ISOTS 113712023 纸浆.用实验室精炼机模拟工业低稠度精炼的指南标准立项发展报告

纸浆用实验室精炼机模拟工业低稠度精炼的指南标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Pulps—GuidelinesforUsingLaboratoryRefinerstoSimulateIndustrialLowConsistencyRefining摘要关键词：纸浆精炼；低稠度精炼；实验室精炼机；工业模拟；比边缘负荷；国际标准Keywords:PulpRefining;LowConsistencyRefining;LaboratoryRefiner;IndustrialSimulation;SpecificEdgeLoad;InternationalStandard一、引言1.1研究背景纸浆精炼（Refining）是造纸生产过程中决定纤维特性和最终纸张质量的核心工序之一。通过机械作用对纤维进行切断、分丝帚化和压溃处理，精炼过程直接影响纸浆的打浆度、保水值、抗张强度、撕裂度等关键性能指标。在工业实践中，低稠度精炼（LowConsistencyRefining，通常指浆浓在3%~6%之间的精炼过程）因其处理效果好、能耗相对可控，已成为绝大多数纸种生产的标准工艺选择。然而，工业规模的精炼系统受设备结构、磨片齿形、比边缘负荷（SpecificEdgeLoad,SEL）、精炼浓度、通过量等多重因素的综合影响，系统参数复杂且调试成本高昂。在此背景下，利用实验室精炼机在研发阶段对工业精炼效果进行准确模拟，成为优化工艺参数、缩短研发周期、降低试验成本的必然选择。但长期以来，由于缺乏统一的国际标准，不同实验室之间、实验室与工业系统之间的测试结果缺乏可比性，严重制约了技术交流与成果共享。1.2标准立项的必要性尽管ISO/TC6（纸、纸板和纸浆技术委员会）此前已发布多项关于纸浆打浆和精炼的测试方法标准，但对于"如何利用实验室精炼机有效模拟工业低稠度精炼过程"这一应用性课题，始终缺乏系统性的技术指南。与此同时，全球造纸工业的转型升级对精炼工艺的精细化控制提出了更高要求，行业迫切需要一份能够统一实验方法、规范参数标定、明确等效性评估路径的权威技术文件。在此背景下，国际标准化组织纸、纸板和纸浆技术委员会（ISO/TC6）经充分论证，于2018年正式批准立项ISO/TS11371，由瑞典标准化机构（SIS）牵头，联合芬兰、中国、美国、日本、巴西等主要造纸国家的专家学者共同参与起草工作。二、标准编制过程2.1立项与起草阶段ISO/TS11371于2018年正式立项后，项目组在ISO/TC6/WG10工作组框架下开展工作。起草过程中，工作组系统收集了各国在实验室精炼机应用方面的大量实验数据和实践经验，重点就以下关键技术问题进行了多轮深入研讨：-实验室精炼机类型与工业精炼机的对应关系；-比边缘负荷（SEL）、比表面负荷（SSL）等能量输入参数的计算与标定方法；-实验室精炼结果的外推（Scale-up）方法；-不同浆种条件下模拟精炼效果的验证手段。2.2征求意见与审查阶段2020年至2022年间，标准草案经过多轮委员会内部审议，并于2021年10月进入公开征求意见阶段（CD/DIS阶段）。来自全球20余个成员国提交了共计200余条技术意见，项目组对所有意见逐一进行了处理与回复。其中，关于实验室精炼机磨片齿形选型、精炼比能耗（SRE）的归一化处理方式、以及如何合理评估精炼均匀性等问题的讨论尤为充分，最终形成了较具包容性和实用性的技术方案。2.3正式发布经过近五年的技术论证与协商，ISO/TS11371:2023于2023年7月14日由国际标准化组织正式发布。作为技术规范（TechnicalSpecification），该文件为后续进一步转化为正式国际标准（ISO）奠定了坚实的技术基础。三、标准主要内容解读ISO/TS11371:2023在结构上共分为以下几个核心部分：范围、规范性引用文件、术语与定义、符号与缩略语、实验室精炼机类型与选型原则、模拟精炼的通用程序、参数标定与等效性评估、结果报告等。以下对重点技术内容进行解析。3.1适用范围与基本定位该标准适用于使用实验室盘磨机（LaboratoryDiscRefiner）对化学浆、机械浆及再生浆进行低稠度精炼模拟操作，旨在为实验室条件下的精炼试验提供一套标准化指南，使实验结果的可靠性和可比性得到显著提升。标准明确不涉及高稠度精炼（HighConsistencyRefining）及特殊精炼设备（如锥形精炼机）的模拟方法。3.2实验室精炼机与工业精炼的等效性评估标准的核心技术贡献之一在于提供了一套系统的等效性评估框架。该框架的基本逻辑为：首先，在实验室精炼机上对某一参照浆料进行系列精炼试验，建立比边缘负荷和净精炼比能耗（NetSpecificRefiningEnergy）与浆料性能（如打浆度（°SR）、加拿大标准游离度（CSF）、纤维长度分布等）之间的对应关系曲线；其次，在工业精炼机组上对同一浆料在特定工况下进行取样分析，获取相应的性能指标；进而通过比对两组数据所对应的净比能耗水平，反向验证实验室精炼条件和工业工况之间的等效关系。3.3操作参数标定与能量输入控制比边缘负荷（SEL）是精炼过程能量输入强度的重要指标，其定义为每单位磨片切割边缘长度所施加的净精炼功率。ISO/TS11371:2023规定了SEL值从实验室结果向工业应用的传递原则——在相同浆种和相近磨片齿形条件下，保持SEL值的一致性是实现等效模拟的重要前提。标准要求试验报告必须同时记录齿刀长度、磨片直径、转速、磨片间隙和净功率等原始数据，以确保结果的可追溯性。3.4浆料准备与试验条件控制为保证试验数据的可靠性，标准对浆料准备和试验条件提出了明确要求：浆料须经充分疏解（Disintegration），避免纤维絮聚对精炼均匀性的干扰；浆浓应严格控制在3%~6%的目标范围内；精炼过程中应保持浆料温度稳定（通常为20°C±2°C），以防止温度波动引起纤维性能的非预期变化。此外，标准建议每次精炼试验记录取样次数、精炼时间和能量累积值等关键信息。3.5结果报告与数据表达标准规定了精炼试验报告应包含的最低信息项，包括浆料（种类、来源、预处理方式）、精炼机（型号、磨片参数、转速）、精炼条件（浆浓、温度、间隙、功率、时间）、能耗参数（SEL、SRE）、浆料性能测试结果（打浆度、游离度、纤维形态、强度性能等）。统一的报告格式有力地保障了不同实验室和不同研究工作之间成果互认和比较分析的可能。四、主要参与编制单位介绍4.1瑞典RISE研究院（ResearchInstitutesofSweden）瑞典RISE研究院是ISO/TS11371:2023标准编制工作的牵头单位，其前身为瑞典STFI-Packforsk（瑞典制浆造纸研究所），在制浆造纸领域拥有超过百年的研究积淀。RISE研究院的纸浆与生物质技术部门长期开展纤维精炼机理、磨片设计优化及精炼过程能耗调控等前沿研究，拥有国际领先的精炼试验平台和丰富的工业实践经验。在ISO/TS11371的编制过程中，RISE研究院承担了标准的框架设计、主要内容起草和国际协调等核心工作。项目团队基于多年来在瑞典及北欧造纸工业中积累的大量实验室-工业精炼对比数据，系统总结了可靠的等效性评估方法和参数标定流程，为标准技术内容的权威性和实用性提供了坚实保障。此外，RISE研究院还负责协调各成员国之间的技术意见，推动各方在关键技术上达成共识。4.2其他重要参与机构除RISE研究院外，芬兰VTT技术研究中心、巴西纸张和纤维素研究所（IPEF）、日本制纸联合会、加拿大FPInnovations以及中国制浆造纸研究院有限公司等机构也深度参与了标准的起草和技术讨论工作。中国作为全球最大的纸及纸板生产国，在标准制定过程中积极贡献了国内低稠度精炼领域的研究成果和工程数据，对提升标准在亚洲浆种条件下的适用性发挥了重要作用。五、标准应用前景与影响5.1对造纸行业研发体系的影响ISO/TS11371:2023的发布，为全球造纸企业、装备制造商和科研机构提供了一份具有权威性和可操作性的技术指南。在实验室中采用统一的标准进行精炼模拟，将使不同研究团队之间的试验数据具备更高的可比性，从而加速基础研究成果向生产技术的转化过程，有效减少重复性试验投入，显著提升研发效率。5.2对精炼装备技术进步的推动标准中对精炼机操作参数标定和能量输入精确控制的要求，将间接引导精炼设备制造商进一步优化磨片齿形设计、传动系统精度和自动化控制水平，推动精炼装备向智能化、精细化方向升级。5.3对标准化体系建设与标准升级的示范意义ISO/TS11371:2023是纸浆精炼模拟领域的第一份国际技术规范文件。随着行业应用经验的不断积累和技术数据的持续丰富，未来有望在适当时机升格为正式国际标准（ISO），并带动相关标准（如高稠度精炼模拟指南、磨片耐用性评估规范等）的系统性发展，逐步完善纸浆精炼标准化体系。5.4人才培养与知识共享该标准的推广实施为高等院校和科研机构的人才培养提供了规范化的教学参考，有助于新入职工程技术人员快速建立对精炼工艺的系统理解，对行业知识传承与技术进步具有重要意义。六、结论与展望ISO/TS11371:2023《纸浆用实验室精炼机模拟工业低稠度精炼的指南》的正式发布，是国际造纸标准化领域的一项重要成果。这一标准的出台填补了低稠度精炼模拟领域国际标准的空白，为全球造纸行业在实验室条件下准确预测和优化工业精炼效果提供了统一且具有权威性的技术指南。标准确立的等效性评估框架、比边缘负荷传递原则以及规范化的试验报告格式，有效解决了长期以来实验室研究与工业应用之间的"信息鸿沟"问题，为行业技术研发、工艺优化和设备改进提供了科学与系统的参考依据，同时也为全球范围内的技术交流与成果共享创造了有利条件。展望未来，随着造纸行业数字化和智能化转型的深入推进，精炼过程的在线监测、数字孪生建模和人工智能优化等新技术将不断涌现。在此背景下，ISO/TS11371:2023所确立的规范化试验方法和数据表达体系，将有望成为连接物理试验与数字模型的关键桥梁。期待相关国际标准化组织、各国科研机构和造纸企业持续深化合作，不断完善精炼标准化体系，共同推动全球造纸工业绿色、高效、可持续发展迈上新台阶。【主要参考文献】1.ISO/TS11371:2023,Pulps—Guidelinesforusinglaboratoryrefinerstosimulateindustriallowconsistencyrefining,ISO,2023.2.ISO5264-2,Pulps—Laboratorybeating—Part2:PFImillmethod,ISO.3.ISO5267-1,Pulps—Determinationofdrainability—Part1:Schopper-Rieglermethod,ISO.4.中国造纸协会.中国造纸工业可持续发展白皮书.北京:中国轻工业出版社,2022.5.刘振华,王海松.纸浆精炼技术与装备的研究进展.中国造纸学报,