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1、造纸工业 5.9.1木材纤维蒸汽爆破制浆蒸汽爆破法制浆是把经预浸处置后的木片装入蒸煮锅中、通入蒸 汽在高温高压下蒸煮，使其软化、然后瞬时降压使浆喷出。等用高压 饱和蒸汽蒸煮和爆破经化学预处置的木片制得得率高、强度好、磨浆 能耗低的造纸用浆。国内的詹怀宇、黄干强等人对桉木、杨木的爆破 法制浆进行了研究。李卫等对落叶松的蒸汽爆破法制浆的研究取得了 质量较好的造纸用纸浆。爆破法制浆的流程如下：木片制备平均尺寸20mmX12mmX(2-3) mm化学预浸(液化1： 4,温度60C，时间22h)高温汽蒸释压爆破磨浆阻碍蒸汽爆破法制浆性质的主若是预浸条件、蒸汽压力及温度。 预浸使纤维发生必然的润胀，纤维变
2、得柔软，有利于爆破时不受或少 受机械损伤。汽蒸时的高压饱和蒸汽使润胀加速。爆破时、润胀的木 片撞击在集料的罐壁上、致使纤维内部细纤维化和部份解离。因此能 够生产出柔韧的纤维、有利于磨浆能耗的降低和纸页抗张强度的提 高。预浸渍的条件和所用化学药品对浆的性质有专门大阻碍。一样是 在室温、真空条件下进行的。经常使用的化学药品是Na SO和NaOH，23Na2SO3既起抗氧化剂的作用，又使纤维表面的亲水基团数量增加，有 利于纸页强度的提高。氢氧化钠是极好的润滑剂。N气SO3中加入少量 NaOH使纸页的强度明显提高，磨浆能耗大大减少，但白度、不透明度 降低。蒸煮温度和爆破压力的提高有与延长保压时刻相同的
3、成效。压力 越高，爆破时纤维受损机遇越大，对纸浆强度不利，故蒸煮温度与爆 破压力并非是越高越好。Law和Bi对爆破机理进行了较为深切的研究，采纳原料为黑云杉， 制成木片规格为：纵向X弦向X径向=XX，蒸煮温度别离为170C、 190C、200C。通过外部观看，用亚硫酸钠处置的木片，在170C爆 破后无明显分离现象，190C时仅发生部份纤维分离，只有在200C爆 破后纤维分离才较为明显。显微镜观看说明，爆破释放料引发的纤维 分离要紧发生在胞间层，纤维本身几乎没有蒙受损失。为提高纤维的 解离和纤维内部细纤维化的可能性，必需采纳化学药品，同时要有足 够高的温度。研究还发觉，黑云杉木片在上述条件下并无
4、发生所谓的“爆米 花”现象，这是由于木材是由多孔的纤维组成。纤维壁由纹孔贯穿， 它许诺液体或气体通过。事实上，纹孔对化学预浸进程甚为重要。蒸 煮器因达到必然蒸汽压力后，通过纹孔，在木材内部压力达到平稳。 因此，木片中的纤维几乎不受到紧缩，由蒸汽压力所引发的纤维破裂 事实上是很小的。发生在汽相蒸煮终止后的瞬时减压，纤维内的压力通过纹孔而释 放，并无爆裂那些纤维。但突然减压对减弱胞间层确实有一些作用。 在另一些研究中也观看到，爆破制浆纤维要紧在胞间层。爆破后，纤 维细胞壁急剧膨胀，把细胞腔压得超级狭小，细胞壁显得较疏松，次 生壁内外层部份发生分离，这些转变有利于提高纤维的柔软性和可塑 性。木片的比
5、表面积有限，只是煮很短时刻，如10min，药液难于渗 透。但细胞孔隙中流量增加，汽含率下降，爆破功率下降，因此爆得 物较粗，颜色稍浅，手感较为柔软。设法使药液将物料完全渗透后再 行汽蒸爆破，爆得了柔软纤细的不亚于硫酸盐化学浆的白浆(估量白 度不低于50度)。当蒸煮的化学药品用量相近时，爆破法浆的磨浆单位能耗至少要 比相近得率(90%)和离子含量180mmol/kg的CTMP低50%，而纸页强度 增加50%。Punya的研究发觉，当游离度达到400CSF，CTMP需要能耗 约/ t。而蒸汽爆破制浆，其总能耗包括蒸煮能耗和磨浆能耗两部份， 所需的能耗降到300-400 /t，即平均能耗为450 /
6、to纤维的性能比较发觉，爆破法制浆的纤维平均长度比CTMP长。从而能 够看出，爆破制浆纤维受到的破坏较小且纤维的柔顺性、可塑性好。 这是由于二者的本质区别在于前者是强烈微观热软化效应的产物，纤 维自身强度和弹性好，经受相同的磨浆作历时，纤维切断少且更易分 丝帚化。纸浆干强性能的比较发觉，由于蒸汽爆破浆纤维长，柔顺性 好，规整性好，使得其所抄造的纸页的裂断长、耐破指数较CMP、CTMP 高，其顺序为：蒸汽爆破制浆CTMPCMP。爆破物易于打浆。用vellay 打浆，打浆2030分钟即可达到4550oSR，经抄片测定：裂断长可达5280m；耐破指数达；撕裂指数达/ g,均接近或超过CTMP浆，固然
7、， 蒸汽爆破法制浆也有其不足的地方，其白度和透明度低，有待进一步 解决，桉木爆破法制浆、CMP、CTMP的比较见表4.9.1。整体来看，蒸 汽爆破法制浆在得率相同情形下，电耗比CMP、CTMP低得多，所得浆 料、其纸页强度比CMP、CTMP高。表4.9.1桉木爆破法制浆、CMP、CTMP的比较制浆方法爆破CMPCTMP浆温度/ C190150128时间t / min430103（总离子）/210(mmol/kg)3（亚钠）/ %8883(NaOH) / %111液比333得率/ %白度/ %S-因子/ml642648660L-因子/ %不透明度/ %光散射系数/（cm2/g）432471539
8、注：L为因子，保留在28目和48目上纤维百分数为了进一步解决制浆废液的污染，国际上对蒸汽爆破法制浆废液 的综合利用做了大量的工作。加拿大Stake Technology公司用蒸汽 爆破法高得率非木材浆的废液做为动物饲料的添加剂，生产高质量饲 料的研究工作已取得专门大进展。目前已在饲料工业中推行利用。北美的饲料中通常要加入“植物糖浆”做为动物的能量饲料一一 Molasses，这种“植物糖浆”一样均是对纤维原料进行蒸煮抽提出来 的液体，由于液体中含有高比例的多种转化糖，故热量高，口感好。爆破法制浆方式黑液生产的糖蜜已经取得美国FDA批准作为饲 料用糖蜜(Molasses)，其产品的成份分析如下：固
9、形物浓度： 50%转化糖浆：26%木素衍生物： 20%S %Na %Ca%K%Fe：%氧化镁： %Cl：%Ni：土町 T1L*阈：一 f 羊谀H.而知二r,二一一、.、l与亥哭纤I旗必W |曰*-图4.9.1汽爆制浆进程中原料的综合利用5.9.2非木材纤维爆破法制浆我国造纸工业的原料结构是非木材原料比重很高（中国的草浆产 量占全世界的90%以上）、高级纸的生产要紧依托入口纸浆。关于中 低档包装纸的生产，由于我国可大量利用廉价的植物秸杆作为原料生 产合格的包装纸，国外的同类产品很难在价钱上与咱们竞争。有专家 以为：我国进AWTO以后，包装纸的生产可不能受到冲击，市场潜力 反而增加，很有可能成为我
10、国出口创汇的重要支柱行业。我国建国初 期制定的“以草为主”的产业进展方略，造就了一万多家造纸厂，形 成了年产一千多万吨的生产能力，同时也造成了产品结构的不合理。 草类原料化学浆的生产是造成我国造纸工业环境污染的一个要紧缘 故，在短时刻内，我国还难以改变“以草为主”的局面。因此，业内 人士都以为：只有对传统的蒸球进行革命性的变革，才能保证我国民 经济可持续进展，才能维持我国在本色纸生产上的优势。据1995年统计，造纸排放废水量亿吨，占工业废水排放量， 居第三位。废水中化学需氧量（COD）3214万吨，占总排为水量，居 第一名。造纸企业所排出的污染物中90%以上来自化学制浆车间所 产生的黑液，国家
11、对造纸工业目前的污染状况十分重视。中国跨世 界绿色工程打算笫六章“重点行业环境爱惜项目打算”中对造纸行 业大力推动在合理经济规模（年产万吨以上）的碱法化学浆企业要求 配置碱回收，或集中制浆，集中治污；对缺乏治理技术和经济能力的 中小型企业(年产万吨以下)实行关、停、并、转。由于中小纸厂是地 址财政的要紧来源和利税大户，并能吸纳劳动力。这确实是什么缘故 国家再三警告，严令关、停、并、转的中小纸厂老是屡禁不止的缘故 所在。爆破制浆技术给中小纸厂带来了福音，既能普遍利用资源，又能 提高浆得率，关键是较好地解决了环境问题，因此具有很强的生命力 和广漠的市场前景。爆破技术的显现将使我国草类原料的制浆走上
12、高 得率、无污染的新时期。利用这种方式进行纸浆生产，在给国家制造 巨额财富的同时将可不能造成环境污染，可不能给我国资源和环境增 加承载力，还能够在全世界树立起综台利用农作物秸杆，为子孙万代 造福新兴的造纸行业的旗帜。爆破制浆属于高得率制浆技术，其大体原理为：具有细胞结构的 造纸原料，在饱和水蒸汽的作用下，纤维被蒸汽所润胀，细胞孔隙中 充满蒸汽，高温条件下木素软化、可塑性提高，纤维间连结消弱，当 充满必然压力蒸汽的物料突然减压时，由于介质的急速膨胀作用，纤 维细胞就会解离。通过操纵必然的工艺参数，可取得质量优良的纸浆。 目前非木材原料的蒸汽爆破，通常采纳压力1725kg/cm2、温度 1902l
13、0C，停留时刻为l4分钟的操作条件。爆破制浆与传统化学制浆比较，其优势是：(1) 污染负荷低，制浆进程可不加化学药品或只加入极少量的化学药品，不含硫污染，废水中无机物的成份很少，洗浆废水pH值呈 中性，整个制浆造纸进程所产生的污染负荷只相当于半化学浆的1/2-1/3左右，且易于处置。若是流程中有废液提取设备那么可大体 排除污染。例如以爆破法制浆加入NaOH为例，其废水中的污染物 负荷与亚钠化机浆废水的污染负荷的比较情形如表4.9.2所示。表4.9.2爆破法制浆与亚钠法化机浆的废水污染负荷情形项目pHCOD (kg/t)BOD5 (kg/t) SS (kg/t)爆破法制浆 15018570105
14、5065亚钠法化机 4505101702306387浆蒸汽爆破法制浆技术对纸浆种类的适应范围较广，不但可生产高 得率浆、也可生产低KP值漂白浆。在相同纸浆特性条件所利用的化 学品量可大大降低详见表4.9.3所示。表4.9.3不同汽爆浆得率和性能评判项目高得率未漂浆高得率可漂浆（漂 低卡伯值漂白浆后）（漂后）得率(%)702560705055NaOH用量03491012(%)评价高得率，无需碱 纸浆强度好，化学品 高强度，化学品回收用量低用量低注：1.基于非木材原料的实验；2.系采纳HO漂白2 2(2) 浆得率高：不同的一年生草类纤维原料，都可达到65-75%, 比化学制浆提高15-30%。在相同得率和打浆度的条件下，蒸汽爆破 法制浆可取得较高质量的纸浆。通过不同原料的实验和工业化生产， 均得出相同的结论。美国惠好公司采纳Stake公司的蒸汽爆破法制浆 技术和
