提高棉短絨蒸煮質(zhì)量的技術(shù)措施

薛潤林 曹堪洲

(1.南京義友自控儀表有限公司，江蘇南京，210042；2.江蘇金沃機(jī)械有限公司，江蘇句容，212415)

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·蒸球蒸煮棉漿·

提高棉短絨蒸煮質(zhì)量的技術(shù)措施

薛潤林1曹堪洲2

(1.南京義友自控儀表有限公司，江蘇南京，210042；2.江蘇金沃機(jī)械有限公司，江蘇句容，212415)

棉短絨堿液浸漬滲透均勻性與蒸球內(nèi)部溫度分布的均勻性是影響蒸煮質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)蒸煮方法和加溫方式受棉短絨的脂肪、蠟質(zhì)和蒸球結(jié)構(gòu)影響，藥液滲透效果差，浸漬不均勻，并形成蒸球溫度上高下低，難以獲得蒸煮均勻的漿料。采用預(yù)浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透、中通管定向噴射加溫和新型刮板等技術(shù)可有效提高蒸煮質(zhì)量和效率。

預(yù)浸桶浸漬滲透；雙螺桿擠壓浸漬機(jī)；對(duì)流加溫

(*E-mail: njyiyou04@163.com)

目前,國內(nèi)棉短絨蒸煮制漿主要在蒸球內(nèi)進(jìn)行,蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢,球內(nèi)漿料以滑動(dòng)為主,翻動(dòng)和攪拌作用少,加之棉短絨的脂肪和蠟質(zhì)含量高達(dá)0.5%～0.65%,堿液不易向纖維內(nèi)部滲透。

棉短絨在加工中混有棉籽、棉桃碎片等雜質(zhì),其含量為2%～4%,在棉籽和棉桃碎片中含有約40%的木素,若木素不脫除干凈,棉漿中會(huì)有疵點(diǎn)[1]，但棉籽、棉桃碎片質(zhì)硬厚實(shí),因此堿液預(yù)浸漬時(shí)間相對(duì)較長。另外,蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)加溫方式的先天不足,造成大部分蒸汽進(jìn)入蒸球內(nèi)上部,形成汽相高溫區(qū),進(jìn)入蒸球內(nèi)下部的蒸汽量少,球內(nèi)下部形成液相低溫區(qū),上下溫度的差異造成蒸煮不均勻。采用預(yù)浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透和對(duì)流加溫等技術(shù),可以有效地加快堿液滲透，從而提高棉短絨蒸煮質(zhì)量。

1 預(yù)浸桶浸漬滲透

蒸球25 m3,投料3000 kg(絕干),投料液比1∶5,堿液質(zhì)量濃度25 g/L，堿液中加入YY- 02快速滲透劑(用量為0.1%，相對(duì)于棉短絨絕干質(zhì)量)。YY- 02屬陰離子型表面活性劑,易溶于水,具有極佳的抗?jié)鈮A、耐高溫、耐氧化劑、耐硬水的作用,具有卓越的滲透、乳化、脫脂、凈洗能力。蒽醌衍生物助劑KY- 03(用量為0.05%，相對(duì)于棉短絨絕干質(zhì)量),可提高滲透效果和制漿得率,去除塵埃[2]。

棉短絨浸泡90～120 min。浸泡時(shí)間長,有利于堿液均勻滲透。預(yù)浸桶浸漬浸透工藝示意圖如圖1所示。

圖1 預(yù)浸桶浸漬滲透工藝示意圖

由圖1可知，棉短絨經(jīng)開棉除雜后風(fēng)送到旋風(fēng)分離器,配堿槽堿液(液比1∶5)打到旋風(fēng)分離器,棉短絨和堿液在旋風(fēng)分離器混勻后送到1#預(yù)浸桶中,投料45 min后,將1#預(yù)浸桶推到電液推桿下方,用電液推桿壓3～5次,使棉短絨完全浸在堿液中,浸泡90～120 min,電液推桿向下壓漿料,電液推桿在2#預(yù)浸桶上所產(chǎn)生的壓力為40 t,足以把浸泡的漿料液比壓到1∶(1.5～2),滿足小液比蒸煮的工藝條件,壓出的堿液回到堿槽,堿液再用于配堿,壓堿后,把3#預(yù)浸桶推到蒸球口進(jìn)行投料,裝球投料時(shí),由于漿料液比較小,有時(shí)出現(xiàn)卡料現(xiàn)象,此時(shí)需人工輸通處理。

對(duì)于有6個(gè)蒸球的制漿廠,按蒸煮周期5 h計(jì),需3個(gè)預(yù)浸桶循環(huán)作業(yè),每個(gè)預(yù)浸桶浸泡時(shí)間90～120 min。預(yù)浸桶放在900 mm寬的軌道上,便于移動(dòng)操作。

2 螺旋擠壓機(jī)預(yù)浸漬

2.1 單螺旋壓榨預(yù)浸漬法

目前,國內(nèi)化纖廠在漿粕生產(chǎn)過程中主要采用單螺旋壓榨預(yù)浸漬法進(jìn)行裝球前預(yù)浸漬處理。棉短絨和堿液在旋風(fēng)分離器進(jìn)行混合后,進(jìn)入單螺旋壓榨機(jī)喂料口,經(jīng)螺旋壓榨機(jī)螺旋預(yù)混合后,進(jìn)入蒸球。

與傳統(tǒng)邊加料邊往蒸球內(nèi)加堿的方法相比,該技術(shù)對(duì)堿液與纖維原料的混合均勻性有所改善,但效果并不理想。由于單螺旋壓縮比不夠,螺桿內(nèi)部料塞不易形成,常會(huì)出現(xiàn)部分物料吸收堿液過多甚至流淌藥液,而部分原料又吸收藥液很少或無藥液現(xiàn)象,對(duì)纖維擠壓揉搓很差,纖維表面和初生壁基本沒有破壞和變形,造成化學(xué)反應(yīng)效率較低,影響蒸煮質(zhì)量。但該方法設(shè)備簡單,易于操作,投資少且單機(jī)電耗低,單螺旋壓榨預(yù)浸漬應(yīng)用較為普遍。

2.2 雙螺桿擠壓浸漬滲透

雙螺桿擠壓浸漬滲透技術(shù)是近年來開發(fā)成功的一種新型技術(shù),于20世紀(jì)90年代初期成功用于棉漿生產(chǎn),法國Clextral公司最早將其用于高級(jí)漂白棉漿生產(chǎn),其工業(yè)型產(chǎn)品規(guī)格是KRO200(螺桿公稱直徑240 mm)。我國天津和昆山某廠于20世紀(jì)90年代初末期引進(jìn),成功用于10000 t/a棉短絨和三級(jí)棉生產(chǎn)證券紙和鈔票紙。

國內(nèi)雙螺桿擠壓浸漬機(jī)用于制漿技術(shù)的研究始于20世紀(jì)90年代末期,目前江蘇金沃機(jī)械有限公司已形成螺桿直徑70 mm和80 mm的實(shí)驗(yàn)機(jī)型、螺桿直徑180、240、300和360 mm的工業(yè)機(jī)型的系列產(chǎn)品,可滿足棉短絨單機(jī)4000～30000 t/a的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)要求。在國內(nèi)外已有多條生產(chǎn)線成功運(yùn)行。

工作機(jī)理和機(jī)械結(jié)構(gòu)：雙螺桿擠壓浸漬機(jī)工作部分由一對(duì)相互嚙合、同向旋轉(zhuǎn)的組合式螺桿和內(nèi)部裝有可更換襯瓦的Half機(jī)筒組成。機(jī)筒上設(shè)有多段液體(或氣體)注入孔和用于排泄廢液的過濾器。各種螺桿模塊穿裝于兩根經(jīng)精密加工的花鍵軸上,正向螺桿模塊完成漿料輸送,反向螺桿模塊完成擠壓搓揉。螺桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 雙螺桿擠壓浸漬機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)

螺桿可根據(jù)工藝需要組成多段漿料輸送區(qū)、擠壓搓揉區(qū)和浸漬均化混合區(qū)。

反向螺桿模塊螺棱上開有由軸心向外的徑向斜槽,每組正向螺桿模塊和反向螺桿模塊組成一個(gè)漿料擠壓揉搓功能段。在反向螺桿模塊逆向推送作用下,物料逐漸積累、充滿,形成高壓區(qū)，此處稱為擠壓搓揉區(qū)。纖維物料在高壓區(qū)軸處受到很大的擠壓力,有利于原料軸向產(chǎn)生裂紋和壓潰,同時(shí)熱水溶出物或堿抽提物隨廢水由濾蓖排出。

被擠壓壓潰的漿料膨脹進(jìn)入浸漬區(qū),在浸漬區(qū)計(jì)量加入藥液；浸漬吸藥后的壓潰漿料,進(jìn)入揉搓混合均化段。在揉搓混合均化段內(nèi),物料在一定的溫度(90～120℃)和壓力(≥10 MPa)下實(shí)現(xiàn)藥液和漿料的混合。

利用雙螺桿擠壓浸漬機(jī)嚙合型、組合式螺桿分區(qū)工作的特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用“脈沖式動(dòng)態(tài)逆向壓縮”和“膨脹+搓揉混合+壓力浸漬”機(jī)理,突破了均質(zhì)化浸漬技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)了纖維壓潰、揉搓和剪切,強(qiáng)化了藥液滲透和潤脹作用。

浸漬混合后的漿料以穩(wěn)定的堿液濃度進(jìn)入蒸球(或常壓反應(yīng)倉)蒸煮反應(yīng)。雙螺桿擠壓浸漬機(jī)工作原理如圖3所示。

圖3 雙螺桿擠壓浸漬機(jī)工作原理

雙螺桿擠壓浸漬機(jī)是一種高效的化學(xué)反應(yīng)混合器,特別適用于長纖維原料(如三級(jí)棉、棉短絨和麻皮類)的化學(xué)預(yù)處理浸漬工藝,通過高濃、高壓下的揉搓混合和剪切拉扯作用,強(qiáng)化原料和化學(xué)藥液的滲透,實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化浸漬。同時(shí),可使纖維扭曲,使其柔軟化,并對(duì)初生壁進(jìn)行破壞和壓潰,促進(jìn)化學(xué)藥液的快速吸收滲透。浸漬后物料狀態(tài)和纖維形態(tài)見圖4。

圖4 浸漬后物料狀態(tài)和纖維形態(tài)

雙螺桿擠壓浸漬機(jī)生產(chǎn)過程中不需要蒸汽,自身工作機(jī)械摩擦熱達(dá)90～120℃,可提高裝球漿料溫度,縮短反應(yīng)時(shí)間,提高蒸煮效率。

棉短絨在雙螺桿擠壓浸漬機(jī)產(chǎn)生的高濃、高壓擠壓、搓揉和撕裂帚化,可將棉籽碎片擠壓成粉末狀。漿料送入蒸球進(jìn)行蒸煮,粉末狀棉籽碎片在蒸煮進(jìn)程和洗滌過程中極易去除,漿粕白度和γ-纖維素含量高,得率高,反應(yīng)性能好,實(shí)現(xiàn)節(jié)水和節(jié)能,提高蒸煮效率，具有廣泛的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。

雙螺桿擠壓浸漬機(jī)用于棉漿生產(chǎn),江蘇昆山和天津某廠采用法國進(jìn)口設(shè)備,國產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)線也已在湖北、安徽某特種紙業(yè)有限公司等實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,并且實(shí)現(xiàn)出口,成功應(yīng)用于朝鮮國家銀行鈔票紙漿的生產(chǎn)。

3 蒸球?qū)α骷訙?/h2>

蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)加溫方式會(huì)造成大部分蒸汽進(jìn)入蒸球內(nèi)上部,形成汽相高溫區(qū),進(jìn)入蒸球內(nèi)下部的蒸汽量少,球內(nèi)下部形成液相低溫區(qū),上下溫差大,嚴(yán)重降低了蒸煮均勻性。低溫區(qū)形成的主要原因：蒸煮液比過大,棉短絨中堿液被擠出后,積聚在蒸球下部,形成低溫區(qū),要提高蒸球下部堿液溫度,只能應(yīng)用對(duì)流加溫的方法,用蒸汽直接加熱低溫區(qū)的堿液,堿液加溫后,熱堿液上升,冷堿液下降,堿液對(duì)流循環(huán),提高了蒸球內(nèi)溫度分布的均勻性。

現(xiàn)行蒸球布汽加溫方式主要包括：單篦子進(jìn)汽、雙篦子進(jìn)汽、單中通管進(jìn)汽、中通管+單篦子進(jìn)汽及中通管十字進(jìn)汽。

以上5種布汽加溫方式,大部分蒸汽進(jìn)入蒸球上部汽相空間,蒸球下部液相進(jìn)汽量少,蒸球下部形成一個(gè)溫度低溫區(qū),降低了蒸煮均勻性,蒸煮質(zhì)量下降,而中通管鴨嘴式布汽方式可以提高蒸球內(nèi)溫度分布均勻性。

中通管鴨嘴式布汽方式示意圖如圖5所示。

圖5 中通管鴨嘴式布汽方式

圖5中,中通管不隨蒸球轉(zhuǎn)動(dòng),在中通管上焊接兩排鴨嘴式噴射管,噴射管內(nèi)徑14 mm,長度150 mm,下方蒸汽噴射管向下噴射蒸汽,蒸汽穿透到中、下層漿料,提高下層漿料的溫度,下層堿液加溫后,熱堿液上升,冷堿液下降,實(shí)現(xiàn)蒸球內(nèi)堿液對(duì)流加溫,提高蒸球內(nèi)溫度分布均勻性。

4 新型刮板提高蒸煮均勻性

新型刮板結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6 新型刮板結(jié)構(gòu)示意圖

球壁上焊接的刮板,只能推動(dòng)靠球壁處的部分漿料移動(dòng),球壁上的刮板觸及不到球內(nèi)中部和頂部的漿料,蒸球運(yùn)轉(zhuǎn)中,球內(nèi)的漿料一般作滑動(dòng)運(yùn)行,漿料的攪拌作用很少,新型刮板可以攪拌上、中、下層漿料,使?jié){料混合均勻。

圖6中,槽鋼距中通管250 mm,運(yùn)轉(zhuǎn)中槽鋼碰不到中通管。

新型刮板制作：在蒸球左右側(cè)各安置一根槽鋼(長×寬×厚：140 mm×58 mm×6 mm)；槽鋼兩端安裝彈簧墊,克服抵消槽鋼受冷熱所產(chǎn)生的應(yīng)力變化；槽鋼面上打Φ12 mm排列孔；刮板用M10螺絲固定在槽鋼和支撐架上。

刮板隨蒸球轉(zhuǎn)動(dòng),上、中、下層漿料翻轉(zhuǎn)混合、揉搓磨擦,提高堿液滲透效果,加快木素的脫除,減少疵點(diǎn)和黃皮[3]。槽鋼是垂直豎立安裝,不影響投料和倒料。

5 結(jié) 論

5.1 應(yīng)用YY- 02快速滲透劑、KY- 03蒽醌衍生物助劑可加快堿液預(yù)滲透,加快木素的溶出,去除疵點(diǎn),提高制漿得率,增加纖維的強(qiáng)度,降低堿耗。

5.2 預(yù)浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透、中通管定向噴射加溫、新型刮板等技術(shù)可加快堿液浸漬滲透到棉纖維及棉籽碎片、棉桃碎片等雜物內(nèi)部,使之膨化、松軟粉沫化,加快木素脫除,提高脫脂去除雜質(zhì)的效果,降低棉漿的塵埃度。

[1] XUE Run-lin. Cotton Linter Cleaner Pulping Process[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(7): 72.

薛潤林. 棉短絨濕法除雜清潔制漿工藝[J]. 中國造紙, 2014, 33(7)： 72.

[2] LIU Hong-xia, XUE Run-lin. The New Measures to Remove the Defects in the Cotton Pulp Defects[J]. China Pulp & Paper, 2013, 32(8): 69.

劉紅霞, 薛潤林. 棉漿粕去疵點(diǎn)的新措施[J]. 中國造紙, 2013, 32(8)： 69.

[3] XUE Run-lin. Forming of Low Temperature Zone Inside the Globe Digerter and Its Solution[J]. China Pulp & Paper, 2015, 34(6): 48.

(責(zé)任編輯：董鳳霞)

Technical Measures for Improving the Cooking Quality of Cotton Linter

XUE Run-lin1,*CAO Kan-zhou2

(1.NanjingYiyouAutomaticControlInstrumentCo.,Ltd.,Nanjing,JiangsuProvince, 210042;2.JiangsuJinwoMachineryCo.,Ltd.,Jurong,JiangsuProvince, 212415)

Alkali liquor uniform penetration into the cotton linter and the uniformity of the temperature distribution are key factors affecting the quality of the cotton pulp cooking in a global digester. Traditional methods of cooking and heating caused poor liquid penetration effect, uneven impregnation and temperature higher at the upper part than the lower part in the digester due to the fat and wax content in cotton litter and the global digester strcture, it was difficult to produce homogeneous pulp. The paper suggested the measures including using large liquor ration for penetration but small liquor ration for cooking; carrying out penetration in a pre-penetration tank; directionally heating by using a center steam pipe and applying new scraper and twin screw extrusion impregnation technology could effectively improve the cooking quality and efficiency.

pre-infiltration; double screw extruder; convection heating

薛潤林先生，工程師；長期從事漿粕生產(chǎn)和自動(dòng)化儀表方面的工作。

2015-10-25(修改稿)

TS749+.4

A DOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.04.015