CN101289816A

CN101289816A - 一种植物纤维浆的生产方法

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Publication number: CN101289816A
Application number: CNA2007100276454A
Authority: CN
Inventors: 黄自球
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-10-22

Abstract

本发明公开了一种植物纤维浆的生产方法，包括原料裁截、脱水干燥、蒸煮制浆，脱水干燥后的原料经过爆化，将原料爆化成丝；蒸煮制浆是在密封容器内加入爆化成丝干料和双氧水一起蒸煮成浆。爆化过程是先将原料预热到160～180℃，再在密闭腔内加热到180～200℃使原料内部纤维组织结构的内外压力达到平衡，然后瞬间排放产生汽爆，使原料爆化成丝。蒸煮制浆过程是先将原料加热到60～80℃，然后在密闭空间内用温度为110～120℃水蒸汽加热到95～105℃，使原料纤维离散为浆液。由于爆化使得各种油脂类物质得于汽化挥发，有机糖类物质很快溶于水中；加入双氧水蒸煮制浆不会产生废弃物，有效地消除能源浪费和保护环境。

Description

一种植物纤维浆的生产方法

技术领域

本发明涉及造纸技术领域，特别是生产植物纤维浆的方法及其流程。

背景技术

目前生产的植物纤维浆，主要用于生产纸制品。其制浆方法主要有：化学制浆，半化学制浆，化学机械制浆，机械制浆在运行使用。

化学制浆是以纤维植物造原料，将酸、硷和盐的化学药物溶在水里呈蒸煮液。经高温，高压蒸煮，产生强烈的化学能，使原料内包裹着纤维丝的大部分化学成分结构的链、键断裂，溶入水里。纤维丝也分散显露在水里，成混合浆料：纸浆。蒸煮成浆的时间从数十分钟到数小时之间，采用温度在150℃到180℃之间；这个温度已超过纤维素不受破坏的温度(150℃以下)。

各种制浆方法因生产情况各异，纤维素和半纤维素都发生不同程度的降解。造成制浆得率下降，浪费原料。所制得的浆料成分比原料原有的化学成分要复杂很多。植物种类繁多，含化学成分变化多。使化学制浆在控制使用化学药物品种、用量方面增加了难度。因为使用原料的种类有限，资源利用率低。因此，化学制浆的适应性受到限制。

纸浆需要的是植物纤维和有利于造纸的有机化学成分，其余的化学药物及由化学药物衍生的化合物必须经洗涤清除。因此要耗用大量清水在一定的高温下，多次清洗脱水，才能得到符合要求的有色纤维浆料-原色纸浆。

纤维植物都是有色物料。加入化学药物和原料蒸煮反应生成新的有色成分，使制得的浆料变成更深色，在经历数十分钟或数小时的高温高压蒸煮，把原本有一定白度的纤维丝也染成和浆液一样的颜色。生产白色纸浆，要加入化学漂白剂和化学助剂，在一定高的温度下进行从数十分钟到数小时不等的漂白处理和洗涤脱水，才能制得白色纸浆。

以上原料蒸煮、漂白处理、洗涤脱水工序都要耗费大量热能、电能和水，并产生大量高浓度含酸、硷、盐的废水；这种废水是腐蚀性强，颜色深，强异味的环境污染物。如不经处理，直接排放，会严重破坏自然环境。要处理这些污染物要投入巨额资金和大量人力物力，增加了造纸业的耗能，生产变得更复杂多变，厂房、占地规模变得更大。这类化学污染物为害处理时至今日还没有得到切底解决。

化学药物在高温蒸煮时对植物纤维有一定水解破坏作用。容在浆液里的有机化学成分在清洗浆料时差不多被去除尽，造成化学制浆得率很低。原色浆在50～60％，漂白浆在40～45％(以干木材重量计)草类原料得浆率就更低，原色浆料只有37～50％，漂白浆34～46％。

化学制浆蒸煮压力高达7～9×10⁵Pa，热源来自高压高温蒸汽，生产成高危行业，管理技术要求高，设备安全系数高，加重企业管理难度。

为提高原料利用率和减少使用化学药物，后来发展有半化学制浆，化学机械制浆，机械制浆。同样要耗用化学制浆的1/3～3/4化学药物做前期处理，后还要用大功率的磨机，搓磨原料使纤维离散成浆。结果是长纤维损失大，细小纤维和短纤维含量多，纤维束和碎片的存在，纤维丝表面还附有木质素和半纤维素；使纤维丝的胞间微孔无法显露出来，失去纤维丝间的结合力；使浆的强度下降。细小纤维碎屑及填料、胶料粒子容易在印刷时受机械作用影响下(磨擦、弯曲、冲击或震动)从纸面脱落，形成掉料、掉毛，造成纸的外观和印刷适应性差。纸浆的颜色来自抽提物和木素，纸浆白度低，漂后易返黄，不宜抄造高级纸张，产品用途受到限制。原料里有机化学成分溶出少，磨浆时浆浓度低，废液含有机物少，水分多，药物回收困难。前期的浸渍蒸煮要耗用大量的水和热能。

综述目前的制浆方法，纸浆得率低，耗电、耗水、耗能大，废水、废气多，严重污染环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物纤维浆的生产方法，以快速，经济的方法生产植物纤维浆；同时降低能耗，提高纸浆得率，消除对自然环境污染。

本发明的技术方案是：一种植物纤维浆的生产方法，包括原料裁截、脱水干燥、蒸煮制浆，主要是所述脱水干燥后的原料经过爆化，将原料爆化成丝；所述蒸煮制浆是在密封的容器内加入爆化成丝原料和双氧水一起蒸煮成浆。

所述爆化过程是：先将脱水干燥后的原料预热到160℃～180℃，再送入密闭腔内加热到180℃～200℃[此时压力约为6～8×10⁴Pa(表压)]，使原料内部纤维组织结构内外的压力达到平衡，然后瞬间排放产生汽爆，使原料爆化成丝。所述爆化后的热气体又返会去预热其原料。

所述加入爆化成丝干料和双氧水的重量之比约为：1∶5，所述双氧水含H₂O₂为10％～15％。所述蒸煮制浆过程是：先将的原料加热到60℃～80℃，然后送入密闭的空间内，再用温度为110℃～120℃[此时压力为0.5～1.5×10⁴Pa(表压)]的水蒸汽加热到95℃～105℃，抑制H₂O₂的沸腾挥发，使原料纤维离散为浆液。所述浆液经脱水处理后的热水又返会去预热其原料。

应用本发明生产植物纤维浆的工艺流程是：

1.裁截原料：把体积大的原料用机械裁截成符合规格要求的材料。

2.脱水干燥：将含水分大于15％的裁截料进行脱水干燥到含水分小于10％～15％，这有两种生产途径：

2.1用传统的办法：自然晾干或晒干；

2.2人工加热烘干。

裁截原料和脱水干燥可以采用传统的现有工艺技术，此处不再赘述。

3.爆化：先将脱水干燥后的原料预热，再送入封闭的腔体内加热到一定温度，使原料内部纤维组织结构内外的压力达到平衡，然后瞬间排放出来。汽爆后产生的热汽体又返回去预热材料。

所述爆化过程中：含水分在10％～15％只间的植物纤维干燥料，虽然经预热到160℃～180℃，在刚进入密封腔内时，其材料内部结构组织的温度和压力要比密封腔内温度与压力低，材料内部已汽化的化学成分不会逸离原料；细胞到结构“组分”成脱水状态，物质结构紧密；不溶于水，能防水，防渗的树脂胶质成分(木质素层)使材料管体结构组织变得坚实，有一定硬度和抗压能力。继续加热到200℃时，材料内部应汽化的化学成分成汽体充盈在管腔内，所产生的压力与密封腔内空间压力相等，成平衡状态。此时密封腔内压力比密封腔体外部自然压力大6～8×10⁴Pa(表压)，这时把材料以瞬间排出密封腔外，下降到与之紧密相连的另一个至少大于5倍以上的封闭的常温常压空间内；密封腔内气体即时向常温常压空间扩散，压力急剧下降，材料内部结构紧密，管腔内汽体无法即时外逸，使管腔内外产生巨大的压力差，并转变为爆破力，使材料管体发生纵向破裂，材料自成由表及里快速连续爆裂，受不熔物粘连保护的纤维丝，就裂变成与物料纵向长度相同的纤维束长条状；纤维束长条截面积可细化到0.5mm²，使材料成松散的长条丝束，已汽化的化学成分，成汽体分离出原料；爆破的冲击把处在熔化成液状粘附在固体上的化学成分甩离粘附物，有些因分子间连结受到破坏被分离的物质微粒和纤维粉末随着温度下降变成粉尘。

从预热、密封加热、瞬间排放的过程是爆化的全过程，时间不超过20分钟。爆化后的热空气用抽气机抽出，用于爆化前原料预热。

4.蒸煮制浆：在煮器内，加入设定比例的原料和双氧水；封闭加热蒸煮使材料纤维离散成浆；然后脱水排浆——即将沉淀的浆液与水分离；为节约能源，脱水后的热水应返回对原料预热。

所述蒸煮制浆过程中：在蒸煮器内加入原料和双氧水(含15％H₂0₂水混合液)，料的重量比是：爆化成丝干料1，双氧水5。先将的原料加热到60℃～80℃，由于采用的原料在爆化的时候，各种不溶于水、且能防水渗透的各中油脂类物质得于汽化挥发，使半纤维素和木质素能很快溶于水中。原料和双氧水一起被加热的过程中，H₂O₂在蒸煮液中可离解成：H⁺HO^- ₂，2HO^- ₂-O₂+2OH，这些离子很快与植物内硷性物(K、Mg、Ca、NH₄等)及酸性物(C、N、S、P、Si等)生成相应的硷液或酸液，过羟基离子HO^- ₂具有漂白作用。对原料内不溶于水的化学成分进行酸解或硷解，最后使不溶于水的化学成分顺利溶入水里。原料送入密闭的空间继续加热，随着温度的不断提高，H₂O₂会沸腾挥发；为了抑制H₂O₂的沸腾挥发，让其更有效地发挥作用，此时再用温度为110℃～120℃[此时压力为0.5～1.5×10⁴Pa(表压)]的水蒸汽，在无水的密闭空间加压，同时对还未进入到蒸煮的原料加热到95℃～105℃，抑制H₂O₂的沸腾挥发。温度在95℃～105℃的区间内，原料开始离散成浆。保持3到5分钟，使材料纤维完全离散成白色纤维丝浆；这时可以进行脱水排浆，其分离后的热水抽回对原料进行预热。

由于采用了爆化工序，使得原料爆化成丝，在爆化的时候，各种不溶于水、且能防水渗透的各种油脂类物质得于汽化挥发，使半纤维素和木质素能很快溶于水中；而加入双氧水蒸煮制浆不会产生废弃物，又能增加对纤维素、半纤维素和木质素的漂白作用，因此这是一种制浆得率很高的植物纤维浆的生产方法。由于没有废弃物的产生，爆化和蒸煮制浆的工序中都可利用本工序中的余热对其原料进行预热，从而有效地利用、节约了能源。由于没有废弃物的产生和余热的再利用，从而又有效地保护了环境。

附图说明

图1是本发明实施例的总体工艺流程图；

图2是本发明子工序爆化工艺流程图；

图3是本发明子工序蒸煮制浆工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图1到3对本发明实施例作进一步的描述：

图1中表明了本发明总体工艺流程，其中裁截原料和脱水干燥可以采用传统的现有工艺技术，此处不再赘述；而爆化和蒸煮制浆则是本发明的两个核心工艺。

图2表明本发明子工序爆化工艺过程，是本发明的核心工艺之一；先将原料加热到大于160℃～180℃，然后送入密封腔内继续加热到180℃～200℃。刚进塔内的原料温度和压力，比塔内温度与压力低。原料内已气化的化学成分就不会逸离原料。原料含水＜15％，细胞到结构“组分”成脱水状态，物质结构紧密。不溶于水，能防水，防渗的树脂胶质成分(木质素层)使管体结构变得坚实。有一定硬度和抗压能力。加热到设定温度：180℃～200℃时原料内应气化的化学成分成气体充盈在管腔内产生的压力与塔内空间压力相等成平衡状态。此时密封腔内压力比腔外自然压力大6～8×10⁴Pa(表压)；这时把原料以瞬间排出密封腔外，下降到紧密相连的爆化筒内。密封腔内气体即时向比体积大5倍以上的空间扩散，压力急剧下降。原料内结构紧密，管腔内气体无法即时外逸，使管内外产生压力差，并转为爆破动力。使物料管体发生纵向破裂。原料自成由表及里快速连续爆破。受不熔物粘连保护的纤维丝，就变成与物料纵向长度相同的纤维束长条。纤维束长条截面积可细化到小于0.5mm²，使原料成松散的长条丝。已气化的化学成分，成气体分离出原料。爆破声浪把处在熔化成液状粘附在固体上的化学成分甩离粘附物，因温度下降成粉尘。也有因分子间连结受到破坏被分离的物质微粒和纤维丝成爆后共存。以上的处理时间全过程不超过20分钟。密封腔内瞬时排料后，马上关闭卸料门，就可进入下一次生产流程。密封腔内温度下降很少，即生产热损失很少。用抽气机把热空气抽出，用于爆化前原料预热；这也是原料爆破时产生的粉尘收集过程，使排气无尘化。

图3中表明了蒸煮制浆工艺流程，也是本发明的核心工艺之一：蒸煮器放入原料和蒸煮液(含15％H₂O₂水混合液)，料的重量比是：爆化成丝干料1，蒸煮液5。爆化成丝单条纤维束截面积小于0.5mm²且失去防水，防渗能力；水浸渍蒸煮时，水能即时渗到原料内，受热升温很快。先将原料进行预热到60℃～80℃，这个预热是为节约能源利用废弃的热水进行的；然后送入密封的容器内，用蒸煮液喷淋三分钟，并继续加热到95℃～105℃，原料纤维开始松胀，此时宜用温度为110℃～120℃、[压力为1.5×10⁴Pa(表压)]的水蒸汽作辅助加热并压抑住H₂O₂的沸腾挥发，使原料完全纤维离散成浆。

如是用于一般纸则可开始脱水排浆。如是用于作高级的白纸，在95℃～105℃区间蒸煮3到5分钟，使材料纤维完全离散成白色纤维丝浆。

从预热到材料纤维完全离散成白色纤维丝浆的过程只需约20分钟的时间。这时可以进行脱水排浆：将浆液送入沉淀池，停止加热，让纸浆逐步沉淀与水分离；为节约能源，分离后的热水抽回对原料进行预热。

Claims

1.一种植物纤维浆的生产方法，包括原料裁截、脱水干燥、蒸煮制浆，其特征在于所述脱水干燥后的原料经过爆化，将原料爆化成丝。

2.一种植物纤维浆的生产方法，包括原料裁截、脱水干燥、蒸煮制浆，其特征在于所述蒸煮制浆是在密封的容器内加入爆化成丝干料和双氧水一起蒸煮成浆。

3.根据权利要求1所述一种植物纤维浆的生产方法，其特征在于所述爆化过程是：先将脱水干燥后的原料预热到160℃～180℃，再送入密闭腔内加热到180℃～200℃[此时压力约为6～8×10⁴Pa(表压)]，使原料内部纤维组织结构内外的压力达到平衡，然后瞬间排放产生汽爆，使原料爆化成丝。

4.根据权利要求3所述一种植物纤维浆的生产方法，其特征在于所述爆化后的热气体又返会去预热其原料。

5.根据权利要求2所述的一种植物纤维浆的生产方法，其特征在于所述加入爆化成丝干料和双氧水的重量之比约为：1∶5，所述双氧水含H₂O₂为10％～15％。

6.根据权利要求5所述的一种植物纤维浆的生产方法，其特征在于所述蒸煮制浆过程是：先将的原料加热到60℃～80℃，然后送入密闭的空间内，再用温度为110℃～120℃[此时压力为0.5～1.5×10⁴Pa(表压)]的水蒸汽加热到95℃～105℃，让原料纤维离散成浆。

7.根据权利要求6所述的一种植物纤维浆的生产方法，其特征在于所述浆液经脱水处理后的热水又返会去预热其原料。