桉木kp漿氧脫木素工藝研究

桉木kp漿氧脫木素工藝研究

桉樹(shù)是原料豐富、善于制作漿砌石的原料。它的纖維性能優(yōu)良，可以說(shuō)是制備紙漿的優(yōu)秀原材料。我國(guó)作為世界上最大的紙漿進(jìn)口國(guó),大力發(fā)展速生材制漿造紙具有重要的意義,其中桉木KP漿產(chǎn)量占全部桉木漿總產(chǎn)量的80%以上,桉木硫酸鹽法蒸煮,不僅得率高,而且耗堿量也低,制得的紙張具有較高的抗張強(qiáng)度、耐破度、撕裂度等機(jī)械強(qiáng)度指標(biāo),而且耐熱性和耐久性較好。氧脫木素的脫木素率高達(dá)35%～50%,氧氣清潔而價(jià)廉,可以減少含氯漂白藥品的用量,氧脫木素漿的質(zhì)量也較高,且氧脫木素的廢液可以回到制漿廠化學(xué)回收系統(tǒng)的封閉循環(huán)中,從而使常規(guī)漂白的排放廢液中有機(jī)污染物負(fù)荷減少近5%,大大降低漂白段廢水BOD、COD、色度及有機(jī)氯(TOCl)的含量。同時(shí)氧脫木素具有成本低、漿白度穩(wěn)定性好、易打漿等優(yōu)點(diǎn),因此在ECF和TCF漂白程序中,氧脫木素是重要的組成部分。在我國(guó),對(duì)蔗渣、濕地松、竹子、紅麻、麥草、楊木等各種原料生產(chǎn)的漿料的氧脫木素效果都曾進(jìn)行過(guò)研究。實(shí)際生產(chǎn)中,中濃氧脫木素具有節(jié)省動(dòng)力、低能耗和操作安全等優(yōu)點(diǎn)而成為氧脫木素工藝發(fā)展的主要趨勢(shì),對(duì)解決目前我國(guó)造紙工業(yè)環(huán)境污染問(wèn)題,促進(jìn)ECF和TCF漂白技術(shù)在我國(guó)造紙工業(yè)中的應(yīng)用具有重要意義。由桉木硫酸鹽漿氧脫木素的動(dòng)力學(xué)可知:氧脫木素的速率是氧壓、用堿量、溫度和卡伯值的函數(shù),而反應(yīng)時(shí)間則決定木素的脫除量。因此,用堿量、氧壓、溫度、時(shí)間及濃度都是影響氧脫木素過(guò)程的主要因素。前人對(duì)桉木KP漿氧脫木素的工藝研究得比較多,得出桉木氧脫木素最佳的氧壓為0.5MPa,溫度為100℃,漿濃一般在8%～16%之間,根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室中濃氧脫木素經(jīng)驗(yàn)選擇漿濃為10%。本文研究了桉木漿中濃氧脫木素的部分工藝條件,由于目前受中濃漿泵能力的限制,氧脫木素過(guò)程反應(yīng)壓力一般不超過(guò)0.5MPa(塔頂壓力),氧脫木素反應(yīng)溫度受生產(chǎn)成本的控制,一般控制在95～100℃,而在設(shè)計(jì)過(guò)程及生產(chǎn)過(guò)程中,除氧壓及溫度外,還需考慮用堿量以及反應(yīng)時(shí)間對(duì)氧脫木素的影響,本文針對(duì)這兩個(gè)影響因素進(jìn)行試驗(yàn),得到較優(yōu)的中濃氧脫木素條件。在此基礎(chǔ)上比較了篩選和濾液洗滌對(duì)氧脫木素效果的影響,進(jìn)行了纖維分析的比較研究,以期對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)中濃氧脫木素技術(shù)在我國(guó)造紙工業(yè)中的推廣應(yīng)用提供參考。1實(shí)驗(yàn)1.1桉木漿的制備本實(shí)驗(yàn)所用原料為A漿和B漿,都是實(shí)驗(yàn)室自制的桉木漿,A漿是桉木細(xì)漿,B漿分為篩前漿和篩后漿,篩前漿是指桉木蒸煮粗漿經(jīng)過(guò)四段逆流洗滌所得漿料。漿樣的具體特性如表1所示。1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)流程如下圖所示,其中濾液洗漿是B漿的篩后漿用氧脫木素的濾液洗滌之后的漿樣。1.3加反應(yīng)罐、保溫氧脫木素在FYXD型高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行,藥品和漿料混合均勻后移入反應(yīng)釜中,通入氧氣,然后加熱升溫到所需溫度并保溫至規(guī)定時(shí)間。具體工藝條件如下:MgSO4用量0.5%,氧壓0.5MPa,漿濃10.0%,溫度100℃。改變NaOH用量和反應(yīng)時(shí)間。1.4布氏漏斗去除率的測(cè)定黏度測(cè)定:按GB/T1548-2004標(biāo)準(zhǔn),采用銅乙二胺法測(cè)定;卡伯值:按GB/T1546-2004標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定;白度測(cè)定:漿樣經(jīng)纖維疏解器疏解后,在布氏漏斗上抄片,經(jīng)壓平,在轉(zhuǎn)鼓烘干機(jī)上烘干后,用YQ-Z-48A型白度顏色測(cè)定儀測(cè)定白度;纖維分析:用活塞分散器將待測(cè)試樣分散均勻,采用FS-300自動(dòng)纖維分析儀。黏度降低率=(蒸煮漿黏度-漂漿黏度)/蒸煮漿黏度×100%白度增值率=(漂漿白度-蒸煮漿白度)/漂漿白度×100%木素脫除率=(原漿卡伯值-氧脫木素漿卡伯值)/原漿卡伯值×100%2結(jié)果與討論2.1堿量對(duì)氧氣脫木素作用的影響用堿量對(duì)氧脫木素效果的影響如表2所示。2.2氧脫木素再延長(zhǎng)時(shí)間時(shí)間對(duì)氧脫木素效果的影響如表3所示。隨著氧脫木素時(shí)間的延長(zhǎng),紙漿卡伯值不斷下降,脫木素程度不斷增加。開(kāi)始時(shí)卡伯值下降很快,當(dāng)時(shí)間超過(guò)80min后下降速度趨于平緩,這時(shí)的脫木素程度為48.8%;繼續(xù)延長(zhǎng)氧脫木素時(shí)間,卡伯值的下降幅度變得非常小,木素脫除率幾乎不變,而黏度卻急速降低,黏度降低率增加較快。因此,在達(dá)到一定的脫木素程度后,試圖通過(guò)延長(zhǎng)時(shí)間來(lái)繼續(xù)降低漿中殘留木素含量的做法是不適宜的。當(dāng)氧脫木素時(shí)間超過(guò)80min后,雖然繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間會(huì)增加氧脫木素后紙漿的白度,但增勢(shì)減緩。因此,桉木常規(guī)KP漿的最佳氧脫木素時(shí)間為80min。對(duì)于上述現(xiàn)象分析原因?yàn)?在傳統(tǒng)的粗漿洗滌過(guò)程中,水的導(dǎo)入會(huì)使溶解出來(lái)的硫酸鹽木素重新沉淀在纖維壁上。在氧氣存在下,由于重新建立起高溫和高pH等條件,沉淀的木素會(huì)重新分散進(jìn)入到液相中,于是在氧脫木素段的最初形成了快速脫木素階段。然而,當(dāng)木素被脫除到一定的程度后,此時(shí)漿中殘留的木素大部分是與氧不具有反應(yīng)性或者是與氧反應(yīng)性很低的非酚型木素,脫木素速率下降。此外,由于堿在快速脫木素階段結(jié)束以后已經(jīng)大部分被消耗掉,漿中堿的濃度過(guò)低,也限制了后續(xù)階段的脫木素。因此,當(dāng)氧脫木素到一定程度后,再延長(zhǎng)時(shí)間并不能導(dǎo)致更佳的脫木素效果。綜合以上分析,確定最佳的氧脫木素工藝條件如下:漿濃10%,用堿量4.0%,溫度100℃,時(shí)間80min,氧壓0.5MPa,并在氧脫木素時(shí)添加0.5%的MgSO4,作為碳水化合物保護(hù)劑。2.3氧脫木素+前漿脫除率及得率濾液洗漿為模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中氧脫段洗滌方式進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),即氧脫段濾液按10m3·t-1(絕干漿)用來(lái)逆流到提取段洗漿。表4是經(jīng)過(guò)不同方法處理后的漿樣氧脫木素效果的比較,氧脫木素的工藝條件是采用2.2中得出的最佳氧脫木素條件。由表4看出:濾液洗漿經(jīng)過(guò)氧脫木素后得到的卡伯值比篩后漿低,木素脫除率比篩后漿高2.9%,而得率為96.4%,比篩后漿的高0.7%,黏度損失最小,比篩后漿高42.9mL·g-1。篩前漿經(jīng)過(guò)氧脫木素后,卡伯值為14.8,白度為45.02%ISO,黏度為761.9mL·g-1,此漿經(jīng)過(guò)篩漿機(jī)再次篩選后卡伯值降低了1.3,黏度升高到769.4mL·g-1,白度為45.69%ISO。從表中得率看,篩前漿經(jīng)過(guò)氧脫木素后的得率高于篩后漿和濾液洗漿,而濾液洗漿的得率又高于篩后漿的得率。這主要是因?yàn)闉V液洗漿是經(jīng)過(guò)氧脫木素廢液洗滌過(guò)的,濾液中含有部分殘堿,與木素反應(yīng)繼續(xù)脫木素過(guò)程,使木素的脫除率比較高,同時(shí)纖維素和半纖維素?fù)p傷較小,有利于白度和得率的提高。篩前漿是經(jīng)過(guò)四段逆流洗滌出的桉木粗漿,也含有一些殘堿,有利于白度和脫木素率的提高。2.4篩前漿調(diào)濕結(jié)果實(shí)驗(yàn)所得漿的纖維分析結(jié)果如表5所示。從表5看出,經(jīng)過(guò)氧脫木素后,4種漿樣的纖維長(zhǎng)度相差不是很大,表明濾液洗滌對(duì)纖維長(zhǎng)度影響很小,而篩前漿*纖維長(zhǎng)度0.72mm,表明篩漿機(jī)篩選不僅篩去了纖維中的雜質(zhì),還導(dǎo)致細(xì)小纖維流失,可猜測(cè)篩前漿*不易成形,成紙緊度低,但抗張強(qiáng)度、耐破度、撕裂度較高。從表5中還可以得出篩后漿的纖維粗度為6.2mg·100m-1,與濾液洗漿和篩前漿*相差不大,但是纖維粗度只有5.1mg·100m-1。這主要是因?yàn)楹Y前漿沒(méi)有經(jīng)過(guò)篩漿機(jī)篩選,纖維卷曲較少。3不同堿量的氧脫木素脫除率和得率3.1經(jīng)過(guò)探討用堿量和時(shí)間對(duì)桉木KP漿氧脫木素的影響,最佳的氧脫木素工藝為:漿濃10%,用堿量4.0%,溫度100℃,時(shí)間80min,氧壓0.5MPa,并在氧脫木素時(shí)添加0.5%的MgSO4,作為碳水化合物保護(hù)劑。此時(shí)所得漿樣的白度54.48%ISO,黏度688.5mL·g-1,卡伯值10.39。3.2通過(guò)比較篩后漿、濾液洗漿和篩前漿的氧脫木素效果表明:濾液洗漿和篩前漿的氧脫木素的效果優(yōu)于篩后漿的氧脫木素效果,其中濾液洗漿的白度增值率最高,篩前漿的木素脫除率和得率最高。3.3對(duì)篩后漿、濾液洗漿和篩前漿進(jìn)行了纖維分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),這幾種漿樣經(jīng)過(guò)氧脫木素后纖維長(zhǎng)度幾乎沒(méi)有差別,粗度變化不大。由表2中的數(shù)據(jù)可知,隨著用堿量的增加,紙漿的卡伯值、黏度、得率逐漸下降,白度有所增加。表明漿中殘余木素的含量逐漸降低,木素的脫除量逐漸增加。當(dāng)NaOH用量為2%時(shí),木素脫除率為41.6%,隨著用堿量的增加,木素脫除率增大。當(dāng)用堿量為2%和3%時(shí),黏度降低率隨之提高了1.1%,當(dāng)用堿量增加到4%時(shí),黏度降低率增加到24.6%,繼續(xù)增加用堿