CN106120417B - 超声波高强度机化浆制浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声波高强度机化浆制浆方法，可有效解决纸浆质量差，生产效率低，成本高的问题，方法是，木片经洗涤，进行超声预处理软化，脱水，然后进入一段双螺旋挤压疏解机，制成木丝或小木条，再送入二段双螺旋挤压疏解机，疏解成木纤维束，送入超声波反应仓内进行超声波反应处理，使木纤维束变成木纸浆，将木纸浆送入洗浆机进行洗涤净化，废水送入废水处理系统排放，净化后的木纸浆经浓缩机挤压浓缩成质量浓度10%的湿浆，本发明显著提高后序段的挤压撕裂效果及最终成浆质量，取消了高浓漂白塔及高浓盘磨机以及超声波与氧气协同作用处理纸浆，简化了工艺流程，节省了投资，提高了纸浆质量和降低了生产成本，经济和社会效益巨大。
Description
技术领域
本发明属于造纸制浆技术领域，涉及一种制浆方法，特别涉及一种超声波高强度机化浆制浆方法。
背景技术
碱性过氧化氢机械浆，是以阔叶木为主要制浆原料，采用挤压疏解、浸渍和磨浆工艺而制成的一种化学机械浆。其制浆工艺是在漂白化学热磨机械浆制浆工艺的基础上发展起来的，它汇集了化学热磨机械浆和漂白化学热磨机械浆的制浆工艺和生产设备上的优点，而创立了“制浆和漂白同时完成的合二为一”的制浆工艺，此制浆工艺过程即成为碱性过氧化氢机械制浆工艺的最大特点。它具有设备投资较少、占地面积小、工艺流程紧凑，生产能耗较低、纸浆得率高，制浆废水不含硫、不含氯、污染轻、治理容易，纸浆可用于配抄中高档新闻纸，多种含机械浆涂布纸及未涂布印刷纸等各种纸张。基于碱性过氧化氢机械浆制浆工艺的特点和诸多优点，碱性过氧化氢机械浆制浆工艺被誉为“90年代最具发展潜力”的制浆工艺，是当今世界先进的绿色环保工艺。
O2本身在酸性或碱性条件下是游离基，也是氧化性的亲电试剂。它能与具有游离酚羟基或共轭双键的结构单元反应。空化气泡崩溃时，产生的能量（局部高温、高压环境下）可导致键的断裂，促进自由基的产生，例如水被分解产生·H和·OH自由基，而溶解在溶液中的气体（O2）也可以发生自由基裂解反应产生·O自由基，改变溶剂结构从而影响反应速度。当固-液界面即纤维素纤维-水受到超声波的作用时，在界面处的空化与纯液体中的空化极不相同的。由于界面附近的不对称性会使气泡发生形变，靠近固体一侧较平，这就起到一种强化作用，气泡崩溃时产生快速运动的微射流，并以大于100m/s的速度射向界面，使固体表面发生局部侵蚀和剥蚀。这种微射流的出现与否与相邻固体表面的尺寸有关，固体表面的尺寸必须数倍于气泡的尺寸方可。当含有尺寸数倍于空化泡的纤维素纤维的悬浮液受到超声波的作用时，超声空化产生的微射流冲击波起到机械打浆的作用，使次生壁外层以片状或膜状脱除，并使次生壁中层纤维润胀、位移和细纤维化。
目前，我国现有的主要生产碱性过氧化氢机械浆的制浆法为PRC APMP，其中的工艺流程主要由木片洗涤、汽蒸、1段单螺旋挤压疏解机、1段浸渍器、1段反应仓、2段单螺旋挤压疏解机、2段浸渍器、2段反应仓、一段高浓磨、高浓漂白塔、冲稀池、二段高浓磨、消潜池、筛选净化、浓缩机和成浆池工序组成。制浆漂白药液化学药品组成包括NaOH和H2O2。木片的撕裂、浸渍分别在单螺旋挤压疏解机和浸渍器中完成。单螺旋挤压疏解机通过调整其机内压缩比对木片进行挤压撕裂处理，使木片沿其纹理方向撕碎成细小碎片，使其在浸渍器中充分地吸入制浆漂白药液。由于木片的撕裂和浸渍效果将直接影响反应仓内的浆料化学反应程度和后续的磨浆质量，因此，单螺旋挤压疏解机是制浆工艺流程中的关键设备。然而，现有的碱性过氧化氢机械浆制浆工艺流程因选用的单螺旋挤压疏解机处理达不到所要求的效果的缺陷，同时浸渍器因经常将制浆漂白药液带入反应仓，而存在由此导致反应仓内浆料浓度不稳定而影响后续磨浆段的质量。
现有一种双螺旋挤压法碱性过氧化氢机械浆(APMP)制浆新工艺，其工艺流程是由木片水洗、汽蒸、热水或热碱预处理、1号双螺旋挤压疏解机、1号反应仓、2号双螺旋挤压疏解机、2号反应仓、一段高浓磨、二段高浓磨、筛选净化、浓缩机和成浆池等工序组成。流程中的热水或热碱预处理有利于风干木片的软化，选用两台双螺旋挤压疏解机将现有流程中的挤压疏解和浸渍工艺合二为一，制浆漂白药液分别注入两台双螺旋挤压疏解机内，纤维物料在该机内得到充分的挤碾撕裂和良好的浸渍混合效果，成浆的质量，与传统的PRC APMP浆的质量相当。但该工艺流程复杂，生产效率低，成本高，生产出的纸浆质量不是很好。因此，制浆方法上的改进和创新势在必行。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种超声波高强度机化浆制浆方法，可有效解决纸浆质量差，生产效率低，成本高的问题。
本发明解决的技术方案是，该方法包括以下步骤：
(1)、木片处理：木片经木片筛选机筛选，送入鼓式洗片机洗涤，经超声波预处理器进行超声预处理，使木片软化，然后进入斜螺旋脱水机脱水；
(2)、木片制条：软化脱水木片进入一段双螺旋挤压疏解机，将木片制成木丝或小木条（火柴棍）；
(3)、制木纤维束；
将木丝或小木条送入二段双螺旋挤压疏解机，疏解成木纤维束；
(4)、制浆；
木纤维束送入超声波反应仓内进行超声波反应处理，使木纤维束变成木纸浆，木纤维束在超声波反应仓内经氧促超声波反应使纸浆的性能得到提高；
(5)、筛选净化，挤压浓缩成湿浆：
将步骤（4）制成的木纸浆送入洗浆机进行洗涤净化，废水送入废水处理系统排放，净化后的木纸浆经浓缩机挤压浓缩成质量浓度10%的湿浆。
本发明由于对木片采用超声波预处理，使其软化，因而显著提高后序段的挤压撕裂效果及最终成浆质量；由于用超声波预处理器和超声波反应仓替代了传统的2个反应仓和取消了高浓漂白塔及高浓盘磨机以及超声波与氧气协同作用处理纸浆。因此，该制浆技术不仅简化了工艺流程，节省了投资；而且提高了纸浆质量和降低了生产成本，经济和社会效益巨大。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例1
本发明在具体实施中，包括以下步骤：
(1)、木片处理：木片经木片筛选机筛选，送入鼓式洗片机洗涤，经超声波预处理器进行超声预处理，即在传统的汽蒸仓的内壁上均布有超声波换能器，超声处理10～30min，超声反应功率为100～250kw，超声反应频率为20～40kHz，使木片软化，然后进入斜螺旋脱水机脱水；
(2)、软化脱水木片制条：软化脱水木片进入一段双螺旋挤压疏解机，，一段疏解机的螺旋开槽口径较大，目的主要是使木片能疏解成木丝或小木条（火柴棍）即可。所以该段的化学药品用量很少，加入木片重量1.0～2.0%的NaOH、0.0～1.0%的H2O2，将木片制成木丝或小木条（火柴棍）；
(3)、制木纤维束；
将木丝或小木条送入二段双螺旋挤压疏解机，，二段疏解机的螺旋开槽口径较小，目的主要是使木丝或小木条（火柴棍）能进一步疏解成木纤维束，所以该段的化学药品用量较多，加入木丝或小木条重量2.0～4.0%的NaOH、2.0～6.0%的H2O2、1.5～4.0%的Na2SiO3、0.1～0.5%的DTPA，疏解成木纤维束；
(4)、制浆；
木纤维束送入超声波反应仓内加入木纤维束重量1%的NaOH进行超声波反应处理，此处超声波反应仓采用传统的漂白塔作为基础，并漂白塔上均布超声波换能器，使木纤维束变成木纸浆，木纤维束在超声波反应仓内经氧促超声波反应使纸浆的性能得到提高，超声波反应仓内的反应时间为30～60min，反应功率为100～300kw，反应频率为15～30kHz，氧压为0.3～0.7MPa；
(5)、筛选净化，挤压浓缩成湿浆：
将步骤（4）制成的木纸浆送入洗浆机进行洗涤净化，废水送入废水处理系统排放，净化后的木纸浆经浓缩机挤压浓缩成质量浓度10%的湿浆。
所述的步骤（1）超声预处理的时间最好为15min、20min或30min，超声反应功率最好为150kw、200kw或230kw，超声反应频率最好为25kHz、30kHz、35kHz；
所述的步骤（2）软化脱水木片制条处理时，最好加入木片重量1.2%、1.5%或1.8%的NaOH，木片重量0.2%、0.5%或1.0%的H2O2；
所述的步骤（3）制纤维束时，最好加入木丝或小木条重量2.5%、3.0%或4.0%的NaOH，3%、4%或5%的H2O2，2%、3%或3.5%的Na2SiO3，0.2%、0.4%或0.5%的DTPA；
所述的步骤（4）制浆时，超声波反应仓内的反应时间最好为35min、40min或60min，反应功率为150kw、200kw或250kw，反应频率为18kHz、20kHz或30kHz，氧压为0.4MPa、0.5MPa或0.6Mpa。
实施例2
(1)、木片处理：木片在含超声波的水中洗涤和预处理，使木片软化；
木片经木片筛选机筛选，送入鼓式洗片机洗涤，经超声波预处理器进行超声预处理，即在传统的汽蒸仓的内壁上均布有超声波换能器，超声预处理时间为30min，超声反应功率为150kw，超声反应频率为30kHz。木片在超声波的作用下进行软化，木片软化后进入斜螺旋脱水机进行脱水。
(2)、进入一段双螺旋挤压疏解机，使木片成木丝或小木条（火柴棍）；
木片脱水后进入一段双螺旋挤压疏解机，一段疏解机的螺旋开槽口径较大，目的主要是使木片能疏解成木丝或小木条（火柴棍）即可。所以该段的化学药品用量很少，仅为NaOH 1.5%，H2O2 1.0%。
(3)、进入二段双螺旋挤压疏解机，使木丝成纤维束；
木丝或小木条（火柴棍）经封闭式水平运输带进入二段双螺旋挤压疏解机，二段疏解机的螺旋开槽口径较小，目的主要是使木丝或小木条（火柴棍）能进一步疏解成木纤维束。所以该段的化学药品用量较多，NaOH为4.0%、H2O2为5.0%、Na2SiO3为3.0% 、DTPA为0.5%。
(4)、进入超声波反应仓处理，使纤维束成纸浆；
木纤维束经60mins左右的水平运输保温带后进入超声波反应仓内进行超声波处理，超声波反应仓采用传统的漂白塔作为基础，并漂白塔上均布超声波换能器，超声波处理的目的是使木纤维束变成木纸浆。木纤维束在超声波反应仓内经氧促超声波反应使纸浆的性能得到了大幅度的提高。该超声波反应仓内的反应条件是反应时间为60min，反应功率为150kw，反应频率为30kHz，NaOH 1.0%，氧压为0.5MPa，浆浓10%。
打浆度为45°SR时纸浆抗张指数为28.3~60.0 N•m/g；撕裂指数为2.4~5.6mN m2/g；白度为85~88％ISO。超声波与氧气协同作用可以提高纸浆白度3~6%ISO，抗张指数可以提高10~20%。一组最优值是纸浆抗张指数为55.0 N•m/g；撕裂指数为4.6mN m2/g；白度为88％ISO。超声波与氧气协同作用可以提高纸浆白度5%ISO，抗张指数可以提高15%。
本发明采用超声波-O2联合处理时，处理效果明显优于超声波单独处理，说明超声波-氧气联合处理纸浆具有明显的协同作用。超声空化过程中形成的气泡里不仅含有液体本身产生的蒸汽，而且含有溶解于液体的气体。声空化对纤维素有两种作用：一是崩溃时微射流的冲击，另一是崩溃激波对固体界面的损伤或斑蚀。其结果是导致纤维素的形态结构、超分子结构、聚合度及其分布发生变化。超声波的空化泡破裂产生的高强微湍流，形成高速液体流，高速撞击纤维细胞壁，使纤维表面受到机械撞击和微剪切力，使纤维表面变得起毛、粗糙，暴露出更多的亲水基团，起到了轻微打浆的作用。超声波空化作用产生的高压或高压释放产生的冲击波或脉动空泡界面上的剪切应力或机械运动产生的交变压力变化作用于纤维时，必在纤维的原始缺陷处产生应力、应变集中，使纤维的形态结构发生变化，纤维细胞壁出现裂纹、细胞壁发生位移和变形、有更多的次生壁中层暴露出来，纤维表面因而变得粗糙，增加了纤维间的摩擦阻力。继续增加超声波作用时间，纤维发生疲劳裂纹的亚临界扩展，导致微晶位错，比表面积增加，结晶度下降，无定形区增大，导致部分纤维断裂，从而纤维平均长度下降。在超声波空化泡崩溃时产生的高速微射流作用在纤维表面上，纤维素细胞壁上反应性能较差的初生壁及次生壁外层受到冲击和机械力的作用而被发生位移、脱除，更多的次生壁中层暴露出来，并发生细纤维化同时在超声波作用下，漂液对纤维素的润胀作用大大加强，缩短药液渗透时间，可断开纤维素分子链间的氢键，打开微孔结构，大大增加纤维素的内表面积，提高其对漂液的可及度和化学反应活性。超声波处理对提高纤维素的保水值有显著效果，纤维润胀程度相对加大，润胀后纤维变得相当柔软可塑，外表面积增大，内部组织结构松弛，分子间内聚力下降，有利于细纤维化的进行。未去掉初生壁的纤维显得光滑、挺硬、不易吸水润胀。
因此，本发明与现有技术相比，本发明由于对木片采用超声波预处理，使其软化，因而显著提高后序段的挤压撕裂效果及最终成浆质量；由于用超声波预处理器和超声波反应仓替代了传统的2个反应仓和取消了高浓漂白塔及高浓盘磨机以及超声波与氧气协同作用处理纸浆。因此，该制浆技术不仅简化了工艺流程，节省了投资；而且提高了纸浆质量和降低了生产成本。经实地应用和测试，节省投资40%，成本降低30%以上，而且产品质量得到了明显提高，打浆度为45°SR时纸浆抗张指数为28.3～60.0N·m/g；撕裂指数为2.4～5.6mNm2/g；白度为85～88％ISO。超声波与氧气协同作用提高纸浆白度3～6%ISO，抗张指数提高10～20%，是制浆生产上的创新，经济和社会效益巨大。
Claims (5)
1.一种超声波高强度机化浆制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、木片处理：木片经木片筛选机筛选，送入鼓式洗片机洗涤，经超声波预处理器进行超声预处理，超声处理10～30min，超声反应功率为100～250kw，超声反应频率为20～40kHz，使木片软化，然后进入斜螺旋脱水机脱水；
(2)、木片制条：软化脱水后的木片进入一段双螺旋挤压疏解机，加入木片重量1.0～2.0%的NaOH、0.0～1.0%的H2O2，将木片制成木丝或小木条；
(3)、制木纤维束：将木丝或小木条送入二段双螺旋挤压疏解机，加入木丝或小木条重量2.0～4.0%的NaOH、2.0～6.0%的H2O2、1.5～4.0%的Na2SiO3、0.1～0.5%的DTPA，疏解成木纤维束；
(4)、制浆：木纤维束送入超声波反应仓内加入木纤维束重量1%的NaOH进行超声波反应处理，使木纤维束变成木纸浆，超声波反应仓内的反应时间为30～60min，反应功率为100～300kw，反应频率为15～30kHz，氧压为0.3～0.7MPa；
(5)、筛选净化，挤压浓缩成湿浆：将步骤（4）制成的木纸浆送入洗浆机进行洗涤净化，废水送入废水处理系统排放，净化后的木纸浆经浓缩机挤压浓缩成质量浓度10%的湿浆。
2.根据权利要求1所述的超声波高强度机化浆制浆方法，其特征在于，所述的步骤（1）超声预处理的时间为15min、20min或30min，超声反应功率为150kw、200kw或230kw，超声反应频率为25kHz、30kHz、35kHz。
3.根据权利要求1所述的超声波高强度机化浆制浆方法，其特征在于，所述的步骤（2）木片制条处理时，加入占木片重量1.2%、1.5%或1.8%的NaOH，占木片重量0.2%、0.5%或1.0%的H2O2。
4.根据权利要求1所述的超声波高强度机化浆制浆方法，其特征在于，所述的步骤（3）制纤维束时，加入木丝或小木条重量2.5%、3.0%或4.0%的NaOH，3%、4%或5%的H2O2，2%、3%或3.5%的Na2SiO3，0.2%、0.4%或0.5%的DTPA。
5.根据权利要求1所述的超声波高强度机化浆制浆方法，其特征在于，所述的步骤（4）制浆时，超声波反应仓内的反应时间为35min、40min或60min，反应功率为150kw、200kw或250kw，反应频率为18kHz、20kHz或30kHz，氧压为0.4MPa、0.5MPa或0.6Mpa。
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