采用壓榨脫水助劑降低能源成本

采用壓榨脫水助劑降低能源成本

造紙過程中，壓榨部是最后一道工序，它通過加壓裝置使前段工序網(wǎng)部脫水后的濕紙頁進一步脫水，并承擔(dān)著將紙頁輸送到下道工序——烘干部的任務(wù)。烘干部的熱干燥成本遠比壓榨部的機械脫水成本高，因此，在壓榨部盡可能地脫水能降低造紙生產(chǎn)成本。該文介紹了日本開發(fā)的壓榨脫水助劑Newluster A-25在造紙企業(yè)應(yīng)用效果：在毛毯上使用用作毛毯適應(yīng)助劑的Newluster A-25可以改善壓區(qū)間的脫水，具有縮短毛毯上機初期所需的適應(yīng)周期的效果；在紙機運行期間連續(xù)添加Newluster A-25，降低了出壓榨部的濕紙水分，進而可以期待降低蒸氣消耗量及提高紙機運行速度。

1 前言

造紙過程中的壓榨部擔(dān)負著通過加壓處理進一步從上道工序的成形部脫水后的濕紙中榨取水分，將濕紙輸送到下道工序烘干部的任務(wù)。

烘干部的蒸氣烘干成本明顯高于壓榨部的機械脫水成本。因此，在壓榨部提高脫水性，降低出壓榨部的濕紙水分直接關(guān)系到壓榨部能耗成本的下降，即紙張生產(chǎn)成本的下降。

日本開發(fā)的作為毛毯適應(yīng)助劑上市的新產(chǎn)品Newluster A-25，在毛毯上使用后具有提高壓區(qū)脫水性，縮短毛布上機初期所需適應(yīng)周期的效果。并且通過在紙機運行時連續(xù)添加，可以降低出壓榨部濕紙水分，減少烘干蒸氣量及提高紙機運行速度。

本文將介紹為降低能源成本，提高壓榨部脫水性所做的努力，及隨之帶來的生產(chǎn)效率提高的好處，以及通過測定實際運行參數(shù)獲得的驗證結(jié)果。

2 壓榨脫水理論

濕紙的脫水，是通過濕紙中含有的水分向壓區(qū)中的毛毯轉(zhuǎn)移，毛毯中所含的水分再向外部排放進行的。壓區(qū)中水的轉(zhuǎn)移狀態(tài)及壓區(qū)中濕紙及毛毯水分的變化分別如圖1圖2所示。

在壓榨輥與濕紙接觸，開始加壓后，當A點的濕紙水分達到飽和時，就開始了從濕紙的脫水，而當在其后的B點毛毯水分達到飽和時，開始向外部排水，也就是壓區(qū)脫水。在壓區(qū)中心點C點，脫水完成，之后，出現(xiàn)水分從毛毯回到濕紙的所謂回濕現(xiàn)象，直至毛毯出口。

要提高脫水效率，關(guān)鍵是要盡可能加大壓區(qū)中水分從濕紙向毛毯、毛毯向外部的流出。

圖1 壓區(qū)中水的轉(zhuǎn)移狀態(tài)

圖2 壓區(qū)中濕紙及毛毯水分的變化

3 影響壓榨脫水性的因素

影響壓榨部脫水的主要因素有濕紙的特性（漿料游離度，抄造溫度，壓榨入口濕紙水分等）和壓榨部的機械特性（壓榨輥設(shè)計，壓區(qū)壓力等），還與壓榨入口的毛毯狀態(tài)（因污染造成的毛孔堵塞，壓榨入口的毛毯水分）有關(guān)。

壓區(qū)中水分的轉(zhuǎn)移可以分成從濕紙向毛毯轉(zhuǎn)移、毛毯內(nèi)部的轉(zhuǎn)移和從毛毯向外部轉(zhuǎn)移等3種。從濕紙向毛毯的水分轉(zhuǎn)移，主要受濕紙?zhí)匦院蛪簠^(qū)壓力的支配，而毛毯內(nèi)部和從毛毯向外部的水分轉(zhuǎn)移主要受進入壓榨部毛毯的狀況的影響。即可以認為，如果在濕紙?zhí)匦院蛪赫サ臋C械特性相同的條件下，毛毯的脫水性由壓榨入口的毛毯狀況所決定，隨其而變。

4 提高壓榨脫水性

由上所述，要提高壓榨脫水性，關(guān)鍵是水分在毛毯內(nèi)部的轉(zhuǎn)移和從毛毯向外部的轉(zhuǎn)移能順暢地進行。

壓榨脫水中的污染成分在毛毯內(nèi)部逐漸積累，阻礙了水的流動，通過連續(xù)或間隙地清洗毛毯可以排除阻礙脫水的這一主要影響因素。

另外，水在毛毯內(nèi)部流動時，在構(gòu)成毛毯的材質(zhì)與在其間隙中流動的白水之間的界面上會產(chǎn)生流體摩擦阻力，阻礙水的流動。它與污染無關(guān)，即使在非常干凈的新毛毯上也會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。我們相信通過使毛毯材質(zhì)表面改性為親水性，流體摩擦阻力將得到改善。

5 Newluster A-25的作用機理

日本開發(fā)的Newluster A-25的主要成分是在具有與毛毯的底網(wǎng)纖維相似的化學(xué)構(gòu)造的酰胺化合物上結(jié)合了親水基的化合物，目的是使產(chǎn)品具有水溶性。 該化合物與毛毯有很強的親和性，只需極少量的添加就具有在毛毯上吸附的作用，并且由于親水基的作用，還有賦予毛毯親水性的作用。就是說，通過使用Newluster A-25能夠賦予毛毯底網(wǎng)纖維親水性，降低在毛毯內(nèi)部流動的白水與底網(wǎng)纖維表面之間的流體摩擦阻力，促進水分的流動。

可以采用以下試驗方法來進一步解釋Newluster A-25的作用機理：（1）將尼龍薄片切成5 cm×5 cm正方形，在200 mL、0.1%聚酰胺溶液中浸1 min；（2）取出薄片，用水噴淋表面，風(fēng)干（溫度23℃，約過1夜）；（3）在薄片上滴上20 μL蒸餾水，測定其接觸角，如圖3所示。

圖3 聚酰胺的親水作用

由圖3可見，聚酰胺溶液處理過的薄膜比未處理過的薄膜接觸角小。這表示尼龍薄膜的表面已被Newluster A-25中的成分改性為親水性。

6 提高毛毯更換后的適應(yīng)性效果

更換新毛毯初期，毛毯內(nèi)部的空隙率較高，密度較低，因此在壓區(qū)中較難獲得良好的脫水性。為了在紙機運轉(zhuǎn)后通過壓榨降低毛毯內(nèi)部的空隙率，獲得良好的脫水性，需要有1天到1星期時間的所謂初期適應(yīng)期。在適應(yīng)期內(nèi)毛毯的脫水性能較差，出壓榨的濕紙水分變高，加重了烘缸的負荷，增加了紙張生產(chǎn)的能耗成本。

大約在1990年就已發(fā)現(xiàn)Newluster A-25具有毛毯初期適應(yīng)劑的效果，并在很多紙機上應(yīng)用。在新?lián)Q毛毯上使用Newluster A-25，能使毛毯底網(wǎng)纖維改性成親水性，毛毯內(nèi)部的空隙被NewlusterA-25的化合物及水分置換，帶來良好的壓榨脫水性，降低能源成本。

7 透水性的提高效果

為確認Newluster A-25壓榨脫水性的提高效果，對用過的舊毛毯進行了透水性試驗。毛毯透水性試驗就是用如圖4所示的透水性試驗機，讓試驗機下方處于一定的減壓狀態(tài)，從毛毯的上方注入水，使水通過，測定單位時間透水量的方法。

圖4 透水性試驗機

毛毯透水性試驗結(jié)果如圖5所示。

從該試驗結(jié)果可以確認，通過使用Newluster A-25，毛毯透水性可以提高10%左右。這是因為毛毯底網(wǎng)纖維的親水化降低了流體摩擦阻力；并且，如前所述，通常洗滌也能提高毛毯的脫水性，但Newluster A-25不具備洗凈作用，這可以從透水試驗前后的污染成分數(shù)量未發(fā)生變化這一事實得到確認。

圖5 透水性試驗結(jié)果

8 提高脫水性的作用

為了調(diào)查對吸水箱出口的毛毯水分的影響，還對減壓脫水后的毛毯水分量進行了測定。用毛毯透水試驗機進行透水性試驗，然后維持一定時間的減壓狀態(tài)使其脫水，測定脫水后的毛毯含水量，進行脫水性評價，結(jié)果見圖6。

由圖6可見，使用Newluster A-25后，毛毯的脫水性提高了7%左右。推測這是由于降低了流體摩擦阻力后產(chǎn)生的現(xiàn)象。

9 紙機試驗驗證

圖6 脫水性試驗結(jié)果

根據(jù)以上結(jié)果，可以認為，如果在紙機上應(yīng)用Newluster A-25，不僅提高了毛毯的透水性，而且還因為毛毯脫水性的提高，將降低吸水箱出口（壓榨入口）的毛毯水分。

因此，在紙機試驗驗證中用毛毯水分儀及透水度儀測定了A公司涂布原紙紙機3PF（3壓毛毯）在紙漿原料、定量和抄速等不變的條件下，Newluster A-25使用前、后的毛毯水分及毛毯的透水量，結(jié)果見圖7（在靠近3壓吸水箱的噴淋水中，以每米每分鐘1.0 mL的添加量連續(xù)添加Newluster A-25）。

圖7 3壓毛毯水分及透水量

由圖7可見，與添加Newluster A-25前比較，透水量提高了5%～8%，吸水箱后的毛毯水分降低了2%～3%。

此外，由于這一效果，添加Newluster A-25后，3壓出口濕紙水分從56%～59%降低到了55%左右；并且預(yù)熱烘缸蒸氣流量從24.5～25.0 t/h下降到了23.5～24.0 t/h，見圖8。

因為成形部的濕紙水分是一定的，由于Newluster A-25的使用，壓榨脫水性提高，3壓出口濕紙水分降低，烘缸負荷減輕，因而具有降低能耗成本的效果。

10 總結(jié)

通過測定壓榨部水分等參數(shù)，驗證了Newluster A-25在紙機試驗應(yīng)用時的有效性，其結(jié)果是，壓榨脫水性提高，壓榨出口濕紙水分降低，烘缸蒸氣量，即濕紙烘干所需的能源成本降低。因此，“采用化學(xué)品——壓榨脫水助劑提高壓榨脫水性”這一嶄新方法，也極可能提高包括改善紙機運行速度在內(nèi)的生產(chǎn)效率。

圖8 烘缸蒸氣量及3壓出口濕紙水分變化

11 結(jié)束語

日本開發(fā)的Newluster A-25，發(fā)現(xiàn)其作為毛毯初期適應(yīng)劑的有效性已經(jīng)有20多年。本文著眼于紙機穩(wěn)定運行時連續(xù)添加壓榨脫水助劑 Newluster A-25時的毛毯參數(shù)變化，通過上機試驗驗證了其對壓榨脫水的影響，可以確認Newluster A-25能有效提高毛毯透水性及脫水性。

（杜偉民 編譯）