漂白浆生产线转产溶解浆

王文毅 黄六莲

(1. 邵武中竹纸业有限责任公司，福建邵武，354000;2. 福建农林大学材料工程学院，福建福州，350002)

邵武中竹纸业有限责任公司通过自主研发和技术改造，已成功将原200 t/d 漂白竹(木)浆生产线转产为溶解浆，生产出的普通溶解浆(黏胶纤维用竹、木浆粕)已达到纺织行业标准，并供化纤厂使用;试生产出的高级溶解浆(醋酸纤维用竹浆粕)已达到醋酸纤维厂进厂质量标准，并已供其成功试生产出醋酸纤维素片及其丝束，填补了国内空白。转产技术改造主要是在蒸煮工序新增了料片的预水解工艺、预水解酸水的收集与处理系统、臭气的收集与涤气系统，以及对硫酸盐法蒸煮工艺进行了调整等，而对备料、洗选漂、抄浆等工序的设备改造和工艺调整仅是为了进一步改善溶解浆的质量。

本文将转产普通溶解浆(主要是黏胶纤维用竹浆粕)的研发工作(原料分析和试验结果)及各主要工序技术改造(设备改造和工艺调整)介绍如下，并总结了转产普通溶解浆的实践经验以供同行参考。

1 研发工作

在转产前，进行了大量的研发工作，主要包括:原料分析、实验室制浆(蒸煮+漂白)实验及试生产试验。

(1)原料分析是选择溶解浆生产原料和制定实验室制浆实验方案的依据，其中纤维素、半纤维素、木素含量是原料分析中的主要指标。纤维素含量越高、半纤维素含量越低的原料越适合于生产溶解浆。通常针叶木的纤维素含量比阔叶木、竹子的高，半纤维素含量比竹子的低，用其生产的溶解浆的甲种纤维素含量高，反应性能好，制浆得率也高，基于此，行业普遍认为针叶木是生产优质溶解浆的主要原料［1］。纤维素含量高的原料生产黏胶浆粕时，采用硫酸盐法蒸煮需要比常规硫酸盐法制浆剧烈，以使成浆纤维素聚合度大大降低。半纤维素含量越高的原料，越要加强预水解;马尾松的半纤维素含量低，采用简单的汽预水解;竹材的半纤维素含量高，采用复杂的水预水解。毛竹、篙竹的半纤维素含量比中小径竹(绿、麻竹等)的高，其水预水解的时间会相对长些，预水解酸水排放终点pH 值会相对高些。木素含量越高的原料，硫酸盐法蒸煮越要加强，马尾松的木素含量高，其硫酸盐法蒸煮就要比竹子的用碱量多、高保温温度高、高保温时间长;毛竹、篙竹的木素含量比中小径竹的高，其硫酸盐法蒸煮相比也要加强。

(2)转产溶解浆的主要原料是当地的马尾松、毛竹、篙竹与中小径竹，其中最适合的原料是马尾松，其次是毛竹、篙竹。改造后的生产线用来生产黏胶纤维用马尾松木浆粕时，不仅产量相对较高(蒸煮时间短，蒸煮设备利用率高)，质量相对较好(反应性能好);而且预水解酸水少，设备不易被腐蚀，能耗相对较低，市场行情相对较好。改造后的生产线用来生产黏胶纤维用竹浆粕时，不仅蒸煮时间长，工艺技术复杂，产品质量较难控制;而且预水解酸水多，设备易被腐蚀，能耗相对较高。

(3)料片质量是影响溶解浆质量的主要因素。外购竹切片竹节越多，生产的溶解浆反应性能不易达标，杂细胞含量大，灰分高。竹切片尺寸不合格，尤其是厚度大，容易造成蒸煮均一性差，生产的溶解浆动力黏度(或特性黏度)、反应性能、白度波动大。马尾松剥皮不好，生产的溶解浆中杂细胞含量大，灰分高，尘埃多，生产碱耗大。竹子生长周期不均一，尤其是中小径竹，其蒸煮质量不好控制，也会影响到溶解浆质量的均一性和稳定性。为此，需要严把原料进厂质量关，尤其是要严把外购竹切片的质量关。要对不同质量的原料进行区分堆放，区分生产。

(4)原料品种不同，其制浆生产方式不同。毛竹、篙竹的木素含量高，其制浆黑液中的有机物含量高，热值高，碱炉燃烧稳定;而中小径竹的木素含量相对低，其制浆黑液的热值相对低，碱炉燃烧不稳定，常加油枪助燃。为此，在生产上要集中、连续生产毛竹、篙竹溶解浆2 ～3 周，再短时间穿插生产中小径竹溶解浆几天，以稳定溶解浆质量，不改变系统黑液性质，确保生产稳定。

2 技术改造和转产实践经验

2.1 备料工序

2.1.1 技术改造及工艺调整

在备料工序，主要是新增了水洗系统，以提高料片的洁净度，从而提高生产的溶解浆的纯净度，使溶解浆的杂细胞、灰分、铁含量和尘埃度能够达到纺织行业标准。水洗后，因脱水螺旋的脱水效果不佳，料片的含水率较高，造成圆形料仓积水严重，久而久之造成圆形料仓底部中间出料的螺旋出料器大轴承被锈死而无法使用;后来将圆形仓底改造成方形仓底，采用移动卸料螺旋和双向螺旋配合出料的形式，并在仓底安装滤水板来解决出料困难和仓内积水的难题。料仓改造后，对料片的尺寸要求较高，尤其是竹片中的长条易堵死出料口，为确保料片尺寸合格，又改造了筛片机，将过大片(长条)筛出。筛出片不进入再碎系统，而是用斗车接走，堆放到一定量时再送鼓式切片机切片。

2.1.2 实践总结

(1)水洗系统的操作主要是控制洗涤机的排渣频率。频繁排渣，虽然料片的洗净度高，但用水量大，排入地沟的废水多。因此需要根据料片的洁净程度，选择合适的排渣频率。

(2)水洗系统洗涤水的回用周期要考虑洗涤水的洁净程度，洗涤水越脏，回用周期越短，经济的做法是采用“小流量连续补充温水(来自臭气回收系统)，溢流多余浊水”的办法来提高洗涤水的回用周期。

(3)竹片储存时间宜在2 个月内，尤其是春夏季储存时间不宜太长，储存时间越长，霉变越严重，竹片颜色越深(洗涤水也越黑)，成浆后越不易漂白，会影响溶解浆的质量，为此在生产上一定要遵循“先进先用”的原则。通过一段适宜时间的存放，竹片中的果胶、淀粉、蛋白质和脂肪等会自然发酵，除降低蒸煮碱耗外，还可降低洗涤废水的CODCr，减少水洗系统的泡沫，使现场整洁。马尾松木片的储存时间会比竹片长，相比不易霉变和变黑。

2.2 蒸煮工序

2.2.1 设备改造

蒸煮工序原有5 台110 m3碳钢材质的蒸煮锅，其附属循环管、加热器、篦子等基本上都是碳钢材质;考虑到资金紧张及醋酸纤维用竹浆粕尚处于试生产阶段，并未正式规模化生产，此工序的改造分阶段实施:第一阶段先新增1 台110 m3碳钢蒸煮锅，并对6 台蒸煮锅附属设备进行最少投入的改造，以实现先转产，增加蒸煮产量;第二阶段投入1.5 亿元建成新的蒸煮工序，装备有采用超级预水解间歇置换蒸煮技术的5 台250 m3双相钢蒸煮锅及其附属设备。

第一阶段对附属设备进行了如下改造:

(1)将蒸煮锅篦子及其支撑架改为不锈钢材料。若不改，支撑架易被腐蚀变薄，支撑力降低，造成篦子变形，料片漏入循环管，成浆后堵死下循环管，从而造成锅底料片不成浆，影响放锅和下次蒸煮。改造前后，篦子孔径和扩孔朝向也有所不同。

(2)对蒸煮锅的锅盖密封面喷镀不锈钢材料。否则，密封面易被腐蚀，从而造成锅盖密闭不严，蒸煮无法继续，操作环境恶臭。

(3)对药液循环系统及蒸汽加热系统进行改造。新增中循环反冲洗管线，新增下循环抽液管线，以弥补硫酸盐法蒸煮后期中部抽液困难、药液循环不好的缺陷;新增锅体中部中压蒸汽直通管线，以提高马尾松汽预水解的升温速度;新增中压蒸汽支管，来变相加大蒸汽管径，减少蒸汽管压降，确保多锅蒸煮用汽压力稳定。

(4)新增预水解酸水的收集与处理系统。新增下循环预水解酸水排放管线、预水解酸水储罐2 个、预水解酸水储罐底部防板结加热装置、预水解酸水送黑液蒸发站的泵送系统、预水解酸水及黑液静态混合系统。

(5)新增臭气的收集与涤气系统。新增预水解酸水储罐尾气捕集器、尾气换热器、热水罐、尾气涤气塔、臭气光氧处理装置等。

(6)恢复锅口蒸汽装锅器，新增下循环抽汽管线、旋风分离器和抽风机(不锈钢材质)，以实现马尾松蒸汽装锅，进一步提高产量。

(7)更换部分药液循环管(主要是弯头和管壁薄的管道)，对黑液加热器上下封头内表面喷镀不锈钢。

2.2.2 工艺调整

(1)新增水解工艺。半纤维素(聚戊糖)对碱的攻击有抵抗性，致使传统的硫酸盐法制浆无法生产出符合要求的溶解浆。生产溶解浆的制浆工艺主要有两种——预水解硫酸盐法和预水解亚硫酸盐法［2］，前者生产的质量更好，也更适合于此次改造。预水解硫酸盐法是一种对料片先进行预水解，再进行硫酸盐法蒸煮的制浆方法。预水解的方法有多种，不管是水预水解，还是汽预水解或酸预水解，其目的都是在酸性条件下，使半纤维素发生酸性水解而被降解为较小的分子(聚合度只有原来的30%)，这样在接下来的硫酸盐法蒸煮过程中，通过剥皮反应和水解反应能很大程度地除去半纤维素。马尾松采用汽预水解，竹材采用水预水解，这两种水解的目的都是在高温蒸煮的过程中，自催化产生有机酸，从而形成酸性条件来降解半纤维素［3］。纤维素对有机酸的稳定性远高于无机酸，不至于过度降解，这也是国内溶解浆生产普遍采用水预水解和汽预水解的原因。加无机酸的预水解，对设备的耐腐蚀性要求极高，改造投入大，国内鲜有实际生产应用的。根据上述理论和实验总结，竹子水预水解的工艺大致是:利用臭气系统回收的热水，送蒸煮锅进行预水解;液比1.0∶3.5;一段升温80 ～120℃，时间40 ～60 min;一段排气时间10 ～30 min;二段升温120 ～168℃，时间30 ～50 min;高温保温168 ～170℃，时间120 ～150 min;预水解酸水排放终点pH 值≤4.0。不同的竹子，在液比、高保温处理上会有所差别，预水解酸水排放终点pH 值会有所不同。马尾松汽预水解比竹子水预水解简单，不加水，完全用蒸汽加热，按上述相似升温曲线升温。

(2)硫酸盐法蒸煮工艺调整。预水解后，水解片的初生壁被破坏，使富含纤维素的纤维次生壁暴露出来，细胞壁外层中木素与碳水化合物之间或碳水化合物彼此间的连接被削弱或破坏，使水解片的结构变得松散，一接触到白液或碱液，就迅速吸碱而松软成浆。水解片的硫酸盐法蒸煮条件通常会比传统的硫酸盐法蒸煮苛刻(用碱量大)，这是因为经过预水解后，木素发生了较严重的缩合，会比传统的蒸煮更难除去。硫酸盐法蒸煮过程可分为3 个阶段:第一阶段为碱液与水解片接触至升温初期，主要作用是碱液向水解片内部迅速渗透，并从中溶出部分半纤维素及少量木素;第二阶段为升温末期至保温初期，主要作用是胞间层木素的溶解;第三阶段为保温中后期，主要作用是溶出细胞壁内的木素，在此阶段，细胞壁中的纤维素及半纤维素也不可避免地受到损伤和破坏。这3 个阶段，实际是相互联系，相互交错，不可能截然分开的。根据上述理论和实验总结，竹子硫酸盐法蒸煮的工艺大致是:用碱量19% ～23% (以Na2O 计)，硫化度18% ～23%，液比1.0∶4.5;一段升温，80 ～130℃，升温时间60 ～0 min;一段排气时间10 ～30 min;二段升温，140 ～164℃，时间30 ～50 min;高温保温，164 ～168℃，时间100 ～120 min。不同竹子，在用碱量和高保温处理上会有所差别;但最终放锅粗浆质量都要达到:动力黏度14.0 ～22.0 mPa·s(聚合度600 ～900)，卡伯值≤12。以马尾松为原料蒸煮时用碱量和高温保温都比竹子高，其最终放锅粗浆质量控制指标也比竹子的高些。

2.2.3 实践总结

(1)装锅注意事项:竹子宜采用边装锅边送液来提高装锅量;马尾松宜采用蒸汽装锅，边装锅边抽气，这样既可提高装锅量和料片的温度，又可除去料片中的空气;在操作上，要力争装锅满且一致，以确保蒸煮工艺的稳定。

(2)预水解注意事项:预水解要充分，达到放锅预水解酸水pH 值要求，方可排液，以尽可能地脱除半纤维素;预水解酸水要排放干净，否则会中和掉部分白液。

(3)硫酸盐法蒸煮注意事项:考虑到实际生产中预水解酸水排放不干净，故用碱量要比实验室用碱量多;白液与黑液宜混合后加入锅内，否则会因黑液碱度低，造成木素缩合;加强工艺清扫，防止其他异物进入系统，尤其要防止装锅皮带磨损带来的黑色异物夹杂竹屑进入锅内，控制好非纤维尘埃。

(4)采用“中部抽液循环”的老式蒸煮锅，容易造成硫酸盐法蒸煮后期锅内液位低于中部抽液口，从而造成药液上、下循环几乎没有流量，不得不完全依靠底部直通汽来加热升温，最终造成硫酸盐法蒸煮均一性差(底部浆料偏软，中、上部浆料偏硬)，后序漂白稳定性差，成品质量不均一、反应性能不好。提高溶解浆硫酸盐法蒸煮均一性的方法，除了采用提高硫酸盐法蒸煮液比以及在硫酸盐法蒸煮后期采取底部抽液的办法来弥补外，还可考虑添加合适的硫酸盐法蒸煮助剂来加快硫酸盐法蒸煮初期药液渗透的办法，使药液在硫酸盐法蒸煮初期即可渗入料片内部，尽快脱除木素，防止木素缩合。由于竹子水解片比木水解片组织紧密，硫酸盐法蒸煮药液渗透相对较慢，如何提高竹子溶解浆硫酸盐法蒸煮的均一性是漂白竹溶解浆生产的重中之重。

(5)转产溶解浆设备改造和工艺调整的关键是在蒸煮工序，瓶颈也是在蒸煮工序。目前漂白能力大(200 t/d)，蒸煮能力偏小(黏胶纤维用竹浆粕产量可达到120 t/d)，造成蒸煮工序与漂白、抄浆工序产能不匹配，生产不平衡，连续性差，成本高(主要是能耗高)，质量不稳定。

2.3 洗选漂工序

2.3.1 设备改造

洗选漂工序未进行大的改造，仍为三段逆流洗涤、四段短序漂白(O +D/C +EOP+D)，在漂白工序的最末端新增了浓硫酸稀释及加入系统、除铁剂溶解和加入系统，以降低溶解浆的灰分和铁含量。漂后浆洗浆机(9#洗浆机)最后一段喷淋水、漂后塔底稀释水不用抄浆车间送来的白水，改用温水，以进一步降低溶解浆成品的灰分和铁含量。

2.3.2 工艺调整及实践总结

(1)漂白工序是为了进一步纯化溶解浆，降低浆的动力黏度，提高白度和甲种纤维素含量。硫酸盐法蒸煮后，本色溶解浆硬度已很低(黏胶纤维用竹浆粕卡伯值在12 以下，黏胶纤维用木浆粕卡伯值在16 以下)，比造纸用浆容易被漂白;每经一段漂白，就被纯化一次，其甲种纤维素含量由此被逐段提高。漂白时，纤维素也会有一定程度的降解，动力黏度也由此逐段降低。

(2)为了提高漂后浆质量。尤其是要稳定漂后浆的动力黏度和甲种纤维素含量，漂白工艺一定要相对稳定，由此来反推蒸煮工序是否存在问题。在生产操作上，蒸煮工序与漂白工序一定要上、下配合。

(3)由于洗选漂工序原设计产能为200 t/d，转产溶解浆后，为匹配蒸煮，实现连续开机，实际过浆能力只有120 t/d 左右，造成各段洗浆机出浆浓度不稳定且低于设计值，漂剂加入量容易计算不准，漂白效率不高。尤其是D/C 段氯气(气态)加入量因阀门控制精度不够，易过量而造成过氯化反应，从而造成氯化后漂浆动力黏度和甲种纤维素含量不稳定，且时常偏低。为此，生产竹浆粕时，D/C 段不宜用氯气，宜完全采用二氧化氯漂白，这也是因为液态的二氧化氯加入量可以准确控制，而且二氧化氯对纤维素的伤害比氯气轻;但生产木浆粕时，D/C 段可用少量氯气来提高白度，这是因为本色木浆粕硬度比竹浆粕略高，与竹浆相比不易被漂白。

(4)溶解浆的生产，除了原料是基础，蒸煮是关键外，漂白是调整，性能是目的［4］。因此，要关注各段洗浆机出浆质量，尤其是要监测进O 段、EOP段的动力黏度，及时调整O、D 段的漂剂用量和反应条件。若蒸煮来浆动力黏度偏大，可强化O 段;若漂后浆动力黏度偏大，可强化D 段，最终确保终端产品质量合格。通过漂白工序的工艺调整可以弥补蒸煮工序的不足，进一步改善溶解浆的质量。

(5)O、EOP段用碱量不要过大，剩余的半纤维素已有抗碱性，不宜盲目加大用碱量来降低半纤维素含量，要根据成品的聚戊糖含量来调整预水解工艺。

(6)漂后塔液位要控制在40%以上，以保证足够的酸处理时间;要根据溶解浆中铁、灰分含量，及时调整稀酸和除铁剂用量。

(7)转产改造后，洗选漂工序仍存在一些需要完善的地方。如除节系统存在浆流失大，尤其是生产木浆粕时，浆料流失多、泡沫多，需要进一步降低除节机进浆浓度，加大尾渣稀释水，或取消跳筛，改用安德里茨公司生产的洗节机。四段除渣系统存在浆流失大，考虑到料片经水洗和水解，已比较洁净，且抄浆工序有除渣系统，可考虑停用四段除渣，直接改用洗浆机。一段压力筛尾渣中含细砂多，可考虑先经沙石分离器(或重质除渣器)分离后，再进入二段筛。为进一步降低溶解浆的灰分、铁含量，可考虑在D段洗浆机最后一段喷淋加软化水置换洗涤。

2.4 精选与抄浆工序

2.4.1 工艺调整和设备改造

经酸处理和除铁处理后，需新增管线将抄浆车间精选工序第一段圆网浓缩机的酸性滤液排出浆线;多余的白水也被切换送往制浆车间蒸煮工序废热水系统和臭气治理系统。这些改造都是为了进一步降低溶解浆成品的灰分和铁含量。

在抄浆工序，为提高溶解浆成品的松厚度，从而提高成品的吸碱值，需采取降低压榨部压榨压力的工艺;但又会使湿浆进干燥部水分过大，造成干燥过程中存在外干内湿且分层的纸病，易在干燥部断头。为此，需要采取如下改造措施来改善压榨部的脱水:将一段压榨上毛布加长，前移套过上伏辊(还可减少上伏辊黏辊现象);提高各段压榨毛布的定量;加大各段压榨毛布真空吸水箱的脱水能力。压榨部压榨压力降低后，干燥部干燥能力不足，通过降低车速，还较难确保成品水分合格时，需要加强干燥部的袋式通风系统。

2.4.2 实践总结

(1)由于溶解浆制浆过程中，原料和工艺操作难免会出现波动，从而造成成品质量波动，尤其是动力黏度波动明显。这时，若像生产造纸浆那样按质量指标来打等级，就不合适了;而需以动力黏度来划分系列 (分为5 个系列: ＜6.0，6.0 ～8.0，8.1 ～10.5，10.6 ～12.0，12.1 ～14.0，＞14.0 mPa·s)并根据质量指标来划分等级，这样就会形成5 个系列中每个系列里还有4 个等级(A、B、C、等外品)，产品的类别就变得很多，这些都对产品的库存和销售带来新的挑战。

(2)抄浆工序的清洁生产十分重要，损纸要及时回抄，要杜绝一切带来尘埃的杂质进入浆系统的可能，要杜绝润滑油系统的跑冒滴漏。

(3)为进一步减少断头，改善成品质量，需对老式流浆箱进行改造，改用带稀释水、可调横幅定量的流浆箱。

(4)产品质量的控制主要是在制浆车间，但是抄浆工序能否抄出洁净的、松厚度好的成品，是十分重要的一个环节，对于提高溶解浆的吸碱值，乃至反应性能都起着重要的作用。

3 结 论

对邵武中竹纸业有限责任公司自主研发的转产溶解浆的改造项目进行了介绍，总结了转产普通溶解浆的实践经验。

3.1 原料种类和品质是影响溶解浆质量的第一要素。

3.2 转产溶解浆设备改造和工艺调整的关键在蒸煮工序，瓶颈也是在蒸煮工序;尤其是转产黏胶纤维用竹浆粕时，蒸煮工序极大地影响了产品质量。

3.3 溶解浆的生产过程是一个逐步精制、需上下工序密切配合的过程。通过漂白等工序的适时工艺调整可以弥补蒸煮工序的不足，进一步提高和稳定溶解浆的质量。

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