第三节 打浆设备
打浆设备可分为间歇式和连续式两大类。间歇式主要是槽式打浆机，连续式主要有锥形磨浆机、圆柱磨浆机、圆盘磨浆机，另外，还有高浓磨浆设备等。
现代打浆技术正朝着连续化、大型化、高浓化、多用化、高效率和集中自动控制的方向发展。
一、间歇式打浆设备
从18世纪荷兰人发明打浆机以来，经过不断的改进，派生出了多种基本组成相同，但又各具特点的槽式打浆机。按其作用分类，主要有两种类型：一种是用于切断纤维、处理半料的半浆机；另一种是用于处理成浆的打浆机。按结构分类，有改良荷兰式、伏特式、华格纳式等，而我国通用的槽式打浆机有ZPC 1、ZPC2、ZPC3等形式。
图2-26 打浆机结构原理示意图
1—浆槽 2—底刀 3—飞刀辊 4—洗鼓 5—隔墙 6—放浆口 7—排污口 8—山形部
槽式打浆机的特点是：占地面积大、电耗高、打浆效率低、间歇作业、操作不够方便、劳动强度较大等，但由于具有很强的适应性能，能处理各种不同性质的浆料，尤其适宜于处理棉、麻、破布等长纤维浆料，并能灵活地改变工艺操作条件，获得不同性质的纸料，无论打高游离浆或高黏状浆都比较容易掌握。除此之外，还可以处理半浆，并兼有洗涤、浓缩、配料等作用。由于打浆机有一机多用、工艺适应性很强的特点，至今在我国还有少量使用，特别是在使用棉、麻等浆料和品种多变的中小型纸厂。
槽式打浆机主要由浆槽、飞刀辊、底刀、刀辊升降加压装置等组成。飞刀辊与底刀相对应，飞刀辊的转动推动浆料通过飞刀与底刀之间的间隙进行打浆，并推动浆料流动。浆槽中装有洗鼓，用于浆料洗涤和浓度调节，其结构原理示意如图2-26所示。
槽式打浆机要求浆料循环良好，没有停浆、沉浆和浆料循环混合不均匀等现象。以便提高打浆的质量、打浆浓度，节省电力消耗，提高打浆效率。
二、连续式打浆设备
打浆连续化是打浆设备的发展方向。与间歇式打浆机相比，其优越性表现在：打浆效率高、能耗低、设备外形小、占地面积小，便于高浓化、专用化和集中自动控制等。随着打浆技术的发展，出现了各式各样的连续打浆设备，现主要介绍盘磨机连续打浆设备。
1. 概述
盘磨机也称圆盘磨浆机，简称盘磨，是最常见的打浆设备之一。盘磨机体积小，重量轻，占地小，结构简单，拆装和操作较方便，打浆质量均一，稳定性好，生产效率高，单位产量电耗小，与圆柱打浆机相比，可节约电耗25%～30%。近年来盘磨机的结构不断改善，新的类型不断出现，并向大型化、高浓化、专用化、高效率和自动化的方向发展。随着类型的变化和进料装置的改进，盘磨机的使用范围不断扩大，不仅可以用于各种浆料和各种纸种的打浆，还可以用来处理半化学浆、木片磨木浆和化学机械浆等。所以，盘磨机已成为一种具有制浆和打浆双功能的磨浆设备。
盘磨机型号是按圆盘直径（mm）大小来表示。我国使用的盘磨机的主要规格有：ϕ300、ϕ330、ϕ350、ϕ360、ϕ380、ϕ400、ϕ450、ϕ500、ϕ600、ϕ800、ϕ915、ϕ1250等，可进行疏解、打浆、精浆，还可以进行废纸处理。盘磨机对纤维的分丝、帚化和压溃作用较显著，切断较少，可用于各种文化用纸、生活用纸、纸板和多种工业用纸的生产。
2. 盘磨机的类型和结构
盘磨机在结构上按旋转磨盘数目可分为：①单盘磨，即一个磨盘固定，另一个磨盘旋转；②双盘磨，即两个磨盘同时转动，但旋转方向相反，如图2-27所示；③三盘磨，总共有3个磨盘，两边两个磨盘固定。中间磨盘转动，形成两个磨区，用螺旋移动定盘，以调节磨盘间隙进行加压。因浆流的方式不同，三盘磨可分为单流式和双流式，如图2-28，单流式有如两台串联的单盘磨，而第二个磨区，浆料逆离心力的方向流动。双流式相当于两台并联的单盘磨，因此，三盘磨生产能力大，单位电耗低，结构紧凑，占地少、设备费用低，是一种较好的打浆设备。
图2-27 双盘盘磨机示意图
1—转盘电动机 2—进料螺旋 3—转盘1 4—转盘2 5—转盘2 电动机 6—油缸 7—手轮 8—转盘2 主轴 9—转盘1 主轴
3. 盘磨机的打浆原理
盘磨机的打浆作用是依靠转盘高速旋转产生的离心力。其打浆特性可以从流体力学性能和对纤维机械处理作用两个方面来认识。从流体力学性能来看，盘磨可视为一种低速、低效的离心泵；从盘磨对纤维的机械处理来看，是依靠转盘与定盘对纤维的摩擦和纤维间的相互摩擦。当转盘旋转时，浆料的质点受到进浆压力和离心力的作用，使浆料从磨盘中心径向地向四周运动。另一方面，浆料随磨盘转动，受力的方向为沿着磨盘同心圆上任何一点的切线方向。而浆料质点在此两力的作用下，从磨盘中心进入，沿螺旋渐开线走向圆周。另外，为了使磨浆均匀，在定盘和转盘上交叉设置几层挡坝（封闭圈），当浆料从磨盘中心向外运动时，碰到挡坝，将迫使浆料由定盘转向动盘，然后再由动盘转人定盘，依次反复折向。在浆料运行过程中。由于动盘的高速转动，不断地把齿沟中激烈湍动的浆料抛向磨浆而形成浆膜，在此过程中，纤维受到摩擦力、冲击力、揉搓力、扭曲力、剪切力和水力等多种力的综合作用，并使纤维受热润胀和软化，使纤维的初生壁和次生壁外层破除，使纤维被撕裂、切断、分丝、帚化、压溃和扭曲，最后从浆管排出。虽然浆料在磨盘中只停留几秒钟，但已能很好地完成打浆的作用。
图2-28 三盘盘磨机示意图
三、打浆设备的性能指标及其计算
打浆设备的主要性能指标有：打浆比压、刀口比负荷、打浆能耗及打浆效率等，现分别说明如下：
1. 打浆比压
单位打浆面积上纸浆所承受的压力，称为打浆比压p，计算公式见式（2-1）。
打浆比压的大小，主要影响纤维被切断的程度。比压越大，切断能力越强，纤维的平均长度下降。游离打浆时，比压值宜大，黏状打浆比压值宜小。比压过小会延长打浆时间，增加打浆动力消耗，在生产中由于纸浆浓度、浆层厚度、飞刀与底刀的距离等因素的不同，实际作用于纤维的压力和纤维的切断作用也不同。
2. 刀口比负荷
打浆时纤维在刀口或转盘齿的前缘聚集，打浆设备与打浆特性之间的关系与对该纤维所做的功和切刃长度有关，现在用刀口比负荷来反映打浆的作用和切断与撕裂能力之间的关系。刀口比负荷计算公式为：
式中 E——刀口比负荷，W·s/m
P——施加的净功率，kW
L——切口长度，km/s
而：
式中 n1——转盘齿数
n2——固定盘齿数
L′——转盘齿的有效交叉长度，km
Ω——磨浆转数，s-1
由输入的净功率（P）除以绝干纤维通过量（qm）得到打浆的净输入能量（E），这是刀口比负荷理论用来表征打浆作用的重要指标。净输入能量的计算公式为：
式中 E——净输入能量，kW·h/t浆
qm——绝干纤维通过量，t/h
3. 打浆的能耗和效率
（1）磨浆的能耗
盘磨机打浆单位能耗是指每吨纸浆打浆时打浆度每提高1 °SR时所消耗的电量。其计算公式为：
式中 Ew——打浆单位能耗，kW·h/（t·°SR）
I——打浆时盘磨机的操作电流，A
V——打浆时主电机的工作电压，V
qm——每小时绝干纤维通过量，t/h
cosφ——电机功率因素，查手册为0.89
ηm——电机效率，查手册为0.915
g1，g2——浆料通过前后的打浆度，°SR
磨浆单位电耗Ew由浆料性质和磨浆机的形式而定，如处理亚硫酸盐草浆时，各类打浆设备单位电耗如表2-26所示。
就同一种盘磨机，不同的磨盘和材质，其单位电耗也不一样，如用陶瓷磨盘作为定盘、金属磨盘作为转盘，装入ϕ400液压单盘磨浆机中，对甘蔗渣浆进行打浆实验，与两个磨盘都是金属磨盘进行比较，如图2-29所示，陶瓷磨盘的打浆质量有所提高而单位电耗下降。
表2-26 不同打浆设备的单位电耗
图2-29 打浆度对磨浆机单位能耗的影响
从上述实验可知，动定盘均为金属材质，与陶瓷磨盘作为定盘、金属磨盘作为动盘组合进行磨浆对比。在相同的打浆度时，纯金属质的磨盘单位能量消耗最高。另外，用同一种具有圆弧封闭圈的斜放射形齿纹的ϕ400冷硬铸铁磨盘作为动盘，与具有斜放射形齿纹的ϕ400陶瓷磨盘作为定盘组合进行磨浆，定盘结构稍有不同，其单位能量消耗也不一样。定盘没有周边封闭圈（图中的×）比设有周边封闭圈（图中的△）单位能量消耗低，而周边开有均布小槽的（图中的〇）居中。由此可知，同质不同结构，其单位能量消耗也不一样。
（2）磨浆效率
磨浆效率是评价磨浆设备性能的重要指标，提高磨浆设备的有效功率，是改进磨浆设备的重要方向。
磨浆设备磨浆时所消耗的功率，分为有效功率和无效功率两部分。有效功率是指用于纤维切断、压溃、撕裂和帚化等打浆作用所消耗的功率。无效功率是由于输送浆料及设备磨损等所消耗的功率。
根据资料报道，有关打浆设备的有效功率如表2-27所示，从表2-27可见，双盘磨浆机打浆的有效功率最高，其次是大锥度磨浆机。然而，双盘磨浆机与大锥度磨浆机相比，虽然磨浆比压能耗相同时，盘磨磨浆浆料的游离度比锥形磨浆机磨浆下降得快，但是，锥形磨浆机打浆后的成纸和盘磨的比，有较好的抗张强度和韧性，在纸张强度相同的条件下，锥形磨浆机的能耗低于盘磨。
表2-27 两种常用打浆设备的有效功率
