机械法制浆4.ppt

1、第 三 章 机械法、化学机械法、半化学法制浆 （高得率法制浆） 一、发展高得率法制浆的意义： 1. 充分合理地利用植物纤维原料资源 2. 减轻制浆废水中的污染物质 3. 满足产品性能的需要 制浆得率：一般化学法制浆不超过50%，得率在50%以上， 65%以下的化学浆称为“高得率化学浆” 高得率法制浆可统指：制备高得率化学浆、机械浆、 化学机械浆、半化学浆等方法,二、高得率浆分类及有关术语 SGW (Stone Ground Wood) 磨石磨木浆 PGW (Pressurized Ground Wood) 压力磨石磨木浆 TGW (high Temperature Ground Wood) 高

2、温磨石磨木浆 RMP (Refiner Mechanical Pulp) 盘磨机械浆 TMP (Thermo-Mechanical Pulp) 预热盘磨机械浆 CMP (Chemi-Mechanical Pulp) 化学盘磨机械浆 CTMP (Chemi-Thermo-Mechanical Pulp) 化学预热机械浆 APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 碱性过氧化氢化学机械浆,SCMP (Sulfonated Chemi-Mechanical Pulp) 磺化化学机械浆 BMP (Bio-Mechanical Pulp) 生物机械浆 SEP (St

3、eam Explosion Pulping) 蒸汽爆破法制浆 EMP (Extruder Mechanical Pulp) 挤压法机械浆 SCP（Semi-Chemical Pulp） 半化学法浆 NSSC (Neutral Sulphite Semi-Chemical pulp) 中性亚硫酸盐法半化学浆 ASSC (Alkaline Sulphite Semi-Chemical pulp) 碱性亚硫酸盐法半化学浆,三、高得率制浆主要方法的基本流程与特点 1SGW (Stone Ground Wood) 磨石磨木浆 得率： 95% 基本流程： 备木 磨浆 筛选 净化 浓缩 （漂白） 送抄纸 粗

4、渣再磨 磨石磨木浆的特点： （1） 在各类制浆方法中得率最高、生产成本最低，污染最 小 （2） 浆料具有优良的不透明度和吸墨性； （3） 强度和白度稳定性较低。 主要用于生产新闻纸、印刷纸，配抄其它文化用纸及纸板。,2RMP (Refiner Mechanical Pulp) 盘磨机械浆 得率：90 95% 基本流程： 木片洗涤器 脱水机 盘磨机 （二段盘磨机） 筛选 RMP的特点： （1）原料成本较SGW低，可利用磨木机不能用的木材边角料； （2）设备占地面积小，生产能力较大； （3）强度较SGW好，但能耗较SGW高（高50%100%）， 不透明度及印刷性能稍低。,木片磨木机示意图,3TMP

5、 (Thermo-Mechanical Pulp) 预热盘磨机械浆 得率：90 95% 基本流程： 洗后木片 预热器 压力盘磨机 浆汽分离器 二段盘磨机（常压） （消潜） 筛选 TMP特点： （1） 长纤维组分较高，强度比SGW、RMP高，纤维束含 量低； （2） 细小纤维和碎片含量低，滤水性好 （3） 松厚度比SGW大，抄出纸页表面较粗糙。 主要用于抄造新闻纸、印刷纸、涂布纸、面巾纸、 纸板等。,TMP生产系统,4CMP (Chemi-Mechanical Pulp) 化学(盘磨)机械浆 得率：80 90% 基本流程： 木片 化学预处理 （预浸渍） 盘磨机磨浆 筛选 化学预处理 （预浸渍）

6、中的化学药品一般为： NaOH , Na2SO3 , Na2SO3 , + NaOH (NH4)2SO3 + NaOH (或其它pH缓冲剂如MgO等) NaOH + H2O2 等 CMP特点：强度优于RMP、TMP 可用于配抄新闻纸、印刷纸、书写纸等,5CTMP (Chemi-Thermo-Mechanical Pulp) 化学预热机械浆 （BCTMP：漂白化学预热机械浆） 得率： 9093% 基本流程： （挤压） 木片 汽蒸 浸渍 预热 压力磨浆 筛选 CTMP特点： （1） 平均纤维长度较大，碎片含量低； （2） 针叶木CTMP强度可接近化学浆。 可用于生产新闻纸、印刷书写纸、卫生纸、纸板

7、、绒毛浆等。,CTMP生产系统,6. APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 碱性过氧化氢化学机械浆 流程： 洗后木片 常压预汽蒸 一段螺旋压榨、预浸 常压预蒸仓 二段螺旋压榨、预浸 常压预蒸仓 一段常压磨浆 洗涤脱水 二段常压磨浆 消潜 筛选 APMP特点：杨木APMP与BCTMP相比较有能耗低、化学药 品消耗较低、白度和强度较高的特点；但针叶木 APMP与BCTMP相比较未表现出明显优势。,7. SCP（Semi-Chemical Pulp）半化学法浆 得率：65 80% 基本流程： 木片 化学预处理 盘磨机磨浆 筛选 NSSC（Neutral S

8、ulfite Semi-Chemical pulp） 中性亚硫酸盐法半化学浆（生产半化学浆的主要方法） ASSC (Alkaline Sulfite Semi-Chemical pulp) 碱性亚硫酸盐法半化学浆 用于生产一般文化用纸，包装纸、瓦楞纸板等。,四、磨浆机理及有关影响因素 （一）盘磨机磨浆机理 国外高速摄影的结果表明：在盘磨机进口处木片首先发生破碎，在向外周运动的过程中离解、纤维化、细纤维化。 一般认为盘磨机磨浆可以分为三个区段： 1.破碎区：磨盘中心部分，（木片首先进入），这部分盘间距最大，刀片厚，刀数少，木片在高温下破碎，成杵状小木棍。 2.粗磨区：盘间距从内向外逐渐变小，原料

9、停留时间较长，逐渐被磨碎成针状的木丝，由于相互的摩擦作用，被离解成纤维束和部分纤维。 3.精磨区：靠齿盘外周，齿数增多，齿沟变窄，进一步细纤维化，离解。,要使木片被磨成良好的浆料，应使之经历两个过程： 1使木片离解，尽量保护纤维长度，减少切断。因此需 利用木片之间的相互摩擦，磨浆浓度宜高，间隙应大些。 2 进一步纤维化和细纤维化，磨浆浓度宜低些，盘间隙宜小些。 生产中往往采用分段磨浆来实现上述两个过程。,（二）影响盘磨机磨浆的有关因素 1.材种与料片规格：木材种类、纤维形态、化学组成 有关研究结果表明（见 P117-118 表3-8），用密度小、生长快、秋材含量高、抽出物含量低的木材，可生产出

10、强度较高的盘磨机械浆。 2.磨浆浓度： 是重要的影响因素，一般控制在2030范围。 第一段磨浆 25左右，第二段磨浆 20左右.,3.预热温度（压力）和时间 预热（汽蒸）的作用：对TMP，软化纤维胞间层木素，使纤维易于分离，预热温度影响纸浆质量。 预热温度过高（超过木素玻璃化转移温度），木素充分软化，纤维分离发生在胞间层和次生壁之间，纤维分离后表面覆盖着木素，一段磨浆后浆料冷却，原来软化的木素变硬形成玻璃状外壳，成为二段磨浆的障碍，造成难以细纤维化，磨浆动力消耗大，浆料白度下降。 预热温度过低，木素未能软化，纤维发生不规则分离，产生碎片多，纤维长度降低，纸浆强度下降（类似RMP）。 据有关研究

11、，在接近（稍低于）木素玻璃化转移温度时，纤维分离发生在次生壁外层，有利于二段磨浆产生细纤维化作用，提高纸浆强度。 木素玻璃化转移温度的下限为120135 oC。预热时间一般为12min.,4磨浆能耗与能量分配 RMP TMP SGW KWh / t浆 16002200 18002300 11001300 离解只消耗较少的能量，大部分能量消耗于纤维的进一步 磨解（精磨）。 在两段中合理地分配能耗有利于提高浆料的强度性质。 有研究表明，对于TMP，一段磨浆能耗占总能耗的50%左 右时，浆料的强度较好。,5. 磨盘间隙 磨盘间隙、浆浓、能耗：三个参数可控制，相互影响； 能耗一定：浆浓高，间隙应加大；

12、 浆浓一定：间隙小，能耗会增加。 用于离解纤维，间隙应大些，用于精磨（发展强度）则间 隙应小些。 间隙200m时，磨盘震动，纤维长度剧烈下降，纸浆强度明显下降；制造时磨盘间隙一般不可能小于100m（平行问题）,6. 磨盘特性 （1）齿型：齿的长短、数量、粗细；齿的排列与分布；齿槽的深浅、宽窄和分布；浆档的设置；三个区的划分与磨浆面积等，均影响生产能力、浆料质量和能耗。 （2）齿盘锥度：指单位径向上的坡度，随材种、得率、齿型结构而变。提高磨浆浓度，锥度应加大（p120）。 （3）磨盘材料：关系到磨盘的使用寿命（铬镊钼合金、陶瓷、塑料、砂轮等）,(三) 磨木机磨浆原理 1磨石：分为天然磨石与人造磨

13、石两类，人造磨石又分为水泥磨石与陶瓷磨石两种。人造磨石由磨料粒子与粘胶剂组成，磨石粒子的形状与粒度、磨石的气孔率和硬度决定磨石的性能，影响生产能力和纸浆质量（P104：图3-6、表3-2） 2磨木过程的三个阶段： （1） 由磨擦及压力脉冲产生的能量（摩擦能与振动能）被木材吸收后，转化为热能，使木材温度升高，胞间层木素软化； （2） 经软化的纤维在摩擦力及剪切力的作用下由木材表面剥离下来； （3） 剥离下来的纤维与纤维束聚集于磨石刻纹的沟槽中，在移出的过程中受到复磨与精磨。 三个阶段密切相关，相互影响。,（四）影响磨木机磨浆的因素 1. 原木质量：水分4045%为宜。水分小于2030%时，产量与

14、质量下降，动力消耗增加；水分大于50%时，产量下降。 原木的材种影响浆料的质量、白度、得率和能耗。 2. 磨石的表面状态：纹锋锐利时产量高，单位电耗低，但以切割作用为主，磨出纤维短硬，碎料多。所以刻石后要去锋。 纹锋完全变钝后，产量下降，电耗上升，此时需要磨石。 在一个磨石周期的中间一段时间内，纹锋钝圆，得到质量适宜的浆料。 3. 磨木比压：指单位磨碎面积上所受的压力（与装料操作有关） 比压增加：产量增加，粗纤维增加，纸浆强度下降。 比压应与磨石纹锋配合，钝的纹锋应相应提高比压。,4. 磨石线速：线速增加，产量和动力消耗增加，但一定范围内单位动力消耗有所降低。一定压力下提高线速可提高磨碎区温度

15、，磨出纤维细长而较柔韧。由于线速受磨石机械强度限制，现代磨木机多采用大直径磨石来提高线速。 5. 磨木温度与浆浓：由于磨碎区温度不易测量，生产中往往测定浆坑温度。 调节喷入浆坑的白水温度和喷水量，可以调节温度和浆浓。 提高温度：纤维分离较容易，浆强度高，滤水性好。生产中一般控制浆坑温度在7585 oC。 提高浆浓：生产能力下降，大量浆料被复磨，浆料强度下降。生产中一般控制浆浓在2.0%。 P108：生产控制中浆坑温度、浆浓和白水浓度的关系 P109：图3-12为浆坑温度和浆浓对纸浆裂断长的的影响 表-3-4为工厂磨浆条件的例子,6. 磨石浸渍深度：浸入浆中的目的是为了清洗磨石表面，均匀冷却磨石

16、。浸渍深度可由浆坑挡板调节 国外发展的无浆坑磨木: 将浆坑挡板放低，使磨石不浸入浆中，可减少磨石运行中的阻力; 用高压喷水消除复磨，降低浆料打浆度和能耗，延长刻石周期， 稳定浆料质量; 但需严格控制喷水温度、压力、喷水量和在整个磨石面上喷水均匀，以保证浆的质量和磨石安全。,四、化学处理 CTMP化学处理的药品一般为氢氧化钠、亚硫酸钠和碳酸钠。化学处理的位置一般在磨浆前，也有在段间甚至段后（P132，图3-40）。 （一）化学处理的作用： 使原料（木片）软化，有助于降低磨浆能耗，较多地分离出完整的纤维，增加浆料中的长纤维组分，提高纸浆强度。 化学处理软化木片与热处理软化木片的根本区别在于：化学处

17、理对木素的软化是不可逆的过程，而热处理软化木素是可逆的过程。 木素的软化温度（1）与木材中的水分含量有关，在一定范围内随水分含量增加而降低（P133，图3-42）；（2）与化学处理后木素的磺化度有关，随磺化度的增加木素的软化温度呈直线下降。,碱的作用：促进纤维润胀，增强半纤维素和木素的水合作用，降低软化温度，为磨浆时纤维的离解创造有利的条件，降低能耗，但影响纸浆白度（图3-49 图3-51）。 亚硫酸钠的作用：木素的磺化使其软化温度降低，亲水性增加，热塑性增大，磨浆时纤维易于离解，浆的质量提高（浆中的长纤维比例、纤维的比表面积和浆的结合强度均增加，见P133，图3-43、3-44、3-45）。

18、,（二）CTMP生产的重要影响因素 1原料状况 水分含量影响浆质量；树皮、腐朽材、木节等影响纸浆的尘埃度、白度和强度；砂石等杂质影响磨盘寿命。 2预浸渍工艺 （1）预汽蒸：排除木片中的空气，增加木片中的水分含量，提高木片温度，有利于浸渍时更快地吸收药液。（常压预汽蒸，10min以内） （2）木片挤压程度：进一步除去木片内的空气，促进木片对药液的吸收更快并更均匀，需挤压木片，挤压由进料螺旋实现。压缩比为 1:1 无挤压作用，仅起输送作用； 2:1 压缩的木片形成料塞，可起密封作用； 2.5:1 木片体积与原木材相似，木片表面的空气被除去 4:1以上 进一步除去木片内的空气，有利于木片吸收更多的 药液，均匀浸透。,（3）预浸渍温度与时间：与原料材种及木片有无经过挤压有关。 预浸渍温度针叶木一般为120135 oC，阔叶木一般为60120 oC。预浸渍时间一般为25min。 （4） 化学药品用量与pH值：见P135136，图3-49图3-55 五、TMP的热能回收与