全球首臺裝有高效脫氣緊湊型濕部的衛(wèi)生紙機

Topi Helle Juha Iso-Herttua Joan Vila Carles Jord

全球首臺裝有高效脫氣緊湊型濕部的衛(wèi)生紙機

Tissue Machine with a Compact Wet End with Active Degassing

Topi Helle Juha Iso-Herttua Joan Vila Carles Jord

本文介紹了高效脫氣緊湊型濕部系統(tǒng)對衛(wèi)生紙生產(chǎn)的好處，如快速更換紙種、增加紙機穩(wěn)定性、提高纖維留著率、減少用水量等。

概述

本文的目的是為了探討在衛(wèi)生紙機中，安裝高效脫氣緊湊型濕部系統(tǒng)所起的作用。西班牙貝薩盧的LC Paper公司在一臺新月型衛(wèi)生紙機上安裝了一套POM緊湊型濕部系統(tǒng)，該紙機幅寬2.7m，年產(chǎn)量3.5萬t。POM緊湊型濕部系統(tǒng)體積小，可實現(xiàn)紙種的快速變換，當初選用緊湊型濕部系統(tǒng)時，是為生產(chǎn)彩色衛(wèi)生紙而設計，脫氣可能產(chǎn)生的積極效果尚未考慮。

為了探尋裝有高效脫氣的緊湊型濕部系統(tǒng)與傳統(tǒng)濕部系統(tǒng)相比可能產(chǎn)生的積極效果，紙廠進行了現(xiàn)場試驗。通常衛(wèi)生紙機不配備脫氣器。這次試驗的設想是脫氣器將產(chǎn)生非常好的效果，試驗證明了即使是生產(chǎn)普通衛(wèi)生紙的紙機，增加脫氣器的投資也是物有所值的。試驗時，在流漿箱中使用了不同空氣含量的漿料。

通常抄紙過程中夾帶的空氣由幾種氣體和水蒸氣組成。微生物和化學反應也會產(chǎn)生氣體，如填料碳酸鈣在pH呈酸性時會分解成二氧化碳。不同的氣體根據(jù)其溶解度以不同的濃度溶解于漿料懸浮液中。在本文中，空氣是指存在于抄紙漿料中的任何氣體。

在漿料懸浮液中，空氣以三種形式存在：游離空氣、結(jié)合空氣和溶解空氣。游離空氣由大氣泡組成，氣泡往往會以泡沫形式上升到懸浮液表面。另外游離空氣會通過泵送等機械作用與纖維結(jié)合。結(jié)合空氣由小氣泡組成，它們緊緊附著于纖維表面，會使纖維形成纖維束。游離空氣和結(jié)合空氣統(tǒng)稱為夾帶空氣。而溶解空氣只要保持溶解狀態(tài)，不會對抄紙工藝產(chǎn)生影響。如果漿料懸浮液的溫度和壓力發(fā)生變化，溶解空氣會轉(zhuǎn)化成游離空氣和結(jié)合空氣。

空氣會對抄紙工藝和紙張性質(zhì)產(chǎn)生許多不利的影響。其中最常見的影響是形成懸浮液表面泡沫，在紙頁上產(chǎn)生氣泡痕。此外，紙頁的濕強度和干強度要比脫氣后抄造的紙頁低?？諝膺€會降低紙頁在網(wǎng)上的脫水率，導致成形差。另外，漿料懸浮液中的空氣會造成紙機上漿系統(tǒng)中泵和壓力脈沖的能量損失。

脫氣是為了避免紙機中的空氣和其他氣體帶來的不良影響?？諝饪赏ㄟ^化學或機械作用去除。良好的工藝設計（包括管道設計和漿料配比），以及合適的溫度、pH值和壓力都有助于防止?jié){料懸浮液中氣體的產(chǎn)生。做好這些可以減少脫氣的需要，但一些機械脫氣仍是必須的。在網(wǎng)下白水坑可去除一些游離空氣，但是若要將空氣全部去除則需要利用一個真空脫氣器或POMp脫氣器。通常衛(wèi)生紙機僅在網(wǎng)下白水坑或水槽中進行脫氣。這主要是因為衛(wèi)生紙機流漿箱中的漿料濃度太低，造成唇板漿流太快，如果使用真空脫氣器，成本會非常高。相對衛(wèi)生紙機的生產(chǎn)能力而言，真空脫氣器的尺寸過大。

緊湊型濕部系統(tǒng)

POM緊湊型濕部系統(tǒng)是一個有效的濕部工藝的簡易解決方案。漿流得到直接控制，系統(tǒng)以最小的開孔面積實現(xiàn)水力封閉。另外，漿料上網(wǎng)后空氣立即被脫去，使整個短循環(huán)無空氣，如圖1所示。采用雙層流漿箱，白水在POMp脫氣器和Cyclopipe輸送管中進行脫氣，隨后由泵送至POM進漿管，從進漿管溢流的白水則進入纖維回收系統(tǒng)。在進漿管的底部，從POMix混漿器送來的濃漿被白水稀釋后，泵送至流漿箱。

圖1 新月型衛(wèi)生紙機裝有高效脫氣的緊湊型濕部

在開起和更換紙種時，緊湊型濕部易于操控。與復雜龐大的傳統(tǒng)濕部系統(tǒng)相比，緊湊型濕部的干擾源要少很多。在各種紙機和紙板機中，約70套緊湊型濕部系統(tǒng)的運行表明它減少了損紙量、耗水量、化學品用量和能耗。當紙機上漿系統(tǒng)設計得盡可能緊湊時，抄紙過程中夾帶的空氣在產(chǎn)生之初就立即被去除，例如，隨白水一起離開成形網(wǎng)。在POM系統(tǒng)中，脫氣由POMp脫氣器完成，它是利用離心力進行脫氣，如圖2所示。通過把水沖壓向轉(zhuǎn)鼓形成的高離心力，去除夾帶空氣，這樣氣泡從漿料和水中析出。已脫氣的白水直接送入無任何開口槽的水力增壓分配系統(tǒng)。真空作用使溶解空氣脫除。POMp脫氣器本身也是為了獲得穩(wěn)定性和低脈沖而設計的。

從POMp脫氣器溢流的白水和抽吸水流入Cyclopipe輸送管。白水沿切線方向流出，大氣泡將被消除，然后白水泵送至POM進漿管，進漿管和溢流槽一起形成了增壓的漿料分配系統(tǒng)，在這里根據(jù)白水濃度不同進行分配利用，如最濃的白水用于最近的流漿箱，最稀的白水送到長循環(huán)和纖維回收系統(tǒng)。

圖2 用于白水脫氣的POMp730離心脫氣器，代替了網(wǎng)下白水坑脫氣

POMix緊湊型混漿器體積小，混合強度高，通常有一段或多段。在本試驗的衛(wèi)生紙機上安裝了兩臺緊湊型混漿器，均配有顏料預混合槽，一臺混漿器用于短纖維，另一臺用于長纖維。POMix混漿器可完成多種漿料和濕部添加劑在緊湊裝置內(nèi)混合。漿料從POMix混漿器送入紙機，漿料的絕干量是可控的。POMix混漿器主要是為了迅速而精準地更換紙種而設計的，它代替了傳統(tǒng)紙機的抄前池和配漿槽，如圖3所示。

圖3 POMix緊湊型混漿器

試驗

為期3天的試驗在西班牙貝薩盧LC Paper公司的3號新月型衛(wèi)生紙機上進行。在這次試驗中，盡可能保持抄紙過程的所有控制參數(shù)不變，僅改變空氣含量來觀察較高空氣含量所產(chǎn)生的影響。在3天的試驗期間，紙機生產(chǎn)質(zhì)量和定量均相同的衛(wèi)生紙原紙，見表1。在脫氣器的進料槽加入少量的消泡劑防止泡沫的產(chǎn)生。該紙種未添加任何顏料。

表1 紙機試驗時的設定參數(shù)

空氣含量采用膨脹法測量。通過改變POMp脫氣器的轉(zhuǎn)速來改變空氣含量，以此與沒有高效脫氣的情況相比較。

結(jié)果與討論

在試驗的第2天，將流漿箱中漿料的夾帶空氣量由0.03%增至1.0%，如圖4所示。夾帶空氣對抄紙的影響已經(jīng)公認，而溶解空氣只要保持溶解狀態(tài)則對抄紙過程不產(chǎn)生影響。第3天夾帶空氣量保持在0.4%左右。在脫氣器前的白水盤中，夾帶空氣量約為9.0%，溶解空氣量約為2.0%。在本次試驗中，脫氣器未對溶解空氣進行有效去除，但是若提高脫氣器內(nèi)部的真空度，POMp脫氣器能有效地去除溶解空氣。

試驗過程中，利用DCS和QCS收集數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)我們能發(fā)現(xiàn)，當空氣含量增加時，網(wǎng)下白水濃度明顯提高。這表明，在空氣含量轉(zhuǎn)高時，第一程的留著率降低。白水濃度通過對氣泡敏感的Lange SC1000儀器進行在線光學檢測，不過，檢測時的壓力超過2bar，會使氣泡溶解。溶解空氣不會對光學檢測濃度造成影響。隨著空氣量的增加，第一程留著率從89%降至78%。第一階段的夾帶空氣含量為1.1%，第二階段為0.4%，第三階段為0.1%以下。通過高效脫氣后，網(wǎng)下白水濃度由434mg/L降至226mg/L。網(wǎng)下白水濃度測量結(jié)果如圖5所示。在纖維回收后，空氣含量較高的網(wǎng)下白水濃度為70mg/L，經(jīng)過高效脫氣后白水濃度僅為25mg/L。

圖4 紙廠試驗期間的流漿箱中夾帶空氣和溶解空氣含量

圖5 網(wǎng)下白水濃度

以前在長網(wǎng)中試紙機上的試驗結(jié)果也表明，增加空氣含量同樣會降低留著率。此外，在那些研究中，空氣的去除還使紙機車速得到提高，但在衛(wèi)生紙機的試驗中未出現(xiàn)這種情況。使用新聞紙廢紙漿在中試夾網(wǎng)紙機上的試驗也表明，去除空氣對紙機車速沒有明顯的影響。這可能是因為新月型成形器和夾網(wǎng)型成形器的湍流太大，以致于小氣泡幾乎不會影響網(wǎng)部的脫水。對于長網(wǎng)成形器而言，增加空氣含量會使紙機車速明顯降低，這可能是因為氣泡堵塞了網(wǎng)孔，增大了湍流，從而削弱了成形器脫水。

據(jù)紙廠生產(chǎn)人員說，在試驗第2天快結(jié)束時，由于空氣含量過高（夾帶空氣量1.0%），紙機出現(xiàn)了運行問題。空氣含量高造成多次斷紙，使第一程留著率低。

同時，空氣含量高還影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。流漿箱的壓力變化明顯增加，如圖6所示。第四階段和第七階段采用了高效脫氣。第五和第六階段的夾帶空氣含量為0.4%～1.1%，第四和第七階段的夾帶空氣含量低于0.1%。眾所周知，空氣對濕部穩(wěn)定性會產(chǎn)生負面影響。

圖6 試驗期間流漿箱內(nèi)部壓力

紙廠試驗期間生產(chǎn)的衛(wèi)生紙其品質(zhì)在正常范圍內(nèi)，可照常出售。紙廠對每個大卷筒原紙的性能進行了分析，如定量、抗張強度、厚度、水分、白度和亮度。其中抗張強度和勻度有輕微的提高。勻度采用統(tǒng)計學的t-檢驗法進行檢驗，如圖7所示。從目測來看，脫氣后衛(wèi)生紙的勻度十分好。此外未發(fā)現(xiàn)紙頁的其他性質(zhì)有顯著差異。

圖7 流漿箱漿料中夾帶的空氣含量對衛(wèi)生紙勻度的影響。用Ambertec Beta勻度測試儀檢測10張定量為19g/m2的紙樣獲得的勻度數(shù)據(jù)。

由于脫氣能提高紙機運行穩(wěn)定性，如圖6中的壓力變化所示，因此預計脫氣將會改善紙頁的一些性質(zhì)。衛(wèi)生紙機流漿箱中漿的濃度非常低，僅為0.2%，另外衛(wèi)生紙多孔，因此衛(wèi)生紙的性質(zhì)可能不會再有顯著的改善。然而，對于大多數(shù)紙和紙板來說，流漿箱中的漿料濃度和密度較高時，有望進一步改善紙頁性能，例如強度或勻度。

試驗中衛(wèi)生紙機的濕部噸紙耗水量為2.5m3，比傳統(tǒng)濕部的耗水量4m3少很多。采用不需要液封的真空抽風機可節(jié)水1m3/t紙，因為裝有POM系統(tǒng)的濕部緊湊且無空氣，所以清潔和留著率較高的這一系統(tǒng)可節(jié)省噴淋用清水0.5m3/t紙。另外，快速更換紙種和紙機的快速起動可減少損紙量，這讓該系統(tǒng)具有節(jié)省更多清水的潛力。

結(jié)論

顯然，帶有高效脫氣的POM緊湊型濕部系統(tǒng)對衛(wèi)生紙的生產(chǎn)有諸多好處。根據(jù)西班牙LC Paper公司的試驗（增加夾帶空氣含量）結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

· 由于緊湊型濕部系統(tǒng)的體積小，上漿系統(tǒng)的速度比普通系統(tǒng)快了3倍以上。

· 氣泡的出現(xiàn)會干擾泵輸送漿料，緊湊型濕部比傳統(tǒng)濕部更穩(wěn)定。流漿箱的壓力波動小。

· 在衛(wèi)生紙的性質(zhì)方面，紙頁的勻度和抗張強度有輕微變化。未發(fā)現(xiàn)紙頁的其他性質(zhì)有顯著變化。這可能要歸因于流漿箱中的漿料濃度低和衛(wèi)生紙多孔性。

· 氣泡會堵塞網(wǎng)孔，增加湍流。經(jīng)高效脫氣后濾水性能得到改善，有可能使第一程留著率提高10%以上。

· POM系統(tǒng)可節(jié)省耗水量10%以上。這可能是因為緊湊且無空氣的濕部更潔凈和有較高的留著率。另外，快速更換紙種和紙機的快速起動讓該系統(tǒng)具有節(jié)省更多清水的潛力。

（黎的非編譯自Tissue World American 2012論文集，孫靜終審）