为实现造纸工业的可持续发展，近十多年来，废纸利用量不断增加，废纸处理技术也得到了飞速的发展。废纸碎浆是废纸处理技术中的第一道工序，但是却是至关重要的一个操作单元。与低浓碎浆相比，高浓碎浆大大提高了碎浆效率并有效降低了碎解能耗，因此，高浓碎浆是废纸制浆的发展方向。深入研究高浓碎浆装置的结构及高浓碎解机理将为实现碎浆设备的国产化及高效使用奠定基础。 合理的结构才能保证浆料良好的循环及高效碎解，保证成浆的质量。本论文在研究高浓水力碎浆机工作原理的基础上，应用三维建模软件Pro/E建立了高浓碎解装置的三维实体模型，并进行了运动仿真、有限元分析和结构参数优化，设计了废纸高浓碎解的实验装置系统。 在碎浆过程中，废纸受到多种机械作用，包括转子对大片废纸的撕裂作用，转子与废纸的摩擦作用，及纤维与纤维之间的摩擦和搓揉作用。本文通过实验进一步对废纸碎解的循环特性进行了研究，建立了碎解特性曲线方程和剪切因子计算模型。本文还研究了废纸浆在高浓碎浆机内的流动特性，建立碎解功率与转子转速的关系图。 废纸浆在高浓碎浆机中循环时没有低浓浆料的涡旋现象。三股浆流明显，流速较快。循环运动中浆料沿槽体径向存在速度梯度，由内向外浆料运动速度逐渐降低。增大浓度，在靠近槽壁处会出现浆料堆积现象，浆料不能及时连续的运动至转子的高湍流区域，这是因为转子给浆料施加的剪切应力不足，可通过提高转速解决这一问题。浆浓继续增大后，槽内浆料停止了运动，转子在浆料中形成一个空穴，并在其中转动。提高转速，这一现象也没有明显改善。这种现象发生的质量浓度由废纸原料种类决定。对于OMG，这一浓度大约为16％，采用ONP做同一实验，是在浓度10％左右。 本文对废纸碎解的动力学进行了研究，在废纸的碎解过程中，其碎片含量与时间成指数函数关系。碎解初期，碎片含量随时间增加而降低，单位能耗相对于碎片含量近似线性增加。当碎片含量下降到一定程度后，随时间延长，碎片含量降低缓慢，单位能耗同时急剧升高。对于未加化学药品的ONP和OMG两种浆料的碎解，这一变化出现在碎片含量为10％的附近。在设备正常工作范围内，增加浆料浓度，升高碎解温度，以及提高转子转速都有利于加快纤维离解，并可有效降低单位能耗。 废纸在碎解的过程中，同时伴随着油墨与纤维的分离，增大转子的转速、提高碎解温度和浓度以及增大碎解的Ph值都会加速油墨与纤维分离的速度，碎解时间对油墨粒子的分离与碎化也有着重要影响，过长的碎解时间会导致油墨粒子的不可逆再沉积。碎解的浓度、转子的转速、碎解时间都会对废纸浆的性能产生影响，从总体上说，机械作用对废纸浆的强度性能的影响不是很显著。同机械作用对废纸浆强度性能的影响相比，化学作用对废纸浆的强度性能有着明显的影响，增大NaOH的用量，可以提高废纸浆的强度性能，也使废纸浆的打浆度逐步升高，这主要是由于NaOH增加了纤维的润胀。