采用化學(xué)助劑提高生產(chǎn)效率和靈活性

當(dāng)今的造紙者面臨著提高生產(chǎn)效率的挑戰(zhàn)，令這種挑戰(zhàn)更加艱難的是紙廠要在產(chǎn)品只是處于設(shè)想階段的情況下規(guī)劃造紙投資并進(jìn)行生產(chǎn)，或者是生產(chǎn)完全不同類型的紙種。

一個(gè)明顯的例子是關(guān)于那些需要生產(chǎn)較大定量范圍紙種的紙機(jī)。這些紙機(jī)需要在干網(wǎng)的選擇、化學(xué)助留助濾系統(tǒng)、紙機(jī)構(gòu)造和生產(chǎn)之間達(dá)到平衡和協(xié)調(diào)，從而被迫以降低某些紙種生產(chǎn)效率的代價(jià)來(lái)提高其他定量紙種的生產(chǎn)效率。這種做法使某些紙種的生產(chǎn)效率低下，紙機(jī)車速降低，紙頁(yè)質(zhì)量受到很大影響，或者帶來(lái)了直接的經(jīng)濟(jì)損失，比如能耗和化學(xué)品用量的增加。

很多時(shí)候，這種生產(chǎn)效率降低的情況可歸因于高定量紙頁(yè)的脫水。當(dāng)紙頁(yè)定量增加而紙機(jī)構(gòu)造不變時(shí)，紙機(jī)便會(huì)因蒸氣不足而降低車速并減少產(chǎn)量。如果采用穩(wěn)定的化學(xué)助留助濾系統(tǒng)，脫水效率就會(huì)得到提高，從而增加車速，但是這必然會(huì)導(dǎo)致紙頁(yè)成形勻度變差并造成紙頁(yè)的其他質(zhì)量問(wèn)題。

其實(shí)在生產(chǎn)更高定量紙種時(shí)，有很多既有效果又有效率的方法來(lái)提高生產(chǎn)效率?；瘜W(xué)脫水劑的應(yīng)用就是其中一種可行的方法：可以在不影響紙頁(yè)勻度和其他物理性質(zhì)的前提下促進(jìn)已存在的助留助濾體系作用的發(fā)揮。紙機(jī)最根本的目的就是要將漿料懸浮液中的水去除掉。當(dāng)紙頁(yè)從成形網(wǎng)部到壓榨部再到干燥部的過(guò)程中，紙頁(yè)脫水成本成倍地增長(zhǎng)，見圖1。

圖1 紙頁(yè)在成形、壓榨和干燥的過(guò)程中，脫水成本不斷增加

圖1還可以看出，紙頁(yè)脫水方式和速率影響到了紙頁(yè)最終質(zhì)量和紙機(jī)運(yùn)行效率。早期脫水太強(qiáng)烈，則會(huì)影響紙頁(yè)勻度；而脫水量不足，則會(huì)增加脫水成本并且影響紙頁(yè)強(qiáng)度。造紙界普遍接受的觀點(diǎn)是，在進(jìn)入干燥部紙頁(yè)每脫除1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水分就會(huì)增加11%～13%的強(qiáng)度，同時(shí)減少3%～4%的蒸氣需求量。造紙工作者可通過(guò)采用機(jī)械和化學(xué)方法對(duì)脫水的位置和速率進(jìn)行調(diào)整，對(duì)脫水進(jìn)行優(yōu)化從而減少成本和提高紙機(jī)運(yùn)行效率。

1 脫水助劑技術(shù)

國(guó)外某造紙化學(xué)品公司的VeloxTM脫水助劑技術(shù)（下簡(jiǎn)稱“脫水助劑技術(shù)”）設(shè)計(jì)為濕部方案。該方案是由活性聚合物和工業(yè)硼硅酸鹽組成的微粒助留體系。在該方案中，用于脫水助劑技術(shù)的聚合物在濕部淀粉和微粒（工業(yè)硼硅酸鹽）之間進(jìn)行添加。一旦助留體系得到優(yōu)化，脫水助劑技術(shù)中所用到的助劑用量將隨著干燥部的蒸氣消耗情況而發(fā)生改變。脫水助劑技術(shù)可以將脫水作用從網(wǎng)部延伸到壓榨部，這樣便減少了進(jìn)入干燥部的水分同時(shí)降低了蒸氣消耗，還可以提高原來(lái)受到干燥部限制的紙機(jī)車速。脫水助劑技術(shù)的其他優(yōu)點(diǎn)是：可以在生產(chǎn)低定量紙種時(shí)提高壓榨壓力以提高濕紙頁(yè)的強(qiáng)度并提高紙機(jī)的運(yùn)行性能，同時(shí)也可以在高效率壓榨可承受較低壓榨壓力條件下提高紙頁(yè)的松厚度。

2 脫水助劑技術(shù)的應(yīng)用

脫水助劑技術(shù)在大部分情況下可以使定量大于75 g/m2的不含機(jī)械漿未涂布或涂布紙的脫水效果得到改善。通過(guò)增加壓榨壓力，干燥部的蒸氣消耗量明顯降低，或者在保持干燥部條件不變的情況下可以使紙機(jī)車速提高10%。另外，在輕量涂布紙中，采用脫水助劑技術(shù)可使壓榨部紙頁(yè)的固含量提高1%～2%，達(dá)到25%，水分波動(dòng)也降低了2個(gè)西格瑪（sigma）。這表明，紙頁(yè)可以在可接受的水分范圍內(nèi)進(jìn)入到施膠壓榨。同時(shí)表明，紙機(jī)高效運(yùn)行可以不通過(guò)改變壓榨毛毯或者犧牲紙機(jī)運(yùn)行效率和紙頁(yè)質(zhì)量而獲得。

2.1 應(yīng)用實(shí)例1

一家生產(chǎn)定量為100～300 g/m2的不含機(jī)械木漿涂布紙的紙廠需要在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出多種定量的紙種來(lái)滿足客戶的訂貨，但同時(shí)需保持紙機(jī)生產(chǎn)效率以避免生產(chǎn)成本的波動(dòng)。該紙廠首先采用脫水助劑技術(shù)生產(chǎn)定量大于150 g/m2的紙種。

應(yīng)用中，在幾小時(shí)的時(shí)間里，脫水助劑用量從0.7個(gè)劑量單位增加到1.3個(gè)劑量單位，隨著助劑用量的增加，蒸氣消耗量減少了5%，見圖2。

圖2 生產(chǎn)定量為300 g/m2紙種的試驗(yàn)情況

原紙水分從7.2%降低到5.6%。原紙水分的降低并沒(méi)有給紙頁(yè)質(zhì)量帶來(lái)負(fù)面的影響。通過(guò)改善原紙水分的含量，不但有效地將水從漿料懸浮液中移除，而且改善了紙頁(yè)質(zhì)量；同時(shí)，減少了干燥部的蒸氣消耗，從而降低了紙頁(yè)斷頭的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 應(yīng)用實(shí)例2

脫水助劑技術(shù)還應(yīng)用于定量為150 g/m2和170 g/m2的紙種生產(chǎn)中。該應(yīng)用是為了考察活性聚合物在不同定量下對(duì)車速的影響效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，在助劑最佳用量下，上述紙種的生產(chǎn)車速都平均提高了30m/min，見圖3。

由圖3可以看出，試驗(yàn)中紙機(jī)車速可以達(dá)到并超過(guò)先前的最大值。這說(shuō)明添加脫水助劑能夠提高受烘干能力所限制的紙種的生產(chǎn)車速，并且能在車速受到蒸氣用量限制時(shí)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行靈活應(yīng)用。使用該技術(shù)的另外一個(gè)好處就是可以提高紙頁(yè)的灰分留著率，并且可以避免這些紙種在高灰分留著率下產(chǎn)生的對(duì)紙頁(yè)勻度不利情況的出現(xiàn)。

2.3 應(yīng)用實(shí)例3

圖3 生產(chǎn)定量為150 g/m2和170 g/m2紙種的試驗(yàn)情況

某紙廠要生產(chǎn)出高定量的紙種，但超出了紙機(jī)初始設(shè)計(jì)的能力范圍。生產(chǎn)高定量紙種需要更多的蒸氣來(lái)干燥紙頁(yè)，這樣一來(lái)，紙機(jī)的生產(chǎn)效率就降低了，進(jìn)而無(wú)法跟其他運(yùn)行情況良好的紙廠進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。這種現(xiàn)象在生產(chǎn)定量為148 g/m2或者更高定量的紙種中最為明顯。甚至，生產(chǎn)效率的降低會(huì)危及紙廠的生存。

經(jīng)過(guò)對(duì)紙機(jī)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，采用脫水助劑技術(shù)可以解決上述問(wèn)題，即采用該技術(shù)所用助劑在流漿箱沖漿泵的引程側(cè)加入并不斷變化其用量。試驗(yàn)關(guān)鍵是要通過(guò)該化學(xué)品公司的TrendGenTM統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)基準(zhǔn)化（benchmarking）影響因素進(jìn)行記錄和分析。分析內(nèi)容包括真空伏輥壓力、烘缸速度和蒸氣耗量的變化，進(jìn)而檢測(cè)脫水助劑技術(shù)在改善壓榨效率、紙機(jī)生產(chǎn)效率和能量節(jié)省上的功效。

在首次生產(chǎn)定量為148 g/m2的原紙?jiān)囼?yàn)中，脫水助劑技術(shù)改善了成形部的脫水：當(dāng)降低真空伏輥壓力并對(duì)蒸氣壓力進(jìn)行控制時(shí)，1.5個(gè)劑量單位的脫水助劑使車速增幅超過(guò)了30 m/min，見圖4。

2.4 應(yīng)用實(shí)例4

在另外一個(gè)應(yīng)用實(shí)例中，一家較大的不含機(jī)械木漿未涂布紙生產(chǎn)商需要提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，特別是針對(duì)高定量的紙種。在采用了脫水助劑技術(shù)后，紙機(jī)干燥部的蒸氣壓力明顯降低了。干燥負(fù)荷的降低使得紙機(jī)車速增加了5%。除了車速得到提高以外，蒸氣和紙頁(yè)橫幅水分的波動(dòng)也降低了3個(gè)西格瑪。紙頁(yè)橫幅水分波動(dòng)的減少使施膠引紙更容易，紙頁(yè)在施膠輥處的褶皺現(xiàn)象也得到了改善。另外，紙頁(yè)的分析檢測(cè)表明，脫水助劑技術(shù)使得紙頁(yè)網(wǎng)面變得致密，網(wǎng)面和毯面的粗糙度差異也變小了。卷紙?jiān)嚇臃治霰砻?，采用脫水助劑技術(shù)可使紙頁(yè)粗糙度的兩面差降低20%，見圖5。

圖5 采用脫水助劑技術(shù)可使紙頁(yè)粗糙度的兩面差降低

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)有紙機(jī)的靈活性和運(yùn)行效率可以通過(guò)許多方法進(jìn)行改善和提高。脫水助劑技術(shù)就是其中一種可行的方法?；瘜W(xué)助劑可以提供經(jīng)濟(jì)可行的解決方案來(lái)提高紙機(jī)效率從而體現(xiàn)靈活性，同時(shí)帶來(lái)如降低能耗和資產(chǎn)優(yōu)化等可持續(xù)的好處。

（王亮 編譯）

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