全球首臺裝有高效脫氣緊湊型濕部的衛生紙機

Topi Helle Juha Iso-Herttua Joan Vila Carles Jord

全球首臺裝有高效脫氣緊湊型濕部的衛生紙機

Tissue Machine with a Compact Wet End with Active Degassing

Topi Helle Juha Iso-Herttua Joan Vila Carles Jord

本文介紹了高效脫氣緊湊型濕部系統對衛生紙生產的好處，如快速更換紙種、增加紙機穩定性、提高纖維留著率、減少用水量等。

概述

本文的目的是為了探討在衛生紙機中，安裝高效脫氣緊湊型濕部系統所起的作用。西班牙貝薩盧的LC Paper公司在一臺新月型衛生紙機上安裝了一套POM緊湊型濕部系統，該紙機幅寬2.7m，年產量3.5萬t。POM緊湊型濕部系統體積小，可實現紙種的快速變換，當初選用緊湊型濕部系統時，是為生產彩色衛生紙而設計，脫氣可能產生的積極效果尚未考慮。

為了探尋裝有高效脫氣的緊湊型濕部系統與傳統濕部系統相比可能產生的積極效果，紙廠進行了現場試驗。通常衛生紙機不配備脫氣器。這次試驗的設想是脫氣器將產生非常好的效果，試驗證明了即使是生產普通衛生紙的紙機，增加脫氣器的投資也是物有所值的。試驗時，在流漿箱中使用了不同空氣含量的漿料。

通常抄紙過程中夾帶的空氣由幾種氣體和水蒸氣組成。微生物和化學反應也會產生氣體，如填料碳酸鈣在pH呈酸性時會分解成二氧化碳。不同的氣體根據其溶解度以不同的濃度溶解于漿料懸浮液中。在本文中，空氣是指存在于抄紙漿料中的任何氣體。

在漿料懸浮液中，空氣以三種形式存在：游離空氣、結合空氣和溶解空氣。游離空氣由大氣泡組成，氣泡往往會以泡沫形式上升到懸浮液表面。另外游離空氣會通過泵送等機械作用與纖維結合。結合空氣由小氣泡組成，它們緊緊附著于纖維表面，會使纖維形成纖維束。游離空氣和結合空氣統稱為夾帶空氣。而溶解空氣只要保持溶解狀態，不會對抄紙工藝產生影響。如果漿料懸浮液的溫度和壓力發生變化，溶解空氣會轉化成游離空氣和結合空氣。

空氣會對抄紙工藝和紙張性質產生許多不利的影響。其中最常見的影響是形成懸浮液表面泡沫，在紙頁上產生氣泡痕。此外，紙頁的濕強度和干強度要比脫氣后抄造的紙頁低?？諝膺€會降低紙頁在網上的脫水率，導致成形差。另外，漿料懸浮液中的空氣會造成紙機上漿系統中泵和壓力脈沖的能量損失。

脫氣是為了避免紙機中的空氣和其他氣體帶來的不良影響?？諝饪赏ㄟ^化學或機械作用去除。良好的工藝設計（包括管道設計和漿料配比），以及合適的溫度、pH值和壓力都有助于防止漿料懸浮液中氣體的產生。做好這些可以減少脫氣的需要，但一些機械脫氣仍是必須的。在網下白水坑可去除一些游離空氣，但是若要將空氣全部去除則需要利用一個真空脫氣器或POMp脫氣器。通常衛生紙機僅在網下白水坑或水槽中進行脫氣。這主要是因為衛生紙機流漿箱中的漿料濃度太低，造成唇板漿流太快，如果使用真空脫氣器，成本會非常高。相對衛生紙機的生產能力而言，真空脫氣器的尺寸過大。

緊湊型濕部系統

POM緊湊型濕部系統是一個有效的濕部工藝的簡易解決方案。漿流得到直接控制，系統以最小的開孔面積實現水力封閉。另外，漿料上網后空氣立即被脫去，使整個短循環無空氣，如圖1所示。采用雙層流漿箱，白水在POMp脫氣器和Cyclopipe輸送管中進行脫氣，隨后由泵送至POM進漿管，從進漿管溢流的白水則進入纖維回收系統。在進漿管的底部，從POMix混漿器送來的濃漿被白水稀釋后，泵送至流漿箱。

圖1 新月型衛生紙機裝有高效脫氣的緊湊型濕部

在開起和更換紙種時，緊湊型濕部易于操控。與復雜龐大的傳統濕部系統相比，緊湊型濕部的干擾源要少很多。在各種紙機和紙板機中，約70套緊湊型濕部系統的運行表明它減少了損紙量、耗水量、化學品用量和能耗。當紙機上漿系統設計得盡可能緊湊時，抄紙過程中夾帶的空氣在產生之初就立即被去除，例如，隨白水一起離開成形網。在POM系統中，脫氣由POMp脫氣器完成，它是利用離心力進行脫氣，如圖2所示。通過把水沖壓向轉鼓形成的高離心力，去除夾帶空氣，這樣氣泡從漿料和水中析出。已脫氣的白水直接送入無任何開口槽的水力增壓分配系統。真空作用使溶解空氣脫除。POMp脫氣器本身也是為了獲得穩定性和低脈沖而設計的。

從POMp脫氣器溢流的白水和抽吸水流入Cyclopipe輸送管。白水沿切線方向流出，大氣泡將被消除，然后白水泵送至POM進漿管，進漿管和溢流槽一起形成了增壓的漿料分配系統，在這里根據白水濃度不同進行分配利用，如最濃的白水用于最近的流漿箱，最稀的白水送到長循環和纖維回收系統。

圖2 用于白水脫氣的POMp730離心脫氣器，代替了網下白水坑脫氣

POMix緊湊型混漿器體積小，混合強度高，通常有一段或多段。在本試驗的衛生紙機上安裝了兩臺緊湊型混漿器，均配有顏料預混合槽，一臺混漿器用于短纖維，另一臺用于長纖維。POMix混漿器可完成多種漿料和濕部添加劑在緊湊裝置內混合。漿料從POMix混漿器送入紙機，漿料的絕干量是可控的。POMix混漿器主要是為了迅速而精準地更換紙種而設計的，它代替了傳統紙機的抄前池和配漿槽，如圖3所示。

圖3 POMix緊湊型混漿器

試驗

為期3天的試驗在西班牙貝薩盧LC Paper公司的3號新月型衛生紙機上進行。在這次試驗中，盡可能保持抄紙過程的所有控制參數不變，僅改變空氣含量來觀察較高空氣含量所產生的影響。在3天的試驗期間，紙機生產質量和定量均相同的衛生紙原紙，見表1。在脫氣器的進料槽加入少量的消泡劑防止泡沫的產生。該紙種未添加任何顏料。

表1 紙機試驗時的設定參數

空氣含量采用膨脹法測量。通過改變POMp脫氣器的轉速來改變空氣含量，以此與沒有高效脫氣的情況相比較。

結果與討論

在試驗的第2天，將流漿箱中漿料的夾帶空氣量由0.03%增至1.0%，如圖4所示。夾帶空氣對抄紙的影響已經公認，而溶解空氣只要保持溶解狀態則對抄紙過程不產生影響。第3天夾帶空氣量保持在0.4%左右。在脫氣器前的白水盤中，夾帶空氣量約為9.0%，溶解空氣量約為2.0%。在本次試驗中，脫氣器未對溶解空氣進行有效去除，但是若提高脫氣器內部的真空度，POMp脫氣器能有效地去除溶解空氣。

試驗過程中，利用DCS和QCS收集數據。通過數據我們能發現，當空氣含量增加時，網下白水濃度明顯提高。這表明，在空氣含量轉高時，第一程的留著率降低。白水濃度通過對氣泡敏感的Lange SC1000儀器進行在線光學檢測，不過，檢測時的壓力超過2bar，會使氣泡溶解。溶解空氣不會對光學檢測濃度造成影響。隨著空氣量的增加，第一程留著率從89%降至78%。第一階段的夾帶空氣含量為1.1%，第二階段為0.4%，第三階段為0.1%以下。通過高效脫氣后，網下白水濃度由434mg/L降至226mg/L。網下白水濃度測量結果如圖5所示。在纖維回收后，空氣含量較高的網下白水濃度為70mg/L，經過高效脫氣后白水濃度僅為25mg/L。

圖4 紙廠試驗期間的流漿箱中夾帶空氣和溶解空氣含量

圖5 網下白水濃度

以前在長網中試紙機上的試驗結果也表明，增加空氣含量同樣會降低留著率。此外，在那些研究中，空氣的去除還使紙機車速得到提高，但在衛生紙機的試驗中未出現這種情況。使用新聞紙廢紙漿在中試夾網紙機上的試驗也表明，去除空氣對紙機車速沒有明顯的影響。這可能是因為新月型成形器和夾網型成形器的湍流太大，以致于小氣泡幾乎不會影響網部的脫水。對于長網成形器而言，增加空氣含量會使紙機車速明顯降低，這可能是因為氣泡堵塞了網孔，增大了湍流，從而削弱了成形器脫水。

據紙廠生產人員說，在試驗第2天快結束時，由于空氣含量過高（夾帶空氣量1.0%），紙機出現了運行問題?？諝夂扛咴斐啥啻螖嗉垼沟谝怀塘糁实汀?/p>

同時，空氣含量高還影響系統的穩定性。流漿箱的壓力變化明顯增加，如圖6所示。第四階段和第七階段采用了高效脫氣。第五和第六階段的夾帶空氣含量為0.4%～1.1%，第四和第七階段的夾帶空氣含量低于0.1%。眾所周知，空氣對濕部穩定性會產生負面影響。

圖6 試驗期間流漿箱內部壓力

紙廠試驗期間生產的衛生紙其品質在正常范圍內，可照常出售。紙廠對每個大卷筒原紙的性能進行了分析，如定量、抗張強度、厚度、水分、白度和亮度。其中抗張強度和勻度有輕微的提高。勻度采用統計學的t-檢驗法進行檢驗，如圖7所示。從目測來看，脫氣后衛生紙的勻度十分好。此外未發現紙頁的其他性質有顯著差異。

圖7 流漿箱漿料中夾帶的空氣含量對衛生紙勻度的影響。用Ambertec Beta勻度測試儀檢測10張定量為19g/m2的紙樣獲得的勻度數據。

由于脫氣能提高紙機運行穩定性，如圖6中的壓力變化所示，因此預計脫氣將會改善紙頁的一些性質。衛生紙機流漿箱中漿的濃度非常低，僅為0.2%，另外衛生紙多孔，因此衛生紙的性質可能不會再有顯著的改善。然而，對于大多數紙和紙板來說，流漿箱中的漿料濃度和密度較高時，有望進一步改善紙頁性能，例如強度或勻度。

試驗中衛生紙機的濕部噸紙耗水量為2.5m3，比傳統濕部的耗水量4m3少很多。采用不需要液封的真空抽風機可節水1m3/t紙，因為裝有POM系統的濕部緊湊且無空氣，所以清潔和留著率較高的這一系統可節省噴淋用清水0.5m3/t紙。另外，快速更換紙種和紙機的快速起動可減少損紙量，這讓該系統具有節省更多清水的潛力。

結論

顯然，帶有高效脫氣的POM緊湊型濕部系統對衛生紙的生產有諸多好處。根據西班牙LC Paper公司的試驗（增加夾帶空氣含量）結果，可得出以下結論：

· 由于緊湊型濕部系統的體積小，上漿系統的速度比普通系統快了3倍以上。

· 氣泡的出現會干擾泵輸送漿料，緊湊型濕部比傳統濕部更穩定。流漿箱的壓力波動小。

· 在衛生紙的性質方面，紙頁的勻度和抗張強度有輕微變化。未發現紙頁的其他性質有顯著變化。這可能要歸因于流漿箱中的漿料濃度低和衛生紙多孔性。

· 氣泡會堵塞網孔，增加湍流。經高效脫氣后濾水性能得到改善，有可能使第一程留著率提高10%以上。

· POM系統可節省耗水量10%以上。這可能是因為緊湊且無空氣的濕部更潔凈和有較高的留著率。另外，快速更換紙種和紙機的快速起動讓該系統具有節省更多清水的潛力。

（黎的非編譯自Tissue World American 2012論文集，孫靜終審）