一种纸浆生产设备、制浆工艺及纸浆生产工艺的制作方法

本发明涉及秸秆制浆技术领域，具体涉及一种纸浆生产设备、制浆工艺及应用于该设备的纸浆生产工艺。

背景技术：

我国农作物秸秆以及废木材年产量高达亿吨，但是综合利用率却不足40％。随着国家环保力度的加大、农村能源结构的调整，秸秆、废木材生活利用率降低和大量纸厂、稻麦草化学制浆厂关闭，秸秆、废木材再利用率大为降低。现在农村多采用焚烧的方式来处理这些废弃秸秆，对大自然环境造成严重的污染。

因此，如何有效利用秸秆、废木料等材料，高效生产纸浆已成为制浆行业的热点问题。目前的发明专利中，已经公开的涉及秸秆制浆的方法众多，如申请号为200810225965.5的发明，申请公开了“芦苇或秸秆纤维素浆粕的制备方法”，是将芦苇或秸秆原料放入蒸汽爆破处理设备中进行气爆处理，经过蒸汽爆破处理后的芦苇或秸秆等原料水洗后浸泡在有机溶剂中进行处理，以完成纤维素制浆工艺。该发明所采用的技术具有缩短工艺流程、节能，有利于清洁生产的明显优点。

上述制浆工艺采用传统碱法制浆是用碱性药剂处理植物纤维，将原料中的木素溶出，并尽可能保留纤维素和半纤维素，其核心是蒸煮，即在高温高压下使原料与蒸煮剂反应而形成浆料，反应后的制浆废液因其色黑而称黑液，该工艺环保效果差，且产生大量废水。

因此，本发明所要解决的问题是：解决制浆过程中可能存在的黑液问题，降低成本而且保证环保生产；针对制浆过程中用水量较大废水处理困难，采用新设备保证生产过程中用水的供需平衡，而且保证生产过程中无废水排放；在保证高得浆率的同时，简化设备处理流程，降低制浆耗能；制浆产品性能稳定，可广泛应用于不同领域。综上，在低耗能，低排放，节约电能、水资源的基础上，提高得浆率以及制浆品质，使其广泛应用于不同领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种纸浆生产设备、制浆工艺及应用于该设备的纸浆生产工艺。本发明提供的纸浆生产设备可以以麦草、稻草、芦苇或木片为原料，获得品质较高、产品性能稳定的浆料；所述设备解决了制浆过程中可能存在的黑液问题，不仅大大降低成本而且保证环保生产；针对制浆过程中用水量较大废水处理困难，本发明设置清水管路和循环水系统，不仅保证生产过程中用水的供需平衡，而且保证生产过程中无废水排放；在保证高得浆率的同时，简化设备处理流程，降低制浆耗能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纸浆生产设备，包括制浆系统、循环水系统、清水管路系统及蒸汽管路系统，所述循环水系统、清水管路系统及蒸汽管路系统分别通过管路与所述制浆系统连接，其中

所述制浆系统包括依次设置的粉碎装置、定量机组、皮带输送装置、除铁装置、斜螺旋输送装置、定量机组、垂直螺旋输送装置、挤裂搓丝机、多段制浆装置、挤浆机及皮带输送装置；

所述多段制浆装置包括依次连接的一段斜螺旋输送装置、蒸汽加热装置、一段磨浆机、二段斜螺旋输送装置、二段磨浆机、三段斜螺旋输送装置、三段磨浆机、四段斜螺旋输送装置、四段磨浆机，所述四段磨浆机与挤浆机连接；

所述循环水系统包括回水池和循环水管路，所述循环水管路经由回水池分别连接至斜螺旋输送装置、一段斜螺旋输送装置、二段斜螺旋输送装置形成循环回路；

所述清水管路系统通过清水管路与所述循环水系统对应的分别连接至斜螺旋输送装置、一段斜螺旋输送装置、二段斜螺旋输送装置；

所述蒸汽管路系统通过蒸汽管路连接至一段斜螺旋输送装置。

进一步地，所述循环水管路经由回水池分别连接至斜螺旋输送装置及所述多段制浆装置的一段斜螺旋输送装置、二段斜螺旋输送装置形成循环回路。

进一步地，所述清水管路系统通过清水管路分别连接至斜螺旋输送装置及所述多段制浆装置的一段斜螺旋输送装置、二段斜螺旋输送装置。

进一步地，所述蒸汽管路系统通过蒸汽管路连接至所述多段制浆装置的一段斜螺旋输送装置。

进一步地，所述多段制浆装置中的磨浆机为高浓磨浆机。

进一步地，所述高浓磨浆机包括喂料系统、磨浆系统、调整移动系统和传动系统，其中所述喂料系统包括依次连接的喂料传动体、喂料口及喂料螺旋管，所述磨浆系统包括固定盘座及磨浆室，所述调整移动系统包括微动手柄、快动手柄，所述传动系统包括电动机，其通过柱销联轴器、主轴、轴承室与所述磨浆系统连接。

进一步地，所述磨浆室内设置有一片可轴向移动的转子盘磨片和一片固定的定子盘磨片，所述转子盘磨片为多元素镍镉合金铸造磨片，所述定子盘磨片为金刚砂复合材料磨片。

进一步地，所述磨浆室上方设置有冲洗管，所述磨浆室与轴承室之间设置有轴套和密封套，并加以纺纶填料盘根密封。

本发明同时提供了一种制浆工艺，所述工艺应用于权利要求1-8任一项所述的多段制浆装置中，该制浆工艺具体包括：

步骤1：一段制浆

将经过分丝帚化后的原料置于一段斜螺旋输送装置，向原料中加入干度调节剂，使原料干度达到50-70％，传输阶段温度为50-90℃，将浆料输送至一段磨浆机；一段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在70-110℃，获得打浆度为21-24°sr的一段制浆浆料，纤维湿重3-11g；

步骤2：二段制浆

一段制浆浆料进入二段斜螺旋输送装置，加入干度调节剂，使原料干度达到30-50％，传输阶段温度为80-110℃，将浆料输送至二段磨浆机；二段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在80-110℃，获得打浆度为24-28°sr的二段制浆浆料，纤维湿重3-8g；

步骤3：三段制浆

二段制浆浆料进入三段斜螺旋输送装置，将浆料输送至三段磨浆机；三段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在90-110℃，获得打浆度为28-33°sr的三段制浆浆料，湿重2-5g；

步骤4：四段制浆

三段制浆浆料进入四段斜螺旋输送装置，将浆料输送至四段磨浆机；四段磨浆机将浆料进行精磨，磨浆温度在90-110℃，获得打浆度为33-38°sr的四段制浆浆料，湿重2-5g。

本发明同时提供了一种纸浆生产工艺，所述工艺应用于权利要求1-8任一项所述的纸浆生产设备，该纸浆生产工艺具体包括：

步骤(1)原料粉碎：

将麦草在粉碎装置中进行初步粉碎，粉碎速率为2-4t/h，经初步粉碎后的长度为1-3cm；

步骤(2)除铁处理：

将步骤(1)经过粉碎的原料通过传输装置进入除铁装置进行除铁处理；除铁处理为两段式，将粉碎后的原料先经过一段除铁，通过与原料表面接触吸附原料中带有的铁屑、铁钉、铁丝等含铁杂质，再经过二段除铁，除去原料内部含铁杂质，进一步保证原料的干净度；除铁处理步骤与原料粉碎步骤的原料处理速率比为1:3；

步骤(3)分丝帚化：

经除铁处理后，原料在传输装置中添加干度调节剂将原料干度调节至60-80％，再经传输装置进入分丝帚化装置进行分丝帚化，分丝帚化在封闭系统中进行，封闭系统内温度为60-70℃；分丝帚化步骤与除铁处理步骤的原料处理速率相同；经分丝帚化后，原料长度低于1cm；

步骤(4)制浆：

制浆包括四个连续的、处于同一封闭系统的操作单元，即一段制浆单元、二段制浆单元、三段制浆单元、四段制浆单元，每个操作单元均由原料传输与原料磨浆阶段组成，原料传输速率与分丝帚化速率相同；

一段、二段、三段、四段磨浆设备均采用高浓磨浆机；

一段制浆：原料经分丝帚化后，进入一段斜螺旋输送装置，通入100℃蒸汽熟化原料，原料干度达到50-70％，传输阶段温度为60-70℃，将浆料输送至一段磨浆机；一段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在80-90℃，磨浆功率为160kw，获得打浆度为21-24°sr的一段制浆浆料，纤维湿重4-6g；

二段制浆：一段制浆浆料进入二段斜螺旋输送装置，原料干度达到30-50％，传输阶段温度为80-90℃，将浆料输送至二段磨浆机；二段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在80-90℃，磨浆功率为160kw，获得打浆度为24-28°sr的二段制浆浆料，纤维湿重3-5g；

三段制浆：二段制浆浆料进入三段斜螺旋输送装置，原料干度达到30-50％，传输阶段温度为85-95℃，将浆料输送至三段磨浆机；三段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在85-95℃，磨浆功率为132kw，获得打浆度为28-33°sr的三段制浆浆料，湿重2-4g；

四段制浆：三段制浆浆料进入四段斜螺旋输送装置，原料干度达到10-20％，传输阶段温度为90-100℃，将浆料输送至四段磨浆机；四段磨浆机将浆料进行精磨，磨浆温度在90-100℃，磨浆功率为132kw，获得打浆度为33-38°sr的四段制浆浆料，湿重1-3g；

步骤(5)挤浆：

原料经制浆后输送至挤浆机挤浆，经挤浆后得到成品。

有益效果：

1、本发明提供的设备及工艺有效提高了资源利用率，高效节能，高效环保。高效节电：较现有制浆设备中单纯通过蒸汽加热使原料软化处理，本发明采用机械法在生产过程中通过磨浆机揉磨浆料产生高温热量并结合输送装置与磨浆机形成的封闭系统的良好的保温作用，辅以仅一段斜螺旋输送装置中的蒸汽加热，不仅节省加热成本问题，更可在加热原料过程中同时高效磨浆。本发明制浆设备用电可达到250-280度电/吨浆以下，节电率95％以上。

高效节水：本发明提供的制浆设备采用了水循化体系，用水可达到0.6-0.7t/吨浆以下，节水率可达到95％以上，解决了原有制浆技术生产过程中用水量较大废水处理困难等问题，新设备不仅可以可根据需要的水量给水，而且做到了工业用水零排放，挤浆机水循环回用补给，节能环保；

高效环保：整套生产设备无任何污染，无化学制剂、添加剂，循环水在制浆过程中被无限循环利用，经过除铁被除掉的原料杂质用于饲养蚯蚓，形成高效利用的循环系统。

2、在制浆过程中，为达到处理木素和剥离纤维，破解制浆原料中木素的粘合力的过程，本发明通过封闭系统下挤裂搓丝机的高温分丝粉碎、磨浆机的高温揉磨结合斜螺旋输送的保温作用，可有效替代化学制浆使木素溶出的效果，本发明采用机械加工结合原料输送的保温设置，控制在特定温度条件下，有效减弱木质素在纤维间横向固结力，使木素由硬而脆的玻璃态转化为偏软的橡胶态；与此同时，将原料置于封闭系统中高速运转揉磨，使物料在瞬间高温状态下撕裂、压溃、帚化、润涨，从而得到优质的浆料。

3、现有的制浆设备及技术通过高温高压蒸煮配合助剂制浆，在生产过程中产生黒液，处理成本高，本发明通过两段除铁装置配合机械制浆与保温装置，可有效避免黑液的产生。在除铁装置中，不仅一段除铁可以除掉含铁类杂质，而且二段除铁更具有精细的分选作用，可将含铁类细小颗粒等杂质除去，避免了原料在前端处理时带来的黑液问题隐患，不仅环保而且大大降低了成本，于此同时，浆料外观较好，可完全显现原料本色，未出现暗浊等现象。

4、原料的多样性选择：本发明的制浆设备不仅适用于麦草、稻草、芦苇原料的制浆，而且还可适用于废弃木片的制浆，正是由于本发明具有独特的挤裂搓丝机的高温分丝效果结合磨浆机的高温揉磨与斜螺旋输送的保温作用，使得该制浆工艺可以有效处理包括秸秆纤维、木质纤维等不同纤维结构的原料，在采用相同设备以及工艺，相同的耗电量以及耗水量的同时，制备出相同质量的浆料，显著而有效地降低原料成本。

5、用途广泛，强化材料性能，有效降低成本：采用本发明提供的设备制备的浆料产品可广泛用于瓦楞纸、工包、板材、餐具等方面。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

附图1是本发明的纸浆生产设备结构流程图。

具体实施方式

实施例1

参照附图1，一种纸浆生产设备，包括制浆系统、循环水系统、清水管路系统及蒸汽管路系统，循环水系统、清水管路系统及蒸汽管路系统分别通过管路与所述制浆系统连接，其中

制浆系统包括依次设置的粉碎装置、定量机组、皮带输送装置、除铁装置、斜螺旋输送装置、定量机组、垂直螺旋输送装置、挤裂搓丝机、多段制浆装置、挤浆机及皮带输送装置；

多段制浆装置包括依次连接的一段斜螺旋输送装置、蒸汽加热装置、一段磨浆机、二段斜螺旋输送装置、二段磨浆机、三段斜螺旋输送装置、三段磨浆机、四段斜螺旋输送装置、四段磨浆机，四段磨浆机与挤浆机连接；

循环水系统包括回水池和循环水管路，循环水管路经由回水池分别连接至斜螺旋输送装置、一段斜螺旋输送装置、二段斜螺旋输送装置形成循环回路；

清水管路系统通过清水管路与循环水系统对应的分别连接至斜螺旋输送装置、一段斜螺旋输送装置、二段斜螺旋输送装置；

蒸汽管路系统通过蒸汽管路连接至一段斜螺旋输送装置，起到熟化原料目的。

本实施例中多段制浆装置所采用的磨浆机为已有高浓磨浆机。

具体的，高浓磨浆机包括自左至右依次设置的喂料系统、磨浆系统、调整移动系统和传动系统，其中喂料系统包括依次连接的喂料传动体、喂料口及喂料螺旋管，磨浆系统包括固定盘座及磨浆室，调整移动系统包括微动手柄、快动手柄，传动系统包括电动机，其通过柱销联轴器、主轴、轴承室与磨浆系统连接。

磨浆室为磨浆机的主要工作区域，其内设置有一片固定的定子盘磨片和一片可轴向移动的转子盘磨片，转子盘磨片为多元素镍镉合金铸造磨片，定子盘磨片为金刚砂复合材料磨片。两种磨片的配合能保证半化学机械浆的成浆质量，保护纤维在疏解过程不被切断，提高单根纤维的帚化度(分叉率)。

磨浆室上方设置有冲洗管，磨浆室与轴承室之间设置有轴套和密封套，并加以纺纶填料盘根密封。

实施例2

一种制浆工艺，该工艺应用于实施例1中的多段制浆装置。

该制浆工艺具体包括：

一段制浆：将经过分丝帚化后的原料置于一段斜螺旋输送装置，向原料中加入干度调节剂，使原料干度达到50-70％，传输阶段温度为50-90℃，将浆料输送至一段磨浆机；一段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在70-110℃，获得打浆度为21-24°sr的一段制浆浆料，纤维湿重3-11g；

二段制浆：一段制浆浆料进入二段斜螺旋输送装置，加入干度调节剂，使原料干度达到30-50％，传输阶段温度为80-110℃，将浆料输送至二段磨浆机；二段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在80-110℃，获得打浆度为24-28°sr的二段制浆浆料，纤维湿重3-8g；

三段制浆：二段制浆浆料进入三段斜螺旋输送装置，将浆料输送至三段磨浆机；三段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在90-110℃，获得打浆度为28-33°sr的三段制浆浆料，湿重2-5g；

四段制浆：三段制浆浆料进入四段斜螺旋输送装置，将浆料输送至四段磨浆机；四段磨浆机将浆料进行精磨，磨浆温度在90-110℃，获得打浆度为33-38°sr的四段制浆浆料，湿重2-5g。

实施例3

一种纸浆制备工艺，该工艺应用于实施例1中的纸浆生产设备。

具体包括：

(1)原料粉碎：将麦草在粉碎装置中进行初步粉碎，粉碎速率为3t/h，经初步粉碎后的长度为2cm。

(2)除铁处理：将步骤(1)经过粉碎的原料通过传输装置进入除铁装置进行除铁处理；除铁处理为两段式，将粉碎后的原料先经过一段除铁，一段除铁采用磁力滚筒，通过与原料表面接触吸附原料中带有的铁屑、铁钉、铁丝等含铁杂质，再经过二段除铁，二段除铁采用已知电动滚筒除铁器，型号dcq400x800，配变频器调节转速，除去原料内部含铁杂质，进一步保证原料的干净度；除铁处理步骤与原料粉碎步骤的原料处理速率比为1:3。

(3)分丝帚化：经除铁处理后，原料在传输装置中添加干度调节剂将原料干度调节至70％，再经传输装置进入分丝帚化装置进行分丝帚化，分丝帚化在封闭系统中进行，封闭系统内温度为65℃；分丝帚化步骤与除铁处理步骤的原料处理速率相同；经分丝帚化后，原料长度低于1cm。

(4)制浆：制浆包括四个连续的、处于同一封闭系统的操作单元，即一段制浆单元、二段制浆单元、三段制浆单元、四段制浆单元，每个操作单元均由原料传输与原料磨浆阶段组成，原料传输速率与分丝帚化速率相同；具体如下：

一段、二段、三段、四段磨浆设备均采用高浓磨浆机。

一段制浆：原料经分丝帚化后，进入一段斜螺旋输送装置，通入100℃蒸汽熟化原料，原料干度达到60％，传输阶段温度为65℃，将浆料输送至一段磨浆机；一段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在85℃，磨浆功率为160kw，获得打浆度为21-24°sr的一段制浆浆料，纤维湿重5g；

二段制浆：一段制浆浆料进入二段斜螺旋输送装置，原料干度达到40％，传输阶段温度为85℃，将浆料输送至二段磨浆机；二段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在85℃，磨浆功率为160kw，获得打浆度为24-28°sr的二段制浆浆料，纤维湿重4g；

三段制浆：二段制浆浆料进入三段斜螺旋输送装置，原料干度达到40％，传输阶段温度为90℃，将浆料输送至三段磨浆机；三段磨浆机将浆料进行揉磨，磨浆温度在90℃，磨浆功率为132kw，获得打浆度为28-33°sr的三段制浆浆料，湿重3g；

四段制浆：三段制浆浆料进入四段斜螺旋输送装置，原料干度达到15％，传输阶段温度为95℃，将浆料输送至四段磨浆机；四段磨浆机将浆料进行精磨，磨浆温度在95℃，磨浆功率为132kw，获得打浆度为33-38°sr的四段制浆浆料，湿重2g。

(5)挤浆：原料经制浆后输送至挤浆机挤浆，经挤浆后得到成品，控制成品浆干度为20％，获得打浆度为38°sr的成品浆料，湿重2g，制浆得率为95％；经挤浆后的清水通过循环水管路回流进行循环使用；

制浆过程，用电可达到350度电/吨浆，节电率96％。用水可达到3t/吨浆，节水率可达到96％以上。制浆过程中，无黑液产生，且实现废水零排放。

以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

同时应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，本说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。