利用蔗渣漿生產(chǎn)線試產(chǎn)漂白桉木板皮漿的實(shí)踐

徐峻 劉鵬 匡奕山 莫立煥 李 軍

(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州，510640)

蔗渣是甘蔗制糖加工的副產(chǎn)物，是我國(guó)南方地區(qū)特有的一種纖維資源，我國(guó)每年的蔗渣漿產(chǎn)量在100萬(wàn)～120萬(wàn)t左右，年需蔗渣500多萬(wàn)t。近幾年，國(guó)內(nèi)甘蔗產(chǎn)量的萎縮加劇了造紙工業(yè)用蔗渣的供需矛盾，蔗渣價(jià)格的上漲給企業(yè)正常生產(chǎn)帶來(lái)極大壓力[5］。我國(guó)南方地區(qū)是桉樹的主要種植區(qū)[6］，桉木資源相對(duì)較多，其絕大部分用于鋸材和機(jī)械加工。但由于桉樹原木徑級(jí)普遍較小，在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的木材加工剩余物，主要包括加工后剩下的板皮、板條、碎單板、刨花等[7］，如果能將其中的桉木板皮用于制漿，將是制漿廠很好的原料補(bǔ)充。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[8-10］，桉木板皮具有良好的制漿漂白性能，能夠用于生產(chǎn)紙漿。

本項(xiàng)目針對(duì)某蔗渣漿廠現(xiàn)有生產(chǎn)線，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)備料、蒸煮系統(tǒng)進(jìn)行局部改造，成功地利用現(xiàn)有生產(chǎn)線生產(chǎn)出白度80%以上的漂白桉木板皮漿。

1 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)

1.1 纖維原料

桉木板皮原料由廣西某蔗渣漿廠提供，原料主要規(guī)格:寬度2～3 cm，長(zhǎng)度4～10 cm，厚度1～2 mm。桉木板皮與現(xiàn)用蔗渣纖維的主要化學(xué)組分比較見表1。

表1 桉木板皮和蔗渣纖維原料的主要化學(xué)組分

從表1可知，桉木板皮的綜纖維素含量比蔗渣纖維的低5.2個(gè)百分點(diǎn)，但聚戊糖含量比蔗渣的低13.3個(gè)百分點(diǎn)，顯示出桉木板皮的纖維素含量 (≈綜纖維素含量－聚戊糖含量)要比蔗渣的高;但是，兩者總木素含量相差不大。

1.2 制漿實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)有生產(chǎn)線制漿工段采用四橫管連續(xù)蒸煮，在設(shè)計(jì)產(chǎn)能下，總停留時(shí)間為45～60 min。因此，為模擬實(shí)際生產(chǎn)情況，實(shí)驗(yàn)室采用“蒸煮鍋預(yù)熱+快速升溫”方式，在15 min內(nèi)達(dá)到最高蒸煮溫度，然后保溫45 min。由于桉木板皮原料質(zhì)地較蔗渣硬，且與蔗渣的濕法散堆不同，桉木板皮采用干法堆放，因而其藥液的滲透比蔗渣困難，所以蒸煮時(shí)宜加入硫化堿，實(shí)驗(yàn)采用了15%的低硫化度堿法蒸煮，在KRK蒸煮鍋中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

經(jīng)濟(jì)法是對(duì)我國(guó)法律在經(jīng)濟(jì)管理方面的補(bǔ)充，它是我國(guó)維護(hù)經(jīng)濟(jì)健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的保護(hù)神。一方面，它結(jié)合全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展得出的規(guī)律，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)走向進(jìn)行了實(shí)時(shí)的宏觀調(diào)控，幫助我國(guó)經(jīng)濟(jì)更好地融入國(guó)際經(jīng)濟(jì)體系并在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中取得了傲人的成績(jī)。另一方面，經(jīng)濟(jì)法也規(guī)范了企業(yè)運(yùn)營(yíng)的操作方式，不僅避免了大規(guī)模的惡性競(jìng)爭(zhēng)，還保證了人民群眾的基本利益。此外，在經(jīng)濟(jì)法作用下我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展切實(shí)提高了我國(guó)在國(guó)際上的影響力與綜合競(jìng)爭(zhēng)力，體現(xiàn)了我國(guó)社會(huì)主體制度的優(yōu)越性。綜上，經(jīng)濟(jì)法在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中起著不可替代行的作用。

1.3 漂白實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)有生產(chǎn)線漂白工段采用全無(wú)氯OQPo(氧脫木素-螯合處理-壓力過(guò)氧化氫漂白)漂白兼顧無(wú)元素氯ODEp(氧脫木素-二氧化氯漂白-強(qiáng)化堿抽提)漂白的流程[11］。對(duì)于桉木板皮漿，將采用 ODEp漂白。實(shí)驗(yàn)中的氧脫木素在帶有攪拌器的FYXD高壓釜中進(jìn)行，二氧化氯漂白和強(qiáng)化堿抽提均在聚乙烯封口塑料袋中進(jìn)行，利用恒溫水浴鍋調(diào)節(jié)溫度，每隔15 min搓揉漿料，以使化學(xué)品和漿料混合均勻;待到規(guī)定時(shí)間后取出漿料，采用抽濾法洗滌，然后進(jìn)行紙漿性能分析。由于是基于現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行改產(chǎn)，各反應(yīng)塔的停留時(shí)間、溫度、壓力均相對(duì)固定，因此主要是通過(guò)調(diào)整化學(xué)品用量來(lái)優(yōu)化漂白工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

1.4 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2列出了桉木板皮在不同用堿量和蒸煮溫度下的蒸煮實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在用堿量為20%時(shí)，所得紙漿幾乎沒(méi)有篩渣，得率僅為40.6%。當(dāng)用堿量從20%降為18%時(shí)，紙漿得率提高2.2個(gè)百分點(diǎn)，黏度也提高了約10%，硬度(卡伯值)從12.3增至16.5。另外，當(dāng)蒸煮最高溫度從170℃降至165℃時(shí)，紙漿得率進(jìn)一步提高到45.3%，此時(shí)紙漿的卡伯值也增加到17.8，而紙漿白度則基本不變?，F(xiàn)在使用的未漂蔗渣漿的卡伯值一般在15左右[12-13］，因此桉木板皮低硫化度堿法蒸煮溫度宜控制在170℃，用堿量應(yīng)控制在18%～20%之間。

表2 桉木板皮蒸煮實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 桉木板皮漿ODEp漂白實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3的ODEp漂白結(jié)果顯示，未漂桉木板皮漿經(jīng)氧脫木素處理后，紙漿的卡伯值從16.5降至7.5，木素脫除率達(dá)到54.5%，紙漿白度也提高到51.5%，增加了近20個(gè)百分點(diǎn)。經(jīng)后續(xù)DEp段漂白后，在0.8%的ClO2用量下，紙漿白度即達(dá)到了83.8%;當(dāng)ClO2用量增至1.0%時(shí)，紙漿白度達(dá)到85.1%，繼續(xù)增加ClO2用量，紙漿白度變化不大。因此，D段漂白的ClO2用量控制在0.8%～1.0%即可。由此可見，自制桉木板皮漿的漂白化學(xué)品消耗和現(xiàn)有生產(chǎn)蔗渣漿的相差不大[11］。因此，從制漿漂白工藝角度，利用現(xiàn)有流程生產(chǎn)白度80%以上的漂白桉木板皮漿是可行的。

2 生產(chǎn)線改造措施及效果

2.1 工藝調(diào)整

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試的情況，桉木板皮制漿最高蒸煮溫度宜采用170℃，紙漿的漂白工藝不需要做大的調(diào)整，可按現(xiàn)有的工藝指標(biāo)進(jìn)行。

圖1 蒸煮系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

2.2 設(shè)備改造

分析整條生產(chǎn)線，若要從蔗渣漿改產(chǎn)為桉木板皮漿，在不增加設(shè)備投資的情況下，難點(diǎn)主要有三個(gè)方面:一是桉木板皮能夠順利地輸送進(jìn)入蒸煮管;二是桉木板皮能夠蒸煮完全，在冷噴放時(shí)不會(huì)發(fā)生蒸煮管堵塞;三是蒸煮后的紙漿經(jīng)過(guò)三段短序漂白，白度能達(dá)到80%以上。實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果顯示，第二和第三點(diǎn)能夠滿足要求，因此，關(guān)鍵的難點(diǎn)就是第一點(diǎn)。

現(xiàn)有生產(chǎn)線蒸煮系統(tǒng)采用的是國(guó)內(nèi)成熟的濕法備料和橫管連續(xù)蒸煮器[14-15］，工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。原料從料場(chǎng)到進(jìn)入蒸煮管，需依次經(jīng)過(guò)鼓式水洗機(jī)、水力洗草機(jī)、草片泵等設(shè)備，由于桉木板皮和蔗渣的形態(tài)特性完全不同，由圖2(a)、圖2(b)可以看出，蔗渣原料尺寸細(xì)小、質(zhì)地柔軟，而桉木板皮則尺寸大且不規(guī)則，質(zhì)地又比較挺硬，若不降低桉木板皮的物料尺寸，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致輸送困難和堵塞等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析，主要對(duì)水力洗草機(jī)和草片泵進(jìn)行了改造。

2.2.1 水力洗草機(jī)的改造

現(xiàn)有的水力洗草機(jī)以疏解、洗滌為主，對(duì)原料的碎解能力有限。為了增強(qiáng)水力洗草機(jī)對(duì)桉木板皮的撕裂、破碎能力，對(duì)水力洗草機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，主要是將底盤改造成齒狀底刀盤，并將底盤密而小的開孔改為稀疏的大孔，見圖3(a)、圖3(b)。通過(guò)這一改造，當(dāng)物料受泵抽吸通過(guò)底刀盤與轉(zhuǎn)子底部之間的通道時(shí)，除受到水力的剪切、物料之間的相互摩擦、轉(zhuǎn)子葉片的機(jī)械作用以外，進(jìn)一步強(qiáng)化了底刀與轉(zhuǎn)子底部的剪搓作用，物料被縱向切短、橫向撕裂或疏解，物料尺寸大幅減小、均勻性有所提高。

從圖2(c)所示水洗后桉木板皮形態(tài)來(lái)看，桉木板皮變成細(xì)條狀，寬度5 mm左右，長(zhǎng)度4～6 cm，使用效果較好。

2.2.2 草片泵的改造

草片泵是濕法備料系統(tǒng)的另一關(guān)鍵設(shè)備，泵葉的結(jié)構(gòu)對(duì)料片的輸送至關(guān)重要。蔗渣料片質(zhì)輕、柔軟，通過(guò)泵時(shí)不易掛料，因此原設(shè)計(jì)的泵葉分布很密，共有11片葉片，軸向處葉片間距僅為3～4 cm。而桉木板皮尺寸大、質(zhì)地較硬，水洗后的尺寸為4～6 cm，極易在軸心處堵塞，導(dǎo)致泵卡，因而必須將流道拓寬。通過(guò)將葉片由11片改成9片，并使葉片重新均勻分布，改造后的草片泵泵葉如圖3(c)所示。經(jīng)使用后發(fā)現(xiàn)，水洗后的桉木板皮能夠順利通過(guò)草片泵并被輸送到斜螺旋脫水機(jī)。

2.3 試生產(chǎn)結(jié)果

在完成上述改造后，根據(jù)表2和表3的小試結(jié)果確定了桉木板皮的制漿、漂白工藝參數(shù)，然后按150 t/d的產(chǎn)能規(guī)模進(jìn)行了3天的試生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)記錄，試運(yùn)行期間的未漂漿硬度、氧脫木素工段后紙漿硬度、各漂白段紙漿白度的情況見表4(表中數(shù)據(jù)為試生產(chǎn)期間每天數(shù)據(jù)的平均值)。

從表4的數(shù)據(jù)來(lái)看，未漂漿的硬度 (KMnO4值)在12～15之間，氧脫木素后紙漿 KMnO4值降至4.5～5，白度在60%左右;D段漂白之后，紙漿白度達(dá)到72%～75%，終漂漿白度則達(dá)到85%，完全滿足目標(biāo)要求。然后對(duì)終漂漿進(jìn)行黏度和物理性能分析，所得結(jié)果見表5。

從表5的數(shù)據(jù)來(lái)看，試生產(chǎn)的桉木板皮終漂漿黏度為491 mL/g。另外，從終漂漿的物理性能來(lái)看，其抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)分別為52.0 N·m/g、5.54 mN·m2/g，達(dá)到GB/T1678—2007漂白硫酸鹽闊葉木漿合格品的規(guī)定;而耐破指數(shù)為4.56 kPa·m2/g，超過(guò)優(yōu)等品規(guī)定值。整體而言，生產(chǎn)的紙漿質(zhì)量很好。

表4 桉木板皮試生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表5 桉木板皮試生產(chǎn)漂白漿的性能

3 結(jié)論

本文主要介紹了某蔗渣漿生產(chǎn)線改產(chǎn)漂白桉木板皮漿的實(shí)踐。

3.1 桉木板皮的綜纖維素含量比蔗渣的略低;聚戊糖含量?jī)H為8.16%，比蔗渣低很多;而木素含量與蔗渣的相差很小。

3.2 桉木板皮低硫化度堿法蒸煮較適宜的蒸煮溫度為170℃，用堿量為18% ～20%;D段漂白較適宜的ClO2用量為0.8% ～1.0%;在此條件下，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)漂白漿白度可以達(dá)到83%以上。

3.3 通過(guò)對(duì)水力洗草機(jī)和草片泵進(jìn)行改造，桉木板皮水洗后變成細(xì)條狀，均勻性提高，外觀尺寸5 mm×(4～6)cm，能夠順利通過(guò)草片泵進(jìn)入蒸煮管，噴漿正常，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。試生產(chǎn)結(jié)果表明，生產(chǎn)的漂白桉木板皮漿質(zhì)量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水平。

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