（轻工技术与工程专业论文）棉秆碱性过氧化氢机械浆的研究.pdf

摘要 摘要 本文对西安棉秆进行了原料化学组分分析、a p m p 制浆及其浆料筛分和棉芯秆 a p m p 制浆以及棉秆a p m p 补充漂白工艺等一系列研究。 棉秆a p m p 试验结果表明，两段浸渍预处理中n a o h 用量和h 2 0 2 用量是影响浆料 性能的主要因素，浸渍预处理温度对浆料性能也有较大影响。在如下实验室a p m p 预处 理条件下： 一段化学预处理：n a o h 用量3 ，h 2 0 2 用量1 ，n a z s i 0 4 用量2 ，温度9 0 。c ， 预处理时间3 0 m i n ，液比1 ：6 ；二段化学预处理：n a o h 用量3 ，h 2 0 2 用量4 ，n a 2 s i 0 4 用量2 ，e d t a 用量0 1 ，m g s 0 4 用量o 1 ，温度8 0 。c ，预处理时间3 0 m i n ，液比 1 ：5 。 可制得得率为7 8 1 0 ，在打浆度为6 4 。s r 时，白度为5 1 5 i s o ，裂断长达5 0 5 k i n ， 撕裂指数4 3 0 m n m 2 g 的棉秆a p m p 。 筛分试验结果表明，棉秆a p m p 中r 3 0 目和r 5 0 目组分含量较高，这是棉秆长纤 维原料固有的特性使然，也是棉秆a p m p 相对于芦苇、烟秆a p m p 浆料强度较好的表 现所在。 同样的工艺条件，棉秆去皮以后的棉芯秆制得的a p m p 白度达到6 0 7 i s o ，比起 棉秆a p m p 白度5 1 5 i s o ，提高了9 2 i s o ，而裂断长和撕裂指数都有所降低，分别 为4 4 5 k m 和3 6 m n i t 2 g 。 棉秆a p m p 的补充漂白试验结果表明，5 0 商品化木浆与5 0 棉秆a p m p 补充漂 后浆配抄，主要指标完全符合b 级胶印书刊纸和b 级凸版印刷纸的要求。7 0 商品化 木浆和3 0 棉秆a p m p 补充漂后浆配抄白度指标已达到胶印书刊纸和凸版印刷纸的b 级而略低于a 级胶印书刊纸的指标。 关键词：棉秆，a p m p ，化学组分，筛分 a b s ”a c t a b s t r a c t n i sp a p e rs t u d i e do nas e r i e so f p r o c e s s i n go f c o t t o ns t a l kf r o mx i a n ，s h a n x ip r o v i n c e ， i n c l u d i n gc h e m i c a lc o m p o s i t i o n s ，a p m pp u l p i n ga n dt h es c r e e nc l a s s i f i c a t i o no fa p m ra n d t h eb l e a c h i n go fa p m po fc o t t o ns t a l ka sw e l l f u r t h e r m o r e ，a p m pp u l p i n go fc o t t o ns t a l k s w o o d y c o r ew a sa l s oi n v e s t i g a t e d t h ei n f l u e n c eo ft h ep r o c e s sc o n d i t i o n so fp r e t r e a t m e n tb e f o r er e f i n i n go nt h ec o t t o n s t a l ka p m pq u a l i t i e sw a se m p h a s i z e di nt h i sp a p e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a ti nt h ec h e m i c a l p r e t r e a t m e n tt h ec h a r g eo fn a o hm i dh 2 0 2w a st h em a i nf a c t o r st h a t a f f e c t e dt h e p u l p q u a l i t i e s i na d d i t i o n ，t h et e m p e r a t u r eo fc h e m i c a lp r e t r e a t m e n tc a na l s og r e a t l ya f f e c tt h ep u l p q u a l i t i e s i nt h ee x p e r i m e n t ，u n d e rt h ec o n d i t i o n so fp r e t r e a t m e n ta sf o l l o w s ：ls ts t a g e ：h 2 0 2 1 ，n a o h3 ，n a 2 s i 0 32 ，9 0 * ( 2 ，3 0 r a i n ，l i q u o r - t o w o o dr a t i o1 ：6 ；2 r i ds t a g e ：h 2 0 24 ， n a o h3 ，n a 2 s i o s2 ，e d t a0 1 ，m g s 0 40 1 ，8 0 ，3 0 m i n ，l i q u o r - t o w o o dr a t i ol ：5 ， a p m po fc o a o ns t a l kw a sp r o d u c e dw i t ht h ey i e l do f7 8 10 ，t h eb r i g h m e s so f51 5 1 s o ， t h eb r e a k i n gl e n g t ho f 5 0 5 k ma n dt h et e a ri n d e xo f 4 3 0m n m 2 g t h er e s u l t so fs c r e e nc l a s s i f i c a t i o no fc o r o ns t a l ka p m pd e m o n s t r a t e dt h a tr 3 0a n dr 5 0 c o n t e n tw a sv e r yh i 曲，w h i c hw a si na c c o r d a n c ew i t ht h ei n s t r i n s i cc h a r a c t e r i s t i c so fc o r o n s t a l ka saf i n er e s o u r c e so fl o n gf i b e r i na d d i t i o n ，w h i c hi saf u l le x p l a n a t i o nw h yt h ep h y s i c a l s t r e n g t ho f c o r o ns t a l k a p m pw a sa d v a n t a g e o u st h a nt h a to f r e e d a p m pa n dt o b a c c os t a l k u n d e rt h es a m e p u l p i n gc o n d i t i o n s ，t h eb r i g h m e s so f a p m po f c o a o ns t a l k sw o o d y c o r e c o u l d r e a c h6 0 7 i s ow h i l et h eb r e a k i n gl e n g t ha n dt e a ri n d e xh a dal i g h td e c r e a s e ， b r e a k i n gl e n g t hw a s4 4 5 k ma n dt e a ri n d e x3 6 m n m 2 gr e s p e c t i v e l y t h er e s u l t so fs u p p l e m e n t a r yb l e a c h i n go fa p m ps h o w e das i g no fg r e a ti m p r o v e m e n to f c o t t o ns t a l ka p m p t h eb r i g h t n e s s ，b r e a k i n gl e n g t ha n dt e a ri n d e xo f t h eb l e a c h e da p m pc a n r e a c h5 9 4 i s o ，5 2 5 k r na n d4 8 7n a n m 2 g ，r e s p e c t i v e l y n eb o o kp a p e rw h o s em a i n p r o p e r t i e sw e r eb e r e rt h a nt h a to fg r a d ean e w s p r i n tp a p e rc a nb ec o m eb yw i t h3 0 c o t t o n s t a l ka p m pm i x e dw i t h7 0 s o f t w o o dk p p u l p k e yw o r d s ：c o t t o ns t a i k ，a p m p ，o h e m i c a io o m p o s i t i o n ，s c r e e nc i a s s i f i c a t i o n i i 关于硕士学位论文使用授权的说明 论文题目： 本学位沦文作者完全了解大连轻工业学院有关保留、使用学位论 文的规定，大连轻工业学院有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的伞部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 是否保密( 趋) ，保密期至 年月日为止。 学生签名：导师签名：易f 豫戮 一厂年毕月臼 第一章绪论 第一章绪论 纸在人类社会的发展进程中发挥着极其重要的作用。在现代生活中纸与纸产品对每 个人的重要作用是显而易见的，没有哪一种制成品对人类活动的各个领域比它有更深远 的作用了。造纸工业是国民经济的重要基础产业。它对社会的物质文明建设和精神文 明建设有着重大的作用。一个国家人均纸张消耗量反映了国家的经济实力和人民的生活 水平。纸和纸板的消费水平是衡量国家现代化水平和文明程度的重要标志。经济发达国 家基本上都拥有发达的造纸工业。据统计 “，目前我国共有造纸企业3 5 0 0 多家，分布在 轻工、林业、农业等系统，除西藏外，各省市、自治区都有造纸企业。纸和纸板生产能 力4 2 5 0 万吨。2 0 0 2 年纸和纸板产量3 7 8 0 万吨，消费量4 3 3 2 万吨，均居世界第二位； 人均消费量3 3 砖，低于世界人均消费量5 4 k g 的水平，是众多发达国家人均用纸量的 l 8 和美国人均用纸量的1 】3 ，差距甚大。今后l o 年我国造纸工业必需有更快的发 展，才能适应国民经济的发展和满足人们生活水平进一步提高的需要。 造纸工业是原料加工型工业，原材料的消耗量极大。造纸工业所用的原料，目前世 界各国仍是以植物纤维为主。由于各国植物纤维原料资源的不同，各国使用原料的情况 也不一样。造纸工业发达的国家主要是以木材为原料，或购买大量的木浆造纸，木浆造 纸所占的比重超过9 0 以上。木材资源不足的发展中国家，也都在大力增加木材比重2 1 。 造纸工业与森林资源密切相关。近几十年来全球纸张需求增长逐年稳步增加，森林资源 的增长满足不了造纸工业对原料需求增长的要求，林业资源受到潜在的威胁。各国政府 和造纸工作者都在寻找木材原料的替代品，以减轻对森林资源压力，非木材纤维被日益 重视起来；另一方面，能源紧张、环境污染严重也是世界范围制浆造纸工业存在的问题。 发展得率高、污染少、能耗低的制浆方法已成为制浆造纸工业迫切需要解决的问题。从 以上角度出发，我们对长纤维非木材原料棉秆进行了碱性过氧化氢机械法制浆的研 究，为棉秆资源的开发和有效利用提供理论和实践依据。 第一章绪论 11 开发、利用棉秆长纤维原料，节省木材资源 从世界范围来看，随着纸张消费量的逐年增长，森林资源的增长满足不了造纸工业 对原料需求的持续增长要求。2 0 世纪4 0 年代后期人们就深深的感到造纸用材已经有了 很大的资源限制，开发新的造纸原料逐渐引起了人们的重视。我国虽然地域广阔，但森 林资源十分匮乏，森林覆盖率仅为1 6 5 5 ，人均森林蓄积量只有世界人均水平的1 8 i 。 用于造纸的木材数量更为有限，仅占采伐量的4 。目前，造纸原料的供应是制约我国 造纸工业发展的关键问题之一。我国造纸工业的原料方针“以木为主、多种原料并举”已 成为人们的共识。必须依靠术浆、草浆和废纸的支撑，才能发展好我国的造纸工业。我 国木材资源相对短缺，国家启动天然林保护工程之后，木材的供应更加困难。林纸结合， 林纸一体化的主要出路只能依靠发展人工林。近年来我国人工速生丰产林发展很快。 2 0 0 0 年统计全国已营造速生丰产经济林8 3 2 万公顷，很大部份可以供造纸工业使用。造 纸工业用材尤以北方的杨木，南方的桉树等阔叶材发展最快。5 6 年之后将陆续成材。 长纤维的马尾松、火炬松、湿地松、云南松等针叶材也有较大的发展，约需1 5 年才能 成材。由于阔叶木与针叶木的生产周期不同，种植面积前者远大于后者，目前两者的产 量都不能满足造纸工业的需用。而长纤维针叶木浆的供应则更感到不足。为了更快更好 的发展我国造纸工业，解决长纤维纸浆的供应，除进步加强人工造纸速生丰产林的建 设外，开发非木材造纸长纤维资源，对缓解我国造纸工业长纤维原料的严重短缺是一条 重要的措施，也是一条捷径。 棉花是造纸工业的优良原料，但它主要是作为纺织工业的原料。棉秆皮即棉花茎杆 的韧皮用于制绳、织麻袋、造纸、造船填缝等。棉秆芯制成浆后可与长纤维浆料配合抄 纸。全棉秆平均纤维长度1 0 1 2 微米，宽度2 2 2 微米，长宽比为4 6 4 ，胞腔平均直径1 5 9 6 微米，单壁平均厚度3 1 2 微米，壁腔比0 3 9 。由于棉秆纤维长度比较均匀，壁腔比小， 柔软性能好，可与速生杨木纤维媲美。全棉秆是很好的造纸原料【4 。另外，我国是一个 农业大国，是世界上第二产棉大国，植棉区域极为广泛，我国黄河流域、长江流域、西 北、华北、东北、华南地区为主要种植地区 “。每年秋季有大量的棉秆收获，平均亩产 棉秆2 5 0 3 0 0 k g ，棉秆资源相当丰富。所以，棉秆造纸近年来越来越引起人们的注意1 5 。 自上个世纪5 0 年代，我国便开始研究利用棉秆浆进行制浆造纸。先后采用化学法、半化 学法及化学机械法开发单面胶版印刷纸、有光纸、书写纸、新闻纸、纸袋纸、绝缘纸、 电话电缆纸、育苗纸、青贮纸及各种包装用纸和纸板。对棉秆的开发利用做了大量的研 第一章绪论 究工作，取得了一定的成效，但用于工业化生产的产品，则多限于本色浆抄造的纸和纸 板。棉秆资源在制浆造纸工业生产上的应用依然存在很大的发展空间。能否用棉秆来生 产得率高、强度也不差的漂白浆，从而提高用棉秆生产纸产品的品种和档次? 为此，我 们进行了棉秆制取碱性过氧化氢机械浆这一课题的研究，对利用全棉秆生产新闻纸和棉 秆芯配抄文化用纸的可行性作了探讨。这对棉秆这一长纤维非木材原料的有效利用，对 减轻制浆造纸工业木材短缺的压力，促进我国造纸工业的发展，具有重要的理论意义和 现实意义。 1 1 1 棉秆原料 1111 原料特征 棉秆，指棉花的秆基，属一年生的半木本化植物。棉秆在分类学上属于棉葵科的棉 属，全世界约有3 5 个品种，原为多年生灌本或乔木，现大部分为一年生、半木本化的草 棉。棉秆由主茎、枝茎和根茎三部分组成，各部分比例随地区和品种不同而有所差异。 大致比例为5 5 ：2 2 ：2 3 。主茎可分为三个部分：皮部( 约占2 7 ) 、木质部( 约占7 0 ) 、 髓部( 约占3 ) 。皮部的最外表层呈破裂不完整状态，含色素、颜色深，主要由不透水 性和抗酸性的木栓细胞和角膜组成。皮部的韧皮部约占8 0 ，其纤维属韧皮纤维；与针 叶木纤维相似。木质部就其植物形态结构而言接近于阔叶木，是棉秆的主体。髓部主要 由杂细胞组成。棉秆皮纤维细长平均( 1 5 2 o m m ) 、壁较厚，与针叶木材纤维相似； 棉秆芯纤维较短( 平均0 7 o 8 m m ) ，但长短楚齐，均一性较好。棉秆与其它原料纤维形 态比较见表1 一l 。棉秆纤维中杂细胞含量较少，与阔叶木材相似而优于一般一年生草类 原料。因此，棉秆是一种适宜造纸的植物纤维原料1 6 】。 棉秆的化学组成，棉秆木质芯部中纤维素、聚戊糖和木素含量都比韧皮部高，而韧 皮部抽出物和果胶含量较高。 棉秆木质芯部、韧皮部和全秆中综纤维素的组成见表1 2 o r 纤维素代表未被降 解的较高分子量的纤维素，纤维素表示降解的纤维素；而y 一纤维素主要由半纤维 素所组成。就口一纤维素的实际利用率而论，棉秆皮与芯的价值差异不大，而棉秆皮中 一纤维素和y 纤维素的含量都明显低于棉秆芯中卢一纤维索和y 一纤维素的含量， 棉秆皮中口一纤维素含量较高和降解的纤维素和半纤维素含量较低，因此，在造纸工业 中利用全棉秆制浆造纸可提高纤维素的质量。 第一章绪论 表1 1 棉秆与其他原料纤维形态比较7 】 t a b l e1 - 1t h ec o m p a r i s o no ff i b e rm o d a l i t yb e t w e e nc o t t o ns t a l ka n do t h r er e l a t i v em a t e r i a l s 表1 2 棉秆综纤维素的组成t 8 t a b l e1 - 2t h e c o m p o s i t i o n so f h o l o - c e l l u l o s eo f c o t t o ns t a l k 鱼整垡二堑丝薹丛二堑丝鲞兰二堑堡鲞垡壁 壁兰 一 棉秆皮 4 8 20 5 31 5 0 4 8 7 31 5 5 3 棉秆芯 全棉秆 4 6 0 4 6 0 7 - 2 1 2 1 5 3 2 6 2 9 8 5 3 2 1 4 8 1 5 3 9 8 l 3 1 9 5 1 1 1 2 棉秆的收集与贮存 棉秆枝叉多，不易成捆，虚积大，又容易返潮而霉烂、虫蛀，因此棉秆是一种较难 运输和贮存的造纸原料。现在一般主张采用直接在棉秆产地收集加工成棉秆片贮存，然 后再送往纸厂中间料场。这样可大大减少纸厂贮科场占地面积，有利于运输、降低成本 及减少纸厂备料车间的灰尘污染。贮料要堆放在有顶无墙的建筑房或栅子里，在北方少 雨地区，可用切断后的棉秆露天散堆贮存，而在南方多雨潮湿地区。贮存时要待别注意 防止棉秆霉变、腐烂。贮存时间一般为半年至一年。经自然发酵，棉秆原料可脱除部分 果胶物质，从而节省化学药品，改善制浆性能。 4 第一章绪论 1 12 棉秆制浆 1 12 1 备料 棉秆的备料较其它造纸原料复杂、困难。棉秆组织细胞含有木栓质。木栓化的细胞 不透气、不透水，若只切断、不压溃，则只能极有限地毁坏木栓化了的周皮层。使蒸煮 药液难以渗透。尤其是木栓化程度很大的根部更难煮透，夹生料更多。备料的关键就在 于压溃。工厂曾采用盘磨机搓磨，辊式轧压机轧压。粉碎机处理都未能取得好的效果。 且产量低、电耗大、操作不便、为此，国内现已开发一专用设各一棉秆切断、破碎联合 机组【9 】。具有切断、破碎和筛选作用。韧皮大部分撕成丝状，茎杆大多劈裂成数瓣，是 棉秆备料的较理想设备。 1 1 2 2 制浆 棉秆制浆方法主要有碱法、亚铵法及尿素法。碱法( 包括烧碱法和硫酸盐法) 比较适 合于制化学浆用于生产文化用纸及纸袋纸。若采用碱法生产半化学浆或化学机械浆则由 于棉秆果胶含量较高，蒸煮黑液会造成回收蒸发时的困难；同时煮硬浆的用碱量比较低， 黑液提取时的浓度也低而造成碱回收的困难。 亚铵法和尿素法适合于制半化学浆或化学机械浆。其蒸煮废液冲稀后可作农田肥 料，避免了回收设备的昂贵投资，缓冲了环境污染。研究表明：亚铵法生产棉秆半化学 浆可以达到以阔叶木材为原料的同类产品的质量水平，是棉秆制半化学浆或化学机械浆 较理想的制浆方法。但此法因洗涤不净，氨气味大，造出的包装纸板不宜作食品包装用， 同时此法也存在着一定的设备腐蚀问题i l 。 ( t ) 棉秆碱法化学浆工艺条件 碱法制浆蒸煮药液中还可配入部分n a 2 s o ，有利于浆料的洗涤和漂白。也可添加 0 0 5 的葸醌，有助于降低用碱量，减少蒸煮时间、提高得率。实验效果如袁l 一3 所示。 ( 2 ) 棉秆尿素法半化学浆蒸煮工艺条件f l l 】 装球量：1 3 3 k g m 3 ；尿素用量：1 3 ；药液p h 值：9 ：液比：1 ：3 ；空转时间：1 5 m i n ； 升温时间：1 1 0 r a i n ；保温时间：1 5 0 r a i n ：最高压力：0 6 m p a ；粗浆得率：7 5 ；浆硬 度：3 4 k 。 第一章绪论 表l 3 烧碱法、硫酸盐法棉秆化学浆工艺条件1 2 】 t a b l e1 - 3t h ep u l p i n gc o n d i t i o n so f k pa n ds po f c o t t o ns t a l k ( 3 ) 棉秆亚铵法c t m p 化学处理条件1 3 l 棉秆亚铵法c t m p 浆配抄箱纸板化学处理条件为：亚铵用量1 3 ：缓冲剂( 碳铵) 用量 2 - - 2 5 ；蒸煮液预热温度8 5 ；蒸煮压力0 8 m p a ，蒸煮温度1 6 5 ：蒸煮时间3 0 4 0 m i n ：蒸煮终点p h 值7 7 5 ；残铵2 4 9 l ：粗浆得率6 5 一7 0 ：卡伯值1i 0 1 3 0 ； 粗浆打浆度2 0 。s r 。 ( 4 ) 棉秆亚铵法半化学浆蒸煮工艺条件l “】 亚铵用量5 ；n h 4 0 h 用量4 5 ；液比l ：3 ；蒸煮最高温度1 5 0 ；保温时间6 0 m i n ； 蒸煮终点p h 值7 2 8 ；粗浆得率7 2 7 ；卡伯值1 2 0 ：打浆度2 4 。s r 左右。 11 2 3 棉秆浆的洗、筛、漂 棉秆浆采用球下或洗涤机洗涤，应尽量保持浆料温度，趁热洗涤可以解决浆料中果 胶质含量大而脱水困难的问题，提高洗涤效果。亚铵法棉秆浆残铵产生的氨味大，特别 需要加强洗涤。此外，严格备料质量也可提高洗涤效果。 第一章绪论 筛浆设备一般使用c x 筛前加高浓除渣器以防筛板损坏。高浓除渣器进浆浓度3 5 ，进浆压力0 1 o 1 5 m p a 。 由于棉秆原料组份上的原因，棉秆浆漂率高，难以漂白。一般的碱法化学浆单段漂 白浆只能用作抄造普通低档文化用纸，而硫酸盐法浆色泽深，漂率更高。1 9 9 3 年，轻工 部造纸研究所与加拿大魁北克大学制浆造纸研究中心合作进行了棉秆亚硫酸钠化学机 械浆性能及可漂性研究，获得了得率为7 4 的性能良好的纸浆过氧化氢单段漂白浆白 度为4 1 6 一5 3 8 ；漂白得率为9 5 7 一9 9 ，次氯酸盐一过氧化氢两段漂白浆白度为 5 0 8 - - 6 4 4 ：漂白得率为8 9 8 一9 7 2 ，试验表明：棉秆亚硫酸钠化学机械浆采用 次氯酸盐一过氧化氢两段漂是适宜的。对于5 0 的新闻纸用浆，采用3 有效氯的次氯 酸盐后跟1 的过氧化氢两段漂即可。由于漂至高白度比较困难，故棉秆化学机械浆不 适合于生产高白度、高档次纸浆和纸产品。 1 1 3 棉秆浆抄纸 经蒸煮处理得到的半化学浆，硬度较大，末蒸解成分较多，须先行疏解成浆才能进 行打浆处理。疏解采用疏解机和盘磨进行。 对全棉秆而言，纤维形态更接近于阔叶木纤维，类似于杨木。棉秆浆料中半纤维素 含量多，易帚化，打浆时间不宜长。帚化度过高，不利滤水且成纸易收缩变形；帚化度 过低，纤维间结合力差，抄造中易粘辊、断头，同时纸的拉力和光滑度也差。另外，棉 秆浆中有较长的韧皮纤维与较短的木质部纤维混在一起，两者纤维长度悬殊且纤维细胞 壁厚、挺硬。因此，在打浆过程中既要将长纤维切至所需长度，以免纤维纠合成团。又 要使纤维适当帚化以增进成纸质量。所以对棉秆箱纸板的浆料应采用中等长纤维游离打 浆”。表1 4 为棉秆半化学浆打浆设备及工艺条件举例。 第一章绪论 表l 4 棉秆半化学浆打浆设备及工艺条件6 】 t a b l e1 4t h eb e a t i n ge q u i p m e n ta n dp u l p i n gc o n d i t i o n so fs e m i c h e m i c a lp u l po fc o t t o n s t a l k 塑鳖塑鱼塑鍪堕鏖! 堑!塑鏊鏖! ：! ! ! 堡重! g ! 一 2 ；4 5 0 双盘磨 3 - 42 77 1 0 4 5 0 双盘磨 两台a 4 5 0 双盘磨串联 4 5 3 5 3 0 24 2 7 2 9 一 两台0 3 3 0 盘磨串联一台粉碎机 3 02 9 3 0 三台0 3 3 0 盘磨串联 4 4 5 4 ：l ，经压榨后木片干度达6 0 左右) 一 区一段浸渍器f ( 停留约2 m i n ) 一障一段反应仓l ( 温度7 0 7 5 ，停留2 5 m i n ) 一 遵二段螺旋挤压圳一障二段浸渍刹一防二段反应创( 温度7 0 7 5 ，停留4 0 4 5 m i n ) 一医三重耍垂匿匹噩! i j 圈一匾蚕垂亘i j 豳一匿三壅亟垂圈匿匿! i j 圈一圆一i i j i 圃 1 3 3 1 木片洗涤 自备料系统来的木片进入木片仓，为取得较好的洗涤效果，木片在仓中被加热至 6 0 7 0 。c ，并停留2 0 m i n 。木片经水洗后，送至斜脱水螺旋，脱水后进入第一段预汽蒸 仓。 木片在洗涤器中被搅动以去除表面的杂物，例如：砂予、石子、金属和其它碎屑， 这些杂物均沉淀在木片洗涤器底部，可定期去除。洗涤过的木片通过泵送至脱水螺旋， 脱水螺旋上带有孔状的筛板，可将木片和水分开。木片洗涤系统产生的水通过一斜筛来 分离木屑和其它杂物，洗涤水中的渣子可自行沉淀下来，再定期排出，洗涤木片后的洗 涤水，一部分作为木片洗涤器的补充用水，其余的送到污水处理场。 1 3 3 2 两段浸渍 第一章绪论 ( 1 ) 第一段浸渍 洗涤后木片进入常压预汽蒸仓( 约9 5 停留5 8 m i n ) ，采用常压预汽蒸以排除木片 的空气软化木片以利于木片的机械压缩与浸渍。汽蒸后的木片随后送入螺旋撕裂 机( m s d ) ，压缩比4 ：1 ，经压榨后木片干度能达6 0 左右。压榨能将木片中的空气和多 余的水分及树脂等挤出，并将木片碾成木丝团，除去不需要的水溶物及细小杂质，提高 化学药液的浸渍效果。疏松的木丝团可尽量多地接触药液并易于化学药液的渗透。用于 浸渍的化学药品主要是n a o h 、h z 0 2 、及过氧化物稳定剂( d t p a 或e d j l a ) 、硅酸钠、 镁盐。) j l l n n a o h 软化纤维( 主要是软化其半纤维素和纤维素的非均体部分) ，提高浆料 强度性能，减少屑物含量；降低磨浆能耗；加入h 2 0 2 是为提高白度和软化木素。 木片在浸渍器停留一段时间( 约2 m i n ) 后，预浸螺旋将木片提升到预浸渍器上部以除 去多余药液，通过常压螺旋送入第一段反应仓( 温度7 0 7 50 c ，停留2 5 m i n ) ，以使浸渍 后的木丝团与化学药液充分作用。 ( 2 ) 第二段浸渍 出第一段反应仓的木丝团经常压输送螺旋送至第二段螺旋撕裂机( m s d ) ，将挤碾后 的木丝团送入第二段浸渍器，然后将浸渍后的木丝团送至第二段反应仓( 停留4 0 4 5 m i n ，温度 7 0 7 5 ，相当于h z 0 2 高浓漂白) 。反应后的木丝团经计量螺旋送入第一道盘磨。第二 段浸渍器内为低碱度高h 2 0 2 用量的碱性h 2 0 2 药液，主要是为提高浆料白度。 1 3 3 3 两段盘磨磨浆 a p m p 一般是常压磨浆，常压磨浆其磨区压力较低，以减少h 2 0 2 的无效分解，对提 高浆料的白度有利。 磨后浆料至常压扩散器，大量白水加入扩散器中，用来冷凝浆内的蒸汽，并稀释浆 料达3 5 4 5 的浓度，在中间浆池贮存一段时间后，泵送至螺旋撕裂机，进行洗涤 并浓缩到较高浓度，经双辊计量螺旋迸入第二段常压盘磨磨浆。磨后浆在消潜池内停留 一段时间进行消潜，浆浓为4 。 脱水压榨螺旋出来的滤液经斜筛筛去所含纤维进入滤液槽作中间洗涤稀释用。 1 3 3 4 一道缝筛 为除去纤维束，筛选采用缝宽为0 1 5 m m 的缝筛，对浆料进行精选。良浆以1 o 1 。5 的浓度送入低浓浆池，再经圆盘浓缩机浓缩至1 2 后送高浓贮浆塔贮存，在其底部 稀释至3 5 的浓度送到抄纸车间。 第一章绪论 13 4 a p m p 制浆及浆料性能 机械木浆的造纸性能，很大程度上与纸浆中细小组份含量有关，由于细小组份具有 较大的比表面积和一定的结合能力，当分布于纸页结构中纤维网络的间隙时，起着连接 纤维组份的作用，可以改善纸张的强度性能和光学性能。化学浆，尤其是非木材原料化 学浆，其细小组份的性质与机械木浆不同，筛除细小组份能够明显改善纸张的物理性能。 作为化学处理与机械作用结合的碱性过氧化氢化学机械法制浆，先以化学处理使得胞间 层的木素软化及部分脱除，然后经过机械作用分离纤维，并在分离的同时及后续精磨处 理中使其细纤维化。在提高得率的基础上，保持了纤维长度和柔软性，减少了细小组份 的产生，纸浆的强度性能好，不透明度高。纸浆筛分分析表 t j 目 2 3 , 2 4 j ，a p m p 制浆的纤维 组份含量高，纤维呈现明显的细纤维化。由于机械磨解过程中部分杂细胞的破碎和流失， 细小组份中除了部分杂细胞之外，还有相当数量的短小纤维和纤维碎片，因而与机械浆 的细小组份有些相似，在一定程度上起着增加纤维之间结合的作用。筛除细小组份后， 除了撕裂指数降低之外，纸张其它强度性能表现不同程度的降低证实了这一点。 a p m p 制浆系统的产品等于或优于阔叶木的b c t m p 。a p m p 的制浆与漂白过程合二 为，降低了建设费用；可以用简单的常压盘磨机，不需要庞大的蒸汽系统：排放的废 水负荷低，不含有硫的化合物；相同的游离度下，a p m p 的能耗低；a p m p 的耐破指数、 撕裂指数均高于b c t m p ，h 2 0 2 用量相同时，a p m p 的白度高；化学药品和能耗都低于 b c t m p ，而浆的白度、强度和不透明度均高于b c t m p 。 m a r t i n 等人曾进行了杨木c t m p 、b c t m p 和a p m p 的对比研究。结果表明，在a p m p 生产过程中木片在第二段盘磨的出口可被完全漂白，其强度性能亦可充分发挥，无需再 设漂白车间，且能耗最低。 国内北方厂家一般以杨木来生产a p m p 浆料( 如鸭绿江和齐齐哈尔) ，但南方诸厂多 以桉木为原料( 如宜宾和保山) 。现以桉木为例，采用两段浸渍碱性过氧化氢机械法制 a p m p 浆料，并与一段浸渍工艺和b c t m p t 艺相比较，根据加拿大h y m a c 公司提供的数 据，采用两段浸渍的a p m p l k , b c t m p 浆料得率能提高5 5 ，而电耗又比b c t m p 低2 5 ， 不透明度比c t m p 高出5 ，对照列于表1 8 。 由表1 - - 8 可知，如果采用b c t m p 制浆，废水中不但含有硫的化合物，而且电耗也 大幅度增加，需扩建电站容量，这样会使总投资增加，因而采用a p m p 是比较经济的。 第一章绪论 表l 一8a p m p 和b c t m p 主要技术经济指标的对比【2 5 1 t a b l e1 - 8t h ec o m p a f i s i o no f l e a d i n gt e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i cp e r f o r m a n c e s b e t w e e na i p m pa n db c t m p 1 8 第一章绪论 1 35a p m p 制浆的影响因素 ( 1 ) 螺旋挤压机的压缩比 a p m p 流程中最关键的作用是螺旋挤压机的挤碾作用，通过挤碾，能将木片中的空 气和多余的水分及部分水溶物和细小杂质等挤出，可提高化学药液的浸渍效果。另外， 经挤压后的木片呈疏松的木丝团，浸渍时，木片膨胀有如在水中握紧海绵后松开的情形， 可把药液吸入木片的每个孔中，使化学药液的渗透较充分。早在三十多年前，法国有个 专利，用碱性h 2 0 ：预处理木材，制造化学机械浆，当时未解决木片迅速均匀浸渍问题， 现在，螺旋挤压机的挤碾作用就解决了这一问题。在按木a p m p 的研究过程中 2 “，发 现木片的挤碾程度直接影响了预处理后纸浆的自度，未经挤碾的木片与经过挤碾后的木 片在同等预处理条件下，自度相差高达4 5 度，而中等程度的挤碾与挤碾木片结构达到 完全疏松后相比，也相差2 0 度左右。为充分松散木材内部结构，促进浸渍，需将压缩 比控制在 4 ：1 。 ( 2 ) n a o h 用量 在a p m p 制浆过程中，n a o h 的作用主要有两方面：( 1 ) 润胀和软化纤维，使纤维在 后面的磨浆操作过程中受到的损伤减少，以提高纸浆强度，并降低磨浆能耗。与碱法化 学法制浆不同，n a o h 用量应控制在只溶出某些抽提物及短链的半纤维素，而几乎不脱 除木素，因此，n a o h 用量不能太高，否则将使木素溶出增加，碳水化合物受到较大降 解，得率达不到化机浆的要求。( 2 ) 保证预处理药液有一定的碱度，促使h z 0 2 离解出过 羟基，充分发挥h z 0 2 的漂白作用，以提高纸浆白度。为达到这一目的，溶液中的碱度 也不能太高，否则会大大增加过氧化氢的分解速度，造成过氧化氢的浪费。 有研究表明【2 7 j ，n a o h 用量特别是第一段浸渍用量是影响化机浆强度的主要因素， 因此在总碱量一定的情况下，第一段浸渍液中n a o h 用量应较高，以提高强度，而第二 段浸渍中n a o h 主要为h 2 0 2 提供碱性漂白环境，n a o h 用量应较低。n a o h 用量可根 据原料不同及生产的产品不同而调整，一般总用量在4 8 。 ( 3 ) h 2 0 2 用量 h 2 0 2 用于提高纸浆的白度，起主要作用的是过羟基o o h 一，过羟基o o h 一与木素反 应可改变木素发色基团的结构，如醌型结构、口一羰基结构、侧链上的共扼双键等，使 木素氧化转变为无色的分子。h 2 0 2 用量增加，纸浆的白度相应增加，但从经济角度考虑， 过多的h 2 0 2 是不合理的。在两段a p m p 制浆工艺中，第二段浸渍i t 2 0 2 用量对成浆自度 第一章绪论 影响最大，但第一段浸渍添加h 2 0 2 与否对成浆自度也有一定程度的影响。根据具体情 况，h 2 0 2 用量可控制在2 一5 。 ( 3 ) 其它化学药品用量 由于a p m p 制浆过程中采用h 2 0 2 ，为防止和减少h 2 0 2 的无效分解，需加入螯合剂 ( e d t a 或d t p a ) 和保护剂( n a z s i 0 3 和m g s 0 4 ) 。第一段浸渍过程中，由于碱度比较高， 添加少量保护剂难以对药液起到有效的缓冲作用，对提高成浆白度，没有明显作用，因 而第一段浸渍可不使用硅酸钠和硫酸镁，而仅添加适量的螯合剂。第二段浸渍过程中， 浸渍液为低碱度的h 2 0 2 药液，螫合剂和保护剂的加入对提高纸浆白度有较明显的作用。 螯合剂d t p a 的作用效果好于e d t a ，但目前d t p a 主要依赖于进口，价格较贵。 在一定用量范围内，螯合剂和保护剂的用量增加，纸浆白度增加，一般情况下， n a 2 s i 0 3 用量控制在3 左右，m g s 0 4 用量为0 1 左右，螯合剂用量为0 5 左右。 ( 4 ) 反应温度和反应时间 反应温度和反应时间是制浆过程中两个互相关联的因素。为使纸浆达到定的质量 要求，提高反应温度，则可相应减少反应时间。在a p m p 制浆过程中，反应温度和反应 时间的控制影响着药液的反应效率及磨浆质量，温度升高，有利于药液浸透及促进n a o h 与原料的反应，但过高的温度则会引起h 2 0 ：分解加快，造成h 2 0 2 的浪费，因此温度一 般控制在6 5 。c 7 5 ，反应时间控制在2 0 4 0 分钟。 ( 5 ) 磨浆浓度及消潜温度 在磨浆过程中，磨浆浓度是重要的工艺参数，为使纤维分离且保持纤维长度，应采 用高浓磨浆及加大磨盘间的间隙，以减少纤维与磨盘的接触，减少纤维被切断的机会， 保持纸浆强度。浆浓过高，则会造成设备及操作上的问题。磨浆后浆料需在一定温度下 进行消潜，以恢复纤维的强度，消潜温度应保持在8 0 ( 2 左右，温度太低则达不到松弛变 直纤维、提高纸浆强度的目的。 1 3 6a p m p 制浆污染负荷及防治措施 高得率制浆采用保留木素，破坏其发色基团的方法，以保持得率高、不透明度大的 特点。a p m p 的制浆得率一般都在8 5 左右，这就说明在生产过程中仅有原料量1 5 的溶出物进入制浆废水中，因此，相对于化学浆来说，其污染负荷要低的多。 第一章绪论 一般来说，a p m p 制浆工艺的污染负荷主要来自两道螺旋挤压机和出第一道盘磨机 的浆料所含废水，这是整个a p m p 制浆系统中污染负荷的总发生量1 2 ”。对于经典的两 段浸渍a p m p 工艺，第一段螺旋挤压机的污染负荷最低( 如表1 9 所示) ，第二段螺旋 挤压机与第一道盘磨后浆中所含废水的污染负荷比较接近。但由于在生产中第一段盘磨 磨浆后，浆中所含废水约有8 0 9 0 通过螺旋压榨脱水机挤压后回用( 将浆料由4 5 浓度浓缩至约3 0 ) ，因此，a p m p 制浆车间的污染负荷排放量要低于其污染负荷的 发生量。 在a p m p 制浆中，污染负荷总发生量b o d 5 ：c o d 。， o 4 ，废水易于生化处理。这 部分废水先经厌氧处理，用厌氧菌将污染物的7 0 7 5 处理掉，并产生可以作为燃料 的甲烷气体。经厌氧处理后的废水与造纸车间废水混合后再进行好氧处理，最终达标排 放瞄”。国际上采用先厌氧后好氧生化处理技术处理化机将废水，在生产上已运行多年， 有成熟的经验可以参考。国内新设计的化机浆生产线废水处理也多采用这种处理技术。 表1 9a p m p 制浆污染物( 以蓝桉为例) t a b l e1 - 9t h ee f f l u e n to f a p m p p u l p i n go f b l u ee u c a l y p t 1 3 7 a p i d p 的研究现状 多年来，国际上制浆造纸工业发达的国家系统地进行了木材原料a p m p 制浆的研 究，并成功应用于工业生产，现已建立的a p m p 生产线见表l l o 。随着理论研究与工 第一章绪论 艺设备的不断完善，当今a p m p 的应用范围大为拓宽，成为世界制浆造纸工业中重要的 技术发展趋势之一。 表l 一1 0a p m p 生产线概况1 9 1 t a b l e l 1 0a no u t l i n eo f a p m pp r o d u c t i v el i n e 注中国国内的a p m p 生产线除吉林纸业集团、鸭绿江纸业和岳阳纸业集团采用单段挤压和单段浸溃工艺外，其余 均为两段挤压与两段浸渍工艺。a p m p 生产线均由h y m a c 和a n d r i t z 公司提供。 我国的森林资源缺乏，非木材纤维原料在造纸原料中将长期保持较大的比重。因此， 有效利用木材资源，大力开发非木材资源，发展高得率制浆技术，并不断提高生产纸张 的质量，是我国制浆造纸工业发展的重要课题。近年来，国内的高等院校和科研单位系 第一章鳍论 统对木材原料和草类原料进行了a p m p 制浆研究，为化学机械浆的发展提供了理论依 据。目前，国内已有若干企业引进了a p m p 生产线( 见表1 - 1 0 ) ，并且取得了良好的 经济效益，积累了一定的生产经验。 1 3 7 j 木材原料 桉木木材密度大1 2 ”，会给制浆药液的渗透速度及药液浓度分布的均匀性带来不利影 响，从而影响桉木a p m p 成浆质量。但试验研究证实了桉木完全可以生产高质量的化机 浆。华南理工大学对巨尾桉、尾叶桉、雷林一号桉和刚果1 2 号桉4 种桉木的a p m p 制 浆的研究表明【2 8 j ，采用两段预处理和三段磨浆的方式制得的a p m p 浆，浆料得率在 8 9 7 以上。打浆度在6 5 。s r 左右时，手抄纸页的裂断长超过3 k m ，撕裂指数3 5 m n 钒2 幢 左右，不透明度不低于9 4 2 ，白度达6 0 i s o 。适宜的工艺条件：一段预处理， h 2 0 2 0 5 ，n a o h 6 ，7 0 ，9 0 r a i n ；二段预处理，h 2 0 2 2 ，n a o h 2 ，6 0 ，8 0 r a i n 。 两段预处理的液比均为1 ：4 ，分别