造紙機的發展史和工作原理

    造紙機械是包括原料準備、制漿、造紙、直到制成卷筒或平張成品,以及加工紙和紙板的機械。造紙脫水器材是在造紙脫水中用到的必不可少的元件。

    紙是中國古代四大發明之一。早在公元105年,蔡倫就總結了西漢以來用麻質纖維造紙的經驗,改進了造紙術,采用樹皮、麻頭、破布、舊漁網為原料造紙。

    造紙術后來傳入歐洲。到18世紀初出現了荷蘭式打漿機,改變了搗捶成漿的工藝,這是造紙過程走向機械化的重要一步;1798年法國人羅貝特取得手搖無端網造紙機的專利,后經英國人??つ釥栃值苜Y助,1803年英國技師唐金經改進制成能連續形成紙張的長網造紙機,并于1805年成功造出紙張;1809年英國人迪金森試制成功圓網造紙機。

    在備料制漿方面,1839年德國的皮特開始用蒸煮鍋蒸煮破舊棉布制漿;1843年德國的克勒爾發明剝離木材纖維的磨木法制漿,并經弗爾特爾費時十年改進而獲得成功;1851年英國的伯格斯和美國的瓦特發明燒堿法木材制漿;1857年美國的蒂爾曼發明亞硫酸鹽木材制漿技術;1884年德國化學家達爾又發明硫酸鹽木材制漿技術。這些發明開辟了以木材作為造紙主要原料的道路,到了20世紀初期,造紙機械已成為大型高產的產業機械。

    二十世紀50年代以后,造紙機械又有許多發展和創新。如在備料制漿設備方面,出現了立式連續蒸煮器、置換洗滌器、熱磨機、新型壓力篩和除渣器等;在造紙機方面出現了新型流漿箱、夾網、復合壓榨、聚脂成型網等。

    60年代以后,直流電動機的可控硅穩速調速系統開始廣泛應用于造紙機,電子技術用于檢測、控制和記錄造紙過程的參數,如機器的速度,物料的濃度、溫度、流量,紙幅的干度、定量、厚度、緊度和強度等。到了80年代,大型的立式連續蒸煮器能日產紙漿1350噸;造紙機的門幅可達10米,車速在1000米/分以上,日產量超過500噸。

    按制漿造紙的工藝流程,造紙機械可以分為備料制漿設備、造紙機和整飾加工機械三大類。

    備料設備是造紙原料在蒸煮或磨漿前,按蒸煮或磨漿工藝要求進行預處理和加工的設備,分為非木材纖維備料設備和木材纖維備料設備。前者有切草機、切葦機和甘蔗除髓機等,后者有剝皮機、削片機等。

    制漿設備是將植物原料分離成纖維過程所用的設備。制漿方法可分為化學法、機械法和化學機械法,相應制漿設備包括蒸煮器、磨木機、熱磨機、洗漿機、漂漿機打漿機和廢液回收設備等。

    削片機是將生產木漿所需的原木削成一定規格的木片的機器,分為盤式和鼓式兩類;蒸煮器是將造紙原料中的木素溶于蒸煮液,使造紙原料分離為纖維的設備,分為間歇式和連續式兩類;磨木機是生產磨木漿的設備,按生產方式可分為間歇式和連續式兩類,按原木的加壓方式又可分為水力加壓式和機械加壓式兩類.

    將木材切片經蒸汽預熱后,再在高壓狀態磨解的漿料稱為熱木片磨木漿,制造熱木片磨木漿的機器就是熱磨機,熱磨機耗電量很大,所以充分利用磨漿過程中的熱能是熱磨機的關鍵問題;洗漿機是將蒸煮后的紙漿與黑液分離的機械設備,按黑液提取率分,有高濃度和低濃度提取兩大類。

    紙漿漂白的目的是除去蒸煮后漿料內殘留的木質素和色素,提高漿料的純度,使紙漿具有潔白的色澤。漂漿機是普遍應用的一種漂白設備,它由漂漿池螺旋推進器、洗鼓等部件組成。漿料和漂白劑放在池中并不斷加入洗滌水,借助螺旋推進器的作用在池中循環流動,完成混合和化學反應的過程。帶有漂白生成物和殘余漂液的水通

過洗鼓內腔排出,使得到潔白的紙漿。

    造紙機是使紙漿形成紙幅的分部聯動的全套設備,包括流漿箱、網部、壓榨部、烘干部、壓光機、卷紙機,以及傳動部等主機和汽、水、真空、潤滑、熱回收等輔助系統。形成濕紙幅的網部是造紙機的核心,所以造紙機按網部的結構又可分為長網造紙機,夾網造紙機和圓網造紙機。

    流漿箱是把適當濃度的漿料通過布漿器、整流裝置、堰池、堰板噴口等部件均勻穩定地送到網上的設備,又稱網前箱;漿料從流漿箱噴射到銅網上之后,在網部上形成濕紙頁并進行脫水;之后是壓榨,即用機械方法擠出由網部出來的濕紙頁的水分,提高紙頁的干度,同時改善紙頁的表面性質,消除網痕和增加平滑度、緊度和強度;然后進入烘干部,使經過壓榨后的濕紙頁進一步脫水,使紙頁收縮,纖維結合緊密和增加強度。

    由烘干部出來的紙頁經壓光機壓光后,可以提高紙頁的平滑度、光澤度和緊度,使紙頁全幅厚度一致,并減少透氣度;最后由卷紙機將紙幅卷成紙卷,即完成了造紙的主要過程。為適應以后不同的需要,在造紙車間卷紙機后還設有超級壓光機、復卷機、切紙機等。

    造紙工業會消耗大量的原料、水、電和化工藥品,并產生大量的廢水和廢渣。因此造紙機械的未來將向使用適應廣泛的造紙原料,減少造紙過程的材料和能源消耗、減少環境污染等方面發展。