1、第 三 章 機械法、化學機械法、半化學法制漿 （高得率法制漿） 一、發展高得率法制漿的意義： 1. 充分合理地利用植物纖維原料資源 2. 減輕制漿廢水中的污染物質 3. 滿足產品性能的需要 制漿得率：一般化學法制漿不超過50%，得率在50%以上， 65%以下的化學漿稱為“高得率化學漿” 高得率法制漿可統指：制備高得率化學漿、機械漿、 化學機械漿、半化學漿等方法,二、高得率漿分類及有關術語 SGW (Stone Ground Wood) 磨石磨木漿 PGW (Pressurized Ground Wood) 壓力磨石磨木漿 TGW (high Temperature Ground Wood) 高

2、溫磨石磨木漿 RMP (Refiner Mechanical Pulp) 盤磨機械漿 TMP (Thermo-Mechanical Pulp) 預熱盤磨機械漿 CMP (Chemi-Mechanical Pulp) 化學盤磨機械漿 CTMP (Chemi-Thermo-Mechanical Pulp) 化學預熱機械漿 APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 堿性過氧化氫化學機械漿,SCMP (Sulfonated Chemi-Mechanical Pulp) 磺化化學機械漿 BMP (Bio-Mechanical Pulp) 生物機械漿 SEP (St

3、eam Explosion Pulping) 蒸汽爆破法制漿 EMP (Extruder Mechanical Pulp) 擠壓法機械漿 SCP（Semi-Chemical Pulp） 半化學法漿 NSSC (Neutral Sulphite Semi-Chemical pulp) 中性亞硫酸鹽法半化學漿 ASSC (Alkaline Sulphite Semi-Chemical pulp) 堿性亞硫酸鹽法半化學漿,三、高得率制漿主要方法的基本流程與特點 1SGW (Stone Ground Wood) 磨石磨木漿 得率： 95% 基本流程： 備木 磨漿 篩選 凈化 濃縮 （漂白） 送抄紙 粗

4、渣再磨 磨石磨木漿的特點： （1） 在各類制漿方法中得率最高、生產成本最低，污染最 小 （2） 漿料具有優良的不透明度和吸墨性； （3） 強度和白度穩定性較低。 主要用于生產新聞紙、印刷紙，配抄其它文化用紙及紙板。,2RMP (Refiner Mechanical Pulp) 盤磨機械漿 得率：90 95% 基本流程： 木片洗滌器 脫水機 盤磨機 （二段盤磨機） 篩選 RMP的特點： （1）原料成本較SGW低，可利用磨木機不能用的木材邊角料； （2）設備占地面積小，生產能力較大； （3）強度較SGW好，但能耗較SGW高（高50%100%）， 不透明度及印刷性能稍低。,木片磨木機示意圖,3TMP

5、 (Thermo-Mechanical Pulp) 預熱盤磨機械漿 得率：90 95% 基本流程： 洗后木片 預熱器 壓力盤磨機 漿汽分離器 二段盤磨機（常壓） （消潛） 篩選 TMP特點： （1） 長纖維組分較高，強度比SGW、RMP高，纖維束含 量低； （2） 細小纖維和碎片含量低，濾水性好 （3） 松厚度比SGW大，抄出紙頁表面較粗糙。 主要用于抄造新聞紙、印刷紙、涂布紙、面巾紙、 紙板等。,TMP生產系統,4CMP (Chemi-Mechanical Pulp) 化學(盤磨)機械漿 得率：80 90% 基本流程： 木片 化學預處理 （預浸漬） 盤磨機磨漿 篩選 化學預處理 （預浸漬）

6、中的化學藥品一般為： NaOH , Na2SO3 , Na2SO3 , + NaOH (NH4)2SO3 + NaOH (或其它pH緩沖劑如MgO等) NaOH + H2O2 等 CMP特點：強度優于RMP、TMP 可用于配抄新聞紙、印刷紙、書寫紙等,5CTMP (Chemi-Thermo-Mechanical Pulp) 化學預熱機械漿 （BCTMP：漂白化學預熱機械漿） 得率： 9093% 基本流程： （擠壓） 木片 汽蒸 浸漬 預熱 壓力磨漿 篩選 CTMP特點： （1） 平均纖維長度較大，碎片含量低； （2） 針葉木CTMP強度可接近化學漿。 可用于生產新聞紙、印刷書寫紙、衛生紙、紙板

7、、絨毛漿等。,CTMP生產系統,6. APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) 堿性過氧化氫化學機械漿 流程： 洗后木片 常壓預汽蒸 一段螺旋壓榨、預浸 常壓預蒸倉 二段螺旋壓榨、預浸 常壓預蒸倉 一段常壓磨漿 洗滌脫水 二段常壓磨漿 消潛 篩選 APMP特點：楊木APMP與BCTMP相比較有能耗低、化學藥 品消耗較低、白度和強度較高的特點；但針葉木 APMP與BCTMP相比較未表現出明顯優勢。,7. SCP（Semi-Chemical Pulp）半化學法漿 得率：65 80% 基本流程： 木片 化學預處理 盤磨機磨漿 篩選 NSSC（Neutral S

8、ulfite Semi-Chemical pulp） 中性亞硫酸鹽法半化學漿（生產半化學漿的主要方法） ASSC (Alkaline Sulfite Semi-Chemical pulp) 堿性亞硫酸鹽法半化學漿 用于生產一般文化用紙，包裝紙、瓦楞紙板等。,四、磨漿機理及有關影響因素 （一）盤磨機磨漿機理 國外高速攝影的結果表明：在盤磨機進口處木片首先發生破碎，在向外周運動的過程中離解、纖維化、細纖維化。 一般認為盤磨機磨漿可以分為三個區段： 1.破碎區：磨盤中心部分，（木片首先進入），這部分盤間距最大，刀片厚，刀數少，木片在高溫下破碎，成杵狀小木棍。 2.粗磨區：盤間距從內向外逐漸變小，原料

9、停留時間較長，逐漸被磨碎成針狀的木絲，由于相互的摩擦作用，被離解成纖維束和部分纖維。 3.精磨區：靠齒盤外周，齒數增多，齒溝變窄，進一步細纖維化，離解。,要使木片被磨成良好的漿料，應使之經歷兩個過程： 1使木片離解，盡量保護纖維長度，減少切斷。因此需 利用木片之間的相互摩擦，磨漿濃度宜高，間隙應大些。 2 進一步纖維化和細纖維化，磨漿濃度宜低些，盤間隙宜小些。 生產中往往采用分段磨漿來實現上述兩個過程。,（二）影響盤磨機磨漿的有關因素 1.材種與料片規格：木材種類、纖維形態、化學組成 有關研究結果表明（見 P117-118 表3-8），用密度小、生長快、秋材含量高、抽出物含量低的木材，可生產出

10、強度較高的盤磨機械漿。 2.磨漿濃度： 是重要的影響因素，一般控制在2030范圍。 第一段磨漿 25左右，第二段磨漿 20左右.,3.預熱溫度（壓力）和時間 預熱（汽蒸）的作用：對TMP，軟化纖維胞間層木素，使纖維易于分離，預熱溫度影響紙漿質量。 預熱溫度過高（超過木素玻璃化轉移溫度），木素充分軟化，纖維分離發生在胞間層和次生壁之間，纖維分離后表面覆蓋著木素，一段磨漿后漿料冷卻，原來軟化的木素變硬形成玻璃狀外殼，成為二段磨漿的障礙，造成難以細纖維化，磨漿動力消耗大，漿料白度下降。 預熱溫度過低，木素未能軟化，纖維發生不規則分離，產生碎片多，纖維長度降低，紙漿強度下降（類似RMP）。 據有關研究

11、，在接近（稍低于）木素玻璃化轉移溫度時，纖維分離發生在次生壁外層，有利于二段磨漿產生細纖維化作用，提高紙漿強度。 木素玻璃化轉移溫度的下限為120135 oC。預熱時間一般為12min.,4磨漿能耗與能量分配 RMP TMP SGW KWh / t漿 16002200 18002300 11001300 離解只消耗較少的能量，大部分能量消耗于纖維的進一步 磨解（精磨）。 在兩段中合理地分配能耗有利于提高漿料的強度性質。 有研究表明，對于TMP，一段磨漿能耗占總能耗的50%左 右時，漿料的強度較好。,5. 磨盤間隙 磨盤間隙、漿濃、能耗：三個參數可控制，相互影響； 能耗一定：漿濃高，間隙應加大；

12、 漿濃一定：間隙小，能耗會增加。 用于離解纖維，間隙應大些，用于精磨（發展強度）則間 隙應小些。 間隙200m時，磨盤震動，纖維長度劇烈下降，紙漿強度明顯下降；制造時磨盤間隙一般不可能小于100m（平行問題）,6. 磨盤特性 （1）齒型：齒的長短、數量、粗細；齒的排列與分布；齒槽的深淺、寬窄和分布；漿檔的設置；三個區的劃分與磨漿面積等，均影響生產能力、漿料質量和能耗。 （2）齒盤錐度：指單位徑向上的坡度，隨材種、得率、齒型結構而變。提高磨漿濃度，錐度應加大（p120）。 （3）磨盤材料：關系到磨盤的使用壽命（鉻鑷鉬合金、陶瓷、塑料、砂輪等）,(三) 磨木機磨漿原理 1磨石：分為天然磨石與人造磨

13、石兩類，人造磨石又分為水泥磨石與陶瓷磨石兩種。人造磨石由磨料粒子與粘膠劑組成，磨石粒子的形狀與粒度、磨石的氣孔率和硬度決定磨石的性能，影響生產能力和紙漿質量（P104：圖3-6、表3-2） 2磨木過程的三個階段： （1） 由磨擦及壓力脈沖產生的能量（摩擦能與振動能）被木材吸收后，轉化為熱能，使木材溫度升高，胞間層木素軟化； （2） 經軟化的纖維在摩擦力及剪切力的作用下由木材表面剝離下來； （3） 剝離下來的纖維與纖維束聚集于磨石刻紋的溝槽中，在移出的過程中受到復磨與精磨。 三個階段密切相關，相互影響。,（四）影響磨木機磨漿的因素 1. 原木質量：水分4045%為宜。水分小于2030%時，產量與

14、質量下降，動力消耗增加；水分大于50%時，產量下降。 原木的材種影響漿料的質量、白度、得率和能耗。 2. 磨石的表面狀態：紋鋒銳利時產量高，單位電耗低，但以切割作用為主，磨出纖維短硬，碎料多。所以刻石后要去鋒。 紋鋒完全變鈍后，產量下降，電耗上升，此時需要磨石。 在一個磨石周期的中間一段時間內，紋鋒鈍圓，得到質量適宜的漿料。 3. 磨木比壓：指單位磨碎面積上所受的壓力（與裝料操作有關） 比壓增加：產量增加，粗纖維增加，紙漿強度下降。 比壓應與磨石紋鋒配合，鈍的紋鋒應相應提高比壓。,4. 磨石線速：線速增加，產量和動力消耗增加，但一定范圍內單位動力消耗有所降低。一定壓力下提高線速可提高磨碎區溫度

15、，磨出纖維細長而較柔韌。由于線速受磨石機械強度限制，現代磨木機多采用大直徑磨石來提高線速。 5. 磨木溫度與漿濃：由于磨碎區溫度不易測量，生產中往往測定漿坑溫度。 調節噴入漿坑的白水溫度和噴水量，可以調節溫度和漿濃。 提高溫度：纖維分離較容易，漿強度高，濾水性好。生產中一般控制漿坑溫度在7585 oC。 提高漿濃：生產能力下降，大量漿料被復磨，漿料強度下降。生產中一般控制漿濃在2.0%。 P108：生產控制中漿坑溫度、漿濃和白水濃度的關系 P109：圖3-12為漿坑溫度和漿濃對紙漿裂斷長的的影響 表-3-4為工廠磨漿條件的例子,6. 磨石浸漬深度：浸入漿中的目的是為了清洗磨石表面，均勻冷卻磨石

16、。浸漬深度可由漿坑擋板調節 國外發展的無漿坑磨木: 將漿坑擋板放低，使磨石不浸入漿中，可減少磨石運行中的阻力; 用高壓噴水消除復磨，降低漿料打漿度和能耗，延長刻石周期， 穩定漿料質量; 但需嚴格控制噴水溫度、壓力、噴水量和在整個磨石面上噴水均勻，以保證漿的質量和磨石安全。,四、化學處理 CTMP化學處理的藥品一般為氫氧化鈉、亞硫酸鈉和碳酸鈉。化學處理的位置一般在磨漿前，也有在段間甚至段后（P132，圖3-40）。 （一）化學處理的作用： 使原料（木片）軟化，有助于降低磨漿能耗，較多地分離出完整的纖維，增加漿料中的長纖維組分，提高紙漿強度。 化學處理軟化木片與熱處理軟化木片的根本區別在于：化學處

17、理對木素的軟化是不可逆的過程，而熱處理軟化木素是可逆的過程。 木素的軟化溫度（1）與木材中的水分含量有關，在一定范圍內隨水分含量增加而降低（P133，圖3-42）；（2）與化學處理后木素的磺化度有關，隨磺化度的增加木素的軟化溫度呈直線下降。,堿的作用：促進纖維潤脹，增強半纖維素和木素的水合作用，降低軟化溫度，為磨漿時纖維的離解創造有利的條件，降低能耗，但影響紙漿白度（圖3-49 圖3-51）。 亞硫酸鈉的作用：木素的磺化使其軟化溫度降低，親水性增加，熱塑性增大，磨漿時纖維易于離解，漿的質量提高（漿中的長纖維比例、纖維的比表面積和漿的結合強度均增加，見P133，圖3-43、3-44、3-45）。

18、,（二）CTMP生產的重要影響因素 1原料狀況 水分含量影響漿質量；樹皮、腐朽材、木節等影響紙漿的塵埃度、白度和強度；砂石等雜質影響磨盤壽命。 2預浸漬工藝 （1）預汽蒸：排除木片中的空氣，增加木片中的水分含量，提高木片溫度，有利于浸漬時更快地吸收藥液。（常壓預汽蒸，10min以內） （2）木片擠壓程度：進一步除去木片內的空氣，促進木片對藥液的吸收更快并更均勻，需擠壓木片，擠壓由進料螺旋實現。壓縮比為 1:1 無擠壓作用，僅起輸送作用； 2:1 壓縮的木片形成料塞，可起密封作用； 2.5:1 木片體積與原木材相似，木片表面的空氣被除去 4:1以上 進一步除去木片內的空氣，有利于木片吸收更多的 藥液，均勻浸透。,（3）預浸漬溫度與時間：與原料材種及木片有無經過擠壓有關。 預浸漬溫度針葉木一般為120135 oC，闊葉木一般為60120 oC。預浸漬時間一般為25min。 （4） 化學藥品用量與pH值：見P135136，圖3-49圖3-55 五、TMP的熱能回收與