[发明专利]一种快速测量纸张干燥过程蒸发热的方法

说明书

本发明提供了一种快速测量纸张干燥过程蒸发热的方法，具体如下：针对某个待测定的纸张干燥过程，测试记录纸张在不同干燥时间t时的重量W_t和纸张的绝干质量W_o，由式μ＝(W_t‑W_o)/W_o得到纸张的干基湿含量；在二维坐标系中绘制出测试的数据点(t，μ)，利用μ与t的关系模型进行曲线拟合，进而建立μ与t函数关系μ＝f(t)；由SHC_w＝△H_latent·(dμ/dt)|_t＝t0·(1/(dμ/dt))计算获得蒸发热随纸张干基湿含量变化情况。本发明克服了“等温吸附线”法复杂繁琐、不具备通用性的问题，更简单、快捷，容易获得不同原料及工艺条件下纸张干燥过程蒸发热的具体情况。

技术领域

本发明涉及一种快速测量纸张干燥过程蒸发热的方法，属于造纸加工技术领域。

背景技术

纸张是一种由纤维(主要是植物纤维)和其他固体颗粒物质(如填料、胶料、助剂等非纤维添加物质)交织结合而成，具有吸湿性、多孔性和网状物性的薄张材料。纸张在抄造过程中，浆料经过成型、压榨后，仍有约45％～60％(即水分质量占湿纸总质量的百分比)的水分存在湿纸张中，需要在干燥部进一步蒸发脱除，以达到成品干度(约92％，即纸张的绝干质量占成品质量百分比) 的要求。

依据水分子受到束缚力的不同，湿纸张中水分可以划分为三种形式：游离水、毛细管水和结合水。不同形式的水分蒸发需要的蒸发热是不一样的。由不同纤维原料、不同成型、压榨工艺生产出的湿纸张，游离水、毛细管水和结合水的含量千差万别，蒸发所需要的蒸发热也大不相同，这给纸张干燥过程热能的分配与控制带来了极大的困难。目前行业内给纸张干燥过程供热的蒸汽-冷凝水系统大都依赖经验进行生产调节，不可避免的会造成能源的浪费，据IPST (Institute of Paper Science and Technology，造纸科学与技术研究所)的研究，纸张干燥过程的能耗约占造纸过程总能耗的61.9％，节能潜力巨大。探索一种快速测量蒸发热的方法，对优化控制纸张干燥过程热能分配问题以及实现纸张干燥过程节能降耗具有重要的科学与现实意义。

目前纸张蒸发热的定量方法，常采用基于测量纸张等温吸附线的方法。等温吸附线是在一定环境温度下，纸张平衡含水量与环境湿度之间的关系。Heikkila[HeikkilaP.AStudy on the Drying Process 0f Pigment Coated Webs[Thesis]. Finland:Akademi University；1993.]对涂布纸的蒸发热做过研究，研究指出纸张干燥蒸发热由水的汽化潜热和吸附热构成，常压下水的汽化潜热跟温度有关，可由水物性数据获得，吸附热可测量纸张等温吸附线，并依据 Clausius-Clapeyron方程估算。纸张等温吸附线跟原料与生产工艺息息相关，[J.Increasing the Drying Efficiency ofCylinder Drying[Thesis]. finland:2011.]发现不同填料配比下纸张等温吸附线的拟合模型参数差异明显，相信不同定量不同纸种间的差异会更大。等温吸附线测量过程对环境要求严格，且耗时也很长，难以适应工业生产复杂多变的环境。

干燥曲线是一条物料含湿量随干燥时间变化而变化的曲线。在纸张实际生产过程，干燥曲线也会描述为纸张干基含湿量随干燥位置(烘缸编号)变化而变化的曲线。它是纸张在干燥过程的表征，涵盖了纸张干燥过程的所有信息，当然也包括纸张干燥蒸发热。目前干燥曲线测量技术成熟，测量方法简单、快速。运用理论模型通过干燥曲线建立纸张干基湿含量与干燥时间(或是干燥位置)的函数关系，进而推导出纸张不同干基湿含量下纸张的蒸发热，这将是一种能快速定量测量纸张干燥过程蒸发热的方法。

发明内容