化工原理知识在造纸业的应用
高分子
化工原理是化工类及相近专业的一门主干课，
是基础课与专业课的桥梁， 是必修的一门
主要技术基础课程。 它是综合运用所学数学、 物理、化学等基础知识， 分析和解决化工生产 中各种物理过程的工程学科。下面谈谈化工原理知识在造纸业中的应用。
1、离心泵在造纸工业中的应用
在造纸工业中有许多水泵、 浆泵都属于离心泵， 因此掌握离心泵的工作原理在造纸行业 中是很重要的。离心泵主要是由叶轮、泵壳和轴封装等部分构成的。
离心泵的工作原理分吸液过程原理和排液过程原理两部分。
在启动离心泵前， 需将泵体
内充满被输送的流体， 在启动后， 泵轴带动叶轮一起旋转。 此时处在叶片间的液体在叶轮的 带动下旋转起来， 因此液体获得了离心力。 液体在离心力的作用下， 从叶轮中心被抛向外缘 的过程中获得了能量， 使叶轮外缘处的静压能提高， 动能也有所增加， 一般流速可达 15 ~25 m/s。液体离开叶轮进入泵壳， 由于泵壳的流道是蜗牛状逐渐加宽， 又将部分动能转化为静压能， 使泵在出口处液体的压力进一步提高，
液体在泵体内流速减慢， 而从泵的排出口排出管
路，输送到所需的地方， 这就是离心泵的排液原理。 当离心泵内液体从叶轮中心抛向外缘时， 在叶轮中心处形成低压区， 这时贮槽液面上方为大气压力，
所以液面和吸入管路之间存在静
以填充被排出液体
压力差。 在压力差的作用下， 液体经底阀和滤网沿吸入管路进入泵壳内， 的位置，这就是离心泵吸液过程的工作原理。
2、 过滤原理在造纸工业中的应用
造纸工业中的真空洗浆机的洗浆过程就是运用过滤原理工作的。
过滤操作是利用一种具
有多毛细孔的物体作隔层， 在隔层两侧压力差的推动下， 悬浮液中的清液从隔层的小孔中通 过，微粒被截流在隔层上，达到固液两相分离的目的。
过滤速率大小与过滤推动力成正比，而与过滤阻力成反比的关系，即：
过滤速率的大小主要取决于两个因素：一个是过滤推动力 另一个是过滤阻力
△ｐ，促进滤液流动的因素；
一是滤液
ｒ μＬ，它阻碍滤液流动。 过滤阻力又主要在于两方面所决定：
本身的性质， 即指滤液的粘度 μ；二是滤渣层本身的性质， 即ｒＬ。 滤渣层越厚， 阻力越大， 滤渣层越紧密， 空隙的流通截面积越小也使阻力增大。 机的脱水速度， 一方面可以增加过滤推动力，
因此在造纸工业中， 要加强真空洗浆
采用真空抽吸作用， 提高两面压力差。另一方
从而增加过滤速度。 所以洗浆过程中利用
面在洗浆过程中提高滤液温度来降低滤液的粘度，
热水洗涤可以加速洗涤过程。 故目前有采用高温洗涤方法， 如连续蒸煮器则在器内利用高温
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高压进行洗涤，其温度可达 100℃以上。喷放后洗涤温度一般较低，约在 80℃左右。
3、 离心分离在造纸工业中的应用
造纸厂的备料工序利用的旋风分离器来除去空气中的灰尘，
以及在纸浆净化工序中利用
的锥形除砂器除去浆料中的砂子、纤维束等杂质，这两者的工作原理都属于离心分离原理。 例如对于旋风分离器， 主体结构是上为圆筒， 下为圆锥所构成。 含尘气体以较大的流速从圆 筒上侧面的矩形管切线方向进入器内， 中的微粒沿切线方向被抛向外围，
获得自下而上的旋转运动。 在离心力的作用下， 气体
并沿器壁向下从除尘
与器壁相碰后失去动能而沉降下来，
管中排出去。内层的气流则转向中心，自下而上的旋转运动， 从顶部排出。 这就是旋风分离
器的工作原理。 在操作中要注意控制适当的气流速度。若气速过小，分离效率不高；若气速 过大会出现反混现象，也要降低分离效率。一般选用入口气速为
而锥形除砂器的结构与旋风分离器相似，
15~20m/s 比较合适。
工作原理也完全一致。 但与旋风分离器相比直
产生较大的离心力来提高除
径较小， 这样就能使浆流在除砂器内始终保持较高的速度旋转，
砂效率。 锥形除砂器的型号较多， 国内最普遍使用的有两种， 即 600 型和 606 型。一般 600 型和 600EX 型用于处理高级漂白浆和高级纸用纸浆的纸机前净化； 606 型锥形除砂器；用于生产纸板和净化程度要求不高的纸种的浆料也用 器来除去纤维束、树皮、砂子等杂质。生产中主要控制之形除砂器的因素有：（ 差。压力差是指进浆压力与良浆压力之差。
普通未漂化学浆都采用
623 型锥形除砂
1）、压力
压力差的大小， 对净化时产生的离心力大小有密
在其他净化条件不变的情况下，
进口压力
切的关系， 因而直接影响着除砂效率和生产能力。
差增大，净化效率提高， 生产能力加大， 但增加至一定程度效果减弱， 反而是动力消耗增加。 一般进口压力控制在
0.25~0.35MPa 之间，良浆出口压力则控制在
0.01~0.05MPa 。（2）、
进口浆浓。随着浓度的下降，净化效率明显提高；但生产能力下降，动力消耗增加。从净化 效率和经济性两方面综合考虑，一般进浆浓度控制在
0.5%~0.8%的范围较合适。（ 3）、排
渣率。排渣率提高，会使杂质顺利地有排渣口排出，所以净化效率将提高；但另一方面，好 纤维的损 失率也必然增加。一般要求纤维总损失率不大于 确定各段的排渣率，各段的排渣率在
10%~30%之间。
1.5%~2.0% ，在这个范围内适当
4、 传热在造纸工业中的应用
传热原理及设备在造纸生产中的蒸煮工序、 用较多，其中多用作加热。 4.1 在蒸煮工序中的应用
蒸煮时将植物纤维原料和蒸煮用的药液一同装入蒸煮器中， 发生化学反应。 蒸煮一般在规定的温度下进行， 不同， 如硫酸盐蒸煮锅及连续蒸煮设备，
然后通水蒸汽加热升压使之
纸浆漂白工序、 抄纸干燥部及黑液蒸发站应
不同的蒸煮设备其蒸煮温度和加热方法有所
一般都把药液抽出， 以蒸汽间接加热后， 再送回蒸
因此都配有药液强制循环加热器和废热回收设
煮锅内， 并要求对蒸煮过程的余热进行回收，
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备。药液循环加热器一般采用套管式和列管式换热器， 冷凝与回收，多采用螺旋板式换热器和板式换热器。
蒸煮锅放汽与放锅时的汽气混合物的
加热的药液量和温度由工艺确定，有关换热器的热负荷、传热系数及水蒸汽的消耗量， 可通过传热速率方程式和热量衡算解决。 在 2.5~3m/s，传热系数一般为 4.2 在干燥过程中的应用
干燥是通过烘缸与纸的接触， 通过烘缸壁使缸内加热蒸汽的冷凝热传给纸幅， 中的水分汽化蒸发。所需要的传热量可依据总传热速率方程式解决。
q ＝KA △T
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对于列管式换热器， 药液在管内流动速度一般控制
1160~2910w/ （m2·k）， 加热面积则视蒸煮锅的容积而定。
从而使纸
式中： A — 传热面积， m
，一般取纸与烘缸的接触面积
△T— 加热蒸汽与纸的温度差， K，按对数平均温差计算 由于烘缸的传热可看成间壁两侧的流体传热，因此可用下式计算
K值。
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式 中 ：α1—烘缸内加热蒸汽对缸内壁的传热膜系数 δ—烘缸壁的厚度， m
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，w/（m ·k）
α2-烘缸外表面到纸幅的膜系数， w/（m ·k）
α1 取决于缸内加热蒸汽的冷凝方式，冷凝水的排除情况及是否含有不凝性气体。若不
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含不凝性气体 ，α1 的值约为 7000~11600 w/ （m ·k），但若缸内含有
1% 的不凝性气体，
α2 是影响
则膜系数将降低 60%。α2取决于纸的湿度、紧密度及纸与缸的接触情况。可见， 总传热系数的主要部分。
总之， 通过对化工原理上的离心泵、
过滤、离心分离及传热这四个单元操的工作原理及
在造纸工业中的应用的介绍，可以加深我们对造纸生产过程的理解和掌握。
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