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传统漂白过程中使用蒸汽对纸浆加热,加热效率依赖于纸浆的温度梯度,加热速度慢,而且对木质素或纤维等热的不良导体加热时,效率会更低。较低的加热效率必然需要较多的蒸汽消耗,即较高的能耗。微波技术作为一种新兴的技术,具有加热速度快,加热效率高等特点。利用微波加热纸浆不仅可以节省能源,而且由于微波加热的穿透性和非热效应,浆料受热更均匀,对极性分子也可以起到活化作用。同时纤维内部的水分在微波的作用下将形成较高的压力,使纤维细胞壁破裂形成通道,为漂液的渗透提供了更多的途径,因而可以大大的提高漂白速度。较快的反应速度意味着较短的反应时间,因此,纤维素受到的破坏就较少,纤维素的降解程度较低,纸浆的强度较好。同时,较低的纤维素降解也使漂白废水中的COD负荷较小。
鉴于微波辅助纸浆漂白的种种优点和微波技术的发展前景,设计一套可以利用微波进行连续漂白的设备已迫在眉睫。针对这个问题,本文利用设计了一套微波连续漂白装置,并且对装置进行了试验测试,达到了满意的效果。
根据处理量的大小和前期的实验,确定了微波功率源的最小输出功率。微波化学反应腔是整个微波化学反应系统的关键,它的设计既是一个涉及多学科交叉的问题,也是一个复杂的工程问题。本文根据处理物的特点,依据模式数最多和带宽内模式谱线分布最均匀的原则确定了腔体的尺寸。为增大腔体的固有品质因数,选择2mm厚的铝板作为腔体内壁的材料。同时,根据经验值确定了微波功率馈入口的位置,并对腔体内的电场分布进行了估算,确保反应腔可以安全正常的工作。为了进行连续试验,在反应腔对应的两个面上开槽,根据处理量和微波对纸浆的渗透深度,确定了槽孔的高度为5cm。
由于微波辐射对人体有着不良的影响,因此本文设计了微波防泄漏系统,以确保微波泄露量符合国家标准。采用2mm厚的铝板作为屏蔽材料,对反应腔进行电磁屏蔽。对孔槽处采用加深孔深的办法,防止微波通过孔缝泄露。经测试,在距反应腔壁5cm处的微波能量为0.3(mW/c㎡),低于国家规定的0.5(mW/c㎡)。
采用红外温度计测试纸浆的温度。采用聚四氟乙烯材料制成的输送带输送纸浆。采用小功率直流电机作为动力输出源,以使传送带的速度可以无级调节。
试验检测表明,用所设计系统漂白的纸浆比传统方法漂白的纸浆具有更好的粘度,且铜价较低。通过对比两种漂白方法的漂白废水负荷,发现前者的COD较后者的少。同时对比两者的能耗,发现利用所设计设备进行漂白,可节省吨浆能耗15%。