1. 研究目的与意义

一、研究背景、目的及意义

各种造纸原料制浆时都有杂质混入，尤其是废纸原料制浆，这些杂质的存在，不仅直接影响纸浆或纸张的成品质量,而且损坏设备,妨碍生产正常进行。因此,纸浆料必须经过除渣净化处理,以满足产品质量和正常生产的需要^[1]。

20世纪90年代，废纸浆是世界增长最快的纸浆，这是由于废纸比木浆便宜，具有经济效益和社会效益，而且具有良好的环境效益^[2]。废纸是重要的可再生资源，废纸的回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径。近些年来，世界各国高度重视废纸资源的利用，废纸的回收率和利用率逐年增长，处理废纸的技术不断改进和完善，用废纸制成的纸和纸板的产量和品种也逐年增多。我国自20世纪90年代以来，废纸消费量逐年增加，废纸浆占造纸用浆的比例逐年提高^[3]。其中，2013年我国纸浆消耗总量9147万t，木浆2378万t，占纸浆消耗总量26%；废纸浆5940万t，占纸浆消耗总量65%；非木浆829万t，占纸浆消耗总量9%^[4]（见表1）。

表12013年纸浆消耗情况

我国废纸的主要来源有：印刷厂切下的白纸边和报废的印刷品；出版单位作为废纸处理的书籍和刊物；机关、工商企事业单位的废旧公文资料、废旧书刊报纸及各种包装纸箱、纸盒等；学校的旧书报和学生练习本；居民家庭自有的各种旧报纸、废旧图书杂志、包装纸箱等。今年来，我国大量进口废纸（2013年，我国进口废纸占纸浆消耗总量26%^[4]），也成为废纸的重要来源。

废纸在使用和收集过程中不可避免地混杂了各种各样的杂质，其中有轻的杂质，也有重的杂质。这些杂质在废纸回用过程中会产生各种各样的不良作用。重的杂质如小石块、砂粒、玻璃屑、铁屑、钢针、黏土等，若不清除干净，会造成设备、部件的磨损或损坏；轻的杂质如木片、塑料膜片、树脂、橡胶块、纤维束等，会给废纸处理带来种种障碍，影响纸性^[3]。

用于废纸浆除渣的设备有高浓除渣器、正向除渣器、逆向除渣器、通流式除渣器和轻、重杂质除渣器。高浓除渣器是一种预处理分离设备，目前仅限于用于废纸净化的高浓涡旋除渣器，而且只作粗选净化设备使用，即除去废纸中较大而重的粗渣，防止粗大杂质对后续工段设备的磨损，其处理的浆料浓度为3%-6%^[3]。高浓除渣器根据纸浆中杂质与纤维之间相对密度的不同,利用离心分离的原理,使密度较大的杂质在离心力的作用下与纤维分离的过程^[1]。废纸原料中重杂质有碎石、砂石、沙子、书钉等，由于这些杂志的相对密度为1.5-8.0，在浆料浓度甚高（3.5%-4%）的环境中仍能由于离心力很大的缘故穿越浆层而得以有效分离。相对密度越大的杂质，分离的效率越高^[5]。

废纸浆净化目前主要采用高浓除渣器，结构材料和规格参数推出众多，如何设计出高效节能低耗的除渣器一直是业内所追求的。目前普遍采用离心原理实现高效净化。从理论上讲，离心分离过程杂质与浆料纤维之间的分离（流动）阻力是影响高效净化的重要因素。实际实验操作中可以通过控制高浓除渣器旋转转速、分离时间等，改变分离阻力，寻求最佳分离效果，最终了解和掌握各种废纸浆种对离心分离阻力的影响，这些都对于高浓除渣器的设计具有重要的理论指导作用。

2. 国内外研究现状分析

二、国内外同类研究概况

2.1国内外废纸制浆造纸的发展现状

造纸工业是最适于实行循环经济的行业之一。从造纸原料上来看,森林资源日益匮乏,禾草类原料制浆造纸废液的治理不尽完善,这都使天然纤维的应用受到制约。为了弥补木材原料的严重不足,利用废纸生产脱墨浆代替部分木材原浆已经成为造纸行业普遍采用的方法,废纸的回用也受到了世界各国政府的高度重视。根据国际有关数据,用废纸每生产1t高档文化纸,可节约100t清水、600度电、4～5 木材或9棵百年大树、112t煤、300kg化工原料,少产生3 固体废物、60磅工业废气,且可节省大量用于碱回收的资金^[2]。粗略估计来看,生产1t纸浆,只需碎解1125t废纸即可。而且废纸浆生产使用的化学药剂比使用机械浆少,对水体的污染也要小得多,可节约用水和能源约50%。一般来说建设综合性工厂比建设利用废纸造纸的工厂投资高1～2倍^[6]。

3. 研究的基本内容与计划

三、研究内容及计划

3.1研究内容：

（1）选取常用三类废纸制浆原料（废包装纸箱、废书刊杂质、进口废纸、废报纸等），分析其中杂质种类和特征；

（2）分析同一浆种、不同杂质特征在同一离心分离条件下的分离效果；

（3）改变离心分离条件，如转速、分离时间等，研究不同浆种、不同杂质在不同分离条件下的分离效果；

（4）提出针对性强、适用于不同浆种、不同杂质特征的高浓除渣器结构和运行参数设计建议。

3.2研究计划（按教学周次安排）：

具体的设计内容按照如下表计划进行。

表2 论文研究计划

4. 研究创新点

四、特色与创新

（1）本课题从常用废纸制浆原料着手，通过控制高浓除渣器旋转转速、分离时间等参数，改变分离阻力，寻求最佳分离效果，最终了解和掌握各种废纸浆种对离心分离阻力的影响。是对浆杂质特征对离心分离效率影响研究的重新归纳和总结。

（2）尽管除渣器的结构比较简单，但是其内部的流场较复杂。本课题避繁从简，找出适用于不同原料、不同杂质特征的最佳分离状态。