高得率制漿概述

1、第三章 高得率制漿 （High Yield Pulping）,主講教師：張紅杰材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,溫習(xí)：,1 植物纖維原料的化學(xué)組成：,2 制漿手段：,,（1）化學(xué)的方法,,（2）機(jī)械的方法,？,磨漿 貯漿備用 原料貯存 備料 浸漬(蒸煮)和磨漿 篩選

2、 漂白 蒸煮 洗滌 抄紙出售,1、什么是制漿過程？,制漿是指利用化學(xué)或機(jī)械的方法，或兩者結(jié)合的方法，使植物纖維原料離解變成本色紙漿或進(jìn)一步變成漂白紙漿的生產(chǎn)過程，它包含下列基本過程：,2、制漿方法有哪些？,化學(xué)法：堿法（NaOH、KP）、亞硫酸鹽法機(jī)械法：原木磨木法（磨石磨木

3、法SGW）、木片磨木法（RMP、TMP）化學(xué)機(jī)械法：化學(xué)熱磨法（CTMP）、磺化化機(jī)漿（SCMP）、APMP半化學(xué)法：中性亞硫酸鹽半化學(xué)法（NSSC）,第一節(jié) 概 述（Introduction）,一、高得率漿的分類,1、機(jī)械法制漿（Mechanical Pulping） 單純利用機(jī)械磨解作用將纖維原料（主要是木材，也有非木材）制成紙漿的方法。制漿得率很高，在95%以上。 例如：RMP、TMP。2、化學(xué)機(jī)械法制漿（Ch

4、emimechanical Pulping） 采用化學(xué)預(yù)處理和機(jī)械磨解處理的制漿方法。制漿得率一般80%-95%。例如：CTMP、SCMP、APMP、PRC-APMP。 化學(xué)機(jī)械法制漿與機(jī)械法制漿不同之處為有化學(xué)軟化預(yù)處理階段，與化學(xué)法制漿不同之處為化學(xué)處理過程比較溫和。3、半化學(xué)法制漿（Semichemical Pulping） 包括化學(xué)預(yù)處理和機(jī)械后處理兩個階段，化學(xué)處理比化學(xué)制漿法溫和，紙漿得率

5、較高。通常半化學(xué)漿得率可以達(dá)到65％～84%，紙漿得率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通化學(xué)漿（50%），也高于高得率化學(xué)漿。例如：NSSC、ASSC。,二、名詞術(shù)語,SGW (Stone Groundwood) 磨石磨木漿（常壓磨木）PGW (Pressure Groundwood) 壓力磨石磨木漿（帶壓磨木）TGW (Thermo Groundwood)

6、 高溫磨石磨木漿RMP (Refiner Mechanical Pulp) 盤磨機(jī)械漿TMP (Thermomechanical Pulp) 熱磨機(jī)械漿PRMP (Pressure Refiner Mechanical Pulp) 壓力盤磨機(jī)械漿CMP (Chemimechanical

7、Pulp) 化學(xué)機(jī)械漿CTMP (Chemithermomechanical Pulp) 化學(xué)熱磨機(jī)械漿APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 堿性過氧

8、化氫機(jī)械漿,,P-RC APMP (Preconditioning Refiner Chemical APMP) 溫和預(yù)處理和盤磨化學(xué)處理的堿性過氧化氫機(jī)械漿SCMP (Sulfonated Chemimechanical Pulp) 磺化化學(xué)機(jī)械漿Bio-MP (Bio-Mechanical Pulp) 生物

9、機(jī)械漿TMCP (Thermomechanical Chemical Pulp) 熱磨機(jī)械化學(xué)漿EMP (Extruder Mechanical Pulp) 擠壓法機(jī)械漿SCP（Semi-Chemical Pulp） 半化學(xué)法漿NSSC (Neutral Sulphite Semi-Chem

10、ical pulp) 中性亞硫酸鹽法半化學(xué)漿ASSC (Alkaline Sulphite Semi-Chemical pulp) 堿性亞硫酸鹽法半化學(xué)漿,,三、高得率漿制漿的

11、發(fā)展,SGW RMP和TMP CMP CTMP APMP和P-RC APMP,,,,,發(fā)展高得率制漿的意義： 1. 充分合理地利用植物纖維原料資源 2. 減輕制漿廢水中的污染物質(zhì) 3. 滿足產(chǎn)品性能的需要,第二節(jié) 磨石磨木漿 （Stone Groundwood, SGW),S

12、GW的特點(diǎn)： 是所有漿種中得率最高、生產(chǎn)成本最低、環(huán)境污染最小的制漿方法（得率>95%） 強(qiáng)度較差、白度穩(wěn)定性較低 具有優(yōu)良的不透明度與吸墨性，適印性好，紙質(zhì)柔軟； 在新聞紙、印刷紙的生產(chǎn)中仍占一席之地。,生產(chǎn)SGW流程：,一、磨木機(jī)與磨石,原木,磨石,,（一）磨木機(jī)： 袋式

13、 間歇式 庫式 大北式 1． 按生產(chǎn)操作方式 卡米爾式

14、 連續(xù)式 鏈?zhǔn)?環(huán)式、螺旋式,,,,卡米爾式 大北式

15、 水力加壓 庫式 袋式 2．按加壓方式分

16、 鏈?zhǔn)?機(jī)械加壓 環(huán)式 螺旋式 3. 按結(jié)構(gòu)形式分：鏈?zhǔn)?、環(huán)式、庫式、袋式等。,,,,1、鏈?zhǔn)侥ツ緳C(jī),主要由磨石1、活動料箱2、鏈條3、漿坑4、刻石裝置5、鏈條傳動裝置6等組

17、成。,2、大北式磨木機(jī),3、Kamyr式磨木機(jī),（二）磨石,天然磨石磨石 水泥磨石 人造磨石 陶瓷磨石（為主） 人造磨石主要由磨料粒子與粘合劑兩種物料組成。 磨料粒子大 —— 生產(chǎn)能力大、漿粗劣 磨料粒子鋒利 ——切斷作用大 、短纖維多 。 最適宜的磨料

18、粒子應(yīng)呈多角形，棱角較平鈍。 磨石的氣孔率和硬度，取決于粘合劑的性質(zhì)及與磨料粒子的配比。決定磨石的性能，影響生產(chǎn)能力和紙漿質(zhì)量。 理想的粘合劑應(yīng)與磨料粒子同時(shí)磨掉，或比磨料粒子磨掉的時(shí)間稍快,,,表面拼接著陶瓷的磨石,磨石表面的刻紋,水力刻石裝置和刻石刀刀紋,二、磨木機(jī)磨漿原理及影響因素（重點(diǎn)）,(一) 磨漿原理 磨木漿的現(xiàn)代磨漿理論是壓力脈沖理論，磨木過程中纖維的離解可分為三個階段： （1）由磨

19、擦及壓力脈沖產(chǎn)生的能量（摩擦能與振動能）被木材吸收后，轉(zhuǎn)化為熱能，使木材溫度升高，胞間層木素軟化； （2）經(jīng)軟化的纖維在摩擦力及剪切力的作用下由木材表面剝離下來； （3）剝離下來的纖維與纖維束聚集于磨石刻紋的溝槽中，在移出的過程中受到復(fù)磨與精磨。 三個階段密切相關(guān)，相互影響。,可以設(shè)想，磨木是將電動機(jī)發(fā)出的能量通過回轉(zhuǎn)的磨石表面?zhèn)鬟f給木材的過程。1.一部分變成摩擦能（切向摩擦產(chǎn)生的能量） 摩擦能

20、的大小取決于磨石的表面結(jié)構(gòu)，即磨石的表面露出來的磨料粒度的平均值，也與磨碎面積有關(guān)。2.一部分變?yōu)檎駝幽埽◤较蛘駝赢a(chǎn)生的能量） 磨石表面的刻紋在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中越過木材結(jié)構(gòu)的某一點(diǎn)時(shí)，就會使表面壓力出現(xiàn)一次壓力脈沖，或者說在木材表面上受到交替的壓縮—膨脹作用，因此，能量又會部分的以脈沖形式通過振動傳給木材。,磨漿過程中的能量傳遞,摩擦系數(shù)=切向摩擦力/徑向振動力,由于木材的彈性和塑性，壓力-松弛脈沖會被木材吸收并轉(zhuǎn)化為熱，使溫度升

21、高，引起木材性質(zhì)上的變化。木素較纖維素更易軟化，而胞間層木素濃度最高，當(dāng)切向摩擦力升高到木材破裂所必須的力以前，如溫度已升高到木素的軟化溫度，則纖維沿胞間層分離；反之如木素未達(dá)到軟化，摩擦力已高達(dá)引起木材破裂的程度，則木材會在細(xì)胞壁任意處破裂，導(dǎo)致木屑和大小不一的木塊產(chǎn)生，或是產(chǎn)生了破損的纖維和粉狀的細(xì)料。由此可見，切向摩擦力和徑向振動力的能量的分布是磨木過程的關(guān)鍵。,磨漿過程中纖維離解進(jìn)程,1．比磨碎時(shí)間 磨石轉(zhuǎn)動一個

22、磨紋間距的時(shí)間, 即 ts =a／vn   ts -比磨碎時(shí)間（s） a-相鄰兩磨紋間距（mm） vn -磨石圓周速度（mm/s）2．比磨層厚度(ds) 指在比磨碎時(shí)間內(nèi)的喂料厚度。 設(shè)喂料速度為vH , 則 ds=vH *ts =vH ×a/vn,纖維的離解過程以及與喂料速度及圓周速度的關(guān)系 當(dāng)喂料速度

23、、磨石圓周速度及磨石刻紋間距在極限值以內(nèi)時(shí)，ds介于0.07~0.2μm之間，而云杉管胞直徑為20~40μm，則磨石轉(zhuǎn)動一個刻紋間距木材向磨石喂送的料層厚度，只有一根纖維直徑的1/600~1/100。換言之，要使喂料的厚度達(dá)到一根纖維的直徑，則磨石要轉(zhuǎn)動100~600個刻紋間距的距離，即一根纖維要受到100~600個刻紋的作用。 已知ts =5×10-2~20×10-2ms時(shí)，則一根纖維從木材結(jié)構(gòu)上分離的延

24、續(xù)時(shí)間為： 5×10-2×100~20×10-2×600（ms）即 5~120ms或0.005~0.12s當(dāng)喂料速度vH提高7倍（由10mm/min提高到70mm/min）時(shí)，ds也增加7倍，即纖維離解加快，獲得的漿粗糙，細(xì)纖維化程度不大的較長纖維。當(dāng)磨石圓周速度vn減少6倍（30m/s減少到5m/s時(shí)） 由ts =a/vn知：ts增加6倍，而ds=ts ×vH也增

25、加6倍，即磨石轉(zhuǎn)速變慢，磨出的漿質(zhì)量較粗, 纖維束多。,（二）影響磨木機(jī)磨漿的因素 1. 原木質(zhì)量：水分40~45%為宜。水分小于20~30%時(shí)，產(chǎn)量與質(zhì)量下降，動力消耗增加；水分大于50%時(shí)，產(chǎn)量下降。 原木的材種影響漿料的質(zhì)量、白度、得率和能耗。 2. 磨石的表面狀態(tài)：紋鋒銳利時(shí)產(chǎn)量高，單位電耗低，但以切割作用為主，磨出纖維短硬，碎料多。所以刻石后要去鋒。紋鋒完全變鈍后，產(chǎn)量下降，電耗上升，此時(shí)需要磨石。在一個磨石周期的

26、中間一段時(shí)間內(nèi)，紋鋒鈍圓，得到質(zhì)量適宜的漿料。 3. 磨木比壓：指單位磨碎面積上所受的壓力（與裝料操作有關(guān)）比壓增加：產(chǎn)量增加，粗纖維增加，紙漿強(qiáng)度下降。比壓應(yīng)與磨石紋鋒配合，鈍的紋鋒應(yīng)相應(yīng)提高比壓。,,4. 磨石線速：線速增加，產(chǎn)量和動力消耗增加，但一定范圍內(nèi)單位動力消耗有所降低。一定壓力下提高線速可提高磨碎區(qū)溫度，磨出纖維細(xì)長而較柔韌。由于線速受磨石機(jī)械強(qiáng)度限制，現(xiàn)代磨木機(jī)多采用大直徑磨石來提高線速。 5. 磨木溫度與

27、漿濃：由于磨碎區(qū)溫度不易測量，生產(chǎn)中往往測定漿坑溫度。調(diào)節(jié)噴入漿坑的白水溫度和噴水量，可以調(diào)節(jié)溫度和漿濃。提高溫度：纖維分離較容易，漿強(qiáng)度高，濾水性好。生產(chǎn)中一般控制漿坑溫度在75~85 oC。提高漿濃：生產(chǎn)能力下降，大量漿料被復(fù)磨，漿料強(qiáng)度下降。生產(chǎn)中一般控制漿濃在2.0%。P119：生產(chǎn)控制中漿坑溫度、漿濃和白水濃度的關(guān)系（高溫低濃為較理想的磨漿條件） 圖3-12為漿坑溫度和漿濃對紙漿裂斷長的的影響,6. 磨石浸漬深度：

28、浸入漿中的目的是為了清洗磨石表面，均勻冷卻磨石。浸漬深度可由漿坑擋板調(diào)節(jié) 國外發(fā)展的無漿坑磨木: 將漿坑擋板放低，使磨石不浸入漿中，可減少磨石運(yùn)行中的阻力; 用高壓噴水消除復(fù)磨，降低漿料打漿度和能耗，延長刻石周期， 穩(wěn)定漿料質(zhì)量; 但需嚴(yán)格控制噴水溫度、壓力、噴水量和在整個磨石面上噴水均勻，以保證漿的質(zhì)量和磨石安全。,三、其他磨石磨木漿,1 壓力磨石磨木漿（PGW）2

29、 高溫磨石磨木漿 （TGW）3 木片磨石磨木漿（FGW）,木片磨木機(jī)示意圖,The end of this part. Thank you!,磨木過程中磨石表面狀態(tài)的變化及其影響,磨石的表面狀態(tài)影響磨漿的性能,剛刻石時(shí)候,紋鋒銳利,因此以切割纖維為主,產(chǎn)量高,但磨出的紙漿多短硬纖維和粉狀細(xì)料。經(jīng)過一段時(shí)間磨漿后,磨料粒子變成鈍圓,獲得質(zhì)量適宜的漿,但磨石進(jìn)一步變鈍,粗糙度進(jìn)一步減小,產(chǎn)量下降,打漿度升高,又需進(jìn)行刻石提高其鋭度.在一