CN101225614B

CN101225614B - 一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法

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Publication number: CN101225614B
Application number: CN2008100262460A
Authority: CN
Inventors: 陈淑华; 梁明润
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-02
Filing date: 2008-02-02
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2028-02-02
Also published as: CN101225614A

Abstract

本发明公开了一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法，它包括制浆、抄纸工艺段，其特征是它包括以下步骤：(1)备料：将纤维植物粉碎；(2)离解纤维：将粉碎后的纤维植物进行蒸煮灭菌；冷却后加入能分解纤维素、木质素的霉菌，搅拌均匀，放置于发酵槽中发酵至纤维植物被离解成蓬松状即成为纸浆原料；(3)散浆；(4)立网；(5)压榨；(6)干燥；(7)表面施胶；(8)压光；(9)卷取成纸。本发明的原料处理中因无须采用化学原料并免去多道化学处理的工序，使原有造纸过程中的二十几道工序简化为几道工序，不但使造纸工序大大简化，而且还能节省大量的生产用料和能耗，因此具有显著降低生产成本、节约资源和能源的优点。

Description

一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法

技术领域

本发明涉及一种造纸工艺方法，尤其涉及一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的环保、高效、低成本的造纸工艺方法。

背景技术

在现有的造纸工艺包括制浆、抄纸、表面施胶、加工等工艺段，其中，制浆、抄纸是造纸工艺中成纸结构的基本工艺，表面施胶、加工则属于造纸的深加工工序。

制浆段包括：原料选择→蒸煮分离纤维→洗涤→漂白→洗涤筛选→浓缩或抄成浆片→储备备用；

抄纸段包括：散浆→除杂质→精浆→打浆→配制各种添加剂→纸料地混合→纸料地流送→头箱→立网→压榨→干燥→表面施胶→干燥→压光→卷取成纸。

现有技术在制浆时，由于多数采用强碱蒸煮分离纤维，因此，需进行洗涤后才能进行后续工序。另外，虽然在蒸煮分离工序中大部分的木质素已从原材料中去除，但还会有大约3～12％的木质素残留，造成纸浆褐色，并降低纸张的强度，所以还需要有对纸浆进行漂白和洗涤的工序。现有技术多采用化学漂白的方法，传统的化学漂白法是采用多段的氯/二氧化氯漂白及碱提取来去掉木质素，因此，现有的造纸技术中存在以下的缺点：

(1)污染环境：在生产过程中会产生大量的碱性废水(黑液)，如果直接排放到大自然中，会造成对水源的污染、土壤板结等严重的环境污染，这使造纸业成为污染行业。

(2)腐蚀设备：上述方法要消耗大量的酸、碱、盐，使用的强酸强碱会腐蚀蒸球等生产设备。

(3)能耗大：由于使用强酸强碱处理制浆原料阶段以及在漂白阶段后都需用大量的水反复洗涤，所以既耗电又耗水。

(4)生产成本提高：为减少污染，须对黑液需进行回收处理，不仅回收设备投资大，而且治污设备的运行费用高昂，因而造成生产成本的提高。

(5)利用率低：采用现有技术处理的原材料的利用率为40～45％。

(6)生产需时长：由于生产工序多，需要的时间较长。

目前，生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著特点，成为环境保护中应用最广、也是最为重要的单项技术。在造纸的制浆工艺中，人们已经开始应用生物发酵法来改善其污染问题，但现有的生物发酵法造纸方法通常是对化学方法的改良，并不能完全取消现有的化学制浆工序，因此，在环保、以及生产效率和生产成本方面仍有很大的发展空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的环保、高效、低成本的造纸工艺方法。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法，它包括制浆、抄纸工艺段，其特征是它包括以下步骤：

(1)备料：将纤维植物粉碎；

(2)离解纤维：将粉碎后的纤维植物进行蒸煮灭菌；冷却后加入能分解纤维素、木质素的霉菌，搅拌均匀，放置于发酵槽中发酵至纤维植物被离解成蓬松状即成为纸浆原料；

(3)散浆：将上述纸浆原料置于浆池中加水搅拌成纸浆；然后将纸浆送入磨浆机内进行磨浆；

(4)立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

本发明所述步骤(2)中的蒸煮灭菌的温度在100～120℃的范围内，蒸煮时间在10～30分钟即可。

本发明所述步骤(2)中的霉菌用量为纤维植物总重量的0.05％～15％的微生物，所述发酵温度可在28～70℃的范围内，发酵时间为1～2天即可使霉菌完全分解植物纤维中的木质素，并使之成蓬松状。

本发明可以做以下改进：所述步骤(1)备料：将纤维植物粉碎后，加入少量的麦糠和干豆渣，再加水搅拌均匀；(2)离解纤维：将前述混合物进行蒸煮灭菌，冷却后加入霉菌，搅拌均匀，放置于发酵槽中发酵至纤维植物被离解成蓬松状成为纸浆原料；本发明所述的麦糠重量为纤维植物总量的2～7％，所述的干豆渣重量为纤维植物总量的3～7％，所述的在纤维植物、麦糠、干豆渣构成的混合物中加入的水的重量为纤维植物总重量的20％～70％。

上述步骤(1)的改进技术方案由于加入了麦糠(麸)和干豆渣，该两种物质中含有大量的维生素、微量元素、蛋白质等营养成分，为霉菌提供了含有非常丰富的碳源、氮源和微量元素的繁殖环境，霉菌得以在繁殖生长的同时分解纤维植物的纤维素和木质素，直至纤维植物完全降解，因此，霉菌的直接使用量可以从没有加入麦糠(麸)和干豆渣时的用量为纤维植物总重量的5～15％降为0.05％～5％的范围，最佳用量范围是0.05％～0.15％，从而能更进一步地降低生产成本。

本发明步骤(2)的离解纤维中主要是利用生物发酵时自行产生的热量使纤维植物原料升温达到28～70℃的发酵温度，在冬天环境温度过低的情况下，也可人为控制其发酵温度。

所述的能分解纤维素、木质素的霉菌可以是黄曲霉、紫红曲霉、红曲霉、无壳曲霉、造孢曲霉、米曲霉、木霉、青霉等中的一种或两种或两种以上的组合。

所述的纤维植物体可以是木材、废弃甘蔗渣、玉米杆、玉米苞、稻草杆、高粱杆、小麦杆、黄豆杆、芦苇、麻杆、棉花杆等具有粗纤维的植物。

所述步骤(1)中纤维植物体粉碎成40～100目的颗粒，以利于霉菌对植物的纤维素、木质素的分解。

所述的步骤(2)中的混合物放置于发酵槽中的厚度为300～800cm，优选350～500cm。可以通过控制混合物发酵时的厚度来控制在发酵时的温度，使其自行升至并保持在28～70℃范围内。

所述步骤(2)中水的添加量可根据实际纸张要求的克重进行调整。纸张的克重大，纸浆的浓度高，添加的水量就少；纸张的克重小，纸浆的浓度低，添加的水量就多。

本发明还可以根据需要对得到的原纸进行进一步的处理，即进行涂布处理、复卷、裁切和包装等。

本发明与现有技术相比具有以下有益的效果：

(1)实现造纸工艺的清洁生产：与现有技术中的造纸工艺相比，由于本发明在原料处理中摒弃了在制浆工艺中对强酸强碱等化学品的使用，用生物发酵法替代化学制浆直接获得纸浆纤维，并把植物纤维中的木质素变性成为粘性物，起到有用的粘合作用，在造纸制浆的生产过程中，不但免去了化学或者半化学对原材料的所有处理工序，不会产生碱性废水(即黑液)，解决了碱性废水污染水源、造成土壤板结的环境污染问题；而且更重要的是它本身也无需排放废水废物，真正做到零污染排放，实现造纸过程的清洁生产。

(2)变废为宝：由于本发明在原料处理中利用生物发酵的方法充分有效地分解植物纤维中的木质素，不但能直接获得纸浆纤维，解决了现有技术使纤维素容易遭到化学物质过度地破坏的问题，有利于改善造纸质量；而且还能使多种粗纤维的植物废弃物诸如甘蔗渣、农作物秸秆和食品生产中的废弃物诸如麦糠、干豆渣变为有用的物质，既解决了废弃物的堆积造成的环境污染，又使资源得到循环利用，又可降低造纸的原料成本。

(3)大大降低造纸的生产成本：一方面由于本发明用生物发酵法直接获得纸浆纤维，免除了化学制浆工序，使制浆工艺能实现零污染排放，因此无需建造污水处理设施，可大大节省造纸工艺中对环保的资金投入和治污设备高昂的运行费用；另一方面，本发明的原料处理中因无须采用化学原料并免去多道化学处理的工序，使原有造纸过程中的二十几道工序简化为几道工序，不但使造纸工序大大简化，而且还能节省大量的生产用料和能耗；再一方面，本发明所用原材料均价格低廉，且因无需排放废水废物，所以对原材料的利用率可高达95～98％，因此，相比化学或者半化学的方法制浆和造纸技术，具有显著降低生产成本、节约资源和能源的优点。

(4)延长造纸设备的使用寿命：由于本发明免除了强酸强碱对蒸球设备得损害，而且也不需要对材料进行高温高压处理，因此，能够显著地延长造纸设备的使用寿命。

(5)本发明所生产的纸张，如食品包装纸、工业包装纸等，都能达到国家标准。

附图说明

图1是本发明实施例一的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行阐述，但本发明的保护范围并不局限于此。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容，均可实现本发明的目的。

实施例一：

一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法，它包括制浆、抄纸工艺段，其中制浆段为以下步骤的(1)备料和(2)离解纤维步骤；抄纸段为以下步骤中的(3)散浆；(4)立网；(5)压榨；(6)干燥；(7)表面施胶；(8)压光；(9)卷取成纸；具体处理方法如下：

(1)备料：将木材粉碎成40～80目的颗粒，加入重量为木材总重量的2％的麦糠和7％的干豆渣，再加入重量为木材总重量的20％水搅拌均匀；

(2)离解纤维：将上述混合物放进蒸煮锅中以120℃蒸煮灭菌10分钟，取出，待冷却后加入重量为木材总重量的0.05％的黄曲霉，搅拌均匀，放置于发酵槽中，厚度为300cm；28℃发酵2天，至木材被离解成蓬松状即制成纸浆原料；

(3)散浆：将纸浆原料置于浆池中，按照料液重量比1∶5加水搅拌成纸浆；然后将纸浆送入磨浆机内进行细磨；

(4)立网：经细磨后的纸浆经泵输送到蓄浆池中进行立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

实施例二：

一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法，它包括制浆、抄纸工艺段，其中制浆段为以下步骤的(1)备料和(2)离解纤维步骤；抄纸段从散浆至卷取成纸的工艺可采用现有技术的工艺方法。所述步骤(1)、(2)的具体处理方法是：

(1)备料：将木材和废弃甘蔗渣一起粉碎成100目的颗粒，加入重量为木材和废弃甘蔗渣总重量的7％的麦糠和5％的干豆渣，再加入重量为木材和废弃甘蔗渣总重量的70％水搅拌均匀；

(2)离解纤维：将上述混合物放进蒸煮锅中，以100℃蒸煮灭菌30分钟，取出，待冷却后加入重量为木材和废弃甘蔗渣总重量的0.15％的黄曲霉和红曲霉的组合物，搅拌均匀，放置于发酵槽中，厚度为500cm；45℃发酵2天，至木材和废弃甘蔗渣被离解成蓬松状即制成纸浆原料。

实施例三：

(1)备料：将芦苇和棉花杆一起粉碎成50～60目的颗粒，加入重量为芦苇和棉花杆总重量的5％的麦糠和5％的干豆渣，再加入重量为芦苇和棉花杆总重量的50％水搅拌均匀；

(2)离解纤维：将上述混合物放进蒸煮锅中，以110℃蒸煮灭菌20分钟，取出，待冷却后加入重量为芦苇和棉花杆总重量的0.1％的黄曲霉和米曲霉组合物，搅拌均匀，放置于发酵槽中，厚度为350cm；40℃发酵1天，至芦苇和棉花杆被离解成蓬松状即制成纸浆原料；

(3)散浆：将纸浆原料置于浆池中，按照料液重量比1∶9加水搅拌成纸浆；然后将纸浆送入磨浆机内进行细磨；

(4)立网：经细磨后的纸浆经泵输送到蓄浆池中进行立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

实施例四：

(1)备料：将黄豆杆粉碎成50～100目的颗粒，加入重量为黄豆杆总重量的3％的麦糠和4％的干豆渣，再加入重量为黄豆杆总重量的35％水搅拌均匀；

(2)离解纤维：将上述混合物放进蒸煮锅中，同时以115℃蒸煮灭菌18分钟，取出，待冷却后加入重量为黄豆杆总重量的0.2％的黄曲霉和红曲霉的组合物，搅拌均匀，放置于发酵槽中，厚度为600cm；50℃发酵1～2天，至黄豆杆被离解成蓬松状即制成纸浆原料。

实施例五：

(1)备料：将芦苇和棉花杆一起粉碎成70～90目的颗粒，加入重量为木材和废弃甘蔗渣总重量的6％的麦糠和6％的干豆渣，再加入重量为芦苇和棉花杆总重量的55％水搅拌均匀；

(2)离解纤维：将上述混合物放进蒸煮锅中，以112℃蒸煮灭菌13分钟，取出，待冷却后加入重量为芦苇和棉花杆总重量的4％的米曲霉和木霉的组合物，搅拌均匀，放置于发酵槽中，厚度为650cm；55℃发酵1～2天，至芦苇和棉花杆被离解成蓬松状即可制成纸浆原料，该原料加水后即成纸浆。

(3)散浆：将纸浆原料置于浆池中，按照料液重量比1∶10加水搅拌成纸浆；然后将纸浆送入磨浆机内进行细磨；

(4)立网：经细磨后的纸浆经泵输送到蓄浆池中进行立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

实施例六：

(1)备料：将玉米杆和高梁杆一起粉碎成40～60目的颗粒，加入重量为玉米杆和高粱杆总重量的4％的麦糠和3％的干豆渣，再加入重量为玉米杆和高粱杆总重量的45％水搅拌均匀；

(2)离解纤维：将上述混合物放进蒸煮锅中，以118℃蒸煮灭菌23分钟，取出，待冷却后加入重量为玉米杆和高粱杆总重量的1％的黄曲霉和米曲霉的组合物，搅拌均匀，放置于发酵槽中，厚度为400cm；40℃发酵1～2天，至玉米杆和高粱杆渣被离解成蓬松状即可制成纸浆原料，该原料加水后即成纸浆。

实施例七：

(1)备料：将木材和芦苇一起粉碎成50～90目的颗粒，；

(2)离解纤维：将粉碎后的木材和芦苇放进蒸煮锅中，以100℃蒸煮灭菌30分钟，取出，待冷却后加入重量为木材和芦苇总重量的10％的米曲霉，搅拌均匀后，放置于发酵槽中，厚度为450cm，70℃的温度发酵2天，至木材和芦苇被离解成蓬松状即制成了纸浆原料；

(3)散浆：将纸浆原料置于浆池中，按照料液重量比1∶7加水搅拌成纸浆；然后将纸浆送入磨浆机内进行细磨；

(4)立网：经细磨后的纸浆经泵输送到蓄浆池中进行立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

实施例八：

(1)备料：将芦苇粉碎成80目的颗粒；

(2)离解纤维：将粉碎后的芦苇放进蒸煮锅中，以100℃蒸煮灭菌25分钟，取出，待冷却后加入重量为芦苇总重量的15％的黄曲霉和米曲霉的组合物，搅拌均匀后，放置于发酵槽中，厚度为700cm，以35℃的温度发酵2天，至芦苇被离解成蓬松状即制成了纸浆原料。

实施例九：

(1)备料：将麻杆粉碎成60目的颗粒；

(2)离解纤维：将粉碎后的麻杆放进蒸煮锅中，以105℃蒸煮灭菌15分钟，取出，待冷却后加入重量为麻杆总重量的5％的红曲霉，搅拌均匀后，放置于发酵槽中，厚度为800cm，以60℃的温度发酵1.5天，至麻杆被离解成蓬松状即制成了纸浆原料；

(3)散浆：将纸浆原料置于浆池中，按照料液重量比1∶6加水搅拌成纸浆；然后将纸浆送入磨浆机内进行细磨；

(4)立网：经细磨后的纸浆经泵输送到蓄浆池中进行立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

实施例十：

(1)备料：将小麦杆粉碎成70～90目的颗粒；

(2)离解纤维：将粉碎后的放进蒸煮锅中，以100℃蒸煮灭菌25分钟，取出，待冷却后加入重量为小麦杆总重量的13％的黄曲霉和米曲霉的组合物，搅拌均匀后，放置于发酵槽中，厚度为700cm，以65℃的温度发酵1～2天，至小麦杆被离解成蓬松状即制成了纸浆原料；

(3)散浆：将纸浆原料置于浆池中，按照料液重量比1∶8加水搅拌成纸浆；然后将纸浆送入磨浆机内进行细磨；

(4)立网：经细磨后的纸浆经泵输送到蓄浆池中进行立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

Claims

1.一种以生物发酵制浆法替代化学制浆工艺的造纸工艺方法，它包括制浆、抄纸工艺段，其特征是它包括以下步骤：

(1)备料：将纤维植物粉碎；

(3)散浆；

(4)立网；

(5)压榨；

(6)干燥；

(7)表面施胶；

(8)压光；

(9)卷取成纸。

2.根据权利要求1所述的造纸工艺方法，其特征是所述步骤(1)备料：将纤维植物粉碎后，加入少量的麦糠和干豆渣，再加水搅拌均匀；步骤(2)离解纤维：将前述混合物进行蒸煮灭菌，冷却后加入霉菌，搅拌均匀，放置于发酵槽中发酵至纤维植物被离解成蓬松状成为纸浆原料。

3.根据权利要求2所述的造纸工艺方法，其特征是所述步骤(2)中的蒸煮灭菌的温度在100～120℃的范围内，蒸煮时间在10～30分钟。

4.根据权利要求3所述的造纸工艺方法，其特征是所述步骤(2)中的霉菌用量为纤维植物总重量的0.05％～15％的微生物，所述发酵温度在28～70℃的范围内，发酵时间为1～2天。

5.根据权利要求4所述的造纸工艺方法，其特征是所述步骤(1)中纤维植物体粉碎成40～100目的颗粒。

6.根据权利要求5所述的造纸工艺方法，其特征是所述的步骤(2)中的混合物放置于发酵槽中的厚度为300～800cm。

7.根据权利要求6所述的造纸工艺方法，其特征是所述的步骤(2)中的混合物放置于发酵槽中的厚度为350～500cm。

8.根据权利要求2～7任一权利要求所述的造纸工艺方法，其特征是所述步骤(1)中的麦糠重量为纤维植物总量的2～7％；干豆渣重量为纤维植物总量的3～7％；在纤维植物、麦糠、干豆渣构成的混合物中加入的水的重量为纤维植物总重量的20％～70％。

9.根据权利要求8所述的造纸工艺方法，其特征是所述步骤(2)中的霉菌的用量为纤维植物总重量的0.05％～5％。

10.根据权利要求9所述的造纸工艺方法，其特征是所述步骤(2)中的霉菌的用量为纤维植物总重量的0.05％～0.15％。

11.根据权利要求1所述的造纸工艺方法，其特征是所述的步骤(2)中的纤维植物放置于发酵槽中的厚度为300～800cm。

12.根据权利要求11所述的造纸工艺方法，其特征是所述的步骤(2)中的纤维植物放置于发酵槽中的厚度为350～500cm。