提高棉短絨蒸煮質量的技術措施

薛潤林 曹堪洲

(1.南京義友自控儀表有限公司，江蘇南京，210042；2.江蘇金沃機械有限公司，江蘇句容，212415)

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·蒸球蒸煮棉漿·

提高棉短絨蒸煮質量的技術措施

薛潤林1曹堪洲2

(1.南京義友自控儀表有限公司，江蘇南京，210042；2.江蘇金沃機械有限公司，江蘇句容，212415)

棉短絨堿液浸漬滲透均勻性與蒸球內部溫度分布的均勻性是影響蒸煮質量的關鍵因素。傳統蒸煮方法和加溫方式受棉短絨的脂肪、蠟質和蒸球結構影響，藥液滲透效果差，浸漬不均勻，并形成蒸球溫度上高下低，難以獲得蒸煮均勻的漿料。采用預浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透、中通管定向噴射加溫和新型刮板等技術可有效提高蒸煮質量和效率。

預浸桶浸漬滲透；雙螺桿擠壓浸漬機；對流加溫

(*E-mail: njyiyou04@163.com)

目前,國內棉短絨蒸煮制漿主要在蒸球內進行,蒸球轉動速度慢,球內漿料以滑動為主,翻動和攪拌作用少,加之棉短絨的脂肪和蠟質含量高達0.5%～0.65%,堿液不易向纖維內部滲透。

棉短絨在加工中混有棉籽、棉桃碎片等雜質,其含量為2%～4%,在棉籽和棉桃碎片中含有約40%的木素,若木素不脫除干凈,棉漿中會有疵點[1]，但棉籽、棉桃碎片質硬厚實,因此堿液預浸漬時間相對較長。另外,蒸球轉動加溫方式的先天不足,造成大部分蒸汽進入蒸球內上部,形成汽相高溫區,進入蒸球內下部的蒸汽量少,球內下部形成液相低溫區,上下溫度的差異造成蒸煮不均勻。采用預浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透和對流加溫等技術,可以有效地加快堿液滲透，從而提高棉短絨蒸煮質量。

1 預浸桶浸漬滲透

蒸球25 m3,投料3000 kg(絕干),投料液比1∶5,堿液質量濃度25 g/L，堿液中加入YY- 02快速滲透劑(用量為0.1%，相對于棉短絨絕干質量)。YY- 02屬陰離子型表面活性劑,易溶于水,具有極佳的抗濃堿、耐高溫、耐氧化劑、耐硬水的作用,具有卓越的滲透、乳化、脫脂、凈洗能力。蒽醌衍生物助劑KY- 03(用量為0.05%，相對于棉短絨絕干質量),可提高滲透效果和制漿得率,去除塵埃[2]。

棉短絨浸泡90～120 min。浸泡時間長,有利于堿液均勻滲透。預浸桶浸漬浸透工藝示意圖如圖1所示。

圖1 預浸桶浸漬滲透工藝示意圖

由圖1可知，棉短絨經開棉除雜后風送到旋風分離器,配堿槽堿液(液比1∶5)打到旋風分離器,棉短絨和堿液在旋風分離器混勻后送到1#預浸桶中,投料45 min后,將1#預浸桶推到電液推桿下方,用電液推桿壓3～5次,使棉短絨完全浸在堿液中,浸泡90～120 min,電液推桿向下壓漿料,電液推桿在2#預浸桶上所產生的壓力為40 t,足以把浸泡的漿料液比壓到1∶(1.5～2),滿足小液比蒸煮的工藝條件,壓出的堿液回到堿槽,堿液再用于配堿,壓堿后,把3#預浸桶推到蒸球口進行投料,裝球投料時,由于漿料液比較小,有時出現卡料現象,此時需人工輸通處理。

對于有6個蒸球的制漿廠,按蒸煮周期5 h計,需3個預浸桶循環作業,每個預浸桶浸泡時間90～120 min。預浸桶放在900 mm寬的軌道上,便于移動操作。

2 螺旋擠壓機預浸漬

2.1 單螺旋壓榨預浸漬法

目前,國內化纖廠在漿粕生產過程中主要采用單螺旋壓榨預浸漬法進行裝球前預浸漬處理。棉短絨和堿液在旋風分離器進行混合后,進入單螺旋壓榨機喂料口,經螺旋壓榨機螺旋預混合后,進入蒸球。

與傳統邊加料邊往蒸球內加堿的方法相比,該技術對堿液與纖維原料的混合均勻性有所改善,但效果并不理想。由于單螺旋壓縮比不夠,螺桿內部料塞不易形成,常會出現部分物料吸收堿液過多甚至流淌藥液,而部分原料又吸收藥液很少或無藥液現象,對纖維擠壓揉搓很差,纖維表面和初生壁基本沒有破壞和變形,造成化學反應效率較低,影響蒸煮質量。但該方法設備簡單,易于操作,投資少且單機電耗低,單螺旋壓榨預浸漬應用較為普遍。

2.2 雙螺桿擠壓浸漬滲透

雙螺桿擠壓浸漬滲透技術是近年來開發成功的一種新型技術,于20世紀90年代初期成功用于棉漿生產,法國Clextral公司最早將其用于高級漂白棉漿生產,其工業型產品規格是KRO200(螺桿公稱直徑240 mm)。我國天津和昆山某廠于20世紀90年代初末期引進,成功用于10000 t/a棉短絨和三級棉生產證券紙和鈔票紙。

國內雙螺桿擠壓浸漬機用于制漿技術的研究始于20世紀90年代末期,目前江蘇金沃機械有限公司已形成螺桿直徑70 mm和80 mm的實驗機型、螺桿直徑180、240、300和360 mm的工業機型的系列產品,可滿足棉短絨單機4000～30000 t/a的工業化規模生產要求。在國內外已有多條生產線成功運行。

工作機理和機械結構：雙螺桿擠壓浸漬機工作部分由一對相互嚙合、同向旋轉的組合式螺桿和內部裝有可更換襯瓦的Half機筒組成。機筒上設有多段液體(或氣體)注入孔和用于排泄廢液的過濾器。各種螺桿模塊穿裝于兩根經精密加工的花鍵軸上,正向螺桿模塊完成漿料輸送,反向螺桿模塊完成擠壓搓揉。螺桿結構如圖2所示。

圖2 雙螺桿擠壓浸漬機螺桿結構

螺桿可根據工藝需要組成多段漿料輸送區、擠壓搓揉區和浸漬均化混合區。

反向螺桿模塊螺棱上開有由軸心向外的徑向斜槽,每組正向螺桿模塊和反向螺桿模塊組成一個漿料擠壓揉搓功能段。在反向螺桿模塊逆向推送作用下,物料逐漸積累、充滿,形成高壓區，此處稱為擠壓搓揉區。纖維物料在高壓區軸處受到很大的擠壓力,有利于原料軸向產生裂紋和壓潰,同時熱水溶出物或堿抽提物隨廢水由濾蓖排出。

被擠壓壓潰的漿料膨脹進入浸漬區,在浸漬區計量加入藥液；浸漬吸藥后的壓潰漿料,進入揉搓混合均化段。在揉搓混合均化段內,物料在一定的溫度(90～120℃)和壓力(≥10 MPa)下實現藥液和漿料的混合。

利用雙螺桿擠壓浸漬機嚙合型、組合式螺桿分區工作的特殊機械結構特點,采用“脈沖式動態逆向壓縮”和“膨脹+搓揉混合+壓力浸漬”機理,突破了均質化浸漬技術瓶頸,實現了纖維壓潰、揉搓和剪切,強化了藥液滲透和潤脹作用。

浸漬混合后的漿料以穩定的堿液濃度進入蒸球(或常壓反應倉)蒸煮反應。雙螺桿擠壓浸漬機工作原理如圖3所示。

圖3 雙螺桿擠壓浸漬機工作原理

雙螺桿擠壓浸漬機是一種高效的化學反應混合器,特別適用于長纖維原料(如三級棉、棉短絨和麻皮類)的化學預處理浸漬工藝,通過高濃、高壓下的揉搓混合和剪切拉扯作用,強化原料和化學藥液的滲透,實現均質化浸漬。同時,可使纖維扭曲,使其柔軟化,并對初生壁進行破壞和壓潰,促進化學藥液的快速吸收滲透。浸漬后物料狀態和纖維形態見圖4。

圖4 浸漬后物料狀態和纖維形態

雙螺桿擠壓浸漬機生產過程中不需要蒸汽,自身工作機械摩擦熱達90～120℃,可提高裝球漿料溫度,縮短反應時間,提高蒸煮效率。

棉短絨在雙螺桿擠壓浸漬機產生的高濃、高壓擠壓、搓揉和撕裂帚化,可將棉籽碎片擠壓成粉末狀。漿料送入蒸球進行蒸煮,粉末狀棉籽碎片在蒸煮進程和洗滌過程中極易去除,漿粕白度和γ-纖維素含量高,得率高,反應性能好,實現節水和節能,提高蒸煮效率，具有廣泛的市場前景和經濟效益。

雙螺桿擠壓浸漬機用于棉漿生產,江蘇昆山和天津某廠采用法國進口設備,國產設備生產線也已在湖北、安徽某特種紙業有限公司等實現應用,并且實現出口,成功應用于朝鮮國家銀行鈔票紙漿的生產。

3 蒸球對流加溫

蒸球轉動加溫方式會造成大部分蒸汽進入蒸球內上部,形成汽相高溫區,進入蒸球內下部的蒸汽量少,球內下部形成液相低溫區,上下溫差大,嚴重降低了蒸煮均勻性。低溫區形成的主要原因：蒸煮液比過大,棉短絨中堿液被擠出后,積聚在蒸球下部,形成低溫區,要提高蒸球下部堿液溫度,只能應用對流加溫的方法,用蒸汽直接加熱低溫區的堿液,堿液加溫后,熱堿液上升,冷堿液下降,堿液對流循環,提高了蒸球內溫度分布的均勻性。

現行蒸球布汽加溫方式主要包括：單篦子進汽、雙篦子進汽、單中通管進汽、中通管+單篦子進汽及中通管十字進汽。

以上5種布汽加溫方式,大部分蒸汽進入蒸球上部汽相空間,蒸球下部液相進汽量少,蒸球下部形成一個溫度低溫區,降低了蒸煮均勻性,蒸煮質量下降,而中通管鴨嘴式布汽方式可以提高蒸球內溫度分布均勻性。

中通管鴨嘴式布汽方式示意圖如圖5所示。

圖5 中通管鴨嘴式布汽方式

圖5中,中通管不隨蒸球轉動,在中通管上焊接兩排鴨嘴式噴射管,噴射管內徑14 mm,長度150 mm,下方蒸汽噴射管向下噴射蒸汽,蒸汽穿透到中、下層漿料,提高下層漿料的溫度,下層堿液加溫后,熱堿液上升,冷堿液下降,實現蒸球內堿液對流加溫,提高蒸球內溫度分布均勻性。

4 新型刮板提高蒸煮均勻性

新型刮板結構示意圖如圖6所示。

圖6 新型刮板結構示意圖

球壁上焊接的刮板,只能推動靠球壁處的部分漿料移動,球壁上的刮板觸及不到球內中部和頂部的漿料,蒸球運轉中,球內的漿料一般作滑動運行,漿料的攪拌作用很少,新型刮板可以攪拌上、中、下層漿料,使漿料混合均勻。

圖6中,槽鋼距中通管250 mm,運轉中槽鋼碰不到中通管。

新型刮板制作：在蒸球左右側各安置一根槽鋼(長×寬×厚：140 mm×58 mm×6 mm)；槽鋼兩端安裝彈簧墊,克服抵消槽鋼受冷熱所產生的應力變化；槽鋼面上打Φ12 mm排列孔；刮板用M10螺絲固定在槽鋼和支撐架上。

刮板隨蒸球轉動,上、中、下層漿料翻轉混合、揉搓磨擦,提高堿液滲透效果,加快木素的脫除,減少疵點和黃皮[3]。槽鋼是垂直豎立安裝,不影響投料和倒料。

5 結 論

5.1 應用YY- 02快速滲透劑、KY- 03蒽醌衍生物助劑可加快堿液預滲透,加快木素的溶出,去除疵點,提高制漿得率,增加纖維的強度,降低堿耗。

5.2 預浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透、中通管定向噴射加溫、新型刮板等技術可加快堿液浸漬滲透到棉纖維及棉籽碎片、棉桃碎片等雜物內部,使之膨化、松軟粉沫化,加快木素脫除,提高脫脂去除雜質的效果,降低棉漿的塵埃度。

[1] XUE Run-lin. Cotton Linter Cleaner Pulping Process[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(7): 72.

薛潤林. 棉短絨濕法除雜清潔制漿工藝[J]. 中國造紙, 2014, 33(7)： 72.

[2] LIU Hong-xia, XUE Run-lin. The New Measures to Remove the Defects in the Cotton Pulp Defects[J]. China Pulp & Paper, 2013, 32(8): 69.

劉紅霞, 薛潤林. 棉漿粕去疵點的新措施[J]. 中國造紙, 2013, 32(8)： 69.

[3] XUE Run-lin. Forming of Low Temperature Zone Inside the Globe Digerter and Its Solution[J]. China Pulp & Paper, 2015, 34(6): 48.

(責任編輯：董鳳霞)

Technical Measures for Improving the Cooking Quality of Cotton Linter

XUE Run-lin1,*CAO Kan-zhou2

(1.NanjingYiyouAutomaticControlInstrumentCo.,Ltd.,Nanjing,JiangsuProvince, 210042;2.JiangsuJinwoMachineryCo.,Ltd.,Jurong,JiangsuProvince, 212415)

Alkali liquor uniform penetration into the cotton linter and the uniformity of the temperature distribution are key factors affecting the quality of the cotton pulp cooking in a global digester. Traditional methods of cooking and heating caused poor liquid penetration effect, uneven impregnation and temperature higher at the upper part than the lower part in the digester due to the fat and wax content in cotton litter and the global digester strcture, it was difficult to produce homogeneous pulp. The paper suggested the measures including using large liquor ration for penetration but small liquor ration for cooking; carrying out penetration in a pre-penetration tank; directionally heating by using a center steam pipe and applying new scraper and twin screw extrusion impregnation technology could effectively improve the cooking quality and efficiency.

pre-infiltration; double screw extruder; convection heating

薛潤林先生，工程師；長期從事漿粕生產和自動化儀表方面的工作。

2015-10-25(修改稿)

TS749+.4

A DOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.04.015