机械法化学机械法半化学法制浆高得率法制浆PPT课件

.,第三章机械法、化学机械法、半化学法制浆（高得率法制浆）一、发展高得率法制浆的意义：1.充分合理地利用植物纤维原料资源2.减轻制浆废水中的污染物质3.满足产品性能的需要制浆得率：一般化学法制浆不超过50%，得率在50%以上，65%以下的化学浆称为“高得率化学浆”高得率法制浆可统指：制备高得率化学浆、机械浆、化学机械浆、半化学浆等方法,.,二、高得率浆分类及有关术语SGW(StoneGroundWood)磨石磨木浆PGW(PressurizedGroundWood)压力磨石磨木浆TGW(highTemperatureGroundWood)高温磨石磨木浆RMP(RefinerMechanicalPulp)盘磨机械浆TMP(Thermo-MechanicalPulp)预热盘磨机械浆CMP(Chemi-MechanicalPulp)化学盘磨机械浆CTMP(Chemi-Thermo-MechanicalPulp)化学预热机械浆APMP(AlkalinePeroxideMechanicalPulp)碱性过氧化氢化学机械浆,.,SCMP(SulfonatedChemi-MechanicalPulp)磺化化学机械浆BMP(Bio-MechanicalPulp)生物机械浆SEP(SteamExplosionPulping)蒸汽爆破法制浆EMP(ExtruderMechanicalPulp)挤压法机械浆SCP（Semi-ChemicalPulp）半化学法浆NSSC(NeutralSulphiteSemi-Chemicalpulp)中性亚硫酸盐法半化学浆ASSC(AlkalineSulphiteSemi-Chemicalpulp)碱性亚硫酸盐法半化学浆,.,三、高得率制浆主要方法的基本流程与特点1SGW(StoneGroundWood)磨石磨木浆得率：95%基本流程：备木磨浆筛选净化浓缩（漂白）送抄纸粗渣再磨磨石磨木浆的特点：（1）在各类制浆方法中得率最高、生产成本最低，污染最小（2）浆料具有优良的不透明度和吸墨性；（3）强度和白度稳定性较低。主要用于生产新闻纸、印刷纸，配抄其它文化用纸及纸板。,.,2RMP(RefinerMechanicalPulp)盘磨机械浆得率：9095%基本流程：木片洗涤器脱水机盘磨机（二段盘磨机）筛选RMP的特点：（1）原料成本较SGW低，可利用磨木机不能用的木材边角料；（2）设备占地面积小，生产能力较大；（3）强度较SGW好，但能耗较SGW高（高50%100%），不透明度及印刷性能稍低。,.,木片磨木机示意图,.,3TMP(Thermo-MechanicalPulp)预热盘磨机械浆得率：9095%基本流程：洗后木片预热器压力盘磨机浆汽分离器二段盘磨机（常压）（消潜）筛选TMP特点：（1）长纤维组分较高，强度比SGW、RMP高，纤维束含量低；（2）细小纤维和碎片含量低，滤水性好（3）松厚度比SGW大，抄出纸页表面较粗糙。主要用于抄造新闻纸、印刷纸、涂布纸、面巾纸、纸板等。,.,TMP生产系统,.,4CMP(Chemi-MechanicalPulp)化学(盘磨)机械浆得率：8090%基本流程：木片化学预处理（预浸渍）盘磨机磨浆筛选化学预处理（预浸渍）中的化学药品一般为：NaOH,Na2SO3,Na2SO3,+NaOH(NH4)2SO3+NaOH(或其它pH缓冲剂如MgO等)NaOH+H2O2等CMP特点：强度优于RMP、TMP可用于配抄新闻纸、印刷纸、书写纸等,.,5CTMP(Chemi-Thermo-MechanicalPulp)化学预热机械浆（BCTMP：漂白化学预热机械浆）得率：9093%基本流程：（挤压）木片汽蒸浸渍预热压力磨浆筛选CTMP特点：（1）平均纤维长度较大，碎片含量低；（2）针叶木CTMP强度可接近化学浆。可用于生产新闻纸、印刷书写纸、卫生纸、纸板、绒毛浆等。,.,CTMP生产系统,.,6.APMP(AlkalinePeroxideMechanicalPulp)碱性过氧化氢化学机械浆流程：洗后木片常压预汽蒸一段螺旋压榨、预浸常压预蒸仓二段螺旋压榨、预浸常压预蒸仓一段常压磨浆洗涤脱水二段常压磨浆消潜筛选APMP特点：杨木APMP与BCTMP相比较有能耗低、化学药品消耗较低、白度和强度较高的特点；但针叶木APMP与BCTMP相比较未表现出明显优势。,.,7.SCP（Semi-ChemicalPulp）半化学法浆得率：6580%基本流程：木片化学预处理盘磨机磨浆筛选NSSC（NeutralSulfiteSemi-Chemicalpulp）中性亚硫酸盐法半化学浆（生产半化学浆的主要方法）ASSC(AlkalineSulfiteSemi-Chemicalpulp)碱性亚硫酸盐法半化学浆用于生产一般文化用纸，包装纸、瓦楞纸板等。,.,四、磨浆机理及有关影响因素（一）盘磨机磨浆机理国外高速摄影的结果表明：在盘磨机进口处木片首先发生破碎，在向外周运动的过程中离解、纤维化、细纤维化。一般认为盘磨机磨浆可以分为三个区段：1.破碎区：磨盘中心部分，（木片首先进入），这部分盘间距最大，刀片厚，刀数少，木片在高温下破碎，成杵状小木棍。2.粗磨区：盘间距从内向外逐渐变小，原料停留时间较长，逐渐被磨碎成针状的木丝，由于相互的摩擦作用，被离解成纤维束和部分纤维。3.精磨区：靠齿盘外周，齿数增多，齿沟变窄，进一步细纤维化，离解。,.,要使木片被磨成良好的浆料，应使之经历两个过程：1使木片离解，尽量保护纤维长度，减少切断。因此需利用木片之间的相互摩擦，磨浆浓度宜高，间隙应大些。2进一步纤维化和细纤维化，磨浆浓度宜低些，盘间隙宜小些。生产中往往采用分段磨浆来实现上述两个过程。,.,（二）影响盘磨机磨浆的有关因素1.材种与料片规格：木材种类、纤维形态、化学组成有关研究结果表明（见P117-118表3-8），用密度小、生长快、秋材含量高、抽出物含量低的木材，可生产出强度较高的盘磨机械浆。2.磨浆浓度：是重要的影响因素，一般控制在2030范围。第一段磨浆25左右，第二段磨浆20左右.,.,3.预热温度（压力）和时间预热（汽蒸）的作用：对TMP，软化纤维胞间层木素，使纤维易于分离，预热温度影响纸浆质量。预热温度过高（超过木素玻璃化转移温度），木素充分软化，纤维分离发生在胞间层和次生壁之间，纤维分离后表面覆盖着木素，一段磨浆后浆料冷却，原来软化的木素变硬形成玻璃状外壳，成为二段磨浆的障碍，造成难以细纤维化，磨浆动力消耗大，浆料白度下降。预热温度过低，木素未能软化，纤维发生不规则分离，产生碎片多，纤维长度降低，纸浆强度下降（类似RMP）。据有关研究，在接近（稍低于）木素玻璃化转移温度时，纤维分离发生在次生壁外层，有利于二段磨浆产生细纤维化作用，提高纸浆强度。木素玻璃化转移温度的下限为120135oC。预热时间一般为12min.,.,4磨浆能耗与能量分配RMPTMPSGWKWh/t浆160022001800230011001300离解只消耗较少的能量，大部分能量消耗于纤维的进一步磨解（精磨）。在两段中合理地分配能耗有利于提高浆料的强度性质。有研究表明，对于TMP，一段磨浆能耗占总能耗的50%左右时，浆料的强度较好。,.,5.磨盘间隙磨盘间隙、浆浓、能耗：三个参数可控制，相互影响；能耗一定：浆浓高，间隙应加大；浆浓一定：间隙小，能耗会增加。用于离解纤维，间隙应大些，用于精磨（发展强度）则间隙应小些。间隙200m时，磨盘震动，纤维长度剧烈下降，纸浆强度明显下降；制造时磨盘间隙一般不可能小于100m（平行问题）,.,6.磨盘特性（1）齿型：齿的长短、数量、粗细；齿的排列与分布；齿槽的深浅、宽窄和分布；浆档的设置；三个区的划分与磨浆面积等，均影响生产能力、浆料质量和能耗。（2）齿盘锥度：指单位径向上的坡度，随材种、得率、齿型结构而变。提高磨浆浓度，锥度应加大（p120）。（3）磨盘材料：关系到磨盘的使用寿命（铬镊钼合金、陶瓷、塑料、砂轮等）,.,(三)磨木机磨浆原理1磨石：分为天然磨石与人造磨石两类，人造磨石又分为水泥磨石与陶瓷磨石两种。人造磨石由磨料粒子与粘胶剂组成，磨石粒子的形状与粒度、磨石的气孔率和硬度决定磨石的性能，影响生产能力和纸浆质量（P104：图3-6、表3-2）2磨木过程的三个阶段：（1）由磨擦及压力脉冲产生的能量（摩擦能与振动能）被木材吸收后，转化为热能，使木材温度升高，胞间层木素软化；（2）经软化的纤维在摩擦力及剪切力的作用下由木材表面剥离下来；（3）剥离下来的纤维与纤维束聚集于磨石刻纹的沟槽中，在移出的过程中受到复磨与精磨。三个阶段密切相关，相互影响。,.,（四）影响磨木机磨浆的因素1.原木质量：水分4045%为宜。水分小于2030%时，产量与质量下降，动力消耗增加；水分大于50%时，产量下降。原木的材种影响浆料的质量、白度、得率和能耗。2.磨石的表面状态：纹锋锐利时产量高，单位电耗低，但以切割作用为主，磨出纤维短硬，碎料多。所以刻石后要去锋。纹锋完全变钝后，产量下降，电耗上升，此时需要磨石。在一个磨石周期的中间一段时间内，纹锋钝圆，得到质量适宜的浆料。3.磨木比压：指单位磨碎面积上所受的压力（与装料操作有关）比压增加：产量增加，粗纤维增加，纸浆强度下降。比压应与磨石纹锋配合，钝的纹锋应相应提高比压。,.,4.磨石线速：线速增加，产量和动力消耗增加，但一定范围内单位动力消耗有所降低。一定压力下提高线速可提高磨碎区温度，磨出纤维细长而较柔韧。由于线速受磨石机械强度限制，现代磨木机多采用大直径磨石来提高线速。5.磨木温度与浆浓：由于磨碎区温度不易测量，生产中往往测定浆坑温度。调节喷入浆坑的白水温度和喷水量，可以调节温度和浆浓。提高温度：纤维分离较容易，浆强度高，滤水性好。生产中一般控制浆坑温度在7585oC。提高浆浓：生产能力下降，大量浆料被复磨，浆料强度下降。生产中一般控制浆浓在2.0%。P108：生产控制中浆坑温度、浆浓和白水浓度的关系P109：图3-12为浆坑温度和浆浓对纸浆裂断长的的影响表-3-4为工厂磨浆条件的例子,.,6.磨石浸渍深度：浸入浆中的目的是为了清洗磨石表面，均匀冷却磨石。浸渍深度可由浆坑挡板调节国外发展的无浆坑磨木:将浆坑挡板放低，使磨石不浸入浆中，可减少磨石运行中的阻力;用高压喷水消除复磨，降低浆料打浆度和能耗，延长刻石周期，稳定浆料质量;但需严格控制喷水温度、压力、喷水量和在整个磨石面上喷水均匀，以保证浆的质量和磨石安全。,.,四、化学处理CTMP化学处理的药品一般为氢氧化钠、亚硫酸钠和碳酸钠。化学处理的位置一般在磨浆前，也有在段间甚至段后（P132，图3-40）。（一）化学处理的作用：使原料（木片）软化，有助于降低磨浆能耗，较多地分离出完整的纤维，增加浆料中的长纤维组分，提高纸浆强度。化学处理软化木片与热处理软化木片的根本区别在于：化学处理对木素的软化是不可逆的过程，而热处理软化木素是可逆的过程。木素的软化温度（1）与木材中的水分含量有关，在一定范围内随水分含量增加而降低（P133，图3-42）；（2）与化学处理后木素的磺化度有关，随磺化度的增加木素的软化温度呈直线下降。,.,碱的作用：促进纤维润胀，增强半纤维素和木素的水合作用，降低软化温度，为磨浆时纤维的离解创造有利的条件，降低能耗，但影响纸浆白度（图3-49图3-51）。亚硫酸钠的作用：木素的磺化使其软化温度降低，亲水性增加，热塑性增大，磨浆时纤维易于离解，浆的质量提高（浆中的长纤维比例、纤维的比表面积和浆的结合强度均增加，见P133，图3-43、3-44、3-45）。,.,（二）CTMP生产的重要影响因素1原料状况水分含量影响浆质量；树皮、腐朽材、木节等影响纸浆的尘埃度、白度和强度；砂石等杂质影响磨盘寿命。2预浸渍工艺（1）预汽蒸：排除木片中的空气，增加木片中的水分含量，提高木片温度，有利于浸渍时更快地吸收药液。（常压预汽蒸，10min以内）（2）木片挤压程度：进一步除去木片内的空气，促进木片对药液的吸收更快并更均匀，需挤压木片，挤压由进料螺旋实现。压缩比为1:1无挤压作用，仅起输送作用；2:1压缩的木片形成料塞，可起密封作用；2.5:1木片体积与原木材相似，木片表面的空气被除去4:1以上进一步除去木片内的空气，有利于木片吸收更多的药液，均匀浸透。,.,（3）预浸渍温度与时间：与原料材种及木片有无经过挤压有关。预浸渍温度针叶木一般为120135oC，阔叶木一般为60120oC。预浸渍时间一般为25min。（4）化学药品用量与pH值：见P135136，图3-49图3-55五、TMP的热能回收与利用（P139141）回收的蒸汽根据其压力高低可用于：1.直接或间接加热白水或清水，用于生产；2预热木片；3加热空气，热空气用于纸机通风系统、车间的取暖通风等；4蒸发纯水，产生新鲜的低压蒸汽，经压缩机升压后，用于纸机干燥系统。,.,六、生物机械浆（BMP，见P141144）以微生物或其制品（酶）对木片进行预处理，然后用机械法或化学机械法制浆。生物处理的目的：有选择性地分解（降解）原料中的木素，尽可能减少碳水化合物的损失。从而降低磨浆能耗，减轻废水污染，提高纸浆强度。主要采用：白腐菌、漆酶等（研究阶段）,.,七、有关概念和质量指标消潜：高浓磨浆时纤维会发生扭曲与缠卷，放料冷却后这种潜态（latency）被保持，