何金平 解愫瑾

(維美德 (中國(guó))有限公司，上海，201809)

2007年后，由于國(guó)內(nèi)棉短絨的短缺，以棉漿粕為原料的黏膠纖維生產(chǎn)企業(yè)逐步轉(zhuǎn)向使用木材溶解漿，國(guó)內(nèi)企業(yè)先后新建、改建了多條溶解漿生產(chǎn)線。但是受黏膠行業(yè)的影響，溶解漿的價(jià)格急劇下降，行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。2014年國(guó)內(nèi)黏膠纖維對(duì)溶解漿的表現(xiàn)需求量為300萬(wàn)～315萬(wàn)t，其中進(jìn)口量占整個(gè)行業(yè)表觀需求量的66%[1-4］。除黏膠纖維外，溶解漿在纖維素醚、醋酸纖維以及銅氨纖維等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，目前國(guó)內(nèi)溶解漿企業(yè)生產(chǎn)的溶解漿在品質(zhì)上僅能滿足黏膠纖維的使用標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)的醋酸纖維與纖維素醚兩大領(lǐng)域的溶解漿基本以進(jìn)口為主。因此，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量成為溶解漿生產(chǎn)企業(yè)急需解決的問(wèn)題。

影響溶解漿產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多，蒸煮工藝是其中的重要因素之一，實(shí)踐證明，采用維美德公司的蒸汽預(yù)水解硫酸鹽法間歇蒸煮工藝可生產(chǎn)出質(zhì)量均一、纖維素純度高、可漂性高的溶解漿，且對(duì)環(huán)境的影響小，同時(shí)，由于系統(tǒng)始終處于酸、堿交替運(yùn)行中，減少或避免了管道、設(shè)備等因水解物導(dǎo)致的結(jié)垢或堵塞，保證了系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。好的工藝還需要有嚴(yán)格的操作和工藝控制，才能生產(chǎn)出高品質(zhì)的溶解漿。本文對(duì)間歇蒸煮生產(chǎn)溶解漿的工藝控制進(jìn)行介紹，以供同行參考。

1 間歇蒸煮生產(chǎn)溶解漿的工藝控制及其影響

間歇蒸煮預(yù)水解硫酸鹽法生產(chǎn)溶解漿主要包括預(yù)水解和木素溶出兩個(gè)階段，這兩個(gè)階段的反應(yīng)在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。其主要流程包括蒸汽裝鍋、蒸汽預(yù)水解、白液中和、熱液填充、升溫和蒸煮、置換、卸料等7個(gè)步驟，如圖1所示。

1.1 蒸汽裝鍋

木片裝鍋意味著蒸煮的開始，良好的裝鍋在置換蒸煮系統(tǒng)中至關(guān)重要。采用蒸汽裝鍋，可避免常規(guī)裝鍋中產(chǎn)生的料片堆積的情況。在低壓蒸汽的作用下，木片被吹散，在蒸煮鍋內(nèi)自下而上形成均勻的料柱，避免了在中和、熱液填充、蒸煮、置換等過(guò)程中產(chǎn)生溝流、偏流等現(xiàn)象，在提高單鍋生產(chǎn)量的同時(shí)，高溫的低壓蒸汽使木片加熱，木片中的部分空氣被排出，保證了后續(xù)蒸煮藥液更好地進(jìn)入木片進(jìn)行反應(yīng)，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量，使整個(gè)系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2所示為蒸汽裝鍋控制示意圖。從圖2可見，蒸汽裝鍋時(shí)，裝鍋器內(nèi)的壓力通過(guò)蒸汽管線上的控制閥來(lái)控制，過(guò)高或過(guò)低的壓力都將影響木片在鍋內(nèi)分布的均勻性，壓力過(guò)高，木片會(huì)堆積在蒸煮鍋的壁側(cè)，壓力過(guò)低則達(dá)不到均勻分散木片的效果，壓力的大小則由操作員根據(jù)木片的種類、尺寸大小、水分含量等進(jìn)行設(shè)定。此外，穩(wěn)定的木片流量及蒸汽壓力是保證木片在蒸煮鍋內(nèi)上下均勻的前提。根據(jù)蒸煮鍋體積的不同，裝鍋時(shí)間一般控制在25～35 min。

1.2 蒸汽預(yù)水解

木片裝鍋完成，關(guān)閉鍋蓋閥。低壓蒸汽從蒸煮鍋?lái)敳康恼羝訜崞骷暗撞康恼羝艿肋M(jìn)入，加熱木片、排出空氣，當(dāng)排氣溫度達(dá)到設(shè)定值 (95℃)后，關(guān)閉排氣閥，此時(shí)，蒸煮鍋內(nèi)壓力隨蒸汽的加入不斷上升，當(dāng)蒸煮鍋內(nèi)的壓力升至低于低壓蒸汽壓力100 kPa時(shí)，關(guān)閉低壓蒸汽閥門，打開中壓蒸汽閥門，從蒸煮鍋底部加入中壓蒸汽，直至達(dá)到設(shè)定的預(yù)水解溫度，運(yùn)行時(shí)間約為90 min。

預(yù)水解過(guò)程通過(guò)設(shè)定的P-因子 (指預(yù)水解因子)來(lái)控制，達(dá)到設(shè)定的P-因子值則預(yù)水解完成。圖3為桉木未漂漿中聚戊糖含量與P-因子的關(guān)系。從圖3可知，當(dāng)P-因子小于500時(shí)，漿料中聚戊糖含量隨P-因子的升高而降低，而當(dāng)P-因子大于500時(shí)，聚戊糖減少的趨勢(shì)變緩。同時(shí)，過(guò)高的P-因子子會(huì)導(dǎo)致紙漿得率和黏度的下降。

圖4為未漂漿中R10(指經(jīng)過(guò)冷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%氫氧化鈉處理后的殘余物)和R18(指經(jīng)過(guò)冷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%氫氧化鈉處理后的殘余物)含量與P-因子的關(guān)系。從圖4可以看出，隨著P-因子的增加，溶解漿R18穩(wěn)定在97%以上，但R10在P-因子大于500后開始下降，P-因子約在700時(shí)，R10急劇下降，表明漿料的均一性降低。此外，過(guò)高的P-因子還會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的酸和氣體，增加了白液的用量，增大了設(shè)備、管道等結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于桉木，較為理想的P-因子為500～600，預(yù)水解溫度為168～170℃。

1.3 白液中和

預(yù)水解過(guò)程中，木片自身水解產(chǎn)生大量有機(jī)酸，水解液呈酸性，其pH值低于3。當(dāng)P-因子達(dá)到設(shè)定值后，儲(chǔ)存在熱白液槽的熱白液經(jīng)蒸煮鍋的底部管道泵送至蒸煮鍋，形成一個(gè)強(qiáng)堿性的中和液柱，自下而上中和預(yù)水解過(guò)程中產(chǎn)生的酸，同時(shí)溶解預(yù)水解過(guò)程中產(chǎn)生的糖，為在堿性環(huán)境下脫木素提供條件。預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮過(guò)程中，中和段用堿量占總用堿量的60% ～80%。

中和過(guò)程中，中和白液的加入速度及其溫度的控制至關(guān)重要。中和的過(guò)程也是白液與木片發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程，由于高濃度的堿液不能迅速滲透到木片內(nèi)部，會(huì)導(dǎo)致木片表面的纖維降解，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，中和的速度要盡可能快，以減少高濃堿液與木片的接觸時(shí)間，減少成漿質(zhì)量的不均一，盡量避免在預(yù)水解與中和、中和與熱液填充過(guò)程之間出現(xiàn)任何不必要的等待。通常，中和段的時(shí)間控制在15 min內(nèi)。

酸堿中和反應(yīng)是一個(gè)放熱的過(guò)程，因此中和用熱白液的溫度不宜過(guò)高，若白液溫度過(guò)高與酸反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的蒸汽，增加了排放的氣體量，同時(shí)高溫條件下也會(huì)加速白液與木片表面纖維的反應(yīng)。實(shí)際生產(chǎn)中，中和用熱白液的溫度通常在135℃左右，甚至更低。

1.4 熱液填充

中和步驟完成后，系統(tǒng)進(jìn)行熱液填充，用于熱液填充的液體是上一蒸煮循環(huán)置換出來(lái)的熱黑液，由蒸煮鍋底部管道加入。置換出的中和液由蒸煮鍋?lái)敳抗艿浪椭?#熱黑液槽，經(jīng)熱交換器及纖維分離機(jī)，最終送至堿回收車間。

溶解漿的生產(chǎn)中，熱黑液填充有兩個(gè)作用，一是推動(dòng)中和液柱繼續(xù)上升，以中和整個(gè)鍋內(nèi)產(chǎn)生的酸，因此，熱液填充的速度必須快;二是在熱黑液中加入定量的白液作為蒸煮液。上一蒸煮循環(huán)置換出來(lái)儲(chǔ)存在1#熱黑液槽內(nèi)的黑液溫度為150℃左右，熱液的填充減少了蒸汽的消耗，縮短了蒸煮的加熱時(shí)間，同時(shí)，熱黑液中還含有高濃度的硫離子，加快了脫木素反應(yīng)的速度，提高了漿料的強(qiáng)度和可漂性。生產(chǎn)中為避免蒸煮鍋內(nèi)蒸煮液堿濃分布不均，熱液填充完后，啟動(dòng)循環(huán)泵進(jìn)行藥液循環(huán)。熱液填充完成，蒸煮鍋內(nèi)的溫度略低于蒸煮設(shè)定溫度。

1.5 升溫和蒸煮

在既定的循環(huán)時(shí)間完成后，直接加中壓蒸汽至蒸煮循環(huán)管線上用于蒸煮液的加熱，達(dá)到設(shè)定的蒸煮溫度后升溫結(jié)束，木素開始大量脫出，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的H-因子后，蒸煮結(jié)束。

升溫和蒸煮過(guò)程中需要注意兩點(diǎn)，一是升溫的速度不宜過(guò)快，循環(huán)泵的能力是一定的，蒸煮鍋內(nèi)蒸煮液循環(huán)一次需要一定的時(shí)間，升溫過(guò)快，蒸煮液溫度不均勻，導(dǎo)致蒸煮的不均勻;二是蒸煮溫度不宜過(guò)高，根據(jù)原料的不同，蒸煮溫度不同，但過(guò)高的蒸煮溫度會(huì)加劇纖維素的降解，增加堿的消耗，降低蒸煮液中殘堿含量，導(dǎo)致木素縮合、附著。蒸煮溫度控制在165～168℃、H-因子控制在400～600較為合適。蒸煮結(jié)束后，蒸煮液中殘堿濃度控制在15 g/L(以NaOH計(jì))以上有利于漿料的漂白。

1.6 置換

當(dāng)蒸煮H-因子達(dá)到設(shè)定值，從蒸煮鍋底部加入置換液 (粗漿洗滌段提取的濾液，溫度一般為85～90℃)，熱的蒸煮黑液被置換出來(lái)，儲(chǔ)存在熱黑液槽中，用作下一蒸煮周期的蒸煮液，鍋內(nèi)漿料溫度迅速降低，蒸煮終止。

實(shí)際生產(chǎn)中，注意控制置換液殘堿含量，過(guò)低的殘堿含量會(huì)導(dǎo)致脫出的木素附著在纖維上，從而降低漿料的可漂性，當(dāng)置換液中殘堿含量較低時(shí)，需要補(bǔ)充一定量的白液，殘堿濃度控制在5 g/L(以NaOH計(jì))以上較為合適。

為防止置換過(guò)程中溝流、偏流現(xiàn)象的產(chǎn)生，置換初期應(yīng)控制置換液的流速，減少對(duì)木片的沖擊;若產(chǎn)生溝流或偏流，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)循環(huán)泵，關(guān)閉溝流通道。置換液的體積取決于未漂漿洗滌段的稀釋因子，所有的置換液都應(yīng)用于置換 (而非旁通至蒸發(fā)工段)，以提高漿料在置換過(guò)程中的洗凈度。黃漿洗滌段最后一臺(tái)洗漿機(jī)的稀釋因子控制在2.5 m3/t(風(fēng)干漿)為宜。整個(gè)置換運(yùn)行時(shí)間約70 min。

1.7 卸料

置換完成后，蒸煮鍋內(nèi)的漿料濃度為7%左右，用未漂漿洗滌段來(lái)、經(jīng)冷卻的濾液稀釋漿料，并啟動(dòng)卸料泵卸料至噴放鍋，運(yùn)行時(shí)間約30 min。

置換結(jié)束后，漿料在蒸煮鍋內(nèi)的濃度分布是不均勻的，通常頂部的濃度較底部高，因此，在不同的卸料階段、不同的稀釋水加入點(diǎn)要有合適的稀釋水量才能保證放鍋濃度穩(wěn)定以及放鍋干凈，同時(shí)減少稀釋水的用量，維美德間歇蒸煮系統(tǒng)在放料過(guò)程中的稀釋水是基于蒸煮鍋內(nèi)漿料量自動(dòng)控制，能夠盡可能地保證卸料濃度的穩(wěn)定和卸料徹底。

卸料濃度的穩(wěn)定對(duì)減少黃漿洗滌段的波動(dòng)非常有利，卸料濃度越高，越有利于洗滌段的控制，但過(guò)高的濃度又會(huì)導(dǎo)致卸料困難、放鍋不干凈。生產(chǎn)中一般控制卸料濃度在5.5%左右，溫度為100℃以下，避免高溫噴放。

卸料完成后，檢查蒸煮鍋內(nèi)是否仍留有漿料或液體，若卸料不干凈，將直接影響下一鍋預(yù)水解的效果，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此需定期校準(zhǔn)蒸煮鍋的稱重元件，如不能確定放鍋是否干凈，可人工進(jìn)行檢查。此外，為防止木素沉積、附著在纖維上，漿料中殘堿含量需控制在6 g/L(以NaOH計(jì))以上。

1.8 槽罐區(qū)的控制

槽罐區(qū)由3個(gè)帶壓槽罐和2個(gè)常壓槽罐組成，槽罐區(qū)穩(wěn)定的控制有利于系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，操作過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)。

在中和及熱液填充過(guò)程中，蒸煮鍋內(nèi)的水解液氣體通過(guò)管道排入2#熱黑液槽，熱黑液槽壓力增加，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)壓力控制閥打開，酸性氣體進(jìn)入冷卻器，為避免冷卻器結(jié)垢、堵塞，操作時(shí)應(yīng)使其中的一個(gè)蒸煮鍋處于置換過(guò)程中，溫度較低的置換液可冷凝大量的酸性水解液氣體。

2#熱黑液槽中儲(chǔ)存的溫黑液，通常經(jīng)過(guò)熱交換器冷卻及黑液過(guò)濾機(jī)回收纖維后，送至堿回收車間，蒸煮完的黑液含有大量的木素、黑液殘堿含量低會(huì)導(dǎo)致溶解的木素沉降、結(jié)晶，使得設(shè)備管道結(jié)垢堵塞，2#熱黑液槽循環(huán)管線配有在線殘堿分析儀，殘堿含量不足時(shí)要及時(shí)補(bǔ)充白液，定期校準(zhǔn)分析儀。

2 結(jié)語(yǔ)

一套好的工藝和裝備是生產(chǎn)高質(zhì)量溶解漿的前提，但決定溶解漿質(zhì)量的還是操作人員對(duì)工藝的控制、對(duì)蒸煮系統(tǒng)全面綜合的考慮、經(jīng)驗(yàn)積累以及操作人員之間經(jīng)驗(yàn)的交流。只有進(jìn)行嚴(yán)格的操作和工藝控制，才能生產(chǎn)出高品質(zhì)的溶解漿。

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