浅析造纸制浆设备在纤维素纤维生产中的应用

近年来随着纤维素 (粘胶) 纤维生产行业的集中度日趋提升, 行业整合力度正在加大。企业单线规模从年产30000吨, 扩张至年产50000吨, 60000万吨, 甚至已有单线产能80000吨纤维素纤维生产线建成使用。目前原液车间的单台容量还停留在单线产能45000吨阶段, 大规模的生产线上马导致单线设备配台越来越多, 相应生产车间规模也越来越大, 不仅增加了设备投资及维护成本, 对车间的防护及消防要求也越来越高。

通过对比造纸工艺和纤维素纤维生产工艺, 不难发现两种工艺存在许多相似之处, 若能在纤维素纤维生产中引入大容量造纸设备, 对减少设备配台及生产车间面积都大有帮助, 下面就水力碎浆机和螺旋挤浆机两种设备在纤维素纤维生产原液车间浸渍和压榨两个工段的应用进行分析。

1 水力碎浆机

1.1 浸渍目的

纤维素纤维生产的第一个化学反应过程即为浸渍, 也有称之为纤维素碱化过程。纤维素在浸渍桶内经碱液溶解处理后生成碱纤维素。纤维素需在碱液中产生剧烈的膨化, 使半纤维素和某些杂质不断溶出而分离;纤维素的超分子结构和形态结构发生变化, 大分子间的氢键受到破坏, 使纤维的黄化反应性能明显提高。

1.2 水力碎浆机结构及工作原理

水力碎浆机是造纸制浆工艺中常见的碎解设备之一, 主要碎解浆板、废旧书本、废旧纸箱等。从结构形式上看, 立式水力碎浆机与纤维素纤维生产的浸渍桶最为相似, 主要由槽体、叶轮式转子、传动部件等组成, 且都为电机下部传动。水力碎浆机还带有筛板结构, 可对溶于碱液的浆粥进行筛选, 以防止浆板与碱液浸透不均匀, 而产生白浆粥, 利于浸渍工艺。

水力碎浆机工作原理为:电机带动叶轮开始转动, 浆料在槽体内产生径向的涡流流动;同时在槽体底部的固定导流片的作用下由下往上, 又从中心向下的不断流动中上下翻腾, 在这种不同速度的流体层之间的湍流作用下撕扯、碎解浆料。另一方面, 转子叶片猛烈地撞击湿润的浆板、纸块;同时在叶片导面产生的高速湍流中, 在叶片底面与筛板的间隙内被进一步机械摩擦, 碎解分离。直至满足制浆工艺要求后通过筛板上的筛孔流入浆盘。

1.3 水力碎浆机与浸渍桶规格对比:

1.4 水力碎浆机在浸渍工艺中的应用

通过上述表格的对比不难看出, 水力碎浆机在容量大小和处理浓度等方面数据都囊括了传统的浸渍桶, 可以代替传统浸渍桶用于纤维素纤维的浸渍工艺中。以单线年产60000吨产能为例:

可见水力碎浆机应用于浸渍工艺中能有效减少单线设备配台, 减少车间的占地面积, 节约设备投资和设备维护成本。

如选择有效公称容积45m3, 有效容积36m3的水力碎浆机, 所配套电机功率约315Kw, 设备荷重约60吨, 比传统浸渍桶荷载大, 不适宜放在车间二层, 需布置在车间一楼。将水力碎浆机布置在车间一楼后可以解决传统浸渍桶放在二楼带来的震动大, 结构荷载加固成本高的问题, 同时, 降低了浆粕自动提升的高度, 节约了浆粕提升的动力消耗。同时由于将水力碎浆机布置在车间一楼后, 原布置在一楼的辅助浸渍桶就需要改为地下卧式浆槽, 立式上搅拌需要改为横向推进器, 可参考制浆工艺中的储浆池设计。工艺可行性高, 在纤维素纤维生产中可大力推广水力碎浆机的应用。

2 螺杆挤浆机

2.1 碱纤维素的压榨

浆粕经浸渍后需要把多余的碱液压除, 这一过程称为压榨。压榨是流体动力学过程, 压榨的速度与效果与碱纤维素层厚度及排列状态 (孔隙大小、孔数) 、压力、碱液粘度有关。生产上压榨程度可用压榨倍数表示, 在连续浸渍压榨工艺中则多以碱纤维素的组成来衡量压榨的效果。通常生产上控制碱纤维素组成为:α-纤维素30%~31%, Na OH15%~16%。

2.2 传统辊式压榨机

传统辊式压榨机主要由两个平行而转向相反的压辊组成。其中一个压辊带突缘, 与另一个压辊紧嵌在一起, 碱纤维素在两辊间受到压榨。压辊的表面沿周向排列有沟槽或者网孔, 压榨的碱液进入沟槽或者网孔, 经由滚筒两段流出, 并回流至压榨碱液桶中。压榨机的生产能力大小和压榨程度可通过两压辊的距离及转速调节。

受现有浆粕性质和浸渍条件的影响, 辊式压榨机的单台设备产能较为成熟的规模为35吨/天, 对于单线规模年产50000~60000吨的产能, 设备配台高达6-8台 (设备配台与浸渍工艺有关) 。虽然已有设备厂家研发出45吨/天大容量压榨机, 但仍需较高配台。

2.3 螺旋挤浆机

螺旋挤浆机是用于纸浆脱水的挤浆设备。可有效处理各种进浆浓度的浆料。浓缩后的纸浆干度均匀, 出浆率稳定。不仅适用于制浆厂各种化学浆黑液提取, 也适用于浆料的的浓缩洗涤。

螺旋挤浆机是一个在滤框内旋转的输送挤压式变径变距螺旋, 在变径变距螺旋的输送过程中, 浆料的体积逐渐变小, 机内压强逐渐增加, 迫使液体通过紊乱的纤维层从滤板流出, 浆料浓度逐步提高。

2.4 螺旋挤浆机与压榨机规格对比:

2.5 螺旋挤浆机在压榨工艺中的应用

虽然从螺旋挤浆进出浆的浓度数据能满足现有压榨机的要求, 但由于浆料中组成成分不同, 压榨效果受到碱液浓度的影响比较大, 且纤维素纤维生产压榨结果又以α-纤维素计算, 因而螺旋挤浆机能否应用于压榨工段还需在生产实践中进行实验后确定。

国内某纤维有限公司采用SP型螺旋挤浆机, 单台设备产能250吨/天, 进行实验, α-纤维素在碱纤维中的含量可达20%以上, 仍达不到30%~31%的工艺要求。因而, 螺旋挤浆还不能完全取代压榨机应用于纤维素纤维的生产, 但对于某些压榨后α-纤维素含量要求不高的工艺, 可部分应用。

摘要：近年来随着纤维素纤维单线生产规模的不断扩大, 纤维素纤维生产工艺原液车间设备配台也越来越多, 车间占地规模越来越大, 设备投资及维护成本也相应增加。造纸制浆工艺和纤维素纤维生产工艺在前段流程方面有许多相似之处。大容量造纸设备 (如水力碎浆机和螺旋挤浆机) 应用于纤维素纤维生产中可减少单线设备的配台, 节约成本。

关键词：纤维素纤维生产,造纸制浆设备,设备配台