硫酸鹽法蒸煮闊葉木原料的研究

硫酸鹽法蒸煮闊葉木原料的研究

近年來(lái)，速生葉材的使用越來(lái)越受造紙行業(yè)的影響。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境署統(tǒng)計(jì)資料,全球森林資源中闊葉木所占的比重大約為59%,大多分布在拉丁美洲、非洲、亞洲等區(qū)域,在我國(guó)的森林資源中,闊葉木占有48%的比重。雖然針葉木在許多大中型造紙企業(yè)仍是主要的制漿原料,但確定優(yōu)良的制漿闊葉樹(shù)種,發(fā)展人工闊葉木紙漿林,不僅可以降低制漿成本,而且已被認(rèn)為是提高造紙企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略。為了保證原料木片的供應(yīng),目前大型制漿企業(yè)的闊葉木原料木片通常有多個(gè)來(lái)源地和不同品種,由于蒸煮設(shè)備和紙漿產(chǎn)品的特點(diǎn),往往需要采用不同木片混合蒸煮的方式。本研究結(jié)合國(guó)內(nèi)某企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)際中混合蒸煮不同原料木片所存在的漿料質(zhì)量波動(dòng)問(wèn)題,對(duì)三種闊葉木速生材木片分別進(jìn)行硫酸鹽蒸煮,比較其制漿特性,目的是為在生產(chǎn)實(shí)際中制訂更合理的制漿工藝條件提供參考。1實(shí)驗(yàn)1.1桉木進(jìn)口實(shí)驗(yàn)用三種闊葉木原料木片由國(guó)內(nèi)某企業(yè)提供:桉木1(國(guó)產(chǎn)),桉木2(進(jìn)口),相思木(進(jìn)口)。將風(fēng)干后的木片裝入塑料袋密封,測(cè)定水分后備用。1.2原料的提取含量和養(yǎng)分含量的測(cè)定三種原料木片分別經(jīng)磨粉、過(guò)篩后,取40～60目試樣,平衡水分備用。抽出物含量和灰分含量測(cè)定按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。1.3小罐和檢罐量采用國(guó)產(chǎn)ZQS1型15L電熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋,內(nèi)裝4小罐,每小罐容積1L,裝罐量絕干木片100g。實(shí)驗(yàn)中設(shè)定升溫時(shí)間60min,保溫時(shí)間150min,液比4∶1,硫化度30%。根據(jù)H-因子計(jì)算出蒸煮最高溫度。用堿量見(jiàn)下文表2和表3。1.4黑液和漿料漿料卡伯值按TappiUsefulMethod246方法測(cè)定。黑液殘堿分析按照SCAN方法測(cè)定。1.5黑溶液中的糖含量測(cè)定黑液中的戊糖、己糖和總糖含量采用雙波長(zhǎng)可見(jiàn)光譜快速測(cè)定方法。2結(jié)果與討論2.1種原料組成對(duì)桉木木片中樹(shù)皮含量的影響對(duì)三種原料木片的表觀(guān)狀況進(jìn)行比較,其中國(guó)產(chǎn)桉木片表面的塵土樣附作物較多,進(jìn)口桉木的木片顏色較深,且不規(guī)則木塊相對(duì)較多,進(jìn)口相思木片中樹(shù)皮含量較多。對(duì)三種原料的抽出物含量和灰分含量進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果如表1所示。試樣中桉木1為國(guó)產(chǎn)桉木,其苯醇抽出物和灰分相對(duì)較低。桉木2為進(jìn)口桉木,其1%NaOH抽出物的含量相對(duì)較高,但熱水抽出物含量較低。相思木的1%NaOH抽出物相對(duì)于兩種桉木明顯較低,而苯醇抽出物相對(duì)較高。2.2不同用堿量對(duì)不同原料漿料卡伯值的影響在生產(chǎn)實(shí)際中,一般紙漿品種在一段時(shí)期內(nèi)相對(duì)固定,蒸煮設(shè)備的形式和臺(tái)數(shù)也是固定的。當(dāng)原料木片有多種來(lái)源時(shí),工廠(chǎng)往往會(huì)選擇混合木片蒸煮的方式,以減少木片來(lái)源和品種改變給產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)較大波動(dòng)的現(xiàn)象。由于木片在品種、產(chǎn)地等方面的不同會(huì)對(duì)其制漿性能造成影響,因此對(duì)工廠(chǎng)混合蒸煮的木片分別進(jìn)行蒸煮研究,了解其制漿特性是有必要的。本研究對(duì)國(guó)內(nèi)某生產(chǎn)企業(yè)混合原料蒸煮中采用的三種木片分別進(jìn)行硫酸鹽蒸煮實(shí)驗(yàn),為結(jié)合工廠(chǎng)蒸煮設(shè)備的特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)中設(shè)定蒸煮升溫時(shí)間為60min,保溫時(shí)間為150min,最高溫度由H因子計(jì)算得出。在H因子設(shè)定為800的條件下,改變用堿量的蒸煮結(jié)果如表2所示。從表2中的數(shù)據(jù)可見(jiàn),在其它蒸煮條件相同的情況下,隨著用堿量增加,三種木片蒸煮后都呈現(xiàn)漿料得率下降,卡伯值下降的結(jié)果。參照企業(yè)設(shè)定的漿料卡伯值范圍16～19,在用堿量相同或相近的條件下比較,當(dāng)用堿量為20%時(shí),桉木1(A)蒸煮后漿料的卡伯值已進(jìn)入設(shè)定范圍,相思木(A)蒸煮后漿料的卡伯值稍高于范圍,但其漿料得率和殘堿均高于桉木1(A)的結(jié)果,粗渣率較低。當(dāng)用堿量增加至24%時(shí),桉木1(B)和相思木(C)蒸煮后漿料的卡伯值均已低于企業(yè)設(shè)定的卡伯值范圍,漿料中已基本沒(méi)有粗渣。將桉木1(C)與桉木2(B)、2(C)的結(jié)果進(jìn)行比較可以看出,桉木2在蒸煮用堿量高低相差1%的條件下,對(duì)應(yīng)漿料的得率都明顯低,而卡伯值卻明顯高。歸納表2中的數(shù)據(jù)可見(jiàn),在相近的用堿量條件下,蒸煮后漿料的得率為相思木最高,桉木1其次,桉木2的得率明顯低而卡伯值卻最高。由此可見(jiàn),這三種木片的硫酸鹽制漿性能存在比較明顯的差異。在相同的H因子下要獲得接近目標(biāo)卡伯值的漿料,國(guó)產(chǎn)桉木需要相對(duì)較低的用堿量,而進(jìn)口桉木需要較高的用堿量。與國(guó)產(chǎn)桉木和進(jìn)口相思木相比,進(jìn)口桉木在相近的用堿量下得率明顯低而卡伯值卻明顯高,這可能與原料中的化學(xué)組成有關(guān),由表1中的數(shù)據(jù)可以看到,這種原料(桉木2)的1%NaOH抽出物含量和灰分含量相對(duì)較高。更多的原因有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探討,對(duì)原料中的木素含量、碳水化合物含量及漿料中己烯糖醛酸含量進(jìn)行測(cè)定與分析。由于表2中各木片原料在H因子800的條件下蒸煮后黑液中的殘堿均比較高(企業(yè)設(shè)定黑液殘堿范圍為2.3～6.2g/L,Na2O計(jì)),因此在提高蒸煮H因子的條件下還可能進(jìn)一步脫木素?？紤]到蒸煮的升溫時(shí)間和保溫時(shí)間與實(shí)際生產(chǎn)中的設(shè)備特點(diǎn)有關(guān)而不宜改變,所以進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)采取提高蒸煮最高溫度的方式,將H因子提高到1100,對(duì)應(yīng)的最高溫度為160.5℃,用堿量根據(jù)表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了調(diào)整,蒸煮結(jié)果見(jiàn)表3。將表3中的數(shù)據(jù)與表2中桉木1(A)、桉木2(A)和相思木(A)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可以看出,蒸煮H因子從800提高到1100,在用堿量降低1%～2%的條件下,各原料對(duì)應(yīng)漿料的卡伯值下降,桉木的漿料得率有所上升,相思木得率變化不大。相思木在用堿量18%的條件下其漿料卡伯值已進(jìn)入企業(yè)設(shè)定的16～19范圍,且漿料得率明顯較高。而桉木2在提高H因子的蒸煮后,在漿料得率已經(jīng)很低的情況下卡伯值仍然高出目標(biāo)值近1個(gè)單位,由于黑液中的殘堿仍然較高,因此在用堿量22%的條件下再適當(dāng)提高H因子應(yīng)可以降低漿料卡伯值,但可能導(dǎo)致漿料得率的進(jìn)一步下降。由此可見(jiàn),在將這三種木片混合蒸煮的情況下,選擇適當(dāng)?shù)哪酒壤秃线m的用堿量對(duì)其最終漿料卡伯值進(jìn)入合格范圍十分重要,這方面的實(shí)驗(yàn)研究將在下一步開(kāi)展。2.3低聚糖和單糖溶入黑液在堿法蒸煮過(guò)程中,原料中的碳水化合物不可避免地會(huì)發(fā)生一定程度的降解,降解產(chǎn)物主要以糖酸的形式進(jìn)入黑液,也可能有低聚糖和單糖溶入黑液。實(shí)驗(yàn)中用雙波長(zhǎng)法測(cè)定了表2條件蒸煮后黑液中的戊糖和己糖含量,由二者計(jì)算出總糖的含量,結(jié)果列于表4。表4中的數(shù)據(jù)表明,增加蒸煮用堿量,三種木片蒸煮后黑液中的戊糖含量有上升趨勢(shì),而己糖含量呈下降趨勢(shì)。桉木2蒸煮黑液中的己糖和總糖含量相對(duì)較高,這有可能對(duì)表2中此種木片的蒸煮得率較低提供解釋。3不同堿量對(duì)原料得率的影響對(duì)某工廠(chǎng)用于混合蒸煮的三種闊葉木原料分別進(jìn)行硫酸鹽蒸煮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這三種原料在制漿性能上存在比較明顯的差別,主要表現(xiàn)在達(dá)到合格的漿料卡伯值時(shí)所需要的用堿量明顯不同。在蒸煮H因子800的條件下,在相近的用堿量時(shí),蒸煮后漿料的得率為進(jìn)口相思木最高,國(guó)產(chǎn)桉木其次,進(jìn)口桉木的得率明顯低而卡伯值卻最高,在此H因子條件下要達(dá)到企業(yè)設(shè)定的漿料卡伯值要求,三種原料對(duì)應(yīng)的用堿量分別為國(guó)產(chǎn)桉木20%、進(jìn)口桉木27%、進(jìn)口相思木22%,但在此條件下黑液中的殘堿偏高。提高