劉一山
(四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕工工程實(shí)驗(yàn)室,四川 都江堰 611837)
我國是世界上竹子資源最豐富的國家,竹子的品種有500多種,栽培面積、蓄積及年產(chǎn)量居世界之冠。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前全國竹林面積達(dá)420萬hm2,占世界四分之一,竹材年砍伐量約900萬t[1]。隨著人們對(duì)竹子制漿造紙性能的深入認(rèn)識(shí)和大量的生產(chǎn)實(shí)踐,竹子已經(jīng)成為我國制漿造紙的一種重要纖維原料,竹漿的產(chǎn)量越來越大[2-3]。目前,竹子主要用于生產(chǎn)化學(xué)漿,通常采用硫酸鹽法進(jìn)行蒸煮。隨著竹漿企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大,新型、高產(chǎn)能的竹漿蒸煮設(shè)備不斷投入生產(chǎn),如大型立式蒸鍋、塔式連續(xù)蒸煮系統(tǒng)等,但在生產(chǎn)上卻出現(xiàn)了一些問題,如漿料很難一次噴放干凈、卡伯值波動(dòng)性大、漿渣率高等[4-5]。這是因?yàn)檫@些新設(shè)備最初的設(shè)計(jì)更多地參考了木片蒸煮參數(shù),而竹材的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與木材相比有很大的差異。
本文在對(duì)竹子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上,提出“加強(qiáng)竹片滲透、提高蒸煮效果”的設(shè)想,并將一種蒸煮滲透劑在生產(chǎn)上進(jìn)行了中試,希能給竹子的蒸煮生產(chǎn)提供參考。
在植物分類學(xué)上竹子屬禾本目(Graminales)禾本科(Gramineae )竹亞科(Bambusoideae)[6]。因而,不同于針葉木和闊葉木的化學(xué)組成,竹子中木素的含量相對(duì)較少[7-8];另外,竹子木素的結(jié)構(gòu)中含有較多的紫丁香基單元,其中5%~10%的香豆酸和少量阿魏酸以酯的形式與其他木素單元鏈接[9]。這樣結(jié)構(gòu)的木素在化學(xué)蒸煮中容易被降解而溶出,所以,竹子蒸煮時(shí)較針葉木容易成漿。但是,竹子的組織結(jié)構(gòu)非常緊密,且表面覆蓋著富含硅和蠟質(zhì)的堅(jiān)硬薄層,纖維細(xì)胞腔內(nèi)有膠狀物質(zhì)的沉積及侵填體的聚積[10]。這樣的結(jié)構(gòu),使蒸煮液進(jìn)入竹材內(nèi)部的難度加大,滲透困難,延長了滲透時(shí)間。從上面的分析來看,竹子的蒸煮特性表現(xiàn)出兩面性:一方面木素的脫除容易,另一方面蒸煮液的滲透困難。
在實(shí)際生產(chǎn)上,竹片蒸煮工藝的特點(diǎn)表現(xiàn)為“長升溫、短保溫”,即竹片蒸煮過程中的升溫緩慢、時(shí)間長,而到達(dá)最高溫度后保溫的時(shí)間較短。這是因?yàn)檎糁笏幰和衿瑑?nèi)部的滲透比較困難,需要較長的時(shí)間才能使藥液充分有效地進(jìn)入竹片內(nèi)部,有些企業(yè)采用二次升溫或低溫(120 ℃)保溫的蒸煮技術(shù),都是為了促進(jìn)藥液的滲透;而竹材中的木素較少且易降解,一旦藥液充分滲透與木素接觸,就可很快地完成脫木素的反應(yīng),不需要很長的時(shí)間就可將木素脫除使竹片蒸解成紙漿。
經(jīng)過調(diào)查,很多竹漿企業(yè)蒸煮上普遍存在著諸如這樣的問題:
(1)噴放困難。保溫結(jié)束后漿料很難一次噴放干凈,需要多次噴放才能將鍋內(nèi)漿料噴放完。這樣會(huì)浪費(fèi)時(shí)間,降低蒸煮設(shè)備的產(chǎn)能,還會(huì)增加蒸汽的消耗。
(2)漿渣率高。蒸煮后的粗漿料經(jīng)過篩選,篩出較多的漿渣、細(xì)漿的收獲率低,還會(huì)堵塞篩漿機(jī)、甚至損壞篩鼓,使紙漿的生產(chǎn)成本增加,還會(huì)影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。
(3)硬度波動(dòng)大。主要出現(xiàn)在連續(xù)蒸煮系統(tǒng)漿料的卡伯值常常波動(dòng),嚴(yán)重的時(shí)候相差甚至超過10個(gè)單位。紙漿硬度的波動(dòng)給漂白工段產(chǎn)生很大的影響,并降低了產(chǎn)品質(zhì)量。
(4)結(jié)垢嚴(yán)重。結(jié)垢不僅出現(xiàn)在堿回收系統(tǒng),在蒸煮器的藥液加熱循環(huán)系統(tǒng)、洗選漂設(shè)備和漿料管道等處也產(chǎn)生垢層,對(duì)生產(chǎn)造成不利影響。
竹漿生產(chǎn)出現(xiàn)這些問題的主要原因是竹片的均勻性差?,F(xiàn)在竹漿廠普遍收購的原料為混合竹片,及由不同竹種、不同竹齡、長短厚度不一的竹片組成。不同竹種和竹齡的竹片,木素的含量、組成都有差異,在蒸煮過程中與蒸煮液反應(yīng)的情況不同,再加上竹片的長度、厚度差異,蒸煮的化學(xué)反應(yīng)不能均勻進(jìn)行,蒸煮效果隨著竹片的變化而變化。易煮的竹片被過煮,使纖維受到嚴(yán)重的損傷;而難煮的竹片未成漿,粗渣量大而細(xì)漿的收獲率低。因而在生產(chǎn)上常常出現(xiàn)噴放困難、漿渣率高及硬度波動(dòng)大的問題。
資料介紹[11],滲透劑能夠提高蒸煮的均勻性,增加紙漿得率、白度和成紙強(qiáng)度,降低紙漿硬度、用堿量和粗渣率,縮短蒸煮時(shí)間、提高設(shè)備產(chǎn)量,并使制漿系統(tǒng)的結(jié)垢大大減弱。為此,進(jìn)行了添加滲透劑的蒸煮試驗(yàn)。
PPT 401滲透劑的性質(zhì)如表1所示。
表1 PPT401蒸煮滲透劑的性質(zhì)
PPT 401滲透劑是一種表面活性劑,具有增強(qiáng)物質(zhì)傳遞動(dòng)力學(xué)的能力。在蒸煮初期,能夠提高纖維原料的滲透性、加快蒸煮液滲透;在蒸煮中期,可防止降解木素的縮合和沉積;在蒸煮的后期,能夠減少纖維細(xì)胞壁有機(jī)物沉積淤塞通道,改善溶解木素從纖維內(nèi)部傳遞出來的條件,有利于木素的脫除。PPT 401是一種新型的蒸煮助劑,可以增加蒸煮液滲透效率和防止過蒸煮以提高產(chǎn)品得率和均勻性。在蒸煮最初的15 min內(nèi),PPT 401滲透劑能夠使料片吸收蒸煮液的量增加30%,并可很快地使蒸煮液與料片內(nèi)部的木素接觸進(jìn)而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。從PPT 401滲透劑的性質(zhì)介紹及應(yīng)用的效果,并結(jié)合竹漿蒸煮的特性,這種蒸煮助劑也能夠提高竹片的蒸煮效果,解決竹漿生產(chǎn)出現(xiàn)的問題。出于這樣的目的,在鍋內(nèi)某造紙企業(yè)的蒸煮車間進(jìn)行了應(yīng)用PPT 401滲透劑試驗(yàn)。
某廠以收購的混合竹片為原料,以110 m3立式蒸煮鍋為設(shè)備,采用硫酸鹽法進(jìn)行蒸煮,蒸煮的主要工藝條件如表2所示。為了不影響企業(yè)的正常生產(chǎn),在蒸煮條件保持不變的情況下,將滲透劑添加到蒸煮液中送入鍋內(nèi),進(jìn)行了添加滲透劑的蒸煮試驗(yàn),蒸煮結(jié)果如表3所示。
表2 蒸煮的工藝條件
從表2的蒸煮結(jié)果可以看出PPT 401滲透劑能夠明顯地改善竹片的蒸煮。在其他蒸煮條件不變的情況下添加滲透劑,能夠提高紙漿得率和白度、降低紙漿硬度,并提高了殘堿含量。另外,在紙漿的洗滌、篩選、漂白系統(tǒng)中,泡沫減少、濾水加快,漂白漿的白度也有明顯提高;在抄紙車間,從試驗(yàn)班次所制紙漿的成紙性能來看,產(chǎn)品的挺度、抗張強(qiáng)度等指標(biāo)也有一定的增加。
表3 蒸煮滲透劑的性質(zhì)
竹子是一種非木材纖維原料,木素含量相對(duì)較低、易脫出;但是,竹子結(jié)構(gòu)致密、表面覆蓋著富含硅和蠟質(zhì)的堅(jiān)硬薄層,蒸煮液的滲透困難,從而給生產(chǎn)帶來較多的問題。生產(chǎn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),蒸煮滲透劑的使用,可加快蒸煮液進(jìn)入竹片內(nèi)部的速度,提高蒸 煮的均勻性,改善蒸煮效果,提高紙漿得率和質(zhì)量。
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