一种竹浆粕制备工艺的制作方法

【技术领域】

本发明涉及制浆造纸技术领域，特别涉及一种竹浆粕制备工艺。

背景技术：

溶解浆是一种化学精制浆，由自然界含有纤维素的植物(如棉、木材、竹材等)经化学加工纯化而得到，具有纤维素含量相当高，半纤维素、木素和其它成分含量相当少的特点，作为中间产品具有非常广泛的用途。在进一步加工成最终产品的过程中，要将其溶解在某种溶剂中，因此获得溶解浆的名称。在后续加工过程中，溶解后的纤维素再在另一种溶剂中析出，以此改变纤维的结构和表面形状，甚至制成膜状产品，从而获得多种不同性能的最终产品。

溶解浆主要用途是用于生产粘胶纤维、玻璃纸、纤维素酯(醋酸纤维、硝化纤维等)，纤维素醚(羧甲基纤维素等)等。

溶解浆的原料通常为棉短绒、木材和竹子等。

生产溶解浆的原料应该具备如下品质：纤维素含量高；灰分和树脂含量低；细胞组成较单一，杂细胞少；易于漂白和废液回收；原料易于加工，腐朽较少；原料蓄积量大或易于人工造林。

竹子是常绿浅根性植物，对水热条件要求高，而且非常敏感，地球表面的水热分布支配着竹子的地理分布。全世界竹类植物有70多属1200多种，主要分布在热带及亚热带地区。

竹子适应性强、分布范围、易栽种、易加工。竹子对生长环境要求不高，大多生长在山区等不适宜粮食作物生长的地方，不与粮争地；从经营看，投入小，产出大；从开发看，竹子浑身是宝，从地下的竹鞭到地上的竹笋、竹竿、竹叶都可以开发利用。竹子在许多方面可以代替木材，是优质的非木质资源。

竹子纤维素含量高，纤维细长结实，可塑性好，纤维长度介于阔叶木和针叶木之间，是除木材之外最好的制浆造纸原料，适宜于制备竹溶解浆即竹浆粕。采用竹材生产溶解浆使得溶解浆的生产又多了一种新的可持续再生的新原料，并且竹材生产溶解浆的技术正日臻成熟。

中国竹材制浆造纸对于弥补木材制浆造纸原料资源的严重短缺具有重要替代作用，中国竹浆发展布局重点是东南沿海地区和西南地区。通过实施竹浆林浆纸产业化经营，可以收到扩大基地、促农增收、绿化山川、保障资源等多赢效果，有力推动中国区域经济和生态环境的发展。

竹材原料灰分、果胶及聚戊糖等非纤维素含量较高，采用硫酸盐法蒸煮较为适宜，所以竹浆粕制备方法主要是预水解硫酸盐法。这种方法在制备溶解浆时的目的是：(1)在纤维素发生过度降解之前减少浆料中木素的含量；(2)使半纤维素发生降解便于在蒸煮过程或后期漂白过程中除去；(3)在漂白过程中控制纤维素降解到所需的黏度水平以便于后续操作，同时使产品达到各种终端应用要求的水平；(4)蒸煮之前采用预处理尽量除去半纤维素，避免木素缩合和纤维素水解，提高制浆得率，提高竹浆粕的反应能力。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种发明的竹浆粕制备工艺，以达到制备工艺简约、流程顺畅，产品质量稳定，符合行业标准，可满足用户需求的目的。

为了实现上述技术目的，本发明的设计方案如下：

一种竹浆粕制备工艺，包括以下步骤：

(1)正常的竹片装锅：利用蒸汽装锅器提高竹片装锅重量，且保障装锅质量；

(2)竹片汽蒸水解：利用低压蒸汽或中压蒸汽汽蒸竹片，蒸煮锅里的竹片汽蒸至目标温度发生自水解反应，利用p因子控制水解程度，实现最大程度去除木片中的多戊糖组分；

(3)白液中和：用定量白液中和竹片汽蒸水解时产生的酸性物质如甲酸乙酸等，同时去除少量木片中的木质素；

(4)热液填充：根据用碱量，从蒸煮锅底部泵入定量热黑液和余量热白液；

(5)蒸煮：中压蒸汽直接加热至目标蒸煮温度，用h因子控制蒸煮程度；

(6)置换：利用筛洗工段的黑液置换蒸煮锅的黑液以循环使用，同时冷却蒸煮锅浆料温度；

(7)冷喷放：利用抽浆泵泵放放空蒸煮锅粗浆料；

(8)常规筛洗工序：去除渣浆，得到洗净度达标适宜漂白的细浆料phk浆料；

(9)单段中浓氧脱木素：在压力下使用纯氧和液碱进一步处理浆料，进一步脱除浆料中的木素；

(10)ecf四段漂白工艺：使用漂剂和双氧水溶液次序进一步处理漂白浆料，得到竹浆粕浆。

技术原理：本发明的竹浆粕制备工艺流程包括预水解硫酸盐法置换蒸煮工艺(phk法)、单段中浓氧脱木素工艺和ecf(d0-eop-d1-p)四段漂白工艺；其中phk法包括蒸汽预水解和硫酸盐法置换蒸煮两段连续的处理工序，在同一蒸煮锅里完成。

竹材的聚戊糖含量较高，所以在对竹材进行蒸煮之前首先进行蒸汽预水解。

蒸汽预水解是以饱和过热蒸汽作为预水解剂，在高温下进行预水解的方法，其水解反应迅速，水解液中的h+浓度大，且升温时间短，操作简单，蒸汽耗用量少，在工厂中得到较为广泛的使用。

预水解的目的主要是破坏竹材的初生胞壁，松散竹片的结构，增加蒸煮反应的可及性；此外，通过水解还可以降低半纤维素(主要是木聚糖即聚戊糖)的含量，这些聚戊糖对浆粕的乙酰化及其产物带来负面影响，导致过滤性能差、伪黏度、溶液浑浊等一系列问题。对于预水解工艺参数，相关文献上只提供了大致的范围，且大部分还是针对木材的，而竹材的结构与木材有显著差异，因此需要了解预水解条件如温度、时间等对浆得率及聚戊糖去除率的影响，寻找最佳的预处理效果。

预水解主要通过预水解因子来控制的，预水解因子是20世纪60、70年代由brasch等人提出的，当时是针对松木硫酸盐制浆前的预水解过程，提出类似蒸煮h因子的p因子概念(pre-hydrolysisfactor，简称p-factor)，从而将水预水解温度和时间两个因素综合为一个变量，用于指导预水解工艺条件的制订。

结合竹浆粕制浆实验报告和生产线实际运行工艺参数控制经验，可以得出：要得到高质量的竹浆粕，竹片预水解工艺参数控制到位是重中之重。随着预水解时间延长，产生的乙酰基、甲氧基、末端醛基生成甲酸、乙酸等有机酸，使得体系的ph值下降，这虽然可以为半纤维素的进一步脱除提供帮助，但同时也使得在酸性条件下木质素的活化，发生木质素缩合反应，特别是在高温条件下，缩合反应会使木质素分子变大，更不容易溶出，因而预水解目标温度一般不超过170℃。保温时间超过90min后，得率降低，这是因为竹片进行预水解过程中，除了最容易发生的聚戊糖的水解之外，还会带动木质素的脱除和溶出，当然纤维素的降解也是不可避免的。可能是因为预水解过程中，系统产生的酸加剧了碳水化合物的降解的缘故。同时也可以看出，聚戊糖的去除率随保温时间的延长而增加，但保温时间超过120min后变化不大。

综上所述，为了充分除去聚戊糖而较小地影响丝片得率，选择适宜的预水解目标温度170℃，选择合适的预水解保温时间为120min。

氧脱木素工艺可以有效环保地进一步脱除浆料中的木质素，从而降低后续的漂白成本，并减轻环境污染。进行氧脱木素对于提高溶解浆的反应性能作用不大，但可以减少漂白化学药品的用量，提高溶解浆的白度。

漂白是通过化学药品的作用除去浆中的木素或改变木素发色基团的结构而提高浆粕白度和纯度的化学过程，是溶解浆生产的重要工序。漂白过程中化学反应多，影响因素多，操作复杂。溶解浆的漂白需要达到三个目的：提高纤维素的白度(亮度)；适当地降低纤维素的聚合度，并使分子大小趋于均匀；进一步提高纯度，去除溶解浆中的油脂、蜡质、木素、灰分和铁质等非纤维素杂质，进而提高溶解浆的反应性能。一般来讲，在纺丝工艺不变的情况下，白度越高，反应性能越好。

溶解浆的质量主要依赖于原材料的性质和溶解浆的生产加工过程。

对于溶解浆的生产，原料是基础，蒸煮是关键，漂白是调整，性能是目的。

进一步的，步骤(1)中所述竹片为2～5年生毛竹片。

进一步的，步骤(1)中所述竹片长度为15～25mm，竹片厚度≦6mm。

进一步的，所述竹片的含水量为40％～50％。

进一步的，步骤(2)中所述低压蒸汽的压力≧350kpa；中压蒸汽的压力≧1050kpa；汽蒸水解目标温度为170℃，水解p因子为900。

进一步的，步骤(3)中白液活性碱浓度aa＝120g/l；硫化度为27％；白液温度为75℃。

进一步的，步骤(5)中所述中压蒸汽的压力≧1050kpa。

进一步的，步骤(6)中所述蒸煮锅的规格为3×400m³。

进一步的，步骤(6)中所述蒸煮锅浆料温度低于100℃以下。

进一步的，步骤(10)中所述漂剂为二氧化氯水溶液。

通过本发明的竹浆粕制备工艺方案，可以实现以下效果：

(1)本发明竹浆粕制备工艺简约、流程顺畅，产品质量稳定，符合行业标准，可满足用户需求。

(2)本发明竹浆粕制备工艺的意义在于用易得的竹材代替木材制备溶解浆，作为生产纤维素衍生物的原材料，解决用于溶解浆制造的木材原料短缺的问题，也为竹材可再生资源的高值利用找到新的出路。通过实施竹浆林浆纸产业化经营，可以收到扩大基地、促农增收、绿化山川、保障资源等多赢效果，有力推动中国区域经济和生态环境的发展，充分体现了经济效益、社会效益、环境效益的统一。

【附图说明】

图1是本发明的蒸煮工艺流程示意图；

图2是本发明竹浆粕制备工艺生产线路图；

图3是竹片装锅示意图；

图4是竹片汽蒸水解示意图；

图5是中和示意图；

图6是热液填充蒸煮示意图；

图7是置换示意图；

图8是放锅示意图。

【具体实施方式】

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

一种竹浆粕制备工艺，包括以下步骤：

(1)正常的竹片装锅：利用蒸汽装锅器提高竹片装锅重量，且保障装锅质量；

(2)竹片汽蒸水解：利用低压蒸汽、中压蒸汽加热竹片，蒸煮锅竹片汽蒸至目标水解温度，利用p因子控制水解程度；

(3)白液中和：用定量白液中和竹片水解反应生成的酸性产物；

(4)热液填充：根据用碱量，从蒸煮锅底部泵入定量热黑液和余量热白液；

(5)蒸煮：中压蒸汽直接加热至目标蒸煮温度，用h因子控制蒸煮程度；

(6)置换：利用筛洗工段的黑液置换蒸煮锅的黑液以循环使用，同时冷却蒸煮锅浆料温度；

(7)冷喷放：利用抽浆泵泵放放空蒸煮锅粗浆料；

(8)常规筛洗工序：得到洗净度达标适宜漂白的细浆料phk浆料；

(9)单段中浓氧脱木素进一步处理浆料，进一步脱木素；

(10)〕ecf四段漂白工艺进一步处理浆料，得到质量达标的竹浆粕浆。

步骤(1)中所述竹片为普通2年～5年生毛竹片。

步骤(1)中所述竹片长度15mm～25mm；竹片厚度≦6mm。

所述竹片的含水量为40％～50％。

步骤(2)中所述低压蒸汽的压力≧350kpa。

步骤(3)中白液活性碱浓度aa＝120g/l；硫化度：27％；白液温度：75℃。

步骤(5)中所述中压蒸汽的压力≧1050kpa。

步骤(6)中所述蒸煮锅的规格为3×400m³。

步骤(6)中所述蒸煮锅浆料温度低于100℃以下。

步骤(9)中所述中浓氧脱木素。

步骤(10)中所述ecf四段漂白工序包括常规的d0-eop-d1-p四段短序漂白工艺技术。

下面通过更具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

如图1、2所示，一种竹浆粕制备工艺，包括以下步骤：

(1)正常的竹片装锅：利用蒸汽装锅器提高竹片装锅重量，且保障装锅质量；

(2)竹片汽蒸水解：利用低压蒸汽、中压蒸汽汽蒸加热竹片，目标水解温度170℃，目标p因子为900；

(3)白液中和：用120m³白液中和竹片汽蒸水解产生的酸性产物；

(4)热液填充：根据用碱量，从蒸煮锅底部泵入定量热黑液和余量热白液；

(5)蒸煮：中压蒸汽直接加热至目标蒸煮温度，用h因子控制蒸煮程度；

(6)置换：利用筛洗工段的黑液置换蒸煮锅的黑液以循环使用，同时冷却蒸煮锅浆料温度低于100℃以下；

(7)冷喷放：利用抽浆泵泵放放空蒸煮锅浆料；

(8)常规筛洗工序：得到洗净度达标适宜漂白的细浆料phk浆料；

(9)单段中浓氧脱木素进一步处理浆料，进一步脱木素；

(10)ecf四段漂白工艺进一步处理浆料，得到质量达标的竹浆粕浆。

生产线设计运行及原料辅材基本参数如下。

蒸煮锅：3×400m³

产能：竹浆粕230风干吨/天；

竹片种类：2年生～5年生毛竹

竹片基本密度：480kg/m³

竹片散堆密度：≧190kg/m³

竹片规格要求：竹片长度15mm～25mm

竹片厚度≦6mm

各筛层存留竹片比率：40mm*40mm≦1％；5mm*5mm≦3％

竹片水份：水洗40％～50％

白液：活性碱浓度aa＝120g/l(naoh计)

硫化度：27％

冷白液温度：75℃

中压蒸汽(饱和)：压力≧1050kpa

低压蒸汽(饱和)：压力≧350kpa

phk法置换蒸煮后制浆性能情况如下：

①浆料硬度k：13.5～14.6；

②浆料平均聚合度632；

③黑液残碱24.6g/l。

竹浆粕phk法置换蒸煮周期：(对比了木浆粕一个蒸煮周期)

注：公共系统中压蒸汽压力高低影响汽蒸水解、热注和蒸煮进程时间。

实施例2

2019年9月11日-27日采用本发明的竹浆粕制备工艺生产竹浆粕，期间顺利连续生产出2千多吨质量合格的竹浆粕。

本发明的竹浆粕一个蒸煮生产周期如下：

(1)正常的竹片装锅：如图3所示，竹片由皮带输送机加入，通过旋风分离器、风机排气；低压蒸汽用于均匀装锅和提高装锅量。

(2)竹片汽蒸水解：

如图4所示，竹片由低压蒸汽、中压蒸汽加热，蒸汽通过蒸煮锅底部和顶部置换筛板进入蒸煮锅，竹片汽蒸至目标水解温度170℃，目标p＝900。

(3)中和：如图5所示，用120m³白液中和水解产生的酸性产物。

(4)热液填充：如图6所示，往蒸煮锅底部泵入380m³热黑液和余量的热白液(白液用量据用碱量和目标浆料硬度调整)

(5)加热蒸煮：如图7所示，利用直接通汽(蒸汽喷嘴)或间接加热至目标蒸煮温度比如164℃，利用h因子控制蒸煮程度比如h因子设定1700，蒸煮时间约180min。

(6)置换：如图8所示，利用置换液槽约78℃的黑液置换蒸煮锅里的高温黑液以循环使用，蒸煮锅的浆料温度降至100℃以下，置换时间约80min。

(7)冷喷放：利用抽浆泵泵放放空蒸煮锅粗浆料，放锅期间利用置换液泵稀释浆料，放锅浆料温度在100℃以下，放锅时间约30min以内。

(8)常规筛洗工序：筛除渣浆，得到洁净的细浆料phk浆；

(9)单段中浓氧脱木素进一步处理浆料，氧脱段处理时间为1:00h，处理温度为95℃，浆料浓度为10％，液碱消耗为≥18.0kg/odt，进一步脱木素；

(10)ecf四段漂白工艺进一步处理浆料，其中漂白d段所用的漂剂为浓度为8.0g/l二氧化氯水溶液，漂白p段所用的漂剂双氧水h2o2为浓度27.5％的工业用双氧水，漂白e段所用的漂剂液碱为浓度32％的工业用液碱，得到质量达标的竹浆粕浆。

其中预水解硫酸盐法置换蒸煮phk工艺控制如下表表1所示：

表1预水解硫酸盐法置换蒸煮phk工艺条件

采用上述phk制浆工艺制得的phk粗浆料制浆性能如下表2所示。

表2phk粗浆料制浆性能

其中单段中浓氧脱木素段生产工艺参数如下：

浆料运行浓度：8.0～10.0％

液碱消耗：18.0～22.0kg/adt

氧气消耗：液碱单耗*0.8kg/adt

氧脱段运行温度：95℃～105℃

氧脱段浆料滞留时间即反应时间约60min

出氧脱段浆料硬度：7.0k～9.0k

其中四段漂白关键生产工艺参数控制见下表表3所示：

表3竹浆粕d0-eop-d1-p四段漂白工艺条件

采用本发明实施例2的竹浆粕制备工艺路线制得的竹浆粕成品质量情况如表4所示：

表4竹浆粕成品质量情况

由表4可看出，本发明实施例2制得的成品竹浆粕的白度为89.55％，完全符合溶解浆的要求；铁离子含量(5mg/kg)能满足溶解浆要求；α-纤维素含量和平均聚合度分别为93.7％和476，能满足溶解浆的要求；浆粕质量综合指标反应性能11mlcs2过滤时间27秒，比较理想。

采用本发明竹浆粕制备工艺制得的竹浆粕经下游粘胶纤维厂如山东三友使用正常，质量符合用户要求。

综上所述，采用本发明竹浆粕制备工艺可以制得质量合格的竹浆粕。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。