采用横管连续蒸漂工艺生产棉浆的方法

摘要

本发明提供了一种利用横管蒸煮设备连续生产棉浆的方法,在横管蒸煮设备内一次完成了棉浆的蒸煮和漂白过程。本发明使用的棉纤维原料在进入横管蒸煮设备前浆料中棉纤维已被切短,优选使用湿法切料,通过工艺参数的确定和设备的合理组合,解决了使纤维浆料在横管中输送,喂料均匀,不缠绕等技术难点,利用横管蒸煮设备同时完成了蒸煮和漂白过程。作为又一种连续化棉浆制浆技术,实现了棉浆制浆技术的创新。

说明书

发明领域

本发明涉及造纸工业中制浆技术，尤其涉及采用横管连续蒸漂技术生产棉浆的方法。

发明背景

造纸工艺分为制浆和抄纸两大部分，根据纸制品的用途和质量要求的不同，制浆工艺又分碱法制浆和酸法制浆。传统的制浆方法多为碱法制浆，其排放污染是众所周知的环保重点，随着全球环境保护意识的增强和科学技术的发展，技术改革早已成为必然趋势。七十年代出现了采用NaOH+H₂O₂(碱性过氧化氢)的棉浆制浆一次蒸漂工艺，这项环保型技术以其显著的优越性在国外有规模和实力的企业得到逐步采用。目前，世界各国的棉浆蒸漂工艺大多以碱性过氧化氢蒸漂工艺取代了传统的制浆质量差、环境污染严重的碱法蒸煮工艺。

高档纸制品多采用棉浆，尤其是钞票用纸及有价证券的用纸，都必须采用棉浆。目前，棉浆制浆的工艺方法及设备主要有三种：

一、利用传统的蒸球或蒸锅，碱法制浆，蒸煮剂为NaOH；次氯酸盐漂白，漂白剂为NaC10、Ca(C10)₂；其半浆设备为洗叩机，生产方式为间歇式；

二、八十年代中期开始采用的(源自德国)的打饼-蒸漂锅制浆，用NaOH+H₂O₂进行蒸漂，半浆设备为旋风处理器(即“TORNADO”)，生产方式仍为间歇式；

三、连续生产方法，包括：

1、Bivis双螺旋管连续蒸漂制浆，蒸漂剂为NaOH+H₂O₂，主要在法国、英国被采用；

2、塔式连续蒸漂设备和工艺，蒸漂剂为NaOH+H₂O₂，例如德国路易森厂采用；

在以上工艺中，第一、二种技术路线和设备均为落后的间歇式的制浆技术，操作繁琐，无法实现制浆全过程的程序控制，随着社会发展将逐步被淘汰。

制浆生产的连续化是业内各企业发展的方向，而目前的两种连续制浆生产工艺需要昂贵的设备投资，例如引进一万吨制浆能力的设备需要600万美元，一般企业没有这样的经济实力。此外，据调研考证，Bivis双螺旋管连蒸工艺生产棉浆中易出现的问题是双螺旋造成的纤维“结”，是这种设备造成的工艺缺陷。也就是说，探索采用比较小的设备投入，生产同样质量的棉浆产品的生产工艺将具有显著的实用效益。

发明概述

针对制浆领域的发展现状，本发明提出了采用横管连续蒸漂工艺生产棉浆的方法，在不增加设备投资的前提下，实现采用碱性过氧化氢作蒸漂剂的蒸漂技术连续生产棉浆。

横管连续蒸漂工艺及横管连续蒸煮器设备目前主要用于传统的碱法制浆，尤其是以稻草和芦苇纤维为原料的短纤维浆的蒸煮。本发明通过对工艺进行研究及对配套设备进行组合与改进，实现了将其用于棉浆制浆的连续化生产。本发明提出的棉浆连续生产方法包括采用棉纤维原料利用横管蒸煮设备实现一次性连续蒸漂完成蒸煮和漂白工序，其中，进入横管蒸煮设备的浆料中棉纤维已被切短，蒸煮和漂白工序使用氢氧化钠与过氧化氢为蒸漂剂，同时加入润湿剂和稳定剂。

本发明方法的实施关键在于控制进入横管蒸煮器的浆料中的棉纤维长度，对其予以事先切短，优选采用湿法切料(即对浆料先预浸后再予以切断)，保证了棉浆在连续蒸煮器内部顺利通过；同时通过设备的组合及工艺参数的确定保证了在同一蒸漂设备中一次完成蒸煮和漂白。发明详述

如前所述，采用横管连续蒸煮设备制备棉浆的最大困难就是浆料的输送，因为棉纤维本身可长达29mm左右，远长于草浆等其它短纤维浆料的1-2mm的成浆纤维长度，在靠螺旋输送的横管蒸煮器中容易出现纤维“结”，所以实现本发明技术方案的关键特征之一是在进入蒸煮器之前将浆料的纤维切短，以适应螺旋输送的要求，保证了浆料在连续蒸煮器内的输送顺畅。

已知有多种可用于切断棉纤维的方法和设备，例如包括人工切断纤维或切料机切短等，切料方式也可包括干法切料和湿法切料，本发明优选采用湿法切料，即原料经开棉后先预浸湿，然后实行切料，使纤维长度满足要求，根据本发明优选的方案，使用的浆料中纤维长度应与草浆等短纤维浆料的纤维长度相似，即一般在3mm以下。

作为工业化生产，本发明优选采用切料机进行湿法切料，可采用业内公知的切料设备，如荷兰式打浆机、旋风处理器(即“TORNADO”)等，一般无特殊要求和更改，例如可使用TORNADO切料机。这些设备在目前的工艺中都是用来处理半浆(即经过蒸煮和漂白处理的浆料)，浆料经过蒸漂后其外壳基本上被除去，此时进行切断处理是比较容易的，而根据本发明工艺，此时进入切料机的棉浆为长纤维，并且是未经制浆处理的生料，与半浆不同之处主要表现在生浆纤维比较挺硬不易切断，为了提高切料机的切断能力，最好在切料的同时对浆料进行搅拌，可以在常规的切料机中设置搅拌器，提高处理浆料的均匀程度，当然也可以采用任何其它措施达到同样的效果。

采用切料机进行湿法切料时，一旦选定了切料机的种类，具体操作，例如切料机操作曲线、切料时间、进料浓度等工艺条件的确定，对于本领域的技术人员来说是可以实现的，例如可以采上述切料机(TORNADO)，进入切料机的浆料浓度可以在3-5％，该切料机可以设置搅拌器，切料过程中搅拌器同时对浆料施加搅拌。

根据本发明的优选方案，被切短后的浆料经过压力混合机被送入横管蒸煮器，这是本发明的喂料系统与其它喂料系统的区别之一，目的是利于浆料与蒸漂剂等化学原料的混合渗透。因为常规的横管连蒸工艺中，进入连蒸管的原料为干料，干料与化学原料的混合渗透相对经湿法切料的潮湿的浆料要容易得多，所以本发明在喂料系统中增加了压力混合设备，使浆料与蒸漂剂先在混合设备中相互渗透混合均匀，然后进入蒸煮器，浆料在混合的同时也被施加了一定的压力，该压力的大小与蒸漂压力基本一致，从而保证了蒸漂的质量。本发明可使用公知的压力混合设备，该设备在现有技术中一般被用于三段漂白工艺。

如前面所述，本发明的创造性所在就是采用现有技术中用于草浆的横管蒸煮设备实现棉浆的连续蒸漂，发明人经过多次探索试验，确定所用的横管蒸煮器本身基本不需加以改造，但提出了可行的操作工艺参数，其中，蒸漂压力为2.0-4.0bar，蒸漂时间为30-60min，蒸漂温度为85-140℃。

优选采用二级横管蒸煮器连续蒸煮，第一级横管蒸煮器的蒸漂温度在85-95℃，第二级横管蒸煮器的蒸漂温度在105-140℃。

本发明蒸漂工艺中使用的化学原料包括由氢氧化钠与过氧化氢构成的蒸漂剂和润湿剂、稳定剂，相对于绝干纤维原料，氢氧化钠和过氧化氢的加入量分别为2.5-3.5％和1-3％，而润湿剂的加入量为0.05-0.2％，稳定剂的加入量为0.1-0.5％。其中，润湿剂可以是常规的表面活性剂例如TC-1(天津市合成洗涤剂厂一分厂生产，其主要有效成分为烷基苯磺酸钠)、绿氧(郑州市道纯化工技术公司生产)等，稳定剂包括乙二胺四乙酸(EDTA)、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)等。

洗浆是所有纸浆生产中必需的工序，一般采用的浆料洗涤设备是：侧压浓缩机、圆网浓缩机、带式洗涤机等，以及采用置换洗涤工艺等。本发明结合棉浆的特点，优选使横管蒸煮器中被蒸漂过的浆料，顺序通过斜螺旋浓缩机和螺旋挤浆机进行洗浆处理。所述斜螺旋加螺旋挤浆机设备一般用于废纸浆，浆渣的的浓缩或者废纸浆脱墨洗涤的高浓处理过程，本发明创造性地将其用于棉浆的制浆工艺，组成螺旋脱水机组，起到了高效节能的有益效果。

之所以称之为高效是因为从该洗涤设备中出来的浆料的浓度可达到近40％，通常在30-40％，而其它洗涤设备的出浆浓度一般不到10％，还需配备其它的浓缩设备。而从横管连蒸出来的草浆不能使用这种洗浆工艺，这是由于草浆中杂质多，液体粘度大，纤维短，造成流失多。本发明更优选采用这种脱水机组进行一级以上的多级洗浆，例如二级溢流洗浆技术，即，使浆料通过两组洗浆设备。当然，为了适应长纤维浆料的处理，需要适当增大洗涤设备的功率。

切短后的湿浆料进入横管蒸煮器的喂料系统前的洗浆过程也可以使用上述螺旋脱水机组来完成。

本发明的生产方法中还包括了常规制浆工艺中的精浆过程，使用常规的锥度精浆机，得到的纸浆即可送入抄纸工序。

如上所述，本发明创造性地将草浆生产中使用的横管连续蒸煮设备用于棉浆的连续化生产，在横管蒸煮设备内一次完成了棉浆的蒸煮和漂白过程。而利用横管蒸煮设备生产草浆等短纤维浆料时，在该设备中只能完成蒸煮，在漂白前还需洗涤浆料，这是由于草浆等其它原料中存在较多的杂质，如果蒸煮的同时进行浆料的漂白，不仅效果不好，达不到浆料质量的要求，而且会消耗更多的化工原料，这是本领域内公知的。而棉纤维原料中杂质相对少得多，它在自然界又是唯一的以单根纤维存在的造纸原料，不需要较强烈的蒸煮过程，而且，蒸煮与漂白之间不需要洗涤过程，无需其它设备，本发明正是利用了棉浆的这一特点，通过工艺参数的确定和设备的合理组合，解决了使纤维浆料在横管中运行通畅，喂料均匀，不缠绕等技术难点，利用横管蒸煮设备同时完成了蒸煮和漂白过程。作为又一种连续化棉浆制浆技术，实现了棉浆制浆技术的创新。

相关的检测结果表明，本发明制浆工艺生产的棉浆纸浆在各项质量指标上均与已有记载的二种生产技术相当，但设备的投入却低得多。

附图1是本发明实施例1的工艺流程图。

以下通过具体实施例进一步说明本发明的实现，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的特征，但不对本发明的实施范围构成限定。

实施例1

棉包经开棉机开棉后，在旋风分离器中加入7立方米/吨(加液量(立方米)/物料量(吨))的制浆废液，经螺旋挤浆机挤出后，出口干度为33％，挤出废液量为5M³/T。洗涤效率为71.4％；物料经螺旋输送机进入设有搅拌器的切料机(TORNADO)后，在搅拌的同时加入22M³/T制浆废浆，调整浆料浓度为4.0％，进行蒸漂前的初步切断，浆料纤维的平均长度在3mm以下，切料的具体操作条件如下：

-切料浓度：3～5％

-切料时间：0.5～1.5h

-切料最大负荷：85％

-电机功率：315kw

-处理工艺曲线(以电机负荷来分)：

              50～60％  5～15min

              70～80％  5～15min

              80～90％  1～1.5h

切短后的物料通过浆池送入斜螺旋浓缩机与螺旋挤浆机串联组成的螺旋脱水机组，其中，

斜螺旋：2×1.25m²双网管斜螺旋浓缩机组；

斜螺旋进浆浓度：3-4％；

斜螺旋出浆浓度：10-12％；

电机功率11kW。

螺旋挤浆机的型号：Φ380螺旋挤浆机；

螺旋挤浆机进浆浓度：10-12％；

螺旋挤浆机出浆浓度：40％；

电机功率39kW。

脱水量为22.5M³/T，实现蒸漂前浆料的洗涤过程。

洗涤后的浆料经过计量器及喂料螺旋器进入压力混合机，同时经另一计量器加入约3％的NaOH和约1.2％的H₂O₂，及约0.08％的润湿剂绿氧(郑州市道纯化工技术公司生产)和约0.2％的稳定剂EDTA(均相对于绝干纤维原料)，物料被加压混合后进入横管蒸器，在2.0～3.0Mpa的压力下进行约30～50分钟的二级横管蒸漂，第一级蒸漂温度约90～95℃，第二级蒸漂温度约105～120℃，蒸漂后的浆料进入喷放锅。

浆料经与前面相同的螺旋脱水机组脱水，在水力均浆机中加入22.5M³/T的清水再进行第二次串联脱水(设备规格相同)，浆料从螺旋挤浆机出来时的浓度为40％，完成洗浆过程。

浆料经过浆池在经大锥度精浆机串联打浆，完成制浆全过程。

本实施例制浆过程得到的半浆指标：

浓度：3.0-4.5％

叩解度：12-16°SR

湿重：14-18g

白度：≥80％

尘埃：≤100mm²/500g绝干浆

半浆强度：断裂长≥3500m

          耐折度≤1500双次。