采用化學助劑提高生產效率和靈活性

采用化學助劑提高生產效率和靈活性

當今的造紙者面臨著提高生產效率的挑戰，令這種挑戰更加艱難的是紙廠要在產品只是處于設想階段的情況下規劃造紙投資并進行生產，或者是生產完全不同類型的紙種。

一個明顯的例子是關于那些需要生產較大定量范圍紙種的紙機。這些紙機需要在干網的選擇、化學助留助濾系統、紙機構造和生產之間達到平衡和協調，從而被迫以降低某些紙種生產效率的代價來提高其他定量紙種的生產效率。這種做法使某些紙種的生產效率低下，紙機車速降低，紙頁質量受到很大影響，或者帶來了直接的經濟損失，比如能耗和化學品用量的增加。

很多時候，這種生產效率降低的情況可歸因于高定量紙頁的脫水。當紙頁定量增加而紙機構造不變時，紙機便會因蒸氣不足而降低車速并減少產量。如果采用穩定的化學助留助濾系統，脫水效率就會得到提高，從而增加車速，但是這必然會導致紙頁成形勻度變差并造成紙頁的其他質量問題。

其實在生產更高定量紙種時，有很多既有效果又有效率的方法來提高生產效率?；瘜W脫水劑的應用就是其中一種可行的方法：可以在不影響紙頁勻度和其他物理性質的前提下促進已存在的助留助濾體系作用的發揮。紙機最根本的目的就是要將漿料懸浮液中的水去除掉。當紙頁從成形網部到壓榨部再到干燥部的過程中，紙頁脫水成本成倍地增長，見圖1。

圖1 紙頁在成形、壓榨和干燥的過程中，脫水成本不斷增加

圖1還可以看出，紙頁脫水方式和速率影響到了紙頁最終質量和紙機運行效率。早期脫水太強烈，則會影響紙頁勻度；而脫水量不足，則會增加脫水成本并且影響紙頁強度。造紙界普遍接受的觀點是，在進入干燥部紙頁每脫除1%質量分數的水分就會增加11%～13%的強度，同時減少3%～4%的蒸氣需求量。造紙工作者可通過采用機械和化學方法對脫水的位置和速率進行調整，對脫水進行優化從而減少成本和提高紙機運行效率。

1 脫水助劑技術

國外某造紙化學品公司的VeloxTM脫水助劑技術（下簡稱“脫水助劑技術”）設計為濕部方案。該方案是由活性聚合物和工業硼硅酸鹽組成的微粒助留體系。在該方案中，用于脫水助劑技術的聚合物在濕部淀粉和微粒（工業硼硅酸鹽）之間進行添加。一旦助留體系得到優化，脫水助劑技術中所用到的助劑用量將隨著干燥部的蒸氣消耗情況而發生改變。脫水助劑技術可以將脫水作用從網部延伸到壓榨部，這樣便減少了進入干燥部的水分同時降低了蒸氣消耗，還可以提高原來受到干燥部限制的紙機車速。脫水助劑技術的其他優點是：可以在生產低定量紙種時提高壓榨壓力以提高濕紙頁的強度并提高紙機的運行性能，同時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的松厚度。

2 脫水助劑技術的應用

脫水助劑技術在大部分情況下可以使定量大于75 g/m2的不含機械漿未涂布或涂布紙的脫水效果得到改善。通過增加壓榨壓力，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車速提高10%。另外，在輕量涂布紙中，采用脫水助劑技術可使壓榨部紙頁的固含量提高1%～2%，達到25%，水分波動也降低了2個西格瑪（sigma）。這表明，紙頁可以在可接受的水分范圍內進入到施膠壓榨。同時表明，紙機高效運行可以不通過改變壓榨毛毯或者犧牲紙機運行效率和紙頁質量而獲得。

2.1 應用實例1

一家生產定量為100～300 g/m2的不含機械木漿涂布紙的紙廠需要在短時間內生產出多種定量的紙種來滿足客戶的訂貨，但同時需保持紙機生產效率以避免生產成本的波動。該紙廠首先采用脫水助劑技術生產定量大于150 g/m2的紙種。

應用中，在幾小時的時間里，脫水助劑用量從0.7個劑量單位增加到1.3個劑量單位，隨著助劑用量的增加，蒸氣消耗量減少了5%，見圖2。

圖2 生產定量為300 g/m2紙種的試驗情況

原紙水分從7.2%降低到5.6%。原紙水分的降低并沒有給紙頁質量帶來負面的影響。通過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，而且改善了紙頁質量；同時，減少了干燥部的蒸氣消耗，從而降低了紙頁斷頭的風險。

2.2 應用實例2

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

由圖3可以看出，試驗中紙機車速可以達到并超過先前的最大值。這說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車速，并且能在車速受到蒸氣用量限制時對該技術進行靈活應用。使用該技術的另外一個好處就是可以提高紙頁的灰分留著率，并且可以避免這些紙種在高灰分留著率下產生的對紙頁勻度不利情況的出現。

2.3 應用實例3

圖3 生產定量為150 g/m2和170 g/m2紙種的試驗情況

某紙廠要生產出高定量的紙種，但超出了紙機初始設計的能力范圍。生產高定量紙種需要更多的蒸氣來干燥紙頁，這樣一來，紙機的生產效率就降低了，進而無法跟其他運行情況良好的紙廠進行競爭。這種現象在生產定量為148 g/m2或者更高定量的紙種中最為明顯。甚至，生產效率的降低會危及紙廠的生存。

經過對紙機調查后發現，采用脫水助劑技術可以解決上述問題，即采用該技術所用助劑在流漿箱沖漿泵的引程側加入并不斷變化其用量。試驗關鍵是要通過該化學品公司的TrendGenTM統計軟件對基準化（benchmarking）影響因素進行記錄和分析。分析內容包括真空伏輥壓力、烘缸速度和蒸氣耗量的變化，進而檢測脫水助劑技術在改善壓榨效率、紙機生產效率和能量節省上的功效。

在首次生產定量為148 g/m2的原紙試驗中，脫水助劑技術改善了成形部的脫水：當降低真空伏輥壓力并對蒸氣壓力進行控制時，1.5個劑量單位的脫水助劑使車速增幅超過了30 m/min，見圖4。

2.4 應用實例4

在另外一個應用實例中，一家較大的不含機械木漿未涂布紙生產商需要提高產品的生產效率，特別是針對高定量的紙種。在采用了脫水助劑技術后，紙機干燥部的蒸氣壓力明顯降低了。干燥負荷的降低使得紙機車速增加了5%。除了車速得到提高以外，蒸氣和紙頁橫幅水分的波動也降低了3個西格瑪。紙頁橫幅水分波動的減少使施膠引紙更容易，紙頁在施膠輥處的褶皺現象也得到了改善。另外，紙頁的分析檢測表明，脫水助劑技術使得紙頁網面變得致密，網面和毯面的粗糙度差異也變小了。卷紙試樣分析表明，采用脫水助劑技術可使紙頁粗糙度的兩面差降低20%，見圖5。

圖5 采用脫水助劑技術可使紙頁粗糙度的兩面差降低

3 結束語

現有紙機的靈活性和運行效率可以通過許多方法進行改善和提高。脫水助劑技術就是其中一種可行的方法?；瘜W助劑可以提供經濟可行的解決方案來提高紙機效率從而體現靈活性，同時帶來如降低能耗和資產優化等可持續的好處。

（王亮 編譯）

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