置、文丘里气泡发生器8、浆料循环体和自动 控制部分，其中柱式浮选脱墨装置采用中国ZL200520059039.7号实用新型 专利，它由顶塔1、进浆口2、排渣口3和浮选柱7组成。浆料循环体包括 浆泵10、浆料回流管9、、三通管11、在线白度仪12和衆料流量计17;浆 料循环体位于柱式浮选脱墨装置下方，并通过浆料回流管9与其连接，在浆 料回流管9上安装有文丘里气泡发生器8。
所述文丘里气泡发生器8分为常压文丘里气泡发生器或带压文丘里气泡 发生器。如图3所示的常压文丘里气泡发生器是暴露在空气中的，如图2所 示的带压文丘里气泡发生器是被包在一个开有压縮空气进气孔14的密封管 15中的，带压文丘里气泡发生器由装有气体流量计13的管道与空压机6相 连，并由空压机6提供的压縮空气由此进入。在文丘里气泡发生器8上开有 若干小孔16，常压空气或压縮空气由孔16进入文丘里管。气体进入文丘里
管与回流浆混合并产生大量微小气泡，气泡由塔底部向上流动；浆泵10将回 流浆通过回流管9进入文丘里管，将浆料中的油墨粒子和胶粘物粒子带向塔 顶，并经顶塔排出塔外，实现浆料的脱墨和去除胶粘物。
如图2、 3所示所述文丘里管8，其主要设计参数为渐縮管长L1，渐 縮角p，混合管长L2，扩散管长L3,扩散角e，气孔直径d,管径D。其中混 合管长L2根据不同浆料的特性设计，L2的值应满足浆料射流破裂成液滴的 破裂长度的需要；L1、 L2、 L3的值不应相同， 一般要求1_1<1_2<1_3， L1和 L3的值可通过管径D和渐縮角及扩散角计算得出，而直径D根据回流的浆 料流量确定。渐縮角P的范围在60° 75°之间，L3的长度要求满足由混合 管段中液滴破裂到出扩散管后，液滴重新聚合并分隔包围气体形成小气泡的 要求；扩散角6可设定在82° 85°之间。气孔直径d决定气泡的大小，气孔 直径越大，气泡直径越大，进气量也大，在需要小气泡时，为了增大进气量， 可在文丘里周围增加气孔的数量，在实际生产过程中，可通过堵住不同的气 孔数量来调节进量的大小。本实施例主要设计参数如下
气孔数量12个，其中，00.5mm孑L6个，01.0mm孔6个；
渐縮管长L1: 40mm;
渐縮角(3: 75°;
混合管长L2: 50mm; 扩散管长L3: 130mm;
扩散角9: 85°;
气孔直径d: 0.5mm禾n 1.0mm各6个; 管径D: 10mm。
所述系统的控制方式如下本发明的控制系统硬件可由压力传感器4、
温度计5、自动阀门、浆料流量计17和气体流量计13、测量浮选效果的在 线仪，例如本实施例中采用在线白度仪12、可编程控制器、控制软件和电脑
系统等组成。实现本发明的控制方法说明如下本发明中浆位、气体流量、
浆料出口流量、浆料回流量都会引起浮选效果的变化，本发明通过控制浆料
的出口流量、浆料在浮选柱中的停留量来控制进浆量；通过控制出口流量， 浆料液位的高低来控制浆料在浮选柱中的停留时间；通过控制气体流量和浆 料回流量来控制浮选气体流量。经在线测量仪测量的值作为本控制系统的控
制值，经控制系统调节浆料流量、气体流量、浆料在浮选柱中的停留时间等， 最终实现所需要的浮选效果。
以下为本系统开机实施例。
造纸厂实际生产用浆料1吨放在储浆罐备用。开机前启动程序，并检査 各项电源、仪表、阀门、空压机等是否能正常工作。提前5 10分钟开动储 浆罐搅拌器将浆料搅拌均匀。
打开空压机进气，然后开启进浆阀门，从浮选柱上部进浆口 2进料，待 浆料充满浮选柱7下部后，开动浮选柱7底部的浆泵10开始回流并利用文 丘里发泡器8产生小气泡。在这里，由空压机6来的压縮空气与回流桨泵10 泵送过来的部分浆料进行混合，由于在文丘里气泡发生器8渐縮管中造成浆 料流速快速增加，与空气混合后，在渐扩管中会因为压力突放而形成液滴， 液滴在空气之中逐渐粘合将空气包围并形成小气泡随浆料一起进入浮选柱 7。浮选柱7中气泡慢慢上升，桨料则继续向下运动到浮选柱7底部形成良 浆，良浆部分随回流浆泵10回流用于产生微小气泡，部分经在线白度仪12 和浆料电磁流量计17而排出。
开动回流浆泵10后，再启动控制系统，首先在系统中设定浆料液位高 度为430cm (本实施例设定)和浆料出口流量2 I / min，系统根据设定在5 7min后自动调节预设的参数至指定值，继续运行20min后，系统开始稳定运 行，并给出此时浮选柱中空气贮藏量为25%，浮选温度为28摄氏度、浆料 流量为8l/min，液位为450cm，浆料停留时间为6min以及浮选后浆料的 白度52。/。iso，此时可以进行良浆的取样分析。
试验中浆料流量的调整在程序中设定出浆流量值和保持液位的稳定用 的PID自动方法，具体通过计算机和浆料流量计17，压力传感器4，出浆阀 门和进浆阀门配合实现调节。
试验中液位的调节通过程序设定液位高度，由进桨阀门和压力传感器 4配合完成。
浆料在浮选柱中的停留时间可以通过改变浆料的流量来调节。具体调整 过程如下如原浆料停留时间调整到7min，则根据浮选柱中浆料和空气总体 积33.8 1，利用公式33.8X (1—30。/。空气贮藏量)得出浆料体积23.7 1，然 后利用23.7 / 7得出此时出浆流量值3.4 I / min，然后将出浆流量重新设定
为3.4l/min，再经过20min的运行后，系统重新稳定，可以进行正常浮选。 如需要调整其它参数，如空气流量、液位高度等，都需要将参数调整并运行 20min后，系统方可进行正常浮选。浮选时添加脱墨剂，其用量按绝干浆 的质量百分比计，碎浆时加NaOH 0.9%， Na2Si03 2.1%， H202 0.2%，工 业皂0.52%,浮选时加工业皂0.08%。
分析设备白度测量采用ERIC 950测量，大胶粘物的测量采用由加拿 大Pulmas公司进口的master screen观懂。
采用上面实施例中的方法开机试验，稳定运行20min后，取浮选后的浆 料分析，分析结果如下表
白 度残余油墨含量残余大胶粘物含量 (% ISO) (ppm)_(ppm)_
末脱墨(原)浆49.96994009
工厂伏伊特脱墨后54.13073614
良浆
本发明脱墨前浆48.948044000
本发明脱墨后良浆55.452811413
上表可以看到，本系统相比某工厂实际应用脱墨系统，白度提高2.2度， 大胶粘物含量多去除2192ppm。
当系统中添加二氧化钛时，可以进一步提高该脱墨系统的脱墨能力。脱 墨剂及其用量按绝干桨的质量百分比计，碎浆时加NaOH0.9%， Na2Si03 2.1%， H2O20.2%，工业皂0.52%;浮选时添加Ti〇20.05%，工业皂0.08%。
试验结果如下:_
白 度残余油墨含量残余大胶粘物含量
_(%ISO) (ppm)_(ppm)_
末脱墨(原)浆 49.9 699 4009
广纸伏伊特脱墨后54.1 307 3614
良浆
脱墨齐|」+工业皂+，02脱56.3 264 1003
墨后良浆
权利要求
1、一种废纸造纸过程纸浆脱墨的系统，其特征在于采用立式结构，包括柱式浮选脱墨装置、文丘里气泡发生器、浆料循环体和与测量及定量仪器仪表相连的进行数据处理和系统自动控制的计算机系统，其中浆料循环体包括浆泵、浆料回流管道；浆料循环体位于柱式浮选脱墨装置下方，并通过浆料回流管道与其连接，在浆料回流管道上，安装有文丘里气泡发生器。
2、 根据权利要求1所述的一种废纸造纸过程纸浆脱墨的系统，'其特征 在于文丘里气泡发生器由不等长的、且管壁上开有大小一致或不一致的孔 的渐縮管、混合管和扩散管依次连接而成，其渐縮角(3的范围在60° 75。之间，扩散角e的范围在82。 85。之间。 _
3、 根据权利要求1或2所述的一种废纸造纸过程纸浆脱墨的系统，其特征在于文丘里气泡发生器的渐縮管、混合管和扩散管的管长依次增长。
4、 根据权利要求1或2所述的一种废纸造纸过程纸浆脱墨的系统，其特征在于所述文丘里气泡发生器的文丘里管是暴露在空气中或者被密封在密封管中。
5、 采用权利要求1所述一种废纸造纸过程纸浆脱墨的系统的废纸造纸过程纸浆脱墨的方法，常规加入通用脱墨剂，其特征在于采用逆流式脱墨 流程，粗浆由塔顶流入向下流动，回流浆由塔底经浆料循环体和文丘里气泡 发生器后由底部向上流动，产生的气泡由下向上运动，气泡带动油墨颗粒和 胶粘物细小杂质，也由下向上流动，经由顶部排出塔体外,良浆由塔底排出。
6、 根据权利要求5所述的一种废纸造纸过程纸浆脱墨的方法，其特征在于所述文丘里气泡发生器气源为压縮空气或常压空气。
7、 根据权利要求1所述的一种废纸造纸过程纸浆脱墨的方法，其特征在于所述脱墨方法，在浮选时添加纳米二氧化钛Ti02，其添加量在按绝干浆的质量百分比计为0.05 0.1。/。的范围内调节。
8、 根据权利要求5所述的一种废纸造纸过程纸浆脱墨的方法，其特征在于所述文丘里气泡发生器的气泡大小由开孔大小、数量调节，或者通过堵住不同直径和数量的孔，来达到调节。
9、 根据权利要求5所述的一种废纸造纸过程纸浆脱墨的方法，其特征在于所述系统自动控制过程由压力传感器控制液位，由浆料流量计控制脱 墨速度，由气体流量计控制进气量，由白度在线仪控制浮选质量，以白度控 制为目标，通过计算机实施控制。
全文摘要
本发明涉及一种废纸造纸过程纸浆脱墨的方法及其系统。该系统采用立式结构，包括柱式浮选脱墨装置、文丘里气泡发生器、浆料循环体和与测量及定量仪器仪表相连的进行数据处理和系统自动控制的计算机系统。该方法采用逆流式脱墨流程，粗浆由塔顶流入向下流动，回流浆由塔底经浆料循环体后由底部向上流动，产生的气泡由下向上运动，气泡带动油墨颗粒和胶粘物细小杂质，也由下向上流动，经由顶部排出塔体外，良浆由塔底排出。特别适用于去除纸浆中的油墨粒子，同时亦可脱除石蜡和胶粘物。浮选时添加纳米TiO<sub>2</sub>，能达到更好的脱墨和去除大胶粘物的效果。
文档编号D21C9/00GK101168930SQ20071003173
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者刘焕彬, 孙广卫, 朱小林 申请人:华南理工大学