漿箔用棉短絨清理機(jī)的設(shè)計(jì)

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州450004〕

一、棉短絨簡(jiǎn)介

棉短絨是國(guó)防、紡織、化纖、造紙等輕、化工業(yè)的重要原料，是重要的戰(zhàn)略物資。我國(guó)是世界上最大的棉花生產(chǎn)國(guó)，如將軋花后的棉籽全部剝絨，所得短絨量約占皮棉總產(chǎn)量的15%～20%，所以我國(guó)棉短絨資源十分豐富。

（一）棉短絨定義

經(jīng)過(guò)軋花后的棉籽（毛籽）上還殘留著短纖維，用剝絨機(jī)把這些短纖維剝下來(lái)，這些短纖維就稱(chēng)做棉短絨。棉短絨由三部分組成：第一部分是來(lái)自“毛頭”的較長(zhǎng)纖維；第二部分是來(lái)自毛籽上被軋花機(jī)軋斷的纖維；第三部分是棉籽表皮上天然生長(zhǎng)發(fā)育成的一層短而密集的纖維。

（二）特點(diǎn)

棉短絨纖維短而粗，每粒棉籽上短絨的根數(shù)較長(zhǎng)纖維多一倍，有20000根～30000根；顏色常呈灰白色或白色，有時(shí)也呈灰棕色或灰綠色；棉短絨的成熟度比長(zhǎng)纖維高，這是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較易輸送到短絨中的緣故；棉短絨的化學(xué)成分與長(zhǎng)纖維近似，纖維素含量在90%以上。

（三）分類(lèi)

Ⅰ類(lèi)棉短絨（又稱(chēng)“頭道絨”）：頭道剝絨機(jī)剝下的棉短絨，大多是軋花過(guò)程中因斷裂而殘留在棉籽上的較長(zhǎng)纖維。一般主體長(zhǎng)度在13mm以上，它的產(chǎn)量一般為毛棉籽毛頭量的3倍左右。

Ⅱ類(lèi)棉短絨（又稱(chēng)“二道絨”）：二道剝絨機(jī)剝下的棉短絨。這部分棉短絨是棉短絨的主體，一般占棉短絨產(chǎn)量的50%～60%，其長(zhǎng)度在3mm～6mm，成熟度也是三類(lèi)棉短絨中最高的。

Ⅲ類(lèi)棉短絨（又稱(chēng)“三道絨”）：三道剝絨機(jī)剝下的棉短絨，這類(lèi)棉短絨長(zhǎng)度最短（一般在3mm以下），含雜量高，纖維成熟度雖不及二道絨，但比頭道絨高。

（四）傳統(tǒng)用途

Ⅰ類(lèi)棉短絨，由于長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而成熟度不及Ⅱ、Ⅲ類(lèi)棉短絨，因此，一般用做紡織原料，如：絮棉、藥棉等，還常用于制造高級(jí)紙張的原料。Ⅱ、Ⅲ類(lèi)棉短絨，雖然長(zhǎng)度短，但是成熟度高，是工業(yè)上提取纖維素的主要漿箔原料，還可用于制造無(wú)煙火藥、賽璐珞和人造纖維、高級(jí)紙張等。

二、棉短絨在漿箔中的應(yīng)用及雜質(zhì)的影響

化纖、造紙等需要大量能提供高質(zhì)量纖維素原料制成的漿箔。世界上最主要的漿箔是木漿漿箔，木漿漿箔是以木質(zhì)原料來(lái)制取纖維素漿箔的。我國(guó)的森林資源貧乏，砍伐后再生周期長(zhǎng)，而我國(guó)巨大的化纖、造紙需求量使木漿漿箔遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法得到滿足。我國(guó)棉花產(chǎn)量一直居世界前列，提供了大量的棉短絨，棉短絨纖維素含量在90%以上，制成漿箔完全能滿足化纖、造紙等行業(yè)對(duì)漿箔的質(zhì)量和產(chǎn)量要求。

棉短絨制漿的工藝方法主要有以下幾種：燒堿法、氧-堿法、堿-過(guò)氧化氫法、過(guò)氧化氫-氧堿法和連續(xù)法制漿工藝，基本都是采用堿法蒸煮的方式，利用NaOH（亦稱(chēng)苛性鈉）與棉短絨所含的脂肪及蠟質(zhì)發(fā)生皂化和乳化反應(yīng)，達(dá)到去除非纖維素，破壞纖維素的初生細(xì)胞壁，提高它在化學(xué)反應(yīng)中的膨潤(rùn)性和反應(yīng)能力，并使聚合度降到工藝要求范圍，盡可能使纖維素少受損失。棉漿箔的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)質(zhì)就是一個(gè)降聚、提純、改善和提高反應(yīng)性能，使非纖維素類(lèi)雜質(zhì)含量不斷降低，纖維素含量不斷提高的生產(chǎn)過(guò)程。純凈的棉短絨質(zhì)態(tài)均勻、纖維素含量高，只需要較少的堿、較少的蒸煮時(shí)間即可去除脂、蠟、果膠、含氮化合物。但現(xiàn)實(shí)中的棉短絨往往包含大量棉籽皮、棉籽殼、棉桃殼、棉稈、塵土、金屬物等多種雜質(zhì)。棉短絨在蒸球中，通過(guò)高溫高壓在NaOH的作用下的反應(yīng)過(guò)程，實(shí)際上就是化學(xué)除雜過(guò)程，同時(shí)提高纖維素的聚合度和化學(xué)反應(yīng)性能。

據(jù)新疆阿拉爾市新農(nóng)棉漿有限責(zé)任公司李勝利統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1t棉漿箔，棉短絨平均耗用量為1420kg，即需去除的雜質(zhì)量為420kg。生產(chǎn)工藝中，蒸球投放棉短絨為6t/球，消耗17.5m3濃度為58g/L的NaOH溶液，假設(shè)NaOH全部用于蒸煮消耗，通過(guò)給定的生產(chǎn)工藝條件，可以粗略得出如下分析數(shù)據(jù)：平均1kg雜質(zhì)耗堿為0.57kg，非絨雜質(zhì)耗堿總量為669.5kg，以上數(shù)據(jù)分析充分說(shuō)明蒸煮用堿液大部分被外來(lái)機(jī)械性雜質(zhì)所消耗。

棉短絨中的雜質(zhì)在制備漿箔中的影響主要是以下幾種：從上面數(shù)據(jù)可看到，雜質(zhì)增加了用堿量、用水量、耗電量，還會(huì)加長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加工人勞動(dòng)負(fù)荷，降低設(shè)備使用壽命，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失；用堿量、用水量的增加，也使蒸煮后的黑液增加，這些黑液回收困難、污染嚴(yán)重，加大了企業(yè)的環(huán)保負(fù)擔(dān)；雜質(zhì)的存在，特別是金屬雜質(zhì)的存在對(duì)漿箔質(zhì)量有不可逆的降低。

三、目前棉短絨雜質(zhì)的處理

在棉花加工和榨油行業(yè)，對(duì)棉籽剝絨的原則是一道少剝，二道多剝，三道剝凈。Ⅰ類(lèi)棉短絨（又稱(chēng)“一道絨”）由于棉纖維較長(zhǎng)，一般都用于附加值更高的不太重要的紡織品。制備漿箔所用短絨一般是Ⅱ類(lèi)棉短絨（又稱(chēng)“二道絨”），更多的是“三道絨”。Ⅲ類(lèi)棉短絨（又稱(chēng)“三道絨”）纖維長(zhǎng)度很短，一般在3mm以下，由于要將棉籽上棉纖維剝凈，鋸片反復(fù)刮削棉籽使得大量棉籽表皮、棉籽破籽殼、帶纖維籽屑進(jìn)入到短絨中成為雜質(zhì)。同時(shí)在加工、轉(zhuǎn)運(yùn)中大量的塵灰和少部分鐵器也夾雜其中，加大了短絨產(chǎn)品中雜質(zhì)的復(fù)雜性。所有棉漿箔企業(yè)都認(rèn)識(shí)到，能盡量在蒸煮堿化前用物理方式提前去除棉絨中大部分的雜質(zhì)，是提高企業(yè)效益保證漿箔質(zhì)量的關(guān)鍵措施。目前國(guó)內(nèi)有棉短絨清理機(jī)，但主要是清理一道絨的，對(duì)清理較短棉短絨的棉漿箔用短絨清雜機(jī)還沒(méi)有較成熟的產(chǎn)品。由于急需，很多棉漿箔企業(yè)自造或改造了棉紡的開(kāi)清棉，用于棉漿箔短絨清雜，雖有一定效果，但由于技術(shù)、工藝水平有限，除雜率較低，仍不能滿足需要。

圖1 目前常用棉漿箔用短絨清理機(jī)

目前常用棉漿箔短絨清雜機(jī)如圖1所示，可以看出，棉短絨包被小刺輥開(kāi)松，再由大刺輥鉤掛纖維與篩板進(jìn)行打擊，使纖維表面附屬雜質(zhì)被擊落，由篩板孔中排出雜質(zhì)。棉絨由上部引風(fēng)管被風(fēng)機(jī)負(fù)壓抽走，完成除雜。此原理結(jié)構(gòu)雖有開(kāi)松和除雜的功能，但也存在很多缺陷，使除雜效果遠(yuǎn)不能達(dá)到要求。由于棉漿箔短絨很短，篩板孔必須小于短絨長(zhǎng)度才能不使短絨被當(dāng)做雜質(zhì)排出，所以篩板孔一般直徑1mm～1.5mm，但大部分的碎棉籽殼、表皮、棉桿、棉碎葉、金屬物大于篩板孔直徑而不能被排走，這大部分雜質(zhì)在引風(fēng)及刺輥的作用下和短絨一起進(jìn)入了蒸煮制漿工序。經(jīng)篩板的落雜主要是顆粒直徑小于1 mm的塵土類(lèi)雜質(zhì)。由于短絨質(zhì)量較小，也有部分被小刺輥轉(zhuǎn)移后直接沒(méi)經(jīng)過(guò)除雜而被短路吸走。

四、漿箔用棉短絨清理機(jī)的設(shè)計(jì)

要最大可能的提高清雜率，第一要對(duì)短絨進(jìn)行足夠的開(kāi)松，只有開(kāi)松充分才能落雜充分；第二是單一的除雜單元處理的雜質(zhì)是有限的，針對(duì)不同的雜質(zhì)要有相應(yīng)的除雜單元。筆者設(shè)計(jì)的棉漿箔用短絨清雜機(jī)原理圖如圖2所示。

（一）工作過(guò)程

短絨包2被放置在自動(dòng)輸送裝置1上，去除捆扎鋼絲后備用。立架提升上包裝置3上有翻轉(zhuǎn)卸包裝置4，當(dāng)翻轉(zhuǎn)卸包裝置4落下時(shí)，輸送裝置1啟動(dòng)，將短絨包2輸送到翻轉(zhuǎn)卸包裝置4上，翻轉(zhuǎn)卸包裝置4將短絨包2提升到一定高度后翻轉(zhuǎn)，將短絨包2卸到料斗5內(nèi)。料斗5內(nèi)有三組輸送壓輥6，輸送壓輥6夾持著短絨包2并向下運(yùn)行。一組開(kāi)松輥7利用輥身上的鋸齒刀片，高速對(duì)短絨包2進(jìn)行開(kāi)松處理。開(kāi)松后短絨9成蓬松狀態(tài)在料斗5繼續(xù)下落，經(jīng)過(guò)類(lèi)似觀察窗的磁鐵裝置8，這時(shí)在短絨包2中含的鐵質(zhì)雜質(zhì)就會(huì)被吸附在磁鐵裝置8上，可定期打開(kāi)清理。開(kāi)松后短絨9經(jīng)過(guò)喂棉羅拉10進(jìn)入箱體11。在箱體11中被刺輥包覆有鋸齒針布的刺輥12高速開(kāi)松。鋼絲刷17將開(kāi)松后短絨9壓箱刺輥12輥面，輥面鋸齒針布勾掛短絨與多根塵棒18進(jìn)行擊打，由于塵棒18間距較大，能使大部分不含纖維的棉籽、石塊、僵瓣、棉桿等大雜通過(guò)離心力甩離刺輥12完成與棉絨脫離。此時(shí)有部分含纖維的雜質(zhì)被下部的刺輥12回收，大雜通過(guò)鋼絲刷17彈離輥面落到箱體底部。刺輥12回收的含纖維雜質(zhì)與塵格漏底20繼續(xù)打擊，塵格漏底20的隔距小于塵棒18的間距，可去除中等大小的雜質(zhì)。毛刷輥13高速將兩個(gè)刺輥12上的棉短絨刷離輥面，完成開(kāi)松及大、中雜的清理。從毛刷輥13刷下的棉絨被拋給刺釘輥15，棉絨沿著刺釘輥15輥面斜向下走，進(jìn)入篩板漏底16。棉絨在刺釘打擊下與篩板漏底16作用，通過(guò)篩板漏底16上的網(wǎng)孔排出塵土、細(xì)葉碎雜。所有雜質(zhì)排到箱體11底部，進(jìn)行定期清理。棉絨在經(jīng)過(guò)四組刺釘輥15與篩板漏底16的組合清理后由出料口14排出本機(jī)，進(jìn)入下道工序。

圖2 棉漿箔用短絨清理機(jī)

（二）特點(diǎn)分析

本機(jī)相比傳統(tǒng)設(shè)備的特點(diǎn)是能根據(jù)主要雜質(zhì)特點(diǎn)、形態(tài)進(jìn)行針對(duì)性的處理。對(duì)短絨進(jìn)行多次、逐級(jí)開(kāi)松，使雜質(zhì)充分暴露，然后通過(guò)設(shè)置的不同規(guī)格的塵棒、塵格、篩板與相應(yīng)的刺輥配合，排出大、中、小雜，排雜充分。

本機(jī)在料斗5中的開(kāi)松輥7，刺輥12，刺釘輥15三處進(jìn)行了逐次開(kāi)松，開(kāi)松充分，利于棉絨中雜質(zhì)的充分暴露分離。本機(jī)設(shè)計(jì)了三處除雜點(diǎn)，第一處除雜點(diǎn)是開(kāi)松輥7下的磁鐵裝置，能吸附金屬雜物，這些在加工中混入的金屬雜物以鐵片、螺栓、螺母較多，這些金屬物會(huì)在堿化時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提前去除不但能提高漿箔質(zhì)量，還能保證本機(jī)的正常安全運(yùn)行。第二處除雜點(diǎn)是刺輥12、鋼絲刷17、塵棒18組合成的。鋼絲刷17將不含纖維的大雜彈出，塵棒18間距較大，與纖維擊打后可甩出加大雜質(zhì)并對(duì)甩出的含纖維物進(jìn)行回收。第三處除雜點(diǎn)是四組刺釘輥15與篩板漏底16組合的清理單元。通過(guò)篩板漏底16上的網(wǎng)孔排出塵土、細(xì)葉碎雜。

五、總結(jié)

本機(jī)除雜率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)型，在制漿中應(yīng)用能為企業(yè)降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量?！?/p>