造纸制浆生产工艺及控制系统概述.docx

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造纸制浆生产工艺及控制系统概述

造纸、制浆

制浆造纸过程简介

　　现代制浆造纸厂是一个复杂的生产过程，涉及到许多不同类型的作业。

许多因素影响一个工厂生产的过程，包括：

木材的类型（硬木或软木），生产的纸张或纸板的类型，轧机的年限，供水量等。

我们将主要集中在牛皮纸或硫酸盐法制浆过程如图1所示。

备木

备木是一系列的步骤，将原木转换成合适的形式用于纸浆厂。

纸厂的这一区域通常称为堆木场。

来自森林的原木通常用卡车、铁路车辆、或驳船来运输。

大载重的起重机用来卸载，将长或短的原木堆成堆。

如果需要特定的长度，可能需要采用锯木机。

接下来是木材剥皮来除去原木的污垢和树皮。

最常用的方法是原木通过鼓式木材剥皮机来进行机械剥皮。

原木送入旋转缸，旋转和翻滚摩擦原木的树皮。

脱落的树皮通过槽收集，去皮原木从旋转缸另一端送出。

树皮可以用作电站锅炉的燃料。

剥皮以后，原木被送至切片机。

切片机采用的高速旋转的刀片，将原木切成大小适合制浆的木片。

然后木片经过一系列大小尺寸的筛选。

筛选不合格的返回进一步切片，合格的木片储存在户外的大型堆场或仓库，供纸浆厂使用。

制浆

　　制浆的过程是将木片分离成纤维用于造纸。

这主要是由机械、化学、或合并机械/化学过程来完成的。

一些工厂生产的各种等级的纸张，就同时需要机械制浆和化学制浆过程。

　　机械制浆，或磨木浆过程中，包括用旋转磨石来压榨原木，并用水洗去撕裂的纤维。

这一进程中磨石电机对电力消耗很大。

这类纸浆主要用于生产高档新闻纸。

　　机械制浆更现代的方法是在精磨机的旋转圆盘之间粉碎和研磨木片。

该产品被称为精磨木浆（RMP）。

包括了采用蒸汽和/或化学品进行木片的预处理，通常被称为热磨机械浆（TMP）或化学机械浆（CMP）。

　　中北美洲大多数的制浆过程是化学过程，最常见的是硫酸和亚硫酸盐流程。

迄今，硫酸盐法或牛皮浆法是占主导地位的流程。

在硫酸盐法蒸煮过程中是称为牛皮浆回收周期的过程的一个组成部分。

典型的牛皮浆回收周期图2所示。

　　硫酸盐法制浆包括将木片在氢氧化钠（烧碱）和硫化钠（Na2S）的碱性溶液中，在一定压力下的蒸煮。

这个被称为白液的溶液，将胶状的木质素打散成纤维素纤维，纤维素纤维用于在造纸机上形成纸张。

　　纸浆厂中的主要设备就是蒸煮容器或蒸煮锅。

该蒸煮锅将其中木片和白液用蒸汽加热到预定的压力和温度，溶解掉尽可能多的木质素，而不降低纤维（纤维素）的强度。

　　间歇生产和连续生产都是用来蒸煮木片。

间歇生产用木片和白液填充容器，然后用蒸汽加热至预定的蒸煮温度和压力。

经过一定的蒸煮时间，内容物送至储料罐，然后这一过程反复。

　　而连续蒸煮器，顾名思义有相当稳定的木片投入和纸浆纤维流出。

这些木片通常是先在蒸汽容器中经过预热。

随着木片下移通过蒸煮器（垂直型），它们充分被加热、蒸煮、清洗，然后冷却和排放到卸料桶。

蒸煮液的间接蒸汽加热是用来控制蒸煮器各部分的温度。

比起间歇流程，大多数较新的浆厂更喜欢采用连续蒸煮流程。

　　蒸煮之后，卸料桶来的纸浆必须经过清洗，除去残留的化学品。

有时我们称之为粗浆清洗。

洗浆产生的液体称为弱黑液。

　　洗浆的方法通常是几台串联逆流使用的旋转真空洗浆机。

纸浆和洗滤液（黑液）的流动方向相反，清洁水仅用于最后一级清洗，以达到节约用水和提高滤液浓度以利回收的目的。

　　由于工厂面临日益严重的经济和环境的压力，洗浆的新方法已经被开发出来。

其中一些系统是：

旋转压力过滤系统、连续蒸煮清洗系统、洗碗机和压力扩散。

所有这些系统的设计，以实现清洁纸浆和化学品回收烹调少洗涤水。

　　制浆过程的最后一步是，纸浆通过螺旋式除节机和筛选设备。

这些步骤可能会在粗浆清洗之前、之后或同时进行。

螺旋式除节机除去未煮过的木片、木结、或者叫浆块的纤维束。

筛选设备是除去其他的杂物如石头、铁、塑料、或输送部件。

硫酸盐浆的回收

　　由于制浆采用的化学药品的高成本（钠和硫），在蒸煮后有效的回收对于一个工厂经营成本有重要的经济影响。

硫酸盐浆的回收循环（见图2）的主要目的是回收化学品，以及将化学品再生为蒸煮液的形式。

第二个目的是有效的热回收，和从黑液燃料中的木材有机物的燃烧产生蒸汽。

这个复杂的过程将涉及三个步骤：

蒸发、燃烧、苛化或再生。

蒸发

　　从粗浆洗浆机（漂前洗浆机）来的稀黑液含有失效的蒸煮用的化学品、木材有机物如木质素和水。

在这个阶段，固体含量一般12％～18％。

燃烧之前，水必须蒸发掉，以提高固形物含量达到65％～70％。

这一任务通常是由多效蒸发器完成。

　　一套蒸发器通常由6个容器组成，相互之间由泵和管道相连接。

蒸汽作为加热媒介将水蒸发。

蒸汽通常按照液体的逆向方向流动以达到最大的经济性。

由于容器在不同压力下操作，从一个容器的蒸汽作为下一个容器的蒸汽供应。

液体通常留在蒸发器里大概50％的固体，每消耗掉一磅的蒸汽大概要蒸发掉5～6磅的水。

燃烧

　　蒸发器产生的黑液含50％～55％的固体，不能在回收炉中燃烧。

必须要进一步蒸发达到65％～70％的固体后才可以燃烧。

这是通过蒸发器形状的容器称为浓缩器或直接接触蒸发器（级联或气旋型），采用锅炉烟气来蒸发完成的。

　　如果使用直接接触蒸发器（旧式设计），空气与黑液在直接加热之前，先在氧化系统混合。

这有助于防止有味气体的释放，由于直接加热接触。

大多数新锅炉使用浓缩器来最终蒸发，因为间接蒸汽加热发出少量的气味。

这是通常被称为低气味的设计。

　　回收锅炉是工厂中最大和最昂贵的硬件的一部分。

它是化学回收过程的核心。

此外，重的黑液喷入炉膛进行有机固体的燃烧。

Heatliberatedfromburningservestoproducesteaminthewatercircuitandreducesulfurcompoundstosulfide。

熔融的金属钠化合物的累积在炉底形成了熔融物的床体。

熔融物，主要包括Na2CO3和NaS（碳酸钠和硫化钠），凭借重力自流到溶解罐。

该溶解罐，装满了水的溶液（弱洗）来冷却熔融物。

这个溶液就是绿液，接下来将输送到苛化区。

苛化

　　绿液被送至苛化区用于转化成蒸煮用的白液。

这一过程开始于净化绿液即去除绿液中的杂质。

净化后的绿液，然后在石灰消化提渣机与石灰混合，形成白液。

　　石灰（氧化钙）将绿液中的Na2CO3（碳酸钠）转化成白液中的NaOH（氢氧化钠）。

为了让反应有完整的时间，白液会通过一系列叫做苛化器的反应罐。

　　第二个由额外的氧化钙产生的化学反应是石灰泥（CaCO3）的沉淀。

石灰泥从白液中通过过滤或重力沉降的方法除去，滤清的白液存储起来用作蒸煮木片。

　　从白液中过滤的石灰泥经过清洗，再除去残留的化学品。

清洗水，或弱洗液，被送到回收锅炉的溶解罐。

洗净的石灰泥被送到石灰窑，经加热变成石灰。

这煅烧石灰，连同购买的补充石灰，用来供应石灰消化提渣机。

　　尽管存在许多差异，典型的硫酸盐浆的回收如图2所示。

下一个步骤是对造纸纸浆的准备。

漂白

　　漂白的主要目标是得到更白或更亮的纸浆。

如果纸厂生产的是棕色纸如挂面纸板，那么漂白这道工序是不需要的。

但是，如果生产的是白纸比如书写纸张或杂志纸，漂白是必需的。

漂白的作用是除去经过蒸煮过程仍然残留的木质素，而木质素是纸浆的颜色和气味的来源。

　　由于在氯漂过程中会有二恶英形成，漂白工厂最近已发展成为纸浆和纸张生产中最有争议的领域。

环保人士认为，纸浆厂排放的二恶英会污染河流，也有研究表明，在污水中的二恶英含量很低，还不足以构成任何危险。

然而，许多技术在过去十年都在发生变化，二恶英的排放已经被大大减少。

　　在1980年以前，漂白的做法是使用大量的氯达到需要的亮度水平。

虽然其他阶段采用的是氢氧化钠、二氧化氯和次氯酸钠，氯依然是首要的漂白剂。

接下来的每一个阶段，都需要清洗残留物。

加氯的阶段是主要的会生成有毒副产品的地方，需要消耗大量的水。

废水的后漂白处理采用了各种方法，成败参半。

　　20世纪80年代中期，由于环境意识的增强，工厂生产也发生了明显的改变。

其中一个变化是，在采用氯和二氧化氯漂白之前，增加氧（O2）的脱木素的使用。

这提供了无氯排放来去除木质素的方法。

这也使得在漂白阶段用到的化学品更少。

　　第二个变化是广泛的重新利用洗浆的滤液，以减少新鲜水的使用，同时也减少了污水从工厂排放之前需要处理的量。

一些现代工厂在采用氧气进行脱木素作用后，使用全封闭压力扩散洗浆机，以进一步减少有毒废水。

　　另一个变化包括增加使用二氧化氯来取代氯气。

二氧化氯不会释放可能产生二恶英的氯离子。

虽然二氧化氯是较昂贵的产品，但漂白同样数额的纸浆，其需要量可以减少2.5～3倍。

有些工序在漂白前采用氧气脱木素作用，可以100％的取代二氧化氯。

　　虽然许多变化的发展使得二恶英排放量有所下降，未来将继续改变。

美国联邦和州监管机构在允许排放的标准上继续存在分歧。

未来的技术将继续朝着漂白过程中二恶英和其他的付产物零排放的方向发展。

浆料准备

　　浆厂生产的纸浆，是不适于大多数等级的纸张的生产。

纸浆中必须添加一些属性，这将有助于均匀分布和纤维粘合。

两个主要的步骤是浆料配比和通过打浆和精磨的机械处理。

　　浆料配比包括增加其他类型的浆以及化学添加剂来达到需要的纸的等级。

加入不同的纸浆和水，才能达到正确的浓度。

浓度是指由干浆纤维在浆水混合物中的比例。

纸机中典型的浓度范围是从1/2～3％。

“碎”纸浆也可以添加到混合物中。

“碎”包括碎纸和碎浆机打浆产生的边角料。

　　此外还需要各种化学添加剂辅助正确的成型和排水。

一些添加剂及其影响如下：

（1）铝-PH值控制和浆纤维的化学保留。

（2）浆粉-提高纸张强度和表面光洁度，在机器的干部“感受”。

（3）填充物-普通的填充物是陶土，碳酸钙，或二氧化钛。

这些颗粒有助于填补纤维之间的缝隙，产生光滑的、明亮的纸张。

　　这些是常用添加剂的一小部分。

化学添加剂和各种纸浆在混合浆池里混合，这种混合物通常被称为配料。

　　浆料处理的另一个步骤包括机械作用，最常见的两种处理方法是打浆和精磨。

这一过程帮助分离和修剪浆纤维，以提高纸张强度，并允许纤维更易吸收水分和添加剂。

两种基本类型的磨浆机是锥形和碟型的磨浆机。

这两种类型的机器都包括一个旋转元件和固定机架，提供剪切作用。

精磨往往是分为两级完成的。

第一级包括只包括原生浆纤维的处理，第二级包括原生浆处理、打浆和化学添加剂。

　　最后，纸浆和化学品的混合物从混合浆池由泵抽通过精磨机到纸机浆池。

该纸机浆池同时由Save-all供料，save-all从来自纸页的白水疏水筛选纤维进入造纸网坑。