化学机械浆.ppt

1、第四节 化学机械浆 （Chemimechanical Pulp）,CMP、CTMP、SCMP,在常温或在一定温度(压力)下，用化学药品预处理（预浸渍）木片(草片)，然后常压下在磨浆机里磨解成浆，并进行制浆后处理（消潜、筛选、漂白等）。 此法已有较长的历史，最早于1947年出现第一次研究的报道。最先使用的是冷碱法(Cold Soda CMP)，此法至今仍在CMP领域中占主要地位。后来又出现在一定温度(压力)下进行化学处理，并使用Na2SO3 。 按使用药液的不同，CMP可分为：冷碱法和亚硫酸盐法。后者发展为SCMP。,CMP发展,CMP (Chemimechanical Pulp) 化学(盘磨)

2、机械浆 得率：80 90%（化学处理程度比CTMP强烈） 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,设备包括: （1）木片分选设备。 （2） 化学预处理设备:蒸球、蒸煮锅、斜式和横管式连续蒸煮器、压力浸渍器等。 （3）螺旋压榨机：用于预离解及回收废液。 （4）盘磨机 （5）筛选及净化设备 （6）漂白设备 CMP

3、的纤维离解原理（重点，主要指冷碱法） 化学处理的润胀差异使胞间层及纤维的体积增加不同，而胞腔体积大大减少，这便产生了应力，而这种应力在磨浆时在胞间层、初生壁及次生壁之间产生了破裂，并暴露出微纤维。 显微镜观察CMP可发现大量的未被破坏的暴露出次生壁及微纤维的纤维。,CMP的化学成分变化 一般地，CMP浆的损失随碱耗的增加而增加，溶出物主要为半纤维素。当浆的得率为9093%时，有510%的木素及碳水化合物溶出，其中主要为半纤维素，溶出的木素很少。 CMP的漂白 漂白方法：同磨木浆 漂白剂：亚氯酸钠、过氧化物、亚硫酸钠 漂白程度：可从4050%ISO漂至6070%ISO 废液的回收及排放 化学处理

4、后的废液可以补充化学药品后再次使用。 洗浆后的废液可以回用做磨浆机、筛选和净化稀释水。,CTMP的发展不是突然出现的，是长期进行基础研究的结果。 CTMP是强化处理的CMP，也是TMP的改进。CTMP是TMP 的热软化作用与CMP的化学软化作用的相加，使纸浆的强度提高。 采用加热和化学药品处理的改良法，能使采用的原料种类扩大、质量提高，并使纸浆用途增加。,CTMP (Chemithermomechanical Pulp) 化学热磨机械浆（BCTMP：漂白化学热磨机械浆）,关于高得率纸浆强度特性与影响因素，应该从纤维长度与形态学参数来考虑，为了达到纸浆的高强度，希望： （1）长纤维组分多； （2

5、）细纤维化的程度高； （3）细纤维的结合性能好。 CTMP就是为了满足这三个条件而进行的。,CTMP (Chemithermomechanical Pulp) 化学热磨机械浆（BCTMP：漂白化学热磨机械浆）,得率： 8090% 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。,（一）CTMP 生产流程,化学药品,常压汽蒸 化学浸渍 预热 磨浆 未漂浆,磨浆机,1 化学处理的目的和任务 化学处理的目的： 1)在高纸浆得率基础上，生

6、产出满足某种产品性能的高得率纸浆； 2)降低生产成本，少用或不用高价的长纤维化学浆； 3)开辟制浆原料来源，充分利用其他制浆方法不太适宜或较少使用的阔叶木； 4)软化纤维，提高强度，为减少碎片含量创造条件。 化学处理的主要任务是实现纤维的软化。软化后的纤维，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进行温和的化学处理，也有在段间甚至段后（P137，图3-37）。,（二）CTMP 化学处理,2 化学处理的作用原理： 化学处理对木片的基本作用主要有两个： 木材纤维的润胀 木素的改性

7、 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 热处理软化木素是可逆的过程,（1）木材纤维的润胀 木材是粘弹性物质，表征木材物理特性的刚性率（G）与内摩擦因数（u）与木材纤维的软化程度密切相关。经化学处理的木材，G值变小（纤维变软），u值增大（细纤维化程度高）。 半纤维素的软化温度与水分含量有关。 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（P137，图3-39）；（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。,G值：刚性率，关系到能否分离完整的纤维细胞（越小，纤维越软） u值：内摩擦因数，

8、关系到细纤维化程度（越大，相互揉搓作用大）,在亚硫酸钠化学处理的温和条件下，主要是木素的磺化反应，不会导致木素结构的广泛裂解。 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。 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P137-138，图3-40、3-41、3-42）。,（2）木素的化学改性,磺酸基取代木素的羟基，在木素结构中引入强亲水基，使木素吸收更多的水，纤维发生永久性软化。,（三）CTMP生产

9、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 化学预浸渍，是CTMP的主要特征，也是生产CTMP的关键工艺。 （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，增加木片的水分含量。,（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。 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

10、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。 预浸渍温度与材种和设备有关。 一般地，针叶木为120135 oC， 阔叶木为60120 oC。 预浸渍时间为25min。,（4） 化学药品用量与pH值： 化学药品主要是亚硫酸钠；阔叶木CTMP时，还需加入一定的NaOH,一定量的氢氧化钠，可增强半纤维素与木素水合作用，促进纤维润胀，有利于磨浆时纤维分离及细纤维化，可降低磨浆能耗，但会使纸浆的白度和光散射系数下降。,亚硫酸钠用量影响木片的磺化度。随磺化度的增加，纸浆的白度有一定提高，光吸收系数与光散射系数急剧降低。,小结： 1 木片预汽蒸作用

11、：,用蒸汽置换纤维细胞腔中的空气，这样，有利于后面化学药品对木片的浸透，当汽蒸后的木片进入浸渍器时，与冷的浸渍液接触，木片内的蒸汽即被冷凝，体积缩小，形成局部真空，浸渍液则被均匀地吸入到木片内的空隙中，以增加吸液量。,2 化学浸渍前木片为什么要压缩？,木片的化学浸渍过程是用NaOH+ Na2SO3的药液浸渍木片，为了更好地发挥化学浸渍的效果，应先对木片进行机械预处理，使木片受到压缩变形、挤压、变薄和产生裂纹; 汽蒸后的木片经过塞式螺旋，在螺旋中木片被压缩成固体的塞状，同时受到挤压挤出木片中的水分和汽蒸时的蒸汽冷凝液，木片塞子通过螺旋的锥形部分后，进入垂直的浸渍器，木片塞子象海绵那样突然膨胀，变

12、疏松，有利于药液吸收，而且热的木片与冷的浸渍药液接触，由于温度与浓度差的关系，加速了药液向木片内部扩散。,纤维化区反螺旋 输送区正螺旋,3 木片化学浸渍的四种方法：,1）木片经水洗和螺旋压榨后，利用它本身体积的膨胀来吸收药液，吸量达0.96 ； 2）经汽蒸后的木片与冷药液接触，加速扩散，促进药液的吸收，吸液量达0.79； 3）把药液喷淋到木片上； 4）直接把药液加入盘磨机。 （1）和（2）的结合，是比较理想的流程，化学药液浸透好，磨出的浆中纤维束含量最少。喷淋法最差。（4）把药液加入盘磨及内，可以大幅度地降低能耗，但纤维束含量最多。,4、浸渍后的木片送入存留槽进行预热，使化学药品均匀地浸透到木

13、片内部，进行磺化反应，同时提高木片的温度，以软化木片。 5、木片进入盘磨机后，进行离解分离成单根纤维。 6、经过白水稀释后的浆料在进入二段磨浆之前，先用一台双辊压榨机进行脱水（浓度由3%浓缩到20%左右），脱水的目的是除去被化学药品及水溶解的物质，同时提高浆料浓度以适应第二段高浓磨浆的要求。 7、浆料在第二段盘磨机中进一步精磨、细纤维化。经过二段精磨后的浆料送至筛选、净化系统。,（四）CTMP的特性及应用,1 CTMP的特性,CTMP 的平均纤维长度较高，碎片含量低，得率在9093 与化学制浆相比，每生产1吨浆料，就节约了近1吨的木材 CTMP化学处理程度轻，产生的污染很小 与化学浆相比，CT

14、MP纤维粗度较大，纤维较挺硬，具有优良的光学性能。虽然白度较低，但不透明度较高，强度接近化学浆。,1）新闻纸：传统的新闻纸浆料配方基本上是：SGWCP = 31，TMP CP=51，CTMPCP=71 2）纸板：由于CTMP的松厚度大，纤维结合力好，挺度好，所以可用CTMP抄造纸板 3）绒毛浆：主要用于生产婴儿尿片及其它高吸水性的纸，这种纸CTMP要求有良好的吸水性和低抽出物含量 4）薄页卫生用纸：如餐巾纸等。（良好的吸收性，一般CTMP比例不超过15%20%） 5）书写印刷纸：这种CTMP生产时，要控制好强度性能与不透明度、平滑度、印刷性能的关系。（游离度不能太高，细纤维化程度大）,2 CT

15、MP的应用,CTMP与SGW、TMP性能比较：,（一） 特性比较： 指标名称： SGW TMP CTMP 长纤维含量（%） 10 35 45 细小纤维 （%） 35 28 23 纤维束含量（%） 0.5 0.15 0.05 紧 度 kg/m3 425 400 430 抗张指数 Nm/g 30 42 47 撕裂指数 mN/g 3 8 8.5 白度 ISO(%) 62 58 62,（二）能耗与环保比较： 1、能耗： 在浆的强度相同的情况下，CTMP的能耗比RMP低，比SGW稍微高些，SGW的能耗最低。 2、污染情况： CTMP与CP比较，污染减轻了很多，但是与SGW相比，CTMP的废水污染要严重，

16、因为，CTMP流程中采用了化学药品处理。,典型的BCTMP生产流程,SCMP (Sulfonated Chemimechanical Pulp) 磺化化学机械浆,SCMP20世纪70年代开发的新浆种 应用：可用于生产新闻纸、印刷纸、薄型纸、纸板以及绒毛浆。,1、用Na2SO3 等药液使木素进行磺化，将木素间的氢键打断，在木素上引入磺酸基（SO3H），使其具有亲水性而润胀变软。 2、它与一般的CMP不同，所受到的化学处理程度较深、较强，引入的磺酸基数量在1.2%以上（对绝干木材），但又不能使木素溶出。 3、SCMP特点：得率高8590；强度好；滤水性好；污染小。 4、处理条件：NaOH用量4%、

17、Na2SO3用量12%、温度140 0C、时间30min 。,SCMP基本工艺,SCMP的制浆原理（重点）,利用亚硫酸钠与木片进行磺化反应，使木片亲水性增大，产生永久性软化，从而提高木片的塑性。 在磨浆过程中，可以更完整的分离纤维以及细纤维化，使纤维的柔软性与结合强度有较大的增加，可以获得最佳的撕裂和抗张强度之间的关系。,亚硫酸钠药液蒸煮,SCMP制浆的主要影响因素（重点）,木片的软化温度，随木素磺化度的增加，呈直线下降。 当磺化度低于1.2时，仅胞间层的木素被磺化而发生软化，有助于纤维的完整离解； 当磺化度在1.22.0时，磺化反应将在纤维细胞壁中进行，在磨浆中有助于微细纤维的游离，产生细纤维化，提高纸浆的结合强度。 SCMP的生产，关键在于磺化的工艺条件，要使磺化度达到1.2以上。（目前，一般都在1.22.4）,（1）亚硫酸钠用量 磺化度随亚硫酸钠用量的增大而增大；但有一定的限度，残液中亚硫酸钠浓度也会很高。,（2） 浸渍液的pH 提高浸渍液的pH，可以提高木片的磺化度，但纸浆的白度下降；而且，会导致木素溶出增多，纸浆得率下降。 一般保持