棉短绒碱法制浆的改进

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《常用非木材纤维碱法制浆实用手册》第374页（3664字）

1．连续蒸煮

美国田纳西州孟菲斯市Buc－keye纤维公司于1982年底第一台现代化水平管式蒸煮器，投入了生产，用来蒸煮棉短绒。这套连蒸设备由一个混合管和三个反应管组成，可以生产溶解浆或造纸用浆，其生产能力为182t／d风干棉浆。棉短绒靠转子喂料阀喂入，并通过孔型卸料器进行卸料。投产后，用这套设备生产的棉浆质量得到明显的提高，远远优于间歇回转式蒸煮器所生产的棉浆。其主要原因就是蒸煮均匀。另一个特点是卸料不会发生堵塞，而且不受棉短绒“结球”与“搓绳”的影响。

连续蒸煮与间歇蒸煮比较：能降低用碱量，同时可减少筛渣量，增加纸浆得率，这些优点由于原料受到压缩，原料中部分空气被驱出，从而使其离开喂料器在预热区，原料呈现似海棉性状入到药液中，均匀吸收药液。另外，管式连续蒸煮器中定速螺杆的搅拌作用，也产生一定的效果。因此采用水平管式连续蒸煮设备能均匀处理，良好混合和准确控制棉短绒的制浆过程，从而达到提高棉浆质量，降低用碱量，减少筛渣量和增加纸浆得率的目的。

2．碱—氧连续蒸煮

日本报导了采用碱—氧连续蒸煮棉短绒，原料为混合棉短绒，并含有少量叶、籽壳和落地棉，棉短绒和碱液混合物加入到管式连续蒸煮器的水平反应区，由反应区后部通入氧气和进行搅拌，氧气与棉短绒碱液混合物逆流接触，这样在反应区前面部分氧气的分压较低，可以抑制氧气在开始蒸煮时对纤维素的氧化降解。碱可以选用氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠，反应区氧气分压为0．05～0．8MPa。实例：含棉短绒和碱液混合物(8～10kg／h)，通过螺旋挤压机得到的物料含棉短绒30%和2%氢氧化钠，然后通过反应器，使物料与氧气逆流接触，氧气分压为0．2MPa，蒸煮温度为130～140℃，保温时间40～90min，制得的棉浆得率83%和白度75%，棉浆羧基含量低和聚合度分布均匀。

3．采用在双螺旋挤压机中进行棉短绒的蒸煮、漂白和洗浆连续化生产的新技术

近年来美国、法国等研究开发了采用在双螺旋挤压机中实现棉短绒的蒸煮、漂白和洗浆连续化生产的新技术，该制浆工艺的主要特点是采用双螺旋挤压机在高浓度情况下加入蒸煮和漂白试剂，利用高浓下纤维之间与螺旋之间的摩擦所产生的热量在常压下进行蒸煮和漂白，而不需要另外加入蒸汽，洗涤浆料是在低浓度条件下进入和高浓度挤出。该工艺要求对原料进行严格的备料和净化，使棉短绒进入双螺旋挤压机含杂质1～3%，该工艺不设浆料筛选和除渣净化设备，而是靠化学方法蒸煮和漂白以除去杂质和起到漂白作用。

蒸煮和漂白工序由两台双螺旋挤压机来完成，在第一台双螺旋挤压机中加碱进行蒸煮，在第二台双螺旋挤压机中加碱和过氧化氢进行漂白。

双螺旋挤压机为圆筒型，内装有两根不同方向和形状的螺旋，用来喂料、混合和切料。供蒸煮用的双螺旋挤压机有两个工作区，而供漂白用的双螺旋挤压机有四个工作区。

棉短绒从螺旋输送机送入双螺旋挤压机，同时加入蒸煮碱液，一面将原料由喂料口推向前进，一面将碱液与原料混合，然后由切割螺旋将纤维切断，使原料和碱液进一步混合反应，反应是在高浓度下进行的。由于纤维之间的摩擦及其与螺旋的摩擦和被切断时所产生的热量，使浆料在双螺旋挤压机中温度升高至80℃左右，经过第一台蒸煮用的双螺旋挤压机后，用螺旋输送机至反应器，在反应器中继续进行蒸煮，保持1h左右。

蒸煮后浆料由螺旋输送机送至第二台漂白螺旋挤压机，开始加入回用水进行洗涤，洗去黑液后，加入碱和过氧化氢溶液进行漂白。第二台漂白用的双螺旋挤压机有四个工作螺旋进行切断纤维，同时还有混合浆料与漂液的作用，由于在第二台螺旋挤压机内要除去黑液和洗浆，因此开始温度较低，加入漂液进行漂白时温度升至60℃，在第二台双螺旋挤压机中进行漂白反应后，由螺旋输送机送至反应器继续进行漂白反应，反应时间为2h。漂白后浆料进入贮浆池。

蒸煮和漂白反应器为常压容器，底部有皮带输送机缓慢移动把浆料均匀地推向前进，浆料在反应器中呈充满状态，循序前进，使蒸煮和漂白反应均匀，浆料浓度为25～30%。

洗浆在螺旋洗浆机中进行，经漂白的浆料在贮存池中用水稀释到浓度1．5～2．0%，然后用泵送入螺旋洗浆机中，进行脱水洗涤，出螺旋洗浆的浓度约30%，再用白水稀释后供纸机抄纸用。

该工艺的自动控制和浆水平衡系统要求较高，由于是在高浓度下进行蒸煮、漂白和洗涤，因此用水量少，纤维流失少，大量生产用水经过反复循环使用，如最后稀释浆料使用来自纸机的白水，则t浆消耗水量最低可达10m³。最高不超过20m³。虽然电耗较高，但不用蒸汽，而且水耗低，因此，综合能源消耗不高。

主要工艺技术条件如下：

备料净化率(%)：85；

备料后棉短绒含杂率(%)：1～3；

蒸煮浓度(%)：30；

用碱量(以氢氧化钠计)(%)：3～6；

蒸煮温度(℃)：80；

在双螺旋挤压机中停留时间(min)：30；

在蒸煮反应器中停留时间(min)60；

漂白浆浓度(%)：＞30；

用碱量(以氢氧化钠计)(%)：1～2；

过氧化氢用量(%)：3～6；

在双螺旋挤压机中停留时间(min)：30；

在漂白反应器中停留时间(min)：120；

漂白温度(℃)：60～80；

漂白浆得率(%)：＞88；

耗水量(m³／t·浆)：20；

耗电量(kWn／t浆)：1000；

污染负荷

BOD(kg／t·浆)：50；

COD(kg／t·浆)：150；

SS(kg／t·浆)：26．3。

4．碱—过氧化氢制浆

据研究空气阴极法制碱性过氧化氢及其在造纸工业中的应用，在碱性条件下，空气中的氧在碳素制成的气体扩散阴电极上吸附并还原，和水反应生成H₂O₂，H₂O₂的浓度约1mol／L，碱和H₂O₂的重量比约2∶1。使用空气阴极产物对棉短绒进行了碱—过氧化氢制浆，从成浆质量来看，对棉籽壳，木质素的脱除较彻底，几乎看不到尘埃点，棉浆白度也好，强度高，获得了满意的制浆效果。

根据南京林学院对棉短绒进行碱—过氧化氢制浆的研究，在试验范围内，棉短绒碱—过氧化氢制浆的最佳工艺条件为：氢氧化钠用量10%，过氧化氢用量2%，EDTA用量0．3%，表面活性剂用量1%，液比1∶6，蒸煮温度70℃，保温时间150min。蒸煮结果纸浆得率90%，白度76%。棉短绒的碱—过氧化氢制浆法与碱法高温蒸煮传统法比较：纸浆得率增加10%以上，白度提高约20度，蒸煮温度低可节省蒸汽消耗量，棉浆的柔软性好，耐折度高，而且废水中化学需氧量减少80%。

采用管道式连续蒸煮设备，碱—氧法连续蒸煮和碱—过氧化氢制浆方法是对棉短绒制浆设备和工艺的改进，对于提高棉浆质量，提高纸浆得率，增加产量降低生产成本，并使制浆过程的自动控制以及减轻废水污染都是十分有利的。