年产10万吨彩色胶版印刷纸造纸车间打浆工段工艺初步设计--大学论文.doc
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1、年产10万吨彩色胶版印刷纸造纸车间打浆工段工艺初步设计前言胶版纸是胶版印刷纸的简称,又叫双面胶版纸,在商业上俗称为“道林纸”。主要供平版(胶印)印刷机或其他印刷机印刷较高级彩色印刷品时使用,适于印制单色或多色的书刊封面、正文、插页、画报、地图、宣传画、彩色商标和各种包装品,在我国是应用很广泛的书刊印刷用纸。胶版印刷纸一般为卷筒纸,也有平板纸,定量为60150g/。纸面洁白、平滑、无杂质,具有良好的表面强度和裂断长(一般不低于3000m),吸墨性和形稳性良好,印刷时不卷曲、不起毛。以漂白化学木浆或配以一定比例的漂白化学苇浆,分别打浆后混合,经施胶、加填(滑石粉、高岭土或二氧化钛)和其他化学助剂后
2、,在长网造纸机上抄造而成,有时还需进行涂布。对纸的质量要求也比一般印刷纸高。主要有以下三点要求:(1)纸面应有较好的表面强度,就是在胶印过程中不“掉毛”、“掉粉”、“糊版”。而且要洁白平滑,组织细致均匀,外观上比一般纸白得多,手摸纸的两面有匀滑感。(2)抗水性良好,即纸的伸缩率要小。胶印时纸被润湿伸缩率要小,因为胶印时纸被润湿辊筒抹水,如果纸没有一定的抗水性,吸水后发生膨胀容易引起尺寸变化,印出的图形往往出现“重影”。所以必须对这一指标有所控制。(3)吸油墨性要快。对于印刷速度不高的普通印刷机来说,纸的吸油墨性不必太快。然而,胶印机的印刷速度快,印刷压力较轻,油墨膜层较薄,因而必须选择吸油墨性
3、快的纸张。80年代以来,随着现代胶版印刷技术的普及,要求印刷用纸具有更平滑的表面,更好的印刷性能。并能够承受较大的温度和水分的变化而不出现卷曲现象。国际上已经把胶版印刷纸品种向上延伸,发展了一系列的机械木浆胶版印刷纸新品种。近年来,数字印刷技术、办公自动化和个人计算机的发展,对用纸提出更新、更高的要求,同时,纸业还将面临消费者要求少花钱、多办事、办好事的思维方式所带来的新的挑战。目录前言.11.绪论. 31.1设计依据与设计指导思想 31.2建设规模及产品方案 31.3彩色胶版印刷纸的规格 41.4彩色胶版印刷纸的主要技术指标42、工艺设计 52.1工艺流程简述52.2纤维原料的选择62.3辅
4、料的选择6 2.4打浆系统102.5工艺流程方框图16 3、浆水平衡的计算. 173.1工艺参数的确定173.2计算步骤与说明. 193.3浆水平衡表. 294、设备选型 305、存在的一些问题366、设计总结 377、参考文献 388、致谢391 绪论1.1 设计依据与设计指导思想本课题来源于长沙理工大学2011年制浆造纸工程课程设计任务书。本设计指导思想是:技术上先进可行,经济上合理有利,能在市场竞争中体现强大的竞争力,创造出高效的经济效益,并具有一定的规模性,为此,在设计过程中力求做到:尽可能采用先进合理的工艺流程和工艺技术条件,充分体现和利用各成功大型纸厂,造纸研究所,设计院在生产和设
5、计过程中合理部分和成功经验。尽可能采用国内现有先进技术,选用中内现有先进设备装置。既要保证产品质量符合国家质量标准,且质量稳定,又要保证设计能力的实现。充分利用水,电,汽及各种原材料,千方百计降低单位成本。提高市场竞争力,创造更大的经济效益。设计尽量有据可依,但也要有所创新,设备布置合理,管理方便,操作方便。尽量减少大气污染,水污染,噪声污染,改善工作环境和避免对周围环境造成污染,走可持续发展的道路。1.2建设规模及产品方案本设计为日产合格品300吨,全年按340天计算,年产量为10万吨。为了提高胶版版纸的适印性和平整性,填料加入量要大,一般在1025,所以这种纸的不透明度很高,一般要求大于或
6、等于85。彩色胶版印刷纸要求对油墨的吸收性好,通常对其进行施胶,表面施胶改善了胶版纸的表面强度,提高产品质量。胶版纸的主要质量指标是纸张的伸缩率随打浆度的增加而提高,这主要是由于纤维润胀较多引起的。在保证纤维有良好结合的情况下应适当降低打浆度,对木浆可采取游离状或半游离状打浆。1.3彩色胶版印刷纸的规格专业标准(QB/T 2693一2005)把彩色胶版印刷纸按质量分为优等品、合格品,彩色胶版印刷纸有卷筒纸和平板纸之分。成品规格:重量:60,70,80,90,100,120(g/m2)平板纸规格:7871092,8501168,8801230卷筒纸规格:宽度787,1092,8501.4彩色胶版
7、印刷纸的主要技术指标根据2005年9月1日开始实施的专业标准QB/T 2693一2005的规定,国产彩色胶版印刷纸应符合所列的各项技术指标的要求。其技术指标如下表:表1 彩色胶版印刷纸的质量标准指标名称单位规定优等品合格品定量g/m260.0 70.0 80.0 90.0 100.0 120.0定量偏差%4.0厚度横幅差%3.0紧度g/m30.800.07不透明度%85吸水性(正反值均)g/m220.040.0伸缩性(横向)%2.8交货水分%4.0 9.0正反面差()%20印刷表面粗糙度(980kpa)m4.40续表1-1指标名称单位规定优等品合格品耐折度(横向)次12印刷表面强度(卷筒正反表
8、面均)m/s1.501.00亮度(白度)%ISO87.077.0尘埃度总数()个/m22460其中0.2m0.5m不应有20.5m1.5m不应有1.5m2 工艺设计2.1工艺流程简述生产彩色胶版印刷纸的简要流程如下:来浆浓缩机磨浆机混合浆池成浆池机外白水槽三段除渣器除气罐一段压力筛纸机。这是目前比较成熟的生产胶版纸的一条工艺流程。详细来说是自制木浆、损纸以一定比例分别经浓缩机,磨浆机后在混合浆池混合。再由成浆泵送入机外白水槽,从而进入浆料的净化筛选阶段。纸料先通过锥形除渣器组净化后,再通过除气器除气,最后通过压力筛筛选。这种排列的方法不但除杂质和排气的效果好,而且还有稳定和分散上网纸料的作用,
9、有利于制成均匀分散的纤维悬浮液,并可以减轻压力筛的负荷,保持筛板不受杂质沙粒的损坏。与传统的上将系统相比,本设计采用了可控速度成浆泵的冲浆泵内冲浆法,从而使反应更快控制更准确。2.2纤维原料的选择原料的种类可以影响纸张的伸缩性。半纤维素含量少、木素含量多、细胞壁较厚的长纤维所抄纸张尺寸稳定性好,伸缩率较低。而短纤维的草浆则容易吸水润胀,伸缩率大。这是因为纸张在干燥过程中纤维会在纸张平面或厚度方向收缩。较长的纤维在成形过程中纤维间挠合较多,干燥时纤维收缩产生移动,但平面内位移较小,而短纤维收缩时,在纸平面产生的位移较大。在相同打浆度下,对不同长度纤维,抄纸样测试证明,纤维长短是影响纸张伸缩率的主
10、要因素。生产彩色胶版印刷纸所用的纤维原料范围很广,主要纤维原料为漂白竹浆、草浆、苇浆为主,掺配一定量的木浆。生产时需要保证其成纸尺寸的稳定、掉毛掉粉少、吸油墨性好,对强度的要求不是很高,所以在原料的配比方面趋向于以更经济的草类原料为主,草类纤维细而短,成纸匀度较好,纸面平滑细腻,这些都是抄造胶印书刊纸的有利条件。同时,作为印刷用纸,纸张的印刷表面强度是一个很重要的指标,特别是对高质量的胶印书刊纸,还必须具备一定的耐破,耐折等强度指标,并且为提高抄造效率,改善草浆滤水性能的不足等方面的要求,就必须配比相应的木材纤维为原料进行生产。考虑到国内原料供应紧张等因素,本设计中采用进口漂白木浆板。2.3辅
11、料的选择2.3.1 施胶剂的选择(1)内部施胶内部施胶是湿部化学操作的一个重要部分,其目的在于改变纤维的表面以便控制含水液体向纸内渗透。渗透通常与吸收能力、排斥能力(憎水性)以及含水液体的扩展有关。因此需注意: 在施胶压榨处理或涂布中控制水相的渗透速度; 在印刷过程中控制液体吸收或润湿; 控制多种纸板和纸板的使用能力。内部施胶始于1807年已经经历了近两个世纪。直到20世纪80年代,大多数纸厂采用松香加明矾的基本方法进行内部施胶,但最近向合成的纤维素反应型系统(基于烷基烯酮二聚体AKD或链烯基琥珀酸衍生物ASA)的转变已越来越普遍12。AKD即烷基烯酮二聚体,是一种反应型施胶剂。近年来,随着国
12、产AKD中性造纸施胶剂质量提高,销售价格大幅度下降,中性/碱性造纸施胶成本与松香酸性施胶成本差距在不断缩小。AKD中性造纸已在国内推广多年, 应用技术日益成熟,同时,市场对中性/碱性纸的需求量也在迅速增加,这些都加速了我国高级文化用纸由酸性造纸向中性/碱性造纸转换的步伐。中性造纸因采用白度高的碳酸钙作填料和双组分助留系统,成纸的物理强度、白度、不透明度和印刷性能都有不同程度的提高或改善。采用AKD中性造纸,上网浆料的总保留率高,成纸的灰分含量也高,一般中性造纸成纸的灰分含量要比酸性纸高出3%8%,相对而言,每生产1t纸可以节约3080kg造纸纤维,其综合经济效益要比酸性纸高。另外,由松香酸性造
13、纸向AKD中性造纸转换,系统不需改造,除添置几只助剂溶解计量槽以外,不必增加其它设备,操作工艺方便简洁。 AKD 乳液可以在室温下贮存2个月。实践表明贮存温度超过 30或受冻,AKD 的用量是正常用量的2倍以上,若加水稀释必须在48h内用完,否则AKD会水解,失去施胶作用。用AKD对 23的浆料进行施胶,浆料无任何施胶损失,而对于50的浆料,施胶度损失在2h后开始,这是由于AKD水解后产生的烯酮没有施胶作用。水解程度随着pH值和温度的提高而有所增加。对于因纸机水系统的封闭而引起的纸机系统温度的提高,纤维和填料的留着率必须尽可能高。综上所述,施胶剂选用烷基烯酮二聚体AKD,为了减少水解,选择在上
14、浆泵入口加入。(2)表面施胶在胶版纸生产中,用表面施胶改善表面强度,减少横向伸缩变形,提高产品质量。现行生产中表面施胶剂多用氧化淀粉或者氧化淀粉配少量聚乙烯醇(PVA),施胶浓度一般在2.0%3.0%。为了降低成本,改善平滑性能等,一些纸厂加大内部加填量,提高灰分,不同程度地存在掉毛掉粉的问题。影响表面施胶的主要因素: 施胶浓度:胶液浓度大,挂胶量多,但影响粘度和流动性,浓度过大,使施胶难于操作,且容易粘缸。 施胶温度:温度与粘度成反比关系,温度高,则粘度低,可提高施胶浓度,但受到胶辊老化之限制,常用温度5565。 胶液粘度:粘度高,施胶效果好,但影响流动性,粘度过高,粘缸。 施胶剂:氧化淀粉
15、是常用的施胶剂,价格便宜,但粘结能力差,PVA成膜性好,纸幅挂胶量多,粘结力强,但价格高。表面施胶改善了胶版纸的表面强度,提高产品质量。氧化淀粉加少量PVA可进一步增大纸的表面强度,在纸幅中加入更多的填料,以降低浆耗。尤其是表面施胶加填,可以明显增加表面强度,并且大大降低油墨吸收性,使纸页表面细腻,印后油墨光泽好,图面清晰,立体感强,同时成本还略有下降,白度得以提高,纸页伸缩率减小,使纸上印刷机不打折,提高了产品附加值,因此不失是一种先进的施胶工艺。因此,本设计的表面施胶剂选择氧化淀粉加少量聚乙烯醇(PVA)。2.3.2 助留剂的选择助留剂大体分为三类:无机产品类、改性天然产品类和高分子聚合物
16、类1。其中无机产品类是早期使用的,只起助留作用,效果不明显。这一类无机化合物主要有:硫酸铝、铝酸钠、聚氯化铝和聚合氧化铝络合物。改性天然产品主要有阳离子淀粉、羧甲基纤维素、改性植物胶等。这类产品效果也不明显而且用量大。高分子聚合物主要是聚胺类,兼有助留和助滤的作用由称为助留助滤剂用得较多的为阳电荷的高分子聚合物。主要有:氧离子型聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚氨(PA)、聚酰胺(PPE)等。在该设计中采用双组分助留系统即采用CPAM和阳离子淀粉,CPAM在靠近流浆箱加入较好,以不受任何剪切力,本设计加在一段压力筛的出口。2.3.3 填料的选择对于胶版印刷纸来说,为了提高纸张的不透
17、明度、透气度和柔软性特别是为了改善纸张的印刷适应性和书写性或者说是为了使纸张尺寸稳定和降低生产成本等,必须加用填料,但是加填料必须适量,要尽量减少对纸张的物理强度与施胶度的影响。填料加入量的多少主要决定纸张的使用要求、所用纸浆的种类和配比、填料本身的性质以及纸机的抄造车速和抄造条件等。造纸常用的填料一般有滑石粉、碳酸钙和高岭土6。滑石粉能赋予纸张很高的平滑度,如果印刷方法并不要求纸张很高的表面强度,那么滑石粉会给予纸张很好的印刷性能。但滑石粉颗粒边沿暴露有镁离子,带正电荷,呈憎水性,再加上滑石粉的直径/厚度之比较高,更突出其疏水性,很难与纤维等亲水粒子相互结合。由于胶版印刷对纸张表面强度要求较
18、高,因此对用于胶版印刷的纸张来说,滑石粉并非理想的填料。此外滑石粉折光率比CaCO3低,对不透明度的贡献较差。实践表明即使滑石粉填料含量相当高,纸张的不透明度也很难有更大的提高。但我国滑石粉资源丰富且价格低廉,还是应优先考虑选用。一般草浆的不透明度低因此对草浆或配用草浆抄造印刷用纸时,加填量比用木浆的高。所以最好使用碳酸钙,因为碳酸钙可以充当缓冲剂,纸机能够很容易地在pH 7.58.0的pH 值范围内运行。但随着碳酸钙用量的增大,AKD在纸浆纤维上的有效吸附量越来越少,会造成施胶性能的下降。2.3.4 调色剂的选择白度是双面胶版纸的一个重要指标,所谓纸张白度是指白色或接近白色的纸表面对蓝光的反
19、射率,以相对蓝光照射氧化镁标准板表面的反射百分率表示。随着科技的发展,用户对纸张白度的要求越来越高,但纸张白度的提高对人眼睛的刺激作用也越来越大。而彩色胶版印刷纸张在满足白度的同时,还能改善视觉效果,保护人们的视力,是人们研究与探讨的方向。荧光增白剂为具有共轭双键结构的有机化合物,即有能激发荧光的胺基磺酸盐基因,同时又带有能吸收紫外光的芳香胺、脂肪胺或其衍生物的基因,它能将吸收的紫外光转为蓝光,可以抵消纸浆中的淡黄色,取得显白作用,荧光增白剂不但不会降低纸张的反射强度,反而会使其有所增加,取得更高亮度。若单一使用增白剂来提高纸张白度,势必造成成本增加,而随着增白剂用量的增加,纸张的白度趋于一个
20、饱和值,且对人眼的刺激作用也越来越大,因此在传统造纸工艺中往往加入少量的蓝色染料碱性湖蓝,得到良好的效果,因为一般人喜欢带蓝的白色,而不是带黄的白色。青莲为碱性紫5BN,俗名盐基青盐,医学上称甲基紫、龙胆紫,其纯品又俗称结晶紫,是一种碱性紫色染料11。纸张纤维总是略显黄色至灰白色,即使经过漂白处理也依然如此,这是因为纸浆纤维中所含木素倾向于吸收波长在400.0500.0nm的紫色和蓝色光谱所致。在纸浆中加入蓝紫色染料,既能起互补作用,使其在肉眼观察下反映出纯白色,又能提高纸张的不透明度,使纸张显白。经研究发现,改变过去单一使用湖蓝作助剂,而将湖蓝和青莲同时加入到纸浆中,找出最佳配比,避免了单一
21、使用湖蓝过多造成的纸张显色,湖蓝使用过少“蓝相”不足的弊病,使纸张产生淡蓝的白色,纸张“显白”而不“显色”,将该研究在生产上推广应用,取得了较好的视觉效果,受到用户一致好评。实验表明,同时使用碱性湖蓝和青莲,无论浆料施胶与否,纸张白度均有所提高。最佳条件是控制纸张施胶后pH值在6.5左右,将该实验运用于生产,取得了相似的结果,纸张白度稳定,不易返黄,特别是对人眼的刺激作用大为改善,取得了较好的视觉效果。2.3.5 辅料的使用及加入方式 阳离子淀粉:糊化后配成5.0%的浓度,过筛加入混合浆池中,用量1.0%。 AKD胶:用2份清水按12比例稀释,在冲浆泵中计量连续加入,用量0.16%0.25%。
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