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化学机械浆与半化学机械浆.ppt

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第四节 化学机械浆 (Chemimechanical Pulp),,APMP、PRC、SCP,APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 碱性过氧化氢化学机械浆,CMP的基本制浆过程:化学预处理(预浸渍)常压磨浆纸浆后处理(消潜,筛选和漂白等),APMP是在CTMP(或BCTMP)基础上发展起来的。BCTMP能耗较高,排放废水负荷较高,且含硫化合物。 APMP P-RC APMP TSE-APMP,,,APMP标准的生产流程图: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 制浆和漂白同时完成,在制浆的同时也进行漂白操作。,,,,,,,,,,,,,NaOH、少量H2O2等,NaOH、大量H2O2等,,,,汽蒸仓,一段反应仓,二段反应仓,,,,木片吸收弱的浸渍液,木片吸收强的浸渍液,,,整个APMP流程中,最关键的是两段螺旋压榨机的作用!,(一)工艺流程,1、木片洗涤:洗涤木片、软化木片、赶出木片中的空气。2、常压料仓:木片被轻微汽蒸,温度达70 0C左右,进一步软化木片,驱赶木片中空气。装有通气装置,可以均匀地调控温度。3、挤碾机:具有4:1的高压缩比,可将木片挤到60%的干度。经挤碾后的木片经膨胀,均匀地撕裂成小木条或粗大纤维及膨胀后利于浸渍。均匀吸收化学预浸渍药液,发生化学反应,有利于浆料的均匀性和纸浆质量的提高。,4、第一段盘磨:完成磨浆、漂白反应。能耗为400~500度/t风干浆,通过调整H2O2和NaOH的用量和比值,可以生产出范围很广的浆种。5、第二段盘磨:进一步磨浆,能耗:800~1200度/t风干浆。6、APMP制浆特别适合阔叶木树种,如杨木、桉木、桦木等,为新闻纸开辟了新的原料资源。,APMP制浆机理分析:,APMP制浆过程中,一段预浸渍时采用较高比例的NaOH和较低比例的过氧化氢。因此,得率下降较多,木素和苯醇抽出物溶出较多,白度有所降低;二段预浸渍时采用较低比例的NaOH和较高比例的过氧化氢。因此,得率下降平稳,木素和苯醇抽出物继续有所溶出,白度急剧上升;磨浆后,得率稍有下降;木素溶出略有增加,苯醇抽出物溶出较多,聚戊糖溶出剧增,白度较大幅度增长。因为,第二段预浸渍的化学药液未洗出,继续发挥作用。,APMP的制浆机理是NaOH和H2O2共同作用的结果,化学反应主要发生在预处理过程。 NaOH的作用: (1)保证预处理药液的碱度,促使H2O2离解出过氧氢离子,发挥H2O2的漂白效果 (2)润胀和软化纤维,溶出某些抽出物及短链半纤维素、小分子量木素 H2O2的作用: (1)碱性条件下离解产生过氧氢离子,改变木素发色基团结构 (2)漂白木素的同时,使木素大分子侧链断裂,变成小分子木素溶出 (3)向木素分子中引入羧基,增加木素亲水性,使木素软化,(二)APMP优点,采用最新发展的木片预处理技术,使制浆和漂白合二为一,省去单独漂白工序,设备投资减少25%以上 与BCTMP相比,木片预汽蒸和化学浸渍都在常压下进行,操作简单,能耗低磨浆在常压下进行,无需建造热回收系统采用高压缩比螺旋撕裂机将木片挤成疏松的木丝团,扩大比表面积,药液渗透作用增强浆料物理和光学性能有所改善,实现较高强度和白度制浆过程中不用亚硫酸盐,只用碱和过氧化氢等药品,废水中不含硫的化合物,治理较容易,(三)工艺过程中的几个关键问题,1、 挤碾机的选择: (高压缩比,4:1或更大)螺旋挤碾机对木片起着又挤又碾的作用,将已经预汽蒸软化的木片挤压而产生纵向破裂,使木片形成更大的表面积,以提高吸液量,使药品与木片内层接触而发生反应; 同时也挤出木片中的空气以及游离水分; 经过高度压缩的木片一旦体积突然膨胀,就会象海绵一样吸收更多的药液,以提高一段磨浆效能。,流程中的关键设备:螺旋压榨机(挤碾机、撕裂机,Model Screw Device, MSD),影响到浆料的均匀性、白度和强度主要对木片起到挤碾作用关键参数是压缩比(密封用进料螺旋的压缩比在2:1;将木片碾压均匀的压缩比必须在4:1以上),,2、浸渍工段的设计:APMP工艺化学预浸渍段可以采用一段,两段或三段,根据原料类型和化学处理程度,流程设计上非常灵活;若采用两段浸渍,第一段使用第二段浸渍压榨出的残液,第一段用低H2O2、高用碱量,第二段采用高H2O2、低用碱量。 3、金属离子的影响:金属离子(Cu2+、Fe2+、Mn2+等),一般源于木材原料、水、设备。金属离子会促进H2O2的无效分解,降低漂白效果。加螯合剂除去金属离子。关键设备最好用不锈钢的,以减少金属离子Fe2+。,化学药液(加药点 I) ↓ 木片→水洗→汽蒸→1#挤压疏解机→1#浸渍器→1#反应仓→ 2#挤压疏解机化学药液(加药点II) 化学药液(加药点III)↓ ↓ → 2#浸渍器→2#反应仓→一段高浓磨→高浓漂白塔→二段高浓磨→消潜池 →筛选净化→浓缩机→成浆,化学药液(加药点 I)↓ 木片→水洗→汽蒸→1#挤压疏解机→1#浸渍器→1#反应仓→2#挤压疏解机化学药液(加药点 II)↓ →2#浸渍器 → 2#反应仓→ 一段高浓磨 → 冲稀池 → 二段高浓磨 → 消潜池→筛选净化→浓缩机→成浆,工艺流程比较:APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 与 P-RC APMP (Preconditioning Refiner Chemical treatment APMP),,,APMP和P-RC APMP 工艺的区别:二者在基本工艺流程上非常相似,关键流程是化学预浸渍处理的程度,P-RC APMP更强调化学预处理的作用效率,特别是强化后期的漂白效果。具体的区别如下: (1)如果二者均采用标准的两段化学预浸渍工艺时,APMP工艺是两个加药点,即有两个化学预处理,第一个加药点的作用效率不高;而P-RC APMP工艺强化化学预处理效率,有三个加药点; (2)P-RC APMP工艺取消APMP工艺中的段间稀释洗涤,设置一个高浓漂白塔,强化漂白化学药品的作用效果。APMP工艺中漂白的对象是被挤压的木片;而P-RC APMP工艺中漂白的对象大多是纸浆纤维和少量的纤维束,漂白效率大大提高。,,,高浓停留塔,喷放浆管后,,冷却螺旋,一段磨,,多圆盘浓缩机,,反应仓,,,压力筛,预浸器,,,低浓磨,预蒸仓,,,消潜池,木片洗涤器,,木片仓,螺旋压榨机,,,,2#化学品,,,,,,中浓泵,1# 化学品,,,贮浆塔,新鲜蒸汽,,,,,工厂中常见的P-RC APMP工艺流程,(四)生产APMP的主要影响因素,APMP制浆过程为制浆和漂白同时进行,因此,需要考虑制浆和漂白两者的关系对APMP生产的影响。 1 挤碾对APMP制浆的影响 螺旋挤碾机对木片的挤压作用对APMP浆有着关键的影响,挤压效果的好坏极大的决定了浆的质量。木片受到螺旋挤碾机强有力的挤压作用,结构变得疏松,木片被撕扯开,变成一种立体网状结构,干度达60%~65%,从而像海绵一样易于吸收药液,使反应能充分进行,而纤维并不会因挤压而受到损伤。经过充分挤压的木片,不仅可以充分吸收化学药液,提高处理的效果,还能起到节约药品用量、缩短反应时间的作用。,2 化学药品用量的影响 APMP制浆用于预处理的化学药品为NaOH和H2O2,同时加入部分助剂。NaOH和H2O2的用量是影响浆质量的主要因素。NaOH用量与纸浆物理强度关系较大,尤其是第一段浸渍的NaOH用量。NaOH用量增加,纸浆物理强度提高,白度降低,得率降低。H2O2用量与纸浆最终白度关系较大,尤其是第二段预浸时H2O2用量,H2O2用量增加,纸浆白度显著提高,得率影响甚小,强度有所降低,松厚度有所提高。一般对于两段化学预浸渍的传统APMP制浆工艺,第一段使用高碱度低H2O2的药液,第二段使用低碱度高H2O2的药液。螯合剂(EDTA或DTPA)和保护剂(Na2SiO3和MgSO4)的加入对稳定H2O2和提高浆的白度作用显著。螯合剂用量较小时便可明显提高白度。保护剂的用量有一最佳值,用量过大对浆的白度和强度不利,并易产生结垢现象。,3 预处理温度的影响 由于预处理药液是H2O2的碱性溶液,温度过高,会加快H2O2的分解,从而使得漂白效率下降,浆的最终白度降低。一般预处理温度保持在50~80℃之间。木片在较高温度下能充分软化,有利于药液的浸透、纤维的润胀。目前的研究趋向于高温处理,但在高温条件下须加入适当的螯合剂和保护剂来控制和减少过氧化氢的热分解。,4 预处理时间的影响 过长的预处理时间,会使浆的得率下降,光学性能降低;若药液中有较多NaOH残留,过长的预处理时间会促进浆料的返黄,白度降低,但强度有所升高。预处理时间过短,则浸渍不完全。较合适的预处理时间是30~60min。,5 磨浆条件的影响 磨浆质量的好坏受许多因素的影响,包括喂料速度、磨浆浓度、磨盘间隙等。一般采用两段常压盘磨高浓磨浆时,第一段盘磨间隙较大,主要起到破碎作用,同时减少木片的焦糊现象,浆浓30%~35%;第二段磨浆间隙较小,主要起到离解纤维和细纤维化作用,浆浓15%~20%。增加磨浆段数可以提高浆的质量,但会增加磨浆能耗和设备投资。调节盘磨的间隙,间隙不能过小,否则浆的白度和强度都会受到影响。,(五)APMP的性质和应用,1 性质:(P151 表3-20)针叶材的APMP与BCTMP比较,在相同白度下,两者在化学药品消耗、能耗、成浆的得率、强度等方面相差不大。杨木APMP的生产,无论是化学药品消耗,还是能耗,都较相应的BCTMP低;在相同的游离度下,杨木APMP的纸张耐破与撕裂强度都略高于BCTMP。在相同的H2O2用量下,APMP的白度稍优于BCTMP,但APMP系统省去了漂白系统的投资,总成本低于BCTMP。APMP的不透明度与光散射系数,也较相应BCTMP高一些。2 应用:APMP的应用范围与BCTMP相同。,四、其他化学机械浆,化学磨石磨木浆(CGW)——没有得到发展化学磨石磨木浆的化学处理有两种方法:①在磨木时加化学药品于磨木的白水中;②在磨木前将原木加化学药品用高温高压预处理。,爆破法制浆(Steam Explosion Pulping, SEP)——研发阶段将木片用化学药液预浸,然后在专门的蒸煮器中汽蒸,最高温度180~200 ºC,时间1~5min,汽蒸后瞬间排压使木片爆破,然后再进行常压磨浆。相对于CTMP,爆破法可降低能耗25%~30%。本法流程如下:木片 预浸渍(60~85ºC) 喷洒药品(NaOH+Na2SO3等)处理 汽相蒸煮(180~200 ºC) 爆破(190ºC) 再磨,,,,,,热磨机械化学浆(TMCP或OPCO法)该法是在TMP两段磨浆之间或之后用Na2SO3进行化学处理,使纸浆获得化学改性,并使纤维的卷曲特性得到固定,结果使纸幅有较好的湿与干强度。纤维卷曲程度愈高,则湿纸幅伸长率愈大。OPCO法纸浆得率在90%以上,电耗与SGW大致相当,投资接近TMP,而且能连续生产,适于自控。,无硫化学机械浆(NSCMP)化学预处理采用单乙醇胺和氢氧化铵溶液的混合物,可以循环使用。其主要流程包括汽蒸、木片的药液浸渍和磨浆。杨木和混合阔叶材的试验结果表明,NSCMP是一种简易的制浆方法,纤维容易分离,磨浆能耗低,化学药品和热量回收简单。因药液不含硫,因此大大减轻了环境污染。,生物化学机械浆(Bio-CMP)以微生物或其制品(酶)对木片进行预处理,然后用机械法或化学机械法制浆。生物处理的目的:有选择性地分解(降解)原料中的木素,尽可能减少碳水化合物的损失。从而降低磨浆能耗,减轻废水污染,提高纸浆强度。主要采用:白腐菌、漆酶等(研究阶段),第五节 半化学法制浆 (Semichemical Pulping),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 SCP的化学处理程度较化学机械浆激烈,但较化学浆温和;机械处理程度较化学机械浆弱。 NSSC(Neutral Sulfite 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。,,,,NSSC(Neutral Sulfite Semi-Chemical pulp)中性亚硫酸盐法半化学浆,NSSC制浆原理 高温下低脱木素速率,以木素酚型结构单元的磺化反应为主,非酚型木素结构单元稳定;与化学法制浆的中性亚硫酸盐法制浆相比,反应程度较轻。,,蒸煮工艺条件:蒸煮温度 175-180度 蒸煮压力 0.95-1.05MPa 蒸煮总时间 180-200分钟 药品用量 12%-14% (Na2SO3计,对绝干木片) 得率 55%-65%,NSSC制浆主要影响因素 材种的影响最适宜的原料是阔叶材 (密度小的材种易于浸透,而密度大的材种很难生产半化学浆) (2) 蒸煮药液组成的影响组成随亚硫酸盐种类、使用的缓冲剂和它们的浓度而变化。缓冲剂的作用:中和蒸煮初期形成的有机酸,控制蒸煮终点pH7.2-7.5,防止碳水化合物的水解。缓冲剂种类会影响纸浆白度,使用NaHCO3能获得较高白度的浆。 (3) 蒸煮条件增大药品用量,降低纸浆得率;降低药品用量,可增加纸浆得率,但筛渣相应增多。蒸煮温度在中性条件下宜高些。,NSSC浆的性质与应用较高的挺度、较低的耐折度——NSSC浆的特性NSSC浆,尤其是阔叶材的NSSC浆,易于打浆,磨浆中强度发展较快 (含有较多的聚戊糖)工业上主要用来生产瓦楞纸板,也可用于抄造挂面纸板、绝缘纸、沥青原纸、包装纸等。漂白的NSSC浆可生产强度高、成形好的优良印刷纸,可替代部分化学木浆抄造书写纸等。,其他半化学法纸浆,碱性亚硫酸盐法半化学浆 (ASSC)碱法半化学浆(硫酸盐法与烧碱法两种)绿液法半化学法浆无硫半化学浆,纸浆生产过程中木材形态的变化,小结:,
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