提高棉短绒蒸煮质量的技术措施

薛润林 曹堪洲

(1.南京义友自控仪表有限公司，江苏南京，210042；2.江苏金沃机械有限公司，江苏句容，212415)



·蒸球蒸煮棉浆·

提高棉短绒蒸煮质量的技术措施

薛润林1曹堪洲2

(1.南京义友自控仪表有限公司，江苏南京，210042；2.江苏金沃机械有限公司，江苏句容，212415)

棉短绒碱液浸渍渗透均匀性与蒸球内部温度分布的均匀性是影响蒸煮质量的关键因素。传统蒸煮方法和加温方式受棉短绒的脂肪、蜡质和蒸球结构影响，药液渗透效果差，浸渍不均匀，并形成蒸球温度上高下低，难以获得蒸煮均匀的浆料。采用预浸桶浸渍渗透、双螺杆挤压浸渍渗透、中通管定向喷射加温和新型刮板等技术可有效提高蒸煮质量和效率。

预浸桶浸渍渗透；双螺杆挤压浸渍机；对流加温

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

目前,国内棉短绒蒸煮制浆主要在蒸球内进行,蒸球转动速度慢,球内浆料以滑动为主,翻动和搅拌作用少,加之棉短绒的脂肪和蜡质含量高达0.5%～0.65%,碱液不易向纤维内部渗透。

棉短绒在加工中混有棉籽、棉桃碎片等杂质,其含量为2%～4%,在棉籽和棉桃碎片中含有约40%的木素,若木素不脱除干净,棉浆中会有疵点[1]，但棉籽、棉桃碎片质硬厚实,因此碱液预浸渍时间相对较长。另外,蒸球转动加温方式的先天不足,造成大部分蒸汽进入蒸球内上部,形成汽相高温区,进入蒸球内下部的蒸汽量少,球内下部形成液相低温区,上下温度的差异造成蒸煮不均匀。采用预浸桶浸渍渗透、双螺杆挤压浸渍渗透和对流加温等技术,可以有效地加快碱液渗透，从而提高棉短绒蒸煮质量。

1 预浸桶浸渍渗透

蒸球25 m3,投料3000 kg(绝干),投料液比1∶5,碱液质量浓度25 g/L，碱液中加入YY- 02快速渗透剂(用量为0.1%，相对于棉短绒绝干质量)。YY- 02属阴离子型表面活性剂,易溶于水,具有极佳的抗浓碱、耐高温、耐氧化剂、耐硬水的作用,具有卓越的渗透、乳化、脱脂、净洗能力。蒽醌衍生物助剂KY- 03(用量为0.05%，相对于棉短绒绝干质量),可提高渗透效果和制浆得率,去除尘埃[2]。

棉短绒浸泡90～120 min。浸泡时间长,有利于碱液均匀渗透。预浸桶浸渍浸透工艺示意图如图1所示。

图1 预浸桶浸渍渗透工艺示意图

由图1可知，棉短绒经开棉除杂后风送到旋风分离器,配碱槽碱液(液比1∶5)打到旋风分离器,棉短绒和碱液在旋风分离器混匀后送到1#预浸桶中,投料45 min后,将1#预浸桶推到电液推杆下方,用电液推杆压3～5次,使棉短绒完全浸在碱液中,浸泡90～120 min,电液推杆向下压浆料,电液推杆在2#预浸桶上所产生的压力为40 t,足以把浸泡的浆料液比压到1∶(1.5～2),满足小液比蒸煮的工艺条件,压出的碱液回到碱槽,碱液再用于配碱,压碱后,把3#预浸桶推到蒸球口进行投料,装球投料时,由于浆料液比较小,有时出现卡料现象,此时需人工输通处理。

对于有6个蒸球的制浆厂,按蒸煮周期5 h计,需3个预浸桶循环作业,每个预浸桶浸泡时间90～120 min。预浸桶放在900 mm宽的轨道上,便于移动操作。

2 螺旋挤压机预浸渍

2.1 单螺旋压榨预浸渍法

目前,国内化纤厂在浆粕生产过程中主要采用单螺旋压榨预浸渍法进行装球前预浸渍处理。棉短绒和碱液在旋风分离器进行混合后,进入单螺旋压榨机喂料口,经螺旋压榨机螺旋预混合后,进入蒸球。

与传统边加料边往蒸球内加碱的方法相比,该技术对碱液与纤维原料的混合均匀性有所改善,但效果并不理想。由于单螺旋压缩比不够,螺杆内部料塞不易形成,常会出现部分物料吸收碱液过多甚至流淌药液,而部分原料又吸收药液很少或无药液现象,对纤维挤压揉搓很差,纤维表面和初生壁基本没有破坏和变形,造成化学反应效率较低,影响蒸煮质量。但该方法设备简单,易于操作,投资少且单机电耗低,单螺旋压榨预浸渍应用较为普遍。

2.2 双螺杆挤压浸渍渗透

双螺杆挤压浸渍渗透技术是近年来开发成功的一种新型技术,于20世纪90年代初期成功用于棉浆生产,法国Clextral公司最早将其用于高级漂白棉浆生产,其工业型产品规格是KRO200(螺杆公称直径240 mm)。我国天津和昆山某厂于20世纪90年代初末期引进,成功用于10000 t/a棉短绒和三级棉生产证券纸和钞票纸。

国内双螺杆挤压浸渍机用于制浆技术的研究始于20世纪90年代末期,目前江苏金沃机械有限公司已形成螺杆直径70 mm和80 mm的实验机型、螺杆直径180、240、300和360 mm的工业机型的系列产品,可满足棉短绒单机4000～30000 t/a的工业化规模生产要求。在国内外已有多条生产线成功运行。

工作机理和机械结构：双螺杆挤压浸渍机工作部分由一对相互啮合、同向旋转的组合式螺杆和内部装有可更换衬瓦的Half机筒组成。机筒上设有多段液体(或气体)注入孔和用于排泄废液的过滤器。各种螺杆模块穿装于两根经精密加工的花键轴上,正向螺杆模块完成浆料输送,反向螺杆模块完成挤压搓揉。螺杆结构如图2所示。

图2 双螺杆挤压浸渍机螺杆结构

螺杆可根据工艺需要组成多段浆料输送区、挤压搓揉区和浸渍均化混合区。

反向螺杆模块螺棱上开有由轴心向外的径向斜槽,每组正向螺杆模块和反向螺杆模块组成一个浆料挤压揉搓功能段。在反向螺杆模块逆向推送作用下,物料逐渐积累、充满,形成高压区，此处称为挤压搓揉区。纤维物料在高压区轴处受到很大的挤压力,有利于原料轴向产生裂纹和压溃,同时热水溶出物或碱抽提物随废水由滤蓖排出。

被挤压压溃的浆料膨胀进入浸渍区,在浸渍区计量加入药液；浸渍吸药后的压溃浆料,进入揉搓混合均化段。在揉搓混合均化段内,物料在一定的温度(90～120℃)和压力(≥10 MPa)下实现药液和浆料的混合。

利用双螺杆挤压浸渍机啮合型、组合式螺杆分区工作的特殊机械结构特点,采用“脉冲式动态逆向压缩”和“膨胀+搓揉混合+压力浸渍”机理,突破了均质化浸渍技术瓶颈,实现了纤维压溃、揉搓和剪切,强化了药液渗透和润胀作用。

浸渍混合后的浆料以稳定的碱液浓度进入蒸球(或常压反应仓)蒸煮反应。双螺杆挤压浸渍机工作原理如图3所示。

图3 双螺杆挤压浸渍机工作原理

双螺杆挤压浸渍机是一种高效的化学反应混合器,特别适用于长纤维原料(如三级棉、棉短绒和麻皮类)的化学预处理浸渍工艺,通过高浓、高压下的揉搓混合和剪切拉扯作用,强化原料和化学药液的渗透,实现均质化浸渍。同时,可使纤维扭曲,使其柔软化,并对初生壁进行破坏和压溃,促进化学药液的快速吸收渗透。浸渍后物料状态和纤维形态见图4。

图4 浸渍后物料状态和纤维形态

双螺杆挤压浸渍机生产过程中不需要蒸汽,自身工作机械摩擦热达90～120℃,可提高装球浆料温度,缩短反应时间,提高蒸煮效率。

棉短绒在双螺杆挤压浸渍机产生的高浓、高压挤压、搓揉和撕裂帚化,可将棉籽碎片挤压成粉末状。浆料送入蒸球进行蒸煮,粉末状棉籽碎片在蒸煮进程和洗涤过程中极易去除,浆粕白度和γ-纤维素含量高,得率高,反应性能好,实现节水和节能,提高蒸煮效率，具有广泛的市场前景和经济效益。

双螺杆挤压浸渍机用于棉浆生产,江苏昆山和天津某厂采用法国进口设备,国产设备生产线也已在湖北、安徽某特种纸业有限公司等实现应用,并且实现出口,成功应用于朝鲜国家银行钞票纸浆的生产。

3 蒸球对流加温

蒸球转动加温方式会造成大部分蒸汽进入蒸球内上部,形成汽相高温区,进入蒸球内下部的蒸汽量少,球内下部形成液相低温区,上下温差大,严重降低了蒸煮均匀性。低温区形成的主要原因：蒸煮液比过大,棉短绒中碱液被挤出后,积聚在蒸球下部,形成低温区,要提高蒸球下部碱液温度,只能应用对流加温的方法,用蒸汽直接加热低温区的碱液,碱液加温后,热碱液上升,冷碱液下降,碱液对流循环,提高了蒸球内温度分布的均匀性。

现行蒸球布汽加温方式主要包括：单篦子进汽、双篦子进汽、单中通管进汽、中通管+单篦子进汽及中通管十字进汽。

以上5种布汽加温方式,大部分蒸汽进入蒸球上部汽相空间,蒸球下部液相进汽量少,蒸球下部形成一个温度低温区,降低了蒸煮均匀性,蒸煮质量下降,而中通管鸭嘴式布汽方式可以提高蒸球内温度分布均匀性。

中通管鸭嘴式布汽方式示意图如图5所示。

图5 中通管鸭嘴式布汽方式

图5中,中通管不随蒸球转动,在中通管上焊接两排鸭嘴式喷射管,喷射管内径14 mm,长度150 mm,下方蒸汽喷射管向下喷射蒸汽,蒸汽穿透到中、下层浆料,提高下层浆料的温度,下层碱液加温后,热碱液上升,冷碱液下降,实现蒸球内碱液对流加温,提高蒸球内温度分布均匀性。

4 新型刮板提高蒸煮均匀性

新型刮板结构示意图如图6所示。

图6 新型刮板结构示意图

球壁上焊接的刮板,只能推动靠球壁处的部分浆料移动,球壁上的刮板触及不到球内中部和顶部的浆料,蒸球运转中,球内的浆料一般作滑动运行,浆料的搅拌作用很少,新型刮板可以搅拌上、中、下层浆料,使浆料混合均匀。

图6中,槽钢距中通管250 mm,运转中槽钢碰不到中通管。

新型刮板制作：在蒸球左右侧各安置一根槽钢(长×宽×厚：140 mm×58 mm×6 mm)；槽钢两端安装弹簧垫,克服抵消槽钢受冷热所产生的应力变化；槽钢面上打Φ12 mm排列孔；刮板用M10螺丝固定在槽钢和支撑架上。

刮板随蒸球转动,上、中、下层浆料翻转混合、揉搓磨擦,提高碱液渗透效果,加快木素的脱除,减少疵点和黄皮[3]。槽钢是垂直竖立安装,不影响投料和倒料。

5 结 论

5.1 应用YY- 02快速渗透剂、KY- 03蒽醌衍生物助剂可加快碱液预渗透,加快木素的溶出,去除疵点,提高制浆得率,增加纤维的强度,降低碱耗。

5.2 预浸桶浸渍渗透、双螺杆挤压浸渍渗透、中通管定向喷射加温、新型刮板等技术可加快碱液浸渍渗透到棉纤维及棉籽碎片、棉桃碎片等杂物内部,使之膨化、松软粉沫化,加快木素脱除,提高脱脂去除杂质的效果,降低棉浆的尘埃度。

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

薛润林. 棉短绒湿法除杂清洁制浆工艺[J]. 中国造纸, 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.

刘红霞, 薛润林. 棉浆粕去疵点的新措施[J]. 中国造纸, 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.

(责任编辑：董凤霞)

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

薛润林先生，工程师；长期从事浆粕生产和自动化仪表方面的工作。

2015-10-25(修改稿)

TS749+.4

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