造纸 2 干燥

任何科学和技术的进步都离不开积累和传承。造纸术亦如此。公元105年蔡伦发明了造纸术，或者更准确地讲，蔡伦总结了当时及前人用麻布、树皮等各种原料造纸的过程，从中悟出了做好一张纸需要的原料和工艺要点。这样高度提炼和实用的造纸术迅速地从中国传到了西亚、阿拉伯，欧洲，美洲。在这个过程中，人们从未停止传承、提炼和创新。将近1700年后，欧洲发明了第一台纸机。英国人相继发明了长网、圆网纸机，美国人进而发明了长网和圆网结合的纸机。这个历程无疑是知识、技术的传承与创新。 造纸机的发展离不开造纸原料的开发。100多年前木材脱颖而出，在欧洲率先成为了能满足工业化生产的原料。可想而知，欧洲投入了大量的人力物力来深入研究木材制浆造纸工艺。1999年出版的第一本书标志着一套在造纸业具有划时代意义的造纸科学和技术丛书诞生了！最后一本书于2011年出版。这12年还只是撰写时期，其构思、其梳理、其对浩如烟海的文献研究必然是在1999年之前的数年。这样厚重的积累对从事造纸的后辈是最丰厚的财富传承。 提到欧洲造纸业就不得不提到一些芬兰公司：芬欧汇川集团、斯道拉恩索集团、美卓、安德里兹，贝利，凯米拉等，他们在世界造纸业都称得上领头羊。他们就是这套丛书的倡导者和资助者，当然还包括称得上全球业内翘楚的伏伊特、奥斯龙、欧米亚、英格瓷等公司。所有这些公司代表了造纸业各个领域的优选技术，他们的通力合作必然为这套丛书的内容和价值提供了保证。这套20卷的丛书涵盖了造纸业的方方面面，从森林原料到制浆，从造纸到印刷，从经济到环保，特别是对纸张本身进行了专门的研究，包括力学、测试和分类等。负责编辑这套丛书的主要是芬兰各大学和研究机构的教授，特别是赫尔辛基技术大学（现在的Aalto University）贡献非常大。负责编辑的还有芬欧汇川、斯道拉恩索和美卓公司的资深高层。 作为在中国投资并立足长远的芬兰公司，芬欧汇川集团建立了亚洲研发中心。在将近十年的研发和技术开发工作中，这套丛书成为了当之无愧的指导书。丛书的每一本都有详尽的数据、清晰的图表、提纲挈领的分类和精辟的归纳和启示。难能可贵的是，这套丛书兼顾了学术理论和生产实践，一些复杂的公式由浅入深娓娓道来，实在是用心良苦。因此，这套丛书不但对业内新人是极好的培训教材，对从业多年的技术工作者也是不断学习和借鉴的工具书。造纸术发展到今天的确可以说是比较成熟了，因此这套丛书不会因为十年、二十年、三十年而过时无用，反而它们会成为造纸工作者弥足珍惜的经典。作为造纸人，我们值得骄傲的是，发源于中国的造纸术，不但是一门工业更是一门艺术。带着墨香、承载于纸张的这套丛书也堪称一件件艺术品，正如一幅幅优雅、色彩斑斓的封面。

本书中文版仍然保持原英文版的篇章构架，但具体内容有些补充调整。本书共分15章：
第1章综述了纸页的干燥过程，简要介绍了干燥操作过程的目标和基本功能。
第2章详细阐述干燥过程的物理现象，为理解干燥工艺过程奠定基础。
第3章至第六章介绍了具体的干燥方法。其中，在第3章中，详细介绍了干燥理论在烘缸干燥过程和烘缸干燥理念中的具体应用；第4章介绍了冲击干燥，包括相关数学模型，冲击干燥对于薄页纸干燥来说是相对较新的干燥技术，冲击干燥的应用在一定程度上可部分替代和部分弥补多烘缸干燥的功能；第5章主要涉及薄页纸的干燥；第6章讨论了高定量纸和纸板的干燥；这方面干燥技术结合目前纸机干燥部的革新技术能够满足纸页新的物理特性的需要，如在互联网时代，对包装箱板纸的功能特性要求可能与目前的需求存在显著差异。
第7章讨论纸页干燥与其对纸页质量影响之间的相互关系。
第8章和第9章分别讨论了纸张干燥过程的自动化以及干燥过程的能耗与其管理。
第10章和第11章介绍了干燥部辅助系统的功能，即蒸汽和冷凝水系统以及通风和热交换系统的功能，包括相关数学模型；同时从节能角度还专门重点介绍了热回收利用方面的技术与装备。
第12章和第13章分别讨论了纸机干燥部纸幅传递运行特性以及相关的干网（毯）。纸幅关键运转特性尤其在高速运行中相当复杂，和纸页质量又密切相关；此外，干燥毯网对纸机干燥过程中作用越来越重要，也用专门章节也做了探讨。
第14章讨论纸机的传动，包括机械传动和电气传动。虽然在内容上与全书的总体结构不是太紧密，但与占纸机总长度优选比例的干燥部的运行，包括纸页干燥收缩过程传递质量密切相关。
第15章归纳总结了纸页干燥技术的趋势，对未来纸页干燥技术提出了展望。

   第1章纸页干燥及其原理

1.1引言

1.2现代化纸机干燥部的基本要求

1.2.1干燥部的任务和要求

1.2.2生产车速

1.2.3生产线效率

1.2.4空间效率

1.2.5纸页质量

1.3干燥方式

1.4干燥能耗

1.5纸机干燥技术进展

1.5.1双排烘缸到单排烘缸的转变

1.5.2其他干燥方式

1.6现代纸机干燥部的设计及发展趋势

1.7结论与展望

参考文献

第2章纸页干燥基础

2.1引言

2.2湿空气特性

2.2.1空气的湿度

2.2.2湿空气的比焓和比热

2.2.3湿焓图

2.2.4基本定义

2.3干燥过程—干燥特性曲线

2.4纸页水分的蒸发

2.4.1水蒸气分压

2.5等温吸附线

2.5.1迟滞现象

2.5.2吸附热

2.6热传递的边界条件

2.7蒸发对对流传热的影响

2.8干燥过程纸页结构的变化

2.9游离水的毛细管流动

2.10结合水的运动

2.11水蒸气的流动

2.12纸页的导热系数

2.13总结

参考文献

第3章多烘缸干燥装置及干燥理念

3.1引言

3.1.1烘缸干燥装置配置形式

3.2最常见纸种的基本设计理念

3.2.1不同种纸和纸板的设计理念

3.2.2不同纸种烘缸干燥的基本要求

3.2.3多烘缸干燥理念的能耗

3.2.4干燥部翘曲控制

3.3干燥部组件

3.3.1烘缸和真空辊.

3.3.2导毯辊

3.3.3干燥部的运行性能

3.3.4烘缸干燥部的引纸

3.4烘缸干燥的热传递

3.4.1总体传热系数

3.4.2烘缸表面温度的周期性波动

3.4.3烘缸内部的冷凝水状态

3.4.4扰流棒

3.4.5凝析系数

3.4.6接触系数

3.5多烘缸干燥部的干燥速率

3.5.1烘缸蒸汽压力

3.5.2影响干燥速率的其他因素

3.5.3干燥部仿真

3.6未来展望与总结

参考文献

第4章空气冲击干燥

4.1概述

4.1.1直接冲击

4.1.2间接冲击

4.2冲击干燥热传递

4.2.1冲击干燥流的流体力学

4.2.2冲击流——过程描述

4.2.3冲击干燥热传递的传统经验公式

4.3工艺参数对冲击热传递的影响

4.3.1蒸发对传热的影响

4.3.2表面运动对传热的影响

4.3.3喷射角对传热的影响

4.3.4通流对传热的影响

4.3.5错流对传热的影响

4.3.6大温差对传热的影响

4.4对流传热系数的实验测定

4.4.1热辐射对总热传量的影响

4.4.2冲击传热的经验公式

4.4.3冲击传热过程的模型构造

4.5冲击干燥装置的设计考虑因素

4.5.1传热系数

4.5.2几何构型优化

4.5.3干燥参数

4.5.4很好空气系统

4.5.5热回收系统

4.5.6控制系统

4.5.7热膨胀

4.5.8能量考虑

4.6冲击干燥的应用

4.6.1带有大真空辊的冲击干燥装置

4.6.2紧随压榨部带有大真空辊的冲击干燥装置

4.6.3带有小真空辊的冲击干燥装置

4.6.4带有沟纹辊的冲击干燥装置

4.6.5干燥部初始端带有沟纹支承辊的设计理念

4.7引纸牵引力张力控制

4.8复印纸松厚度保留的可能性

4.9配有冲击干燥的粘缸预防

4.10结语

参考文献

第5章生活用纸的干燥

5.1前言

5.2扬克烘缸干燥

5.2.1生活用纸干燥过程

5.2.2扬克烘缸设计

5.2.3卫生活用纸扬克式干燥器的蒸汽冷凝水系统

5.2.4安全原则

5.2.5扬克烘缸的热喷涂

5.3扬克气罩的干燥、通风和热回收

5.3.1扬克气罩干燥过程

5.3.2扬克气罩

5.3.3扬克气罩的通风设备

5.3.4扬克烘缸干燥部的热回收

5.3.5控制系统

5.3.6高温气罩

5.4卫生纸的穿透式热风干燥

5.4.1穿透式热风干燥过程

5.4.2穿透式热风干燥和其它干燥方法的对比

5.4.3不同的纸机配置

5.4.4穿透式热风干燥过程的数学模型

5.5混合技术在生产高质量生活用纸中的优势

5.5.1ATMOS生活用纸生产概念

5.5.2NTT生活用纸生产概念的优势

5.6总结

参考文献

第6章纸板和包装纸的干燥

6.1简介

6.2容器用纸板

6.2.1布局

6.2.2设计标准及干燥速率

6.2.3纸板质量的影响因素

6.2.4纸袋纸

6.2.5其他干燥方法

6.3纸板

6.3.1布局

6.3.2设计准则及干燥速率

6.3.3纸板质量的影响因素

6.3.4金属带压光机

6.4特种纸和纸板

6.4.1包装纸的单面光干燥

6.5纸和纸板整饰、加工过程中的传热传质注意事项

6.5.1概述

6.5.2瓦楞纸板的生产

6.6总结

参考文献

第7章干燥与成纸品质

7.1.前言

7.2.单根纤维的干燥

7.2.1纤维收缩和含水率的变化

7.2.2纤维间的结合

7.2.3纤维的机械性能

7.3.干燥过程中纤维形态的影响

7.3.1原料的塑性和粘弹性

7.3.2纤维的软化

7.3.3纤维素纤维的角质化

7.3.4纤维在圆柱辊表面的粘着

7.4.纸幅的干燥

7.4.1纸页干燥的不同阶段

7.4.2干燥和纸幅的流变特性

7.4.3潜变和张力松弛

7.5.干燥时的纸张收缩

7.5.1干燥应力和形变的定义

7.5.2干燥时纸张的变形

7.5.3纸张平面上的收缩

7.6.纸幅机械性能的改善

7.6.1干燥时纵向拉力的影响

7.6.2干燥期间横向收缩的影响

7.6.3干燥期间纸幅中氢键的形成

7.7.纸幅从压榨辊上的剥离

7.7.1湿纸幅的张力松弛

7.8.干燥温度对纸张性能的影响

7.9.厚度方向上纸幅的干燥

7.10.平面度偏差

7.10.1提高效率带来的挑战

7.10.2卷曲

7.10.3起皱

7.11.由干燥引发的纸幅性能曲线

7.11.1纸幅的收缩曲线

7.11.2纸幅的张力曲线

7.12.纸张涂布和表面施胶的干燥

7.12.1预涂和表面施胶的干燥

7.12.2颜料涂布干燥的干燥策略及质量

7.13.印刷和最终使用时的水分变化

7.13.1热固性波纹

7.13.2堆积波纹

7.14.发展趋势

参考文献

第8章纸页干燥过程自动化

8.1.引言

8.1.1控制理论：机遇与

8.1.2造纸过程中的水分脱除

8.1.3烘缸干燥和蒸汽系统

8.1.4运用自动化程序消除干扰

8.1.5纸质检测和扫描中存在的问题

8.1.6纵向和横向控制

8.1.7等级变化

8.2.烘缸干燥和蒸汽系统

8.2.1烘缸干燥

8.2.2蒸汽和冷凝水系统

8.2.3控制纸幅水分含量的能力

8.3.纸质检测

8.3.1扫描检测

8.3.2控制测量原理方面的挑战

8.4.蒸汽箱

8.8.4.1产品及其应用

8.5保湿系统

8.5.1产品及其应用

8.6机器横向（CD）上的控制

8.6.1生产与应用

8.6.2干燥控制原理

8.6.3备浆与湿端控制

8.6.4MPC纸湿度的基本控制

8.7冲击干燥

8.8气罩和热回收管理

8.9横向控制

8.9.1产品、技术及应用

8.9.2横向水分控制

8.9.3横向水分控制的MPC技术

8.10品种改变

8.11密闭气罩外压差与零位控制量化模型

8.11.1车间和气罩内温湿度状况

8.11.2密闭气罩内外空气密度的确定

8.11.3气罩内外压差曲线斜率的确立

8.11.4理想密闭罩内外压差变化曲线

8.11.5真实密闭气罩内外压差曲线量化模型

8.11.6罩内温度和进排风量变化对零位的影响

8.11.7量化模型的应用

8.12干燥部纸幅水分控制系统优化方案

8.12.1利用干空气进风量控制纸幅水分系统的改进

8.12.2气罩零位及排风露点的控制

8.12.3前馈控制

8.12.4控制系统设定值的确定

8.12.5排风露点设计值与极限值的分析

8.13发展趋势

参考文献

第9章能源管理

9.1浆纸联合企业的能源生产和使用

9.1.1前言

9.1.2综合厂的能源使用

9.1.3浆纸联合企业的能源生产

9.1.4能源效率

9.2纸机上的能源管理

9.2.1综合工厂的组成部分：干燥部

9.2.2造纸能耗的标杆

9.2.3纸机生产线上能耗分配

9.2.4干燥部能耗及其影响因素

9.2.5造纸能效发展前景

参考文献

第10章蒸汽和冷凝水系统

10.1引言

10.2蒸汽品质要求

10.2.1蒸汽压力

10.2.2蒸汽温度

10.3系统设备

10.3.1冷凝水箱

10.3.2冷凝罐

10.3.3冷凝泵

10.3.4真空泵

10.4蒸汽干燥系统的设计准则

10.4.1概述

10.4.2烘缸结构设计原理

10.4.3不同纸品等级的设计准则

10.5烘缸冷凝及冷凝水的排除

10.5.1蒸汽和冷凝水接头

10.5.2凝结水排出装置

10.5.3控制蒸汽压力及压差

10.6.蒸汽及冷凝水系统

10.6.1分段串联供汽系统

10.6.2热泵系统

10.6.3分段串联热泵系统

10.6.4扬克缸的热泵系统

10.6.5真空度控制及通风

10.7蒸汽加热空气

10.7.1概述

10.7.2应用案例

10.8蒸汽加热生产用水

10.8.1概述

10.8.2应用案例

10.9冷凝水的回收与利用

10.10发展趋势

第11章干燥部换气与和热回收

11.1前言

11.2.干燥部通风系统

11.2.1设计标准

11.2.2干燥部气罩

11.2.3干燥部换气

11.2.4干燥部通风系统和纸幅运行系统的整合

11.2.4.1纸幅运行系统的设计标准

11.3.干燥部热回收

11.3.1干燥部能源平衡

11.3.2干燥部能源使用与管理

11.3.3热回收系统的一般设计基础

11.3.4能源价格

11.3.5连续性

11.3.6热需求

11.3.7热交换器的基本类型

11.3.8不同类型的热回收系统

11.4与干燥部通风相关的环境因素

11.4.1消音

11.4.2羽流矫正

11.5过程中的通风控制

11.5.1系统的基本控制

11.5.2能源管理系统

11.6干燥部温湿参数特征与热能节约原理

11.6.1干燥部热交换系统基本组成

11.6.2干燥部动态运行参数

11.6.3纸机干燥部能耗

11.7纸机干燥部余热回收技术与设备

11.7.1干燥部余热回收系统的构成及分级

11.7.2热回收机组的布置

11.7.3热回收机组送风能力的确定

11.7.4瑞典某厂纸机干燥部三级余热回收装置实例

11.7.5捕热器的种类及结构

11.7.6捕热器的材质选择

11.7.7捕热器的电耗

11.7.8捕热洗涤器

11.7.9捕热器各级传热量计算

11.7.10纸机干燥部余热回收技术的新进展

11.7.11很好热回收参数的确定

11.7.12热管热回收器在纸机干燥部热回收上的应用

11.7.13高速卫生纸机扬克气罩的节能

11.8纸机通风系统的发展趋势以及未来新机理

第12章纸页运行传递

12.1引言

12.2纸幅运行传递动力学

12.2.1纸幅上的作用力

12.2.2螺纹线模型

12.3纸幅材料特性

12.3.1纸幅流变学

12.3.2纸幅流变学模型

12.4运行纸幅的空气动力学

12.4.1平板边界层

12.4.2袋区压力变化

12.4.3纸幅振颤与空气动力附加质量

12.5干燥部气流和流动系统

12.5.1纸机车速的发展

12.5.2气流诱发的运行问题

12.5.3双毯干燥部

12.5.4单毯干燥部

12.5.5运行系统的应用原则

12.6流体流动分析和计算流体动力学

12.7纸幅张力

12.7.1移动纸幅的应变性质

12.7.2非支撑纸幅

12.7.3支撑纸幅的张力性质

12.8二维平面张力及其张力场

12.8.1平面固弹性和粘弹性纸幅

12.8.2移动纸幅的影响

12.8.3内应变与收缩

12.8.4张力剖面

12.9纸幅运行传递的未来发展趋势

第13章干燥网毯

13.1前言

13.2毯网在纸页干燥中作用

13.2.1网毯——干燥过程不可缺少的部分

13.2.2纸幅的支撑和运行

13.3干燥网毯结构

13.3.1原材料

13.3.2传统的和现代的网毯结构

13.3.3缝接

13.3.4干燥网毯尺寸

13.4干燥网毯型号的选择

13.4.1冲击干燥单元的网毯

13.5操作使用

13.5.1安装

13.5.2引导

13.5.3清洁

13.6网毯的后续跟踪

13.6.1网毯检查

13.6.2检修

13.6.3优化工具

13.7干燥网毯的发展

第14章驱动

14.1前言

14.2传动部套的尺寸与选择

14.2.1基本原理

14.2.2机械驱动机构尺寸

14.2.3电力驱动尺寸

14.3机械传动

14.3.1主轴传动

14.3.2分步传动

14.4电力驱动

14.4.1发展史

14.4.2变速传动

14.4.3分步传动系统

14.4.4传动系统的能效

14.4.5控制

14.4.6控制性能

14.4.7操作界面

14.4.8维保工具

14.5驱动的未来

参考文献

第15章未来展望

15.1干燥理念

15.2能源管理

15.3通风、热回收和运行系统

15.4纸和纸板等级

15.5干燥部其他系统

15.6纸张干燥中复杂交互作用的建模与仿真

15.7总结

参考文献

附录

一、物理量符号命名表

二、单位换算

索引