残留接着剤、ホットメルト、合成接着剤、および目に見える不純物は、再生紙製造において永続的な操業上のボトルネックを引き起こします。これらの汚染物質は、機械のダウンタイム、ウェブの破損、紙の重大な欠陥の原因となります。一次スクリーニングとスラグ分離装置は、マクロ汚染物質を効果的に除去します。ただし、マイクロスティッキーはこれらの初期段階を簡単に回避します。これらの微細な汚染物質は下流に移動し、製紙プロセス中に凝集します。これは、重大な実行可能性の問題と品質の低下につながります。決定的なファネル底部ソリューションは、熱機械的アプローチに依存しています。を統合する ディスク熱分散システムは、 マイクロ粘着性を中和するための業界標準として機能します。制御された熱と高せん断の機械的作用を利用して、目に見える汚れや粘着性の物質を分解します。このプロセスにより、再生パルプが高級紙製造の厳しい品質要件を満たしていることが保証されます。
作用メカニズム: ディスク熱分散システムは、蒸気加熱 (軟化) と高せん断機械作用 (分解) を組み合わせて利用し、粘着性や目に見える不純物を目に見えない粘着性のない粒子に減らします。
重要な変数: 分散効率は、高温、狭いディスククリアランス、および高いパルプ濃度という 3 つの制御可能なパラメーターに大きく依存します。
システム統合: 粘着性を最大限に除去するには、熱分散と分散後の希釈、浮遊選鉱プロセス、または標的を絞った酵素処理を組み合わせた総合的なアプローチが必要です。
ROI とトレードオフ: これらのシステムは、紙の品質、光学特性、機械の稼働性の改善に非常に効果的ですが、エネルギー消費 (蒸気と電力) と収量の向上を注意深く評価する必要があります。
古紙パルプ化における粘着剤の技術的課題
リサイクルの流れにおけるマクロとミクロの付箋
再生紙の家具には複雑な混合物が含まれています。工場のオペレーターは、パルプ化プロセス中のサイズと挙動に基づいてこれらの汚染物質を分類します。マクロスティッキーのサイズは通常、0.10 mm ～ 0.15 mm を超えます。これらは、配送ラベル、封筒の接着剤、製本、梱包テープに由来します。マクロ粘着性物質は、物理的寸法が大きいため、粗いスクリーンと高密度クリーナーを使用してパルプ化プロセスの初期段階で比較的簡単に分離できます。オペレータは、さらに故障する前に物理的に取り除くことができます。
マイクロスティッキーは、機械のフロアではさらに困難な課題となります。これらの粒子は 0.10 mm のしきい値を下回ります。これらは、感圧接着剤 (PSA)、ホットメルト、ワックス、およびスチレンブタジエンゴム (SBR) やエチレン酢酸ビニル (EVA) などの合成インクで構成されます。最初のパルプ化中に、ハイドラパルパーの機械的撹拌により、より大きな接着フィルムがこれらの微細な断片に破壊されます。水ループ内に分散すると、pH、温度、またはせん断力の急激な変化によって再凝集が生じるまで、安定した状態を保ちます。成形生地、プレスロール、または乾燥機シリンダー上で凝集すると、粘着性の堆積物が形成され、シートから繊維が剥がれ、穴が開いたり、コーティングの縞が生じたり、紙ウェブが破れたりします。
標準的なスクリーニングとクリーニングの限界
従来の原料調製は、遠心洗浄機と細かいスロット付きスクリーンに大きく依存しています。遠心洗浄機は比重に基づいて材料を分離します。順方向クリーナーは砂やガラスなどの重いゴミを除去し、逆方向クリーナーは軽量のプラスチックを対象とします。残念ながら、ほとんどのマイクロ粘着剤の比重は水やセルロース繊維とほぼ同じで、通常は 0.95 ～ 1.15 の範囲です。遠心力では、使用可能なファイバーと汚染物質を区別できません。この物理的現実により、付箋は受け入れストリームに留まり、抄紙機に向かって進むことができます。
微細なスクリーンは、別の機械的制限に直面します。スクリーン バスケットは、サイズの大きい粒子をブロックするために、多くの場合 0.15 mm または 0.10 mm までの狭いスロットを使用します。ただし、スティッキーは標準的な動作温度では非常に柔軟で変形しやすいです。ローターフォイルによって生成されるスクリーンバスケット全体の圧力差により、これらの柔らかい接着剤がスロットから直接押し出されます。彼らは狭い隙間をすり抜けて反対側で再結成する。これにより、専用の高一貫性治療フェーズの必要性が確立されます。熱機械プロセスは、スクリーンやスラグ分離器が本質的に見逃してしまう、柔軟で密度が中性の汚染物質を処理します。
ディスク熱分散システムのコアメカニクス
熱機械的高一貫性処理の説明
熱分散は、脱水、加熱、機械的分散という厳密な連続プロセスで行われます。システムは、まずパルプを低または中粘稠度から高粘稠度に移行させる必要があります。ストック準備ラインでは通常、傾斜シックナーまたは重力デッカーを使用し、その後に頑丈なスクリュー プレスまたはツイン ワイヤー プレスを使用します。ツイン ワイヤー プレスは、パルプの濃度が 25% ～ 30% に達するまでニップ圧力を増加させて水を抽出します。
この操作では、高い一貫性を犠牲にすることはできません。これにより、大きな機械的摩擦に必要な高密度の繊維マトリックスが生成されます。濃厚になったパルプは、プラグ スクリュー フィーダーによって加熱スクリューまたはチューブに押し込まれます。プラグスクリューはパルプを圧縮して、しっかりとした不浸透性のシールを形成します。このシールは、加圧蒸気が濃縮装置内に逆流するのを防ぎます。加熱チャンバー内で、パルプ塊は精密な熱処理を受け、最終的なせん断作用のために分散ユニットに落下する前に、注入された蒸気と継続的に混合されます。
不純物を軟化させる蒸気加熱の役割
蒸気加熱により、合成接着剤の物理的状態が変化します。加熱スクリューは、通常 3 ～ 5 bar の圧力で直接蒸気を高濃度パルプ塊に注入します。通常、動作温度の範囲は 85°C ～ 120°C です。正確な目標は、システムが大気条件下で動作するか加圧条件下で動作するか、また特定の完成紙料組成によって異なります。
この熱伝達は、合成接着剤のガラス転移温度と融点をターゲットとしています。パルプの温度が上昇すると、粘着性の不純物が液化し、構造の完全性が失われます。ワックスは溶け、ホットメルトは柔らかくなり、粘着剤は非常に柔軟になります。この熱段階は汚染物質を破壊しません。代わりに、機械的故障に備えることになります。この予備的な軟化がなければ、機械的せん断によって硬い汚染物質が物理的なサイズを縮小することなく単に移動することになります。また、蒸気はセルロース繊維を弛緩させるのにも役立ち、繊維がより柔軟になり、その後の高剪断段階で切断されにくくなります。
機械的せん断と激化した乱流
実際の分散は 2 つの頑丈な金属ディスクの間で発生します。 1 つのディスクはハウジングにボルトで固定されて静止していますが、もう 1 つのディスクは通常 500 kW ～ 2000 kW の巨大な電気モーターによって駆動されて高速で回転します。どちらのディスクも、精密に設計された歯の噛み合う同心円状の列を備えています。歯のパターンはさまざまで、通常は初期の分解のために中央の粗い歯と、最終的な分散のために周囲の細かい歯が特徴です。加熱された高濃度パルプが分散機の中心に入ると、遠心力によってディスク間の狭い隙間を通って外側に押し出されます。
この通路により、乱流が強化され、極度に高い摩擦せん断力が発生します。機械的作用により、軟化した粘着物がセルロース繊維から引き剥がされます。液化した接着剤を細断し、0.05 mm をはるかに下回る微細なサイズにまで小さくします。このサイズになると、粒子は粘着性を失い、抄紙機上で凝集しなくなります。
この強力なせん断は、大きな二次的な利点をもたらします。パルプ化されていないフレーク、残留ワックス、頑固なインクの斑点などの目に見える不純物を積極的に分解します。これらの暗い粒子を繊維マトリックス全体に均一に分散させることにより、システムは最終シートの光学特性と全体的な明るさを大幅に向上させます。
最適な分散を実現するための主要な運用変数
パルプの粘稠度の要件
効果的なせん断には、高いパルプ粘稠度が必要です。オペレーターは、フィードの濃度を 25% ～ 30% 以上に維持する必要があります。濃度が低い場合、過剰な水が潤滑剤として機能します。繊維は単に互いにすり抜け、ディスクは汚染物質を分散させるのに必要な摩擦を生成できません。高い一貫性により、繊維間および繊維と金属の摩擦が生じます。この緻密な環境により、軟化した粘着性粒子にせん断力が直接伝わり、粒子が効率的に引き裂かれます。この一貫性を維持するには、上流のスクリュープレスのトルクと排水量を常に監視する必要があります。
温度制御と滞留時間
温度設定は、原材料の特定の粘着性組成に合わせて行う必要があります。特定の高融点ホットメルトにはより高い温度が必要です。過度の熱は蒸気を無駄にし、繊維を損傷する危険性があります。オペレーターは、自動蒸気混合バルブと温度センサーを使用して、加熱スクリュー内の温度と滞留時間のバランスを取る必要があります。
滞留時間は、パルプが分散機に入る前に蒸気にさらされる時間を決定します。加熱管は、パルプ全体に熱を均一に分散させるのに十分な時間を提供する必要があります。通常、保持時間は 2 ～ 5 分の範囲です。滞留時間が短すぎると、果肉塊の中心が冷たいままとなり、中の粘りが柔らかくなりません。適切なキャリブレーションにより、固有の繊維強度を低下させることなく、完全な熱浸透が保証されます。
ディスククリアランスの調整
静止ディスクと回転ディスクの間のギャップによって、機械的せん断の強度が制御されます。オペレータは、油圧式または電気機械式のギャップ調整機構を使用してこのディスク クリアランスを正確に校正し、通常は 0.1 mm ～ 0.5 mm の間に設定します。このギャップの調整には、直接の逆関係が関係します。
ディスクのクリアランスを小さくすると、粘着性の粒子やインクの斑点の分散が大幅に向上します。ギャップが狭くなると、摩擦が大きくなり、粒子の減少が小さくなります。ギャップが狭いと、主駆動モーターの電力消費も増加します。ギャップが狭すぎるとセルロース繊維が切断される危険性が高まり、最終的な紙の引裂き強度と引張強度が低下します。工場のエンジニアは、アンプのモーター負荷を常に監視し、クリアランスを調整して、汚染物質の分解と繊維の保護の間の最適なバランスを見つける必要があります。
古紙パルプ分散機の評価: 特徴から結果まで
ディスク分散機とニーダーシステム（判断基準）
原料調製ラインをアップグレードする場合、工場はディスク分散機とニーダー システムのどちらかを選択する必要があります。どちらも高濃度パルプを処理しますが、機械的アプローチは根本的に異なります。あ 古紙パルプ分散機は、 狭いギャップを備えた高速回転ディスクを使用して強力なせん断を実現します。ニーダーは、連動するフライトを備えた低速回転シャフトを使用して、繊維間に穏やかな摩擦を生み出します。
動作比較：ディスクディスパーサーとニーダーシステムの
| 特徴 |
ディスクディスパーサー |
ニーダーシステム |
| 動作速度 |
高速 (通常 1000 ～ 1500 RPM) |
低速 (通常は 200 RPM 未満) |
| 隙間クリアランス |
狭くて調整可能 (0.1 ～ 0.5 mm) |
幅が広くて固定されている |
| 主なメカニズム |
高せん断機械的引裂き |
繊維と繊維を優しくこする |
| 繊維の保存 |
ファイバー切断の中程度のリスク |
優れた繊維長の保持 |
| 汚染物質の内訳 |
マイクロスティッキーの積極的な削減 |
中程度の縮小、大きなフレークに適しています |
| 明るさの向上 |
高（インク分散性に優れる） |
適度 |
調達チームは、最終製品の要件に基づいて決定を行う必要があります。ディスク分散機は、マイクロ粘着剤やインクの強力な分解に優れており、上質紙や高級包装の白色度を向上させるのに最適です。混練機は、テストライナーのベースプライなど、絶対的な汚染物質の削減よりも繊維の最大長を維持することが優先される場合に選択されます。
エネルギー消費と分散効率のトレードオフ
熱分散はエネルギーを大量に消費するプロセスです。加熱段階には大量の蒸気が必要で、分散機のメインモーターには大量の電力が必要です。特定の電力消費量は、ギャップ設定と完成紙料のタイプに応じて、パルプ 1 トンあたり 40 ～ 80 kWh の範囲にあることがよくあります。工場の管理者は、この運用コストを、機械のダウンタイムの短縮と紙の欠陥の減少による経済的利益と比較して評価する必要があります。
最新のシステムには、このバランスを改善するためにエネルギー回復機能が組み込まれています。高度な加熱スクリューは閉ループ蒸気回収を利用してフラッシュ蒸気を捕捉し、再利用します。機器を評価するときは、正確なモーター負荷制御と効率的な蒸気混合バルブを提供する設計を優先してください。目標は、パルプを過剰に処理することなく、キロワット時あたりの分散効率を最大化することです。
希釈、浮選後、酵素処理との統合
熱分散では粘着性は蒸発しません。物理的なサイズと状態が変化します。粘着性を最大限に除去するには、総合的なシステム統合が必要です。分散機の直後、高濃度パルプは重要な分散後の希釈段階に入る潜伏室に落下します。下流の処理のために、白水を激しく撹拌しながら注入して濃度を 4% または 5% に戻します。
熱分散により、粘着剤の表面化学が変化します。強烈な熱とせん断により、これらの粒子の疎水性が高まり、浮遊選別後の除去に応答性が高くなります。最新の工場の多くは、分散したパルプを二次浮選セルに直接送り、微粒子を物理的に除去します。希釈後にきれいな酵素を順次添加すると、残留する粘着性の粒子が落ち着くのに役立ちます。エステラーゼ酵素は接着剤の化学結合を標的にし、パルプが冷える際に接着剤が再凝集するのを防ぎます。
機器の耐久性と冶金
分散機の内部コンポーネントは極度の磨耗に直面します。砂、ガラス、金属片などの残留研磨性汚染物質と高一貫性の摩擦が組み合わさると、標準的な金属は急速に劣化します。分散ディスクの冶金は、メンテナンス スケジュールと運用寿命に直接影響します。
ディスク合金の硬度と組成に基づいて機器を評価します。硬化ステンレス鋼、高クロム鋳鉄、または特殊な耐摩耗性合金を探してください。交換可能なセグメント設計を強くお勧めします。メンテナンスチームは、巨大なディスク全体を交換する代わりに、磨耗した個々の歯のセグメントを交換できます。このモジュール式アプローチにより、メンテナンスのダウンタイムが最小限に抑えられ、交換部品のコストが大幅に削減されます。
実装のリスクと軽減戦略
ファイバーの劣化と光学特性の管理
高温と強い機械的せん断により、繊維が劣化するリスクが生じます。システムを高温すぎたりギャップが狭すぎたりすると繊維が短くなり、最終シートが弱くなり、カナダ標準ろ水度 (CSF) が低下します。一部の機械パルプを高温にさらすと熱黄変が発生し、ISO 輝度が低下します。
緩和には正確な制御と化学的介入が必要です。オペレーターは対象となる粘着剤の必要な軟化点を超えないよう温度を厳密に監視する必要があります。熱による黄ばみを防ぐために、工場では加熱段階に漂白剤を直接組み込みます。過酸化水素をケイ酸ナトリウム、苛性ソーダ、DTPA などのキレート剤とともに加熱スクリューに注入すると、高温を利用して漂白反応が促進されます。これにより、分散中のパルプの光学特性が維持または強化されます。
高い蒸気コストと電力コストの軽減
高エネルギーシステムの運用には多額の経済的リスクが伴います。非効率的な運用では、安価な古紙家具を使用した場合の収益性が急速に損なわれます。繊維の代わりに余分な水を加熱することは、最も一般的なエネルギーの無駄源です。
緩和は肥厚段階から始まります。スクリュー プレスを最適化することで、パルプが厳密な 30% 濃度目標に確実に到達します。これは、余分な水分ではなく、蒸気が繊維を加熱することを意味します。メインの分散機モーターに可変周波数ドライブ (VFD) を実装することで、オペレーターはリアルタイムの原料状態に基づいて消費電力を調整できます。古紙の特定のバッチに含まれる粘着質が少ない場合、VFD はモーターの速度を下げ、適切な分散を維持しながら電力を節約できます。
システムの設置面積と改修の課題
既存のストック準備ラインに熱分散システムを追加すると、スペースに大きな課題が生じます。この装置には大きな設置面積が必要です。傾斜濃縮機、頑丈なスクリュー プレス、プラグ スクリュー フィーダー、長い加熱チューブ、分散機自体、および専用のモーター コントロール センター (MCC) を収容する必要があります。
改修には、慎重な 3D 空間計画と構造エンジニアリングが必要です。床は、高速分散機の極度の重量と動的振動負荷をサポートする必要があります。工場では多くの場合、濃厚化装置と加熱スクリューの間の濃厚な原料の流れを重力で補助できるように、高いプラットフォームを構築する必要があります。適切なレイアウト計画によりボトルネックが回避され、メンテナンス チームが天井クレーンを使用して重い分散ディスクを交換する際に安全にアクセスできるようになります。
包括的なパルプ監査を実施して、現在の原材料に含まれる特定の種類の微小粘着性および目に見える不純物を特定します。
特定の古紙完成紙料のサンプルを使用して、装置メーカーにパイロット規模の分散テストを依頼します。
現在のボイラーと蒸気の能力を評価して、熱機械処理段階の高温要求に対応できることを確認します。
提案された分散ディスクの冶金とセグメントの設計を検査して、研磨性汚染物質に対する長期の耐摩耗性を保証します。
よくある質問
Q: ディスク熱分散システムの理想的な温度は何度ですか?
A: 理想的な温度は通常 85°C ～ 120°C の範囲です。正確な設定は、システムのタイプ (大気圧か加圧か)、および対象となる汚染物質の特定の融点によって異なります。特定の合成ホットメルトにはより高い温度が必要ですが、基本的なワックスにはより低い温度で十分です。
Q：古紙パルプ分散機と混練機はどう違うのですか？
A: 分散機は、狭く調整可能なギャップを備えた高速回転ディスクを使用して高いせん断力を生成し、マイクロ粘着剤やインクを効果的に細断します。混練機は連動シャフトを使用して低速で動作し、繊維間に穏やかな摩擦を生じさせます。これにより、繊維の長さが維持されますが、汚染物質の分解はそれほど激しくなりません。
Q: 熱分散によってベタつきを完全に除去できますか?
A: いいえ、熱分散ではパルプ塊から粘着物が蒸発したり除去されたりしません。抄紙機上で凝集するのを防ぐため、0.05 mm 以下の微細なサイズに分散されます。実際の除去には、下流での希釈と二次浮選が必要です。
Q: 熱分散に最適なパルプ濃度はどれくらいですか?
A: 最適なパルプ濃度は 25% ～ 30% です。強い機械的摩擦に必要な高密度の繊維マトリックスを作成するには、高い一貫性が必須です。濃度が低いと繊維が滑り、粘着性を分解するために必要なせん断力が大幅に減少します。
Q: ディスクのクリアランスは最終的な紙の品質にどのような影響を与えますか?
A: ディスクのクリアランスが狭いとせん断摩擦が増加し、付箋やインクの分解が改善され、よりきれいで明るいシートが得られます。ただし、隙間が狭すぎるとセルロース繊維が切断される危険があり、紙の引裂き強度や引張強度が低下します。
Q: 工場では熱分散中に漂白剤を添加するのはなぜですか?
A: 熱分散中の高温により熱黄変が発生する可能性があり、パルプの ISO 白色度が低下します。過酸化水素などの漂白剤を加熱段階に直接添加すると、高熱を利用して漂白反応が促進され、黄変効果が抑制され、光学特性が向上します。
