浆箔用棉短绒清理机的设计

2020-12-23

中国棉花加工 2020年4期

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州450004〕

一、棉短绒简介

棉短绒是国防、纺织、化纤、造纸等轻、化工业的重要原料，是重要的战略物资。我国是世界上最大的棉花生产国，如将轧花后的棉籽全部剥绒，所得短绒量约占皮棉总产量的15%～20%，所以我国棉短绒资源十分丰富。

（一）棉短绒定义

经过轧花后的棉籽（毛籽）上还残留着短纤维，用剥绒机把这些短纤维剥下来，这些短纤维就称做棉短绒。棉短绒由三部分组成：第一部分是来自“毛头”的较长纤维；第二部分是来自毛籽上被轧花机轧断的纤维；第三部分是棉籽表皮上天然生长发育成的一层短而密集的纤维。

（二）特点

棉短绒纤维短而粗，每粒棉籽上短绒的根数较长纤维多一倍，有20000根～30000根；颜色常呈灰白色或白色，有时也呈灰棕色或灰绿色；棉短绒的成熟度比长纤维高，这是营养物质较易输送到短绒中的缘故；棉短绒的化学成分与长纤维近似，纤维素含量在90%以上。

（三）分类

Ⅰ类棉短绒（又称“头道绒”）：头道剥绒机剥下的棉短绒，大多是轧花过程中因断裂而残留在棉籽上的较长纤维。一般主体长度在13mm以上，它的产量一般为毛棉籽毛头量的3倍左右。

Ⅱ类棉短绒（又称“二道绒”）：二道剥绒机剥下的棉短绒。这部分棉短绒是棉短绒的主体，一般占棉短绒产量的50%～60%，其长度在3mm～6mm，成熟度也是三类棉短绒中最高的。

Ⅲ类棉短绒（又称“三道绒”）：三道剥绒机剥下的棉短绒，这类棉短绒长度最短（一般在3mm以下），含杂量高，纤维成熟度虽不及二道绒，但比头道绒高。

（四）传统用途

Ⅰ类棉短绒，由于长度较长，而成熟度不及Ⅱ、Ⅲ类棉短绒，因此，一般用做纺织原料，如：絮棉、药棉等，还常用于制造高级纸张的原料。Ⅱ、Ⅲ类棉短绒，虽然长度短，但是成熟度高，是工业上提取纤维素的主要浆箔原料，还可用于制造无烟火药、赛璐珞和人造纤维、高级纸张等。

二、棉短绒在浆箔中的应用及杂质的影响

化纤、造纸等需要大量能提供高质量纤维素原料制成的浆箔。世界上最主要的浆箔是木浆浆箔，木浆浆箔是以木质原料来制取纤维素浆箔的。我国的森林资源贫乏，砍伐后再生周期长，而我国巨大的化纤、造纸需求量使木浆浆箔远远无法得到满足。我国棉花产量一直居世界前列，提供了大量的棉短绒，棉短绒纤维素含量在90%以上，制成浆箔完全能满足化纤、造纸等行业对浆箔的质量和产量要求。

棉短绒制浆的工艺方法主要有以下几种：烧碱法、氧-碱法、碱-过氧化氢法、过氧化氢-氧碱法和连续法制浆工艺，基本都是采用碱法蒸煮的方式，利用NaOH（亦称苛性钠）与棉短绒所含的脂肪及蜡质发生皂化和乳化反应，达到去除非纤维素，破坏纤维素的初生细胞壁，提高它在化学反应中的膨润性和反应能力，并使聚合度降到工艺要求范围，尽可能使纤维素少受损失。棉浆箔的生产过程实质就是一个降聚、提纯、改善和提高反应性能，使非纤维素类杂质含量不断降低，纤维素含量不断提高的生产过程。纯净的棉短绒质态均匀、纤维素含量高，只需要较少的碱、较少的蒸煮时间即可去除脂、蜡、果胶、含氮化合物。但现实中的棉短绒往往包含大量棉籽皮、棉籽壳、棉桃壳、棉秆、尘土、金属物等多种杂质。棉短绒在蒸球中，通过高温高压在NaOH的作用下的反应过程，实际上就是化学除杂过程，同时提高纤维素的聚合度和化学反应性能。

据新疆阿拉尔市新农棉浆有限责任公司李胜利统计，每生产1t棉浆箔，棉短绒平均耗用量为1420kg，即需去除的杂质量为420kg。生产工艺中，蒸球投放棉短绒为6t/球，消耗17.5m3浓度为58g/L的NaOH溶液，假设NaOH全部用于蒸煮消耗，通过给定的生产工艺条件，可以粗略得出如下分析数据：平均1kg杂质耗碱为0.57kg，非绒杂质耗碱总量为669.5kg，以上数据分析充分说明蒸煮用碱液大部分被外来机械性杂质所消耗。

棉短绒中的杂质在制备浆箔中的影响主要是以下几种：从上面数据可看到，杂质增加了用碱量、用水量、耗电量，还会加长生产周期，增加工人劳动负荷，降低设备使用寿命，给企业带来巨大的经济损失；用碱量、用水量的增加，也使蒸煮后的黑液增加，这些黑液回收困难、污染严重，加大了企业的环保负担；杂质的存在，特别是金属杂质的存在对浆箔质量有不可逆的降低。

三、目前棉短绒杂质的处理

在棉花加工和榨油行业，对棉籽剥绒的原则是一道少剥，二道多剥，三道剥净。Ⅰ类棉短绒（又称“一道绒”）由于棉纤维较长，一般都用于附加值更高的不太重要的纺织品。制备浆箔所用短绒一般是Ⅱ类棉短绒（又称“二道绒”），更多的是“三道绒”。Ⅲ类棉短绒（又称“三道绒”）纤维长度很短，一般在3mm以下，由于要将棉籽上棉纤维剥净，锯片反复刮削棉籽使得大量棉籽表皮、棉籽破籽壳、带纤维籽屑进入到短绒中成为杂质。同时在加工、转运中大量的尘灰和少部分铁器也夹杂其中，加大了短绒产品中杂质的复杂性。所有棉浆箔企业都认识到，能尽量在蒸煮碱化前用物理方式提前去除棉绒中大部分的杂质，是提高企业效益保证浆箔质量的关键措施。目前国内有棉短绒清理机，但主要是清理一道绒的，对清理较短棉短绒的棉浆箔用短绒清杂机还没有较成熟的产品。由于急需，很多棉浆箔企业自造或改造了棉纺的开清棉，用于棉浆箔短绒清杂，虽有一定效果，但由于技术、工艺水平有限，除杂率较低，仍不能满足需要。

图1 目前常用棉浆箔用短绒清理机

目前常用棉浆箔短绒清杂机如图1所示，可以看出，棉短绒包被小刺辊开松，再由大刺辊钩挂纤维与筛板进行打击，使纤维表面附属杂质被击落，由筛板孔中排出杂质。棉绒由上部引风管被风机负压抽走，完成除杂。此原理结构虽有开松和除杂的功能，但也存在很多缺陷，使除杂效果远不能达到要求。由于棉浆箔短绒很短，筛板孔必须小于短绒长度才能不使短绒被当做杂质排出，所以筛板孔一般直径1mm～1.5mm，但大部分的碎棉籽壳、表皮、棉杆、棉碎叶、金属物大于筛板孔直径而不能被排走，这大部分杂质在引风及刺辊的作用下和短绒一起进入了蒸煮制浆工序。经筛板的落杂主要是颗粒直径小于1 mm的尘土类杂质。由于短绒质量较小，也有部分被小刺辊转移后直接没经过除杂而被短路吸走。

四、浆箔用棉短绒清理机的设计

要最大可能的提高清杂率，第一要对短绒进行足够的开松，只有开松充分才能落杂充分；第二是单一的除杂单元处理的杂质是有限的，针对不同的杂质要有相应的除杂单元。笔者设计的棉浆箔用短绒清杂机原理图如图2所示。

（一）工作过程

短绒包2被放置在自动输送装置1上，去除捆扎钢丝后备用。立架提升上包装置3上有翻转卸包装置4，当翻转卸包装置4落下时，输送装置1启动，将短绒包2输送到翻转卸包装置4上，翻转卸包装置4将短绒包2提升到一定高度后翻转，将短绒包2卸到料斗5内。料斗5内有三组输送压辊6，输送压辊6夹持着短绒包2并向下运行。一组开松辊7利用辊身上的锯齿刀片，高速对短绒包2进行开松处理。开松后短绒9成蓬松状态在料斗5继续下落，经过类似观察窗的磁铁装置8，这时在短绒包2中含的铁质杂质就会被吸附在磁铁装置8上，可定期打开清理。开松后短绒9经过喂棉罗拉10进入箱体11。在箱体11中被刺辊包覆有锯齿针布的刺辊12高速开松。钢丝刷17将开松后短绒9压箱刺辊12辊面，辊面锯齿针布勾挂短绒与多根尘棒18进行击打，由于尘棒18间距较大，能使大部分不含纤维的棉籽、石块、僵瓣、棉杆等大杂通过离心力甩离刺辊12完成与棉绒脱离。此时有部分含纤维的杂质被下部的刺辊12回收，大杂通过钢丝刷17弹离辊面落到箱体底部。刺辊12回收的含纤维杂质与尘格漏底20继续打击，尘格漏底20的隔距小于尘棒18的间距，可去除中等大小的杂质。毛刷辊13高速将两个刺辊12上的棉短绒刷离辊面，完成开松及大、中杂的清理。从毛刷辊13刷下的棉绒被抛给刺钉辊15，棉绒沿着刺钉辊15辊面斜向下走，进入筛板漏底16。棉绒在刺钉打击下与筛板漏底16作用，通过筛板漏底16上的网孔排出尘土、细叶碎杂。所有杂质排到箱体11底部，进行定期清理。棉绒在经过四组刺钉辊15与筛板漏底16的组合清理后由出料口14排出本机，进入下道工序。

图2 棉浆箔用短绒清理机

（二）特点分析

本机相比传统设备的特点是能根据主要杂质特点、形态进行针对性的处理。对短绒进行多次、逐级开松，使杂质充分暴露，然后通过设置的不同规格的尘棒、尘格、筛板与相应的刺辊配合，排出大、中、小杂，排杂充分。

本机在料斗5中的开松辊7，刺辊12，刺钉辊15三处进行了逐次开松，开松充分，利于棉绒中杂质的充分暴露分离。本机设计了三处除杂点，第一处除杂点是开松辊7下的磁铁装置，能吸附金属杂物，这些在加工中混入的金属杂物以铁片、螺栓、螺母较多，这些金属物会在碱化时发生化学反应，提前去除不但能提高浆箔质量，还能保证本机的正常安全运行。第二处除杂点是刺辊12、钢丝刷17、尘棒18组合成的。钢丝刷17将不含纤维的大杂弹出，尘棒18间距较大，与纤维击打后可甩出加大杂质并对甩出的含纤维物进行回收。第三处除杂点是四组刺钉辊15与筛板漏底16组合的清理单元。通过筛板漏底16上的网孔排出尘土、细叶碎杂。