采用压榨脱水助剂降低能源成本

2017-01-10杜伟民

造纸化学品 2016年5期

采用压榨脱水助剂降低能源成本

造纸过程中，压榨部是最后一道工序，它通过加压装置使前段工序网部脱水后的湿纸页进一步脱水，并承担着将纸页输送到下道工序——烘干部的任务。烘干部的热干燥成本远比压榨部的机械脱水成本高，因此，在压榨部尽可能地脱水能降低造纸生产成本。该文介绍了日本开发的压榨脱水助剂Newluster A-25在造纸企业应用效果：在毛毯上使用用作毛毯适应助剂的Newluster A-25可以改善压区间的脱水，具有缩短毛毯上机初期所需的适应周期的效果；在纸机运行期间连续添加Newluster A-25，降低了出压榨部的湿纸水分，进而可以期待降低蒸气消耗量及提高纸机运行速度。

1 前言

造纸过程中的压榨部担负着通过加压处理进一步从上道工序的成形部脱水后的湿纸中榨取水分，将湿纸输送到下道工序烘干部的任务。

烘干部的蒸气烘干成本明显高于压榨部的机械脱水成本。因此，在压榨部提高脱水性，降低出压榨部的湿纸水分直接关系到压榨部能耗成本的下降，即纸张生产成本的下降。

日本开发的作为毛毯适应助剂上市的新产品Newluster A-25，在毛毯上使用后具有提高压区脱水性，缩短毛布上机初期所需适应周期的效果。并且通过在纸机运行时连续添加，可以降低出压榨部湿纸水分，减少烘干蒸气量及提高纸机运行速度。

本文将介绍为降低能源成本，提高压榨部脱水性所做的努力，及随之带来的生产效率提高的好处，以及通过测定实际运行参数获得的验证结果。

2 压榨脱水理论

湿纸的脱水，是通过湿纸中含有的水分向压区中的毛毯转移，毛毯中所含的水分再向外部排放进行的。压区中水的转移状态及压区中湿纸及毛毯水分的变化分别如图1图2所示。

在压榨辊与湿纸接触，开始加压后，当A点的湿纸水分达到饱和时，就开始了从湿纸的脱水，而当在其后的B点毛毯水分达到饱和时，开始向外部排水，也就是压区脱水。在压区中心点C点，脱水完成，之后，出现水分从毛毯回到湿纸的所谓回湿现象，直至毛毯出口。

要提高脱水效率，关键是要尽可能加大压区中水分从湿纸向毛毯、毛毯向外部的流出。

图1 压区中水的转移状态

图2 压区中湿纸及毛毯水分的变化

3 影响压榨脱水性的因素

影响压榨部脱水的主要因素有湿纸的特性（浆料游离度，抄造温度，压榨入口湿纸水分等）和压榨部的机械特性（压榨辊设计，压区压力等），还与压榨入口的毛毯状态（因污染造成的毛孔堵塞，压榨入口的毛毯水分）有关。

压区中水分的转移可以分成从湿纸向毛毯转移、毛毯内部的转移和从毛毯向外部转移等3种。从湿纸向毛毯的水分转移，主要受湿纸特性和压区压力的支配，而毛毯内部和从毛毯向外部的水分转移主要受进入压榨部毛毯的状况的影响。即可以认为，如果在湿纸特性和压榨的机械特性相同的条件下，毛毯的脱水性由压榨入口的毛毯状况所决定，随其而变。

4 提高压榨脱水性

由上所述，要提高压榨脱水性，关键是水分在毛毯内部的转移和从毛毯向外部的转移能顺畅地进行。

压榨脱水中的污染成分在毛毯内部逐渐积累，阻碍了水的流动，通过连续或间隙地清洗毛毯可以排除阻碍脱水的这一主要影响因素。

另外，水在毛毯内部流动时，在构成毛毯的材质与在其间隙中流动的白水之间的界面上会产生流体摩擦阻力，阻碍水的流动。它与污染无关，即使在非常干净的新毛毯上也会出现这种现象。我们相信通过使毛毯材质表面改性为亲水性，流体摩擦阻力将得到改善。

5 Newluster A-25的作用机理

日本开发的Newluster A-25的主要成分是在具有与毛毯的底网纤维相似的化学构造的酰胺化合物上结合了亲水基的化合物，目的是使产品具有水溶性。该化合物与毛毯有很强的亲和性，只需极少量的添加就具有在毛毯上吸附的作用，并且由于亲水基的作用，还有赋予毛毯亲水性的作用。就是说，通过使用Newluster A-25能够赋予毛毯底网纤维亲水性，降低在毛毯内部流动的白水与底网纤维表面之间的流体摩擦阻力，促进水分的流动。

可以采用以下试验方法来进一步解释Newluster A-25的作用机理：（1）将尼龙薄片切成5 cm×5 cm正方形，在200 mL、0.1%聚酰胺溶液中浸1 min；（2）取出薄片，用水喷淋表面，风干（温度23℃，约过1夜）；（3）在薄片上滴上20 μL蒸馏水，测定其接触角，如图3所示。

图3 聚酰胺的亲水作用

由图3可见，聚酰胺溶液处理过的薄膜比未处理过的薄膜接触角小。这表示尼龙薄膜的表面已被Newluster A-25中的成分改性为亲水性。

6 提高毛毯更换后的适应性效果

更换新毛毯初期，毛毯内部的空隙率较高，密度较低，因此在压区中较难获得良好的脱水性。为了在纸机运转后通过压榨降低毛毯内部的空隙率，获得良好的脱水性，需要有1天到1星期时间的所谓初期适应期。在适应期内毛毯的脱水性能较差，出压榨的湿纸水分变高，加重了烘缸的负荷，增加了纸张生产的能耗成本。

大约在1990年就已发现Newluster A-25具有毛毯初期适应剂的效果，并在很多纸机上应用。在新换毛毯上使用Newluster A-25，能使毛毯底网纤维改性成亲水性，毛毯内部的空隙被NewlusterA-25的化合物及水分置换，带来良好的压榨脱水性，降低能源成本。

7 透水性的提高效果

为确认Newluster A-25压榨脱水性的提高效果，对用过的旧毛毯进行了透水性试验。毛毯透水性试验就是用如图4所示的透水性试验机，让试验机下方处于一定的减压状态，从毛毯的上方注入水，使水通过，测定单位时间透水量的方法。

图4 透水性试验机

毛毯透水性试验结果如图5所示。

从该试验结果可以确认，通过使用Newluster A-25，毛毯透水性可以提高10%左右。这是因为毛毯底网纤维的亲水化降低了流体摩擦阻力；并且，如前所述，通常洗涤也能提高毛毯的脱水性，但Newluster A-25不具备洗净作用，这可以从透水试验前后的污染成分数量未发生变化这一事实得到确认。

图5 透水性试验结果

8 提高脱水性的作用

为了调查对吸水箱出口的毛毯水分的影响，还对减压脱水后的毛毯水分量进行了测定。用毛毯透水试验机进行透水性试验，然后维持一定时间的减压状态使其脱水，测定脱水后的毛毯含水量，进行脱水性评价，结果见图6。

由图6可见，使用Newluster A-25后，毛毯的脱水性提高了7%左右。推测这是由于降低了流体摩擦阻力后产生的现象。

9 纸机试验验证

图6 脱水性试验结果

根据以上结果，可以认为，如果在纸机上应用Newluster A-25，不仅提高了毛毯的透水性，而且还因为毛毯脱水性的提高，将降低吸水箱出口（压榨入口）的毛毯水分。

因此，在纸机试验验证中用毛毯水分仪及透水度仪测定了A公司涂布原纸纸机3PF（3压毛毯）在纸浆原料、定量和抄速等不变的条件下，Newluster A-25使用前、后的毛毯水分及毛毯的透水量，结果见图7（在靠近3压吸水箱的喷淋水中，以每米每分钟1.0 mL的添加量连续添加Newluster A-25）。