專利名稱：一種廢紙造紙過程紙漿脫墨方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—本發(fā)明涉及造紙過程中的浮選脫墨方法，特別適用于以廢紙為原料的造 紙過程，用于去除紙漿中的油墨粒子，同時亦可脫除石蠟和膠粘物。
背景技術(shù)：
在以廢紙為原料的造紙過程中，要求盡量除去廢紙漿中的油墨粒子和膠 粘物，在現(xiàn)代脫墨技術(shù)中，浮選脫墨是應(yīng)用比較廣泛的一種技術(shù)，浮選法是 利用浮選劑降低空氣泡與油墨粒子之間的表面張力，使油墨粒子與空氣泡碰 撞時依附在空氣泡的表面，再利用氣浮與機械分離的方法除去廢紙漿的油墨 粒子。在此項技術(shù)中關(guān)鍵的問題是要解決浮選器的結(jié)構(gòu)和空氣泡的大小、分 布及與油墨粒子碰撞的幾率。目前使用的主要浮選設(shè)備是浮選槽和浮選池，
如Voith公司的Ecocell脫墨槽、KBC公司的Macell脫墨槽、Andritz公司的 Selectaflot脫墨槽等，這些脫墨槽技術(shù)較為成熟，但造價高昂，占地面積較 大，浮選效率和纖維得率還不夠高，近年來一種新型的二次纖維浮選脫墨技 術(shù)-浮選柱脫墨技術(shù)，逐漸進入了研究者的視野，該技術(shù)原來主要應(yīng)用于礦 業(yè)選礦，在此方面現(xiàn)己發(fā)展成熟，但在用于二次纖維浮選脫墨方面的研究較 少，造紙工業(yè)主要利用的浮選脫墨技術(shù)仍是浮選槽或浮選池技術(shù)。這種技術(shù) 存在漿得率和效率偏低，浮選后白度低等缺陷。
國外真正用于造紙工業(yè)的浮選柱的應(yīng)用研究只有幾年，亦有廠家利用浮 選柱進行脫墨漿的生產(chǎn)實例，從生產(chǎn)實際上看來，效果比傳統(tǒng)的脫墨方式好， 但氣泡發(fā)生裝置復(fù)雜，價格昂貴，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，利用柱式浮選脫墨裝置， 為廢紙作原料的造紙業(yè)提供浮選脫墨，同時亦可脫除石蠟和膠粘物的一種廢 紙造紙過程紙漿脫墨的方法及其系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的系統(tǒng)，其特征在于采用立式結(jié)構(gòu)，包括
柱式浮選脫墨裝置、文丘里氣泡發(fā)生器、漿料循環(huán)體和與測量及定量儀器儀 表相連的進行數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)自動控制的計算機系統(tǒng)，其中漿料循環(huán)體包括: 漿泵、漿料回流管道；漿料循環(huán)體位于柱式浮選脫墨裝置下方，并通過漿料 回流管道與其連接，在漿料回流管道上，安裝有文丘里氣泡發(fā)生器。
所述文丘里氣泡發(fā)生器由不等長的、且管壁上開有若干大小一致或不一 致的孔的漸縮管、混合管和擴散管依次連接而成，其漸縮角(3的范圍在60°
75°之間，擴散角6的范圍在82° 85°之間。
所述文丘里氣泡發(fā)生器的漸縮管、混合管和擴散管的管長依次增長。 所述文丘里氣泡發(fā)生器的文丘里管可以暴露在空氣中；也可以被密封在 密封管。
一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的方法，常規(guī)加入通用脫墨劑，其特征在于
采用逆流式脫墨流程，粗漿由塔頂流入向下流動，回流漿由塔底經(jīng)漿料循環(huán) 體和文丘里氣泡發(fā)生器后由底部向上流動，產(chǎn)生的氣泡由下向上運動，氣泡 帶動油墨顆粒和膠粘物細小雜質(zhì)，也由下向上流動，經(jīng)由頂部排出塔體外， 良漿由塔底排出。
所述文丘里氣泡發(fā)生器氣源為壓縮空氣或常壓空氣。
所述脫墨方法，在浮選時添加納米二氧化鈦Ti02，其添加量在按絕干漿 的質(zhì)量百分比計為0.05 0.1。/。的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
所述文丘里氣泡發(fā)生器的氣泡大小由開孔大小、數(shù)量調(diào)節(jié)，也通過堵住 不同直徑和數(shù)量的孔，來達到調(diào)節(jié)。
所述系統(tǒng)自動控制過程由壓力傳感器控制液位，由漿料流量計控制脫墨 速度，由氣體流量計控制進氣量，由白度在線儀控制浮選質(zhì)量，以白度控制 為目標，通過計算機實施控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
1、 本發(fā)明與現(xiàn)有浮選脫墨技術(shù)相比，在工藝條件相同的情況下，采用本 發(fā)明能夠得到更好的浮選脫墨效果。與試驗室現(xiàn)有脫墨方法及不同紙廠脫墨 系統(tǒng)的脫墨能力對比，也證實其脫墨效果要好于現(xiàn)有浮選槽式的脫墨系統(tǒng)。
2、 在本發(fā)明浮選系統(tǒng)中，添加納米Ti02，能達到更好的脫墨和去除大 膠粘物的效果，詳見實施例分析結(jié)果表。
3、 本發(fā)明采用文丘里氣泡發(fā)生器與另一種利用砂芯產(chǎn)生氣泡的氣泡發(fā)生
器進行了對比研究，文丘里發(fā)泡器合理的克服了微孔發(fā)泡器和靜態(tài)發(fā)泡器結(jié) 構(gòu)上的缺陷，如微孔發(fā)泡器有容易堵塞的缺點，而靜態(tài)混合器則有槳料濃度 和泵送壓力的限制，對濃度超過一定限度的漿料來說，很難與氣泡混合，并 容易有掛漿進而引起堵塞的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)本發(fā)明采用的文丘里氣泡發(fā)生器， 在去除油墨和膠粘物方面都優(yōu)于砂芯氣泡發(fā)生器。
4、本發(fā)明系統(tǒng)已通過大量中試試驗，在采用相同的工藝條件下(溫度除 外)進行對比，其浮選脫墨效果(對油墨粒子和大膠粘物粒子的去除率上)， 較工廠目前應(yīng)用的浮選槽脫墨系統(tǒng)脫墨要好。尤其是在去除大膠粘物粒子上， 去除量是某造紙廠采用浮選槽脫墨系統(tǒng)的6倍，詳見實施例分析結(jié)果表。


圖1為一種廢紙造紙過程紙漿脫墨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的帶壓文丘里氣泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖剖圖； 圖3為本發(fā)明的常壓文丘里氣泡發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖剖圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明，但本發(fā)明要求保護的范 圍并不限于此例的范圍。 實施例
如圖1所示的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)采用立
式結(jié)構(gòu)，包括柱式浮選脫墨裝置、文丘里氣泡發(fā)生器8、漿料循環(huán)體和自動 控制部分，其中柱式浮選脫墨裝置采用中國ZL200520059039.7號實用新型 專利，它由頂塔1、進漿口2、排渣口3和浮選柱7組成。漿料循環(huán)體包括 漿泵10、漿料回流管9、、三通管11、在線白度儀12和衆(zhòng)料流量計17;漿 料循環(huán)體位于柱式浮選脫墨裝置下方，并通過漿料回流管9與其連接，在漿 料回流管9上安裝有文丘里氣泡發(fā)生器8。
所述文丘里氣泡發(fā)生器8分為常壓文丘里氣泡發(fā)生器或帶壓文丘里氣泡 發(fā)生器。如圖3所示的常壓文丘里氣泡發(fā)生器是暴露在空氣中的，如圖2所 示的帶壓文丘里氣泡發(fā)生器是被包在一個開有壓縮空氣進氣孔14的密封管 15中的，帶壓文丘里氣泡發(fā)生器由裝有氣體流量計13的管道與空壓機6相 連，并由空壓機6提供的壓縮空氣由此進入。在文丘里氣泡發(fā)生器8上開有 若干小孔16，常壓空氣或壓縮空氣由孔16進入文丘里管。氣體進入文丘里
管與回流漿混合并產(chǎn)生大量微小氣泡，氣泡由塔底部向上流動；漿泵10將回 流漿通過回流管9進入文丘里管，將漿料中的油墨粒子和膠粘物粒子帶向塔 頂，并經(jīng)頂塔排出塔外，實現(xiàn)漿料的脫墨和去除膠粘物。
如圖2、 3所示所述文丘里管8，其主要設(shè)計參數(shù)為漸縮管長L1，漸 縮角p，混合管長L2，擴散管長L3,擴散角e，氣孔直徑d,管徑D。其中混 合管長L2根據(jù)不同漿料的特性設(shè)計，L2的值應(yīng)滿足漿料射流破裂成液滴的 破裂長度的需要；L1、 L2、 L3的值不應(yīng)相同， 一般要求1_1<1_2<1_3， L1和 L3的值可通過管徑D和漸縮角及擴散角計算得出，而直徑D根據(jù)回流的漿 料流量確定。漸縮角P的范圍在60° 75°之間，L3的長度要求滿足由混合 管段中液滴破裂到出擴散管后，液滴重新聚合并分隔包圍氣體形成小氣泡的 要求；擴散角6可設(shè)定在82° 85°之間。氣孔直徑d決定氣泡的大小，氣孔 直徑越大，氣泡直徑越大，進氣量也大，在需要小氣泡時，為了增大進氣量， 可在文丘里周圍增加氣孔的數(shù)量，在實際生產(chǎn)過程中，可通過堵住不同的氣 孔數(shù)量來調(diào)節(jié)進量的大小。本實施例主要設(shè)計參數(shù)如下
氣孔數(shù)量12個，其中，00.5mm孑L6個，01.0mm孔6個；
漸縮管長L1: 40mm;
漸縮角(3: 75°;
混合管長L2: 50mm; 擴散管長L3: 130mm;
擴散角9: 85°;
氣孔直徑d: 0.5mm禾n 1.0mm各6個; 管徑D: 10mm。
所述系統(tǒng)的控制方式如下本發(fā)明的控制系統(tǒng)硬件可由壓力傳感器4、
溫度計5、自動閥門、漿料流量計17和氣體流量計13、測量浮選效果的在 線儀，例如本實施例中采用在線白度儀12、可編程控制器、控制軟件和電腦
系統(tǒng)等組成。實現(xiàn)本發(fā)明的控制方法說明如下本發(fā)明中漿位、氣體流量、
漿料出口流量、漿料回流量都會引起浮選效果的變化，本發(fā)明通過控制漿料
的出口流量、漿料在浮選柱中的停留量來控制進漿量；通過控制出口流量， 漿料液位的高低來控制漿料在浮選柱中的停留時間；通過控制氣體流量和漿 料回流量來控制浮選氣體流量。經(jīng)在線測量儀測量的值作為本控制系統(tǒng)的控
制值，經(jīng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)漿料流量、氣體流量、漿料在浮選柱中的停留時間等， 最終實現(xiàn)所需要的浮選效果。
以下為本系統(tǒng)開機實施例。
造紙廠實際生產(chǎn)用漿料1噸放在儲漿罐備用。開機前啟動程序，并檢査 各項電源、儀表、閥門、空壓機等是否能正常工作。提前5 10分鐘開動儲 漿罐攪拌器將漿料攪拌均勻。
打開空壓機進氣，然后開啟進漿閥門，從浮選柱上部進漿口 2進料，待 漿料充滿浮選柱7下部后，開動浮選柱7底部的漿泵10開始回流并利用文 丘里發(fā)泡器8產(chǎn)生小氣泡。在這里，由空壓機6來的壓縮空氣與回流槳泵10 泵送過來的部分漿料進行混合，由于在文丘里氣泡發(fā)生器8漸縮管中造成漿 料流速快速增加，與空氣混合后，在漸擴管中會因為壓力突放而形成液滴， 液滴在空氣之中逐漸粘合將空氣包圍并形成小氣泡隨漿料一起進入浮選柱 7。浮選柱7中氣泡慢慢上升，槳料則繼續(xù)向下運動到浮選柱7底部形成良 漿，良漿部分隨回流漿泵10回流用于產(chǎn)生微小氣泡，部分經(jīng)在線白度儀12 和漿料電磁流量計17而排出。
開動回流漿泵10后，再啟動控制系統(tǒng)，首先在系統(tǒng)中設(shè)定漿料液位高 度為430cm (本實施例設(shè)定)和漿料出口流量2 I / min，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定在5 7min后自動調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的參數(shù)至指定值，繼續(xù)運行20min后，系統(tǒng)開始穩(wěn)定運 行，并給出此時浮選柱中空氣貯藏量為25%，浮選溫度為28攝氏度、漿料 流量為8l/min，液位為450cm，漿料停留時間為6min以及浮選后漿料的 白度52。/。iso，此時可以進行良漿的取樣分析。
試驗中漿料流量的調(diào)整在程序中設(shè)定出漿流量值和保持液位的穩(wěn)定用 的PID自動方法，具體通過計算機和漿料流量計17，壓力傳感器4，出漿閥 門和進漿閥門配合實現(xiàn)調(diào)節(jié)。
試驗中液位的調(diào)節(jié)通過程序設(shè)定液位高度，由進槳閥門和壓力傳感器 4配合完成。
漿料在浮選柱中的停留時間可以通過改變漿料的流量來調(diào)節(jié)。具體調(diào)整 過程如下如原漿料停留時間調(diào)整到7min，則根據(jù)浮選柱中漿料和空氣總體 積33.8 1，利用公式33.8X (1—30。/。空氣貯藏量)得出漿料體積23.7 1，然 后利用23.7 / 7得出此時出漿流量值3.4 I / min，然后將出漿流量重新設(shè)定
為3.4l/min，再經(jīng)過20min的運行后，系統(tǒng)重新穩(wěn)定，可以進行正常浮選。 如需要調(diào)整其它參數(shù)，如空氣流量、液位高度等，都需要將參數(shù)調(diào)整并運行 20min后，系統(tǒng)方可進行正常浮選。浮選時添加脫墨劑，其用量按絕干漿 的質(zhì)量百分比計，碎漿時加NaOH 0.9%， Na2Si03 2.1%， H202 0.2%，工 業(yè)皂0.52%,浮選時加工業(yè)皂0.08%。
分析設(shè)備白度測量采用ERIC 950測量，大膠粘物的測量采用由加拿 大Pulmas公司進口的master screen觀懂。
采用上面實施例中的方法開機試驗，穩(wěn)定運行20min后，取浮選后的漿 料分析，分析結(jié)果如下表
白 度殘余油墨含量殘余大膠粘物含量 (% ISO) (ppm)_(ppm)_
末脫墨(原)漿49.96994009
工廠伏伊特脫墨后54.13073614
良漿
本發(fā)明脫墨前漿48.948044000
本發(fā)明脫墨后良漿55.452811413
上表可以看到，本系統(tǒng)相比某工廠實際應(yīng)用脫墨系統(tǒng)，白度提高2.2度， 大膠粘物含量多去除2192ppm。
當系統(tǒng)中添加二氧化鈦時，可以進一步提高該脫墨系統(tǒng)的脫墨能力。脫 墨劑及其用量按絕干槳的質(zhì)量百分比計，碎漿時加NaOH0.9%， Na2Si03 2.1%， H2O20.2%，工業(yè)皂0.52%;浮選時添加Ti〇20.05%，工業(yè)皂0.08%。
試驗結(jié)果如下:_
白 度殘余油墨含量殘余大膠粘物含量
_(%ISO) (ppm)_(ppm)_
末脫墨(原)漿 49.9 699 4009
廣紙伏伊特脫墨后54.1 307 3614
良漿
脫墨齊|」+工業(yè)皂+，02脫56.3 264 1003
墨后良漿
權(quán)利要求
1、一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的系統(tǒng)，其特征在于采用立式結(jié)構(gòu)，包括柱式浮選脫墨裝置、文丘里氣泡發(fā)生器、漿料循環(huán)體和與測量及定量儀器儀表相連的進行數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)自動控制的計算機系統(tǒng)，其中漿料循環(huán)體包括漿泵、漿料回流管道；漿料循環(huán)體位于柱式浮選脫墨裝置下方，并通過漿料回流管道與其連接，在漿料回流管道上，安裝有文丘里氣泡發(fā)生器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的系統(tǒng)，'其特征 在于文丘里氣泡發(fā)生器由不等長的、且管壁上開有大小一致或不一致的孔 的漸縮管、混合管和擴散管依次連接而成，其漸縮角(3的范圍在60° 75。之間，擴散角e的范圍在82。 85。之間。 _
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的系統(tǒng)，其特征在于文丘里氣泡發(fā)生器的漸縮管、混合管和擴散管的管長依次增長。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的系統(tǒng)，其特征在于所述文丘里氣泡發(fā)生器的文丘里管是暴露在空氣中或者被密封在密封管中。
5、 采用權(quán)利要求1所述一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的系統(tǒng)的廢紙造紙過程紙漿脫墨的方法，常規(guī)加入通用脫墨劑，其特征在于采用逆流式脫墨 流程，粗漿由塔頂流入向下流動，回流漿由塔底經(jīng)漿料循環(huán)體和文丘里氣泡 發(fā)生器后由底部向上流動，產(chǎn)生的氣泡由下向上運動，氣泡帶動油墨顆粒和 膠粘物細小雜質(zhì)，也由下向上流動，經(jīng)由頂部排出塔體外,良漿由塔底排出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的方法，其特征在于所述文丘里氣泡發(fā)生器氣源為壓縮空氣或常壓空氣。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的方法，其特征在于所述脫墨方法，在浮選時添加納米二氧化鈦Ti02，其添加量在按絕干漿的質(zhì)量百分比計為0.05 0.1。/。的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的方法，其特征在于所述文丘里氣泡發(fā)生器的氣泡大小由開孔大小、數(shù)量調(diào)節(jié)，或者通過堵住不同直徑和數(shù)量的孔，來達到調(diào)節(jié)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的方法，其特征在于所述系統(tǒng)自動控制過程由壓力傳感器控制液位，由漿料流量計控制脫 墨速度，由氣體流量計控制進氣量，由白度在線儀控制浮選質(zhì)量，以白度控 制為目標，通過計算機實施控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢紙造紙過程紙漿脫墨的方法及其系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用立式結(jié)構(gòu)，包括柱式浮選脫墨裝置、文丘里氣泡發(fā)生器、漿料循環(huán)體和與測量及定量儀器儀表相連的進行數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)自動控制的計算機系統(tǒng)。該方法采用逆流式脫墨流程，粗漿由塔頂流入向下流動，回流漿由塔底經(jīng)漿料循環(huán)體后由底部向上流動，產(chǎn)生的氣泡由下向上運動，氣泡帶動油墨顆粒和膠粘物細小雜質(zhì)，也由下向上流動，經(jīng)由頂部排出塔體外，良漿由塔底排出。特別適用于去除紙漿中的油墨粒子，同時亦可脫除石蠟和膠粘物。浮選時添加納米TiO₂，能達到更好的脫墨和去除大膠粘物的效果。
文檔編號D21C9/00GK101168930SQ20071003173
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者劉煥彬, 孫廣衛(wèi), 朱小林 申請人:華南理工大學