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中浓浆泵的新研究进展
作者:管理员    发布于:2016-10-22 08:54:13    文字:【】【】【

  随着科学技术的发展,中浓制浆技术已日益成为造纸行业发展的主要部分之一。当加列切森(Gullichsen)等人发现中浓纸浆受到高剪切力场作用时其流动特性类似于水流特性且出现“阻力减小”的现象并将这一技术首当其冲地应用于中浓纸浆输送装置时,就突出了中浓浆泵在整个中浓技术装置中举足轻重的地位。国外在中浓浆泵研制初期,就有数百台中浓浆泵被各造纸厂采用。国内的研究起步较晚,且由于经济因素等原因,很长时间没有在造纸厂推广使用。直到20世纪90年代,当许多造纸厂由于环境污染问题濒临关闭时,人们才开始将改革的眼光投向发展中高浓制浆技术。广西南宁造纸厂、广州造纸厂、福建将乐造纸厂等造纸厂都先后引进了中高浓技术装置。事实证明,中浓制浆技术装置因其可以大大减少用水量、用电量、化学药品用量、减少废水污染、节省厂房空间而具有不可估量的发展潜力和优势。随着中高浓技术的进一步发展成熟中浓浆泵必然会成为造纸行业不可缺少的装置之一。然而目前,从国外引进中浓浆泵装置的耗资是很大的,现在进口一台中浓浆泵一般需要80万元人民币左右,如果工艺要求特殊,价格则更高,而且进口的中浓浆泵维修费用也高。事实上由厂家自己设计加工一台中浓浆泵大概10万元人民币就足够。因此,进一步加强中浓浆泵的研究力度,提高我国中浓浆泵的技术含量,推广适合我国经济发展的中浓浆泵装置,是我们亟待解决的重要问题。

  2中浓纸浆的流送机理正确掌握中浓纸浆的流送特性是进一步研究中浓技术装置的前提条件。只有掌握了中浓纸浆的流送特性,我们才可以根据工艺要求来合理设计设备装置。因此,研究中浓纸浆的水力动力学特性是研究中浓技术装置尤其是中浓浆泵的基础。

  2.1纸浆悬浮液的“固体力学特性”

  关于纸浆悬浮液中纤维网络的形成和分散机理无论是定性还是定量的研究在中已有大量介绍。在纸浆悬浮液中,纤维与纤维之间会产生一定的结合力。这种结合力的主要来源有:纤维和纤维之间的分子作用力、纤维和水介质之间的粘性力、纤维的弹性弯曲产生的内聚力、表面张力等在对国外木浆做了研究的基础之上,总结前人的研究发现,纤维网络强度与纸浆悬浮液有较大的关系,并总结出适合低浓情况下纸浆纤维悬浮液的屈报应力与其质量浓度的关系等式。随浆流流动状态与浆流速度。浆流剪切力的关系当纸浆悬浮液处于静止状态时,必须借助一定的外力作用,克服较大的启动阻力,管道中的网络塞体才能出现滑移。进入稳定状态时,所施加的外力主要用于克服靠近管壁处的环形水膜与管壁间的摩擦力,纤维相互交织絮聚,呈网络塞体形式沿管道滑移,纤维间几乎无相对运动。只有当所施加的外力超过一定的剪切力时,网络塞体才全部分散瓦角解纤维呈现相对运动。从图中我们可以看出,当纸浆悬浮液的流动速度较小时,其流动特性明显不同于水的流动特性即牛顿型流体特性。但是,如果让浆流的流速大到一定程度时,浆流就可转化成湍流,接近牛顿型流体;而且纸浆浓度越高,纸浆达到湍流状态时的流速越大,即所需克服的剪切力越大。浓度的增大虽然增加了压头损失,但曲线的趋势基本上保持不变。由纸浆悬浮液的湍流特性而知,在湍流状态下,浆流的压头损失将比同条件下水流的压头损失要小,从而使输送设备所需的动力消耗可以降低,这就为纸浆的泵送创造了条件。

  3中浓浆泵中浓浆泵是实现中浓纸浆输送的主要设备。国际上台中浓浆泵是瑞典的卡米尔公司生产的。中浓浆泵的结构比一般的离心泵要复杂得多,主要由湍流发生器、离心泵和气体分离装置三部分组成,共有5个工作区(如所示):A(湍流发生器区)B(气体汇聚区);(离心泵送区)D(气体抽出区)E(纸浆排出区)。湍流发生器使浆料作环向流动和轴向流动的同时产生高频径向脉动,使浆料流态化,经流体化的浆流在特制叶轮的离心泵泵送区继续保持湍流状态,并获得动能,中浓纸浆中的气体则在纸浆泵送过程中被分离出来。

  目前已有的中浓浆泵主要结构原理均类似,其不同仅在于气体分离方式和浆流进入浆泵的入口方式的不同。以前往往是采用专门的真空泵来排出气体显然这样的能量消耗是很大的,而且真空泵的操作不易控制。后来各造纸工业较发达的国家为了提高中浓浆泵的工作性能,减少经济消耗,对中浓浆泵的结构和工艺都作了各种有效的改进和创新。

  一种装置是由芬兰的A.AhLstrom公司JukkaTimperi等人合作设计出的另一种输送中浓纸浆的装置。装置结构如所示。

  该装置提供了一个低速的机械装置来引流。该引流装置有两个搅拌叶轮(4和16)―个电机(24)和一个减速器(22)。而且,在引流部分还有水腿,即一个倾斜的底部。引流装置是独立操作的,不受泵的限制,这样,其转速就可根据输送纸浆的需要达到优化。其中个搅拌器(16)用来改变浆流的物理流变特性即半固体型非流动性特性,而它就是采用特殊的叶片直径和斜度,通过产生局部的剪切力来实现的。第二个叶轮(4)与个叶轮不同,也具有特殊的叶片直径和斜度,主要是提供剪切力给纸浆。这样就使纸浆流体化,从而大大降低了纸浆的粘度。在这种流态下,该引流装置就可将所需量和浓度的纸浆输送到泵的吸入口。引流装置和泵的操作相互独立,就可根据需要随时调节处于宾汉型纸浆的流体状态从而实现泵送,而且这种情况下输送纸浆比引流装置和泵的操作连为一体时的输送要好5倍。也就是说,该装置大大减少了电机功率的消耗,提高了输送性能。

  随着中浓打浆、中浓筛选、中浓洗涤、中高浓氧漂等技术日益广泛的采用,中浓浆泵的需求量也会越来越大。为了研制出更优的工作性能、更少的能量消耗的中浓浆泵,还需做更多的实验研究工作。而在气体分离方式和浆流进入浆泵的入口方式上寻找突破口,这也是提高中浓浆泵的工作性能,减少能量消耗的关键影响因素之一。

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