生物酶控制樹(shù)脂技術(shù)在木片磨木漿車(chē)間的應(yīng)用

李云澤

（南紙股份有限公司技術(shù)中心，福建 南平 353000）

0 前 言

在制漿造紙工業(yè)中，樹(shù)脂障礙的控制問(wèn)題一直是一個(gè)非常重要的課題。

在造紙?jiān)稀垵{中，除了存在纖維素、半纖維素和木素外，還含有少量不溶于水而溶于中性有機(jī)溶劑（如乙醚、丙酮、苯醇等）的化合物。這些物質(zhì)被稱(chēng)為有機(jī)溶劑抽出物，代表了植物中的樹(shù)脂。樹(shù)脂雖然在紙漿中含量較少，但在制漿造紙過(guò)程中，會(huì)以多種方式沉積在設(shè)備的表面上，從而產(chǎn)生一系列的樹(shù)脂障礙問(wèn)題，對(duì)制漿造紙及其產(chǎn)品質(zhì)量有著很大的影響，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)于制漿造紙工作者來(lái)說(shuō)，如何在生產(chǎn)過(guò)程中最大限度地消除樹(shù)脂障礙帶來(lái)的影響，是一個(gè)無(wú)法回避的課題。

1 紙漿中的樹(shù)脂及其危害

樹(shù)脂是樹(shù)木生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，廣泛存在于木材中。對(duì)于制漿造紙工業(yè)來(lái)說(shuō)，一般將木材尤其是針葉木的樹(shù)脂習(xí)慣上分為四類(lèi)：游離的脂肪酸、游離的樹(shù)脂酸、甘油三酸脂和不皂化物。但是，不同樹(shù)脂組分具有不同的沉積性能，也說(shuō)明紙漿中樹(shù)脂總量的多少不是樹(shù)脂障礙發(fā)生的主要因素。許多研究表明，樹(shù)脂中的甘油三酸脂是使樹(shù)脂發(fā)生沉積的關(guān)鍵物質(zhì)。甘油三酸脂（triglycerides，簡(jiǎn)稱(chēng)TG）屬于極性分子。它與其他極性分子（如脂肪酸等）相比，更易與疏水性的金屬表面形成范德華力，從而引起樹(shù)脂的沉積。

紙漿中樹(shù)脂的沉積對(duì)制漿造紙的影響主要有兩個(gè)方面：一是樹(shù)脂的沉積能夠影響制漿造紙過(guò)程；二是樹(shù)脂的沉積會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降。具體來(lái)說(shuō)，主要有以下危害：

1.1 樹(shù)脂對(duì)紙機(jī)的危害

在紙機(jī)網(wǎng)部，樹(shù)脂沉積在成形網(wǎng)上，影響紙頁(yè)的成形質(zhì)量；樹(shù)脂沉積在真空吸水箱上，降低吸水箱工作效率。

在紙機(jī)壓榨部，樹(shù)脂沉積在壓榨輥、毛毯上，會(huì)降低毛毯吸水性，引起紙張孔洞，甚至斷紙。

在紙機(jī)干燥部，會(huì)降低烘缸導(dǎo)熱率，引起烘缸粘紙、斷頭。

所有這些影響的直接結(jié)果就是增加了設(shè)備清洗和維修時(shí)間，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

1.2 樹(shù)脂沉積對(duì)紙張質(zhì)量的影響

在抄紙過(guò)程中，樹(shù)脂沉積物或?qū)⒔档兔撍始凹堩?yè)的勻度和強(qiáng)度，或可形成樹(shù)脂斑點(diǎn)和孔洞。

樹(shù)脂的存在還會(huì)降低纖維間的結(jié)合力，從而降低紙漿的強(qiáng)度，最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 解決樹(shù)脂問(wèn)題的傳統(tǒng)方法及其缺陷

2.1 木材陳化法

對(duì)木材進(jìn)行陳化處理，以降低樹(shù)脂含量，需要占用大量土地，造成資金積壓，并降低磨木漿的白度、強(qiáng)度及得率。

2.2 工藝控制法

加強(qiáng)系統(tǒng)的停機(jī)清洗，定期排放白水，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，并增加了水耗及污染。

2.3 滑石粉吸附法

容易造成生產(chǎn)設(shè)備的磨損，較難操作和計(jì)量。

2.4 明礬固定法

容易造成生產(chǎn)設(shè)備的磨損，也較難操作和計(jì)量。使用大量明礬固定樹(shù)脂，縮小了pH適用范圍，對(duì)設(shè)備有較大腐蝕性，還會(huì)降低漿料白度。

2.5 表面活性劑分散法

表面活性劑會(huì)給施膠帶來(lái)潛在的不利影響，如產(chǎn)生泡沫，小塊沉積物的脫落會(huì)造成紙病或斷頭，在白水封閉系統(tǒng)中還會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂的積聚。某些表面活性劑或分散劑會(huì)有毒性或是難以降解，對(duì)環(huán)境保護(hù)相當(dāng)不利。

3 生物酶控制樹(shù)脂的機(jī)理

利用生物技術(shù)來(lái)解決制漿造紙過(guò)程中的樹(shù)脂問(wèn)題，是隨著造紙工業(yè)的發(fā)展而提出的一項(xiàng)新的樹(shù)脂控制技術(shù)。其方法之一就是利用生物酶處理紙漿中的樹(shù)脂，從而達(dá)到控制樹(shù)脂沉積的目的。

酶是一種高效能、高專(zhuān)一性、高度可變性的高分子有機(jī)催化劑。其中的脂肪酶（即甘油酯水解酶），是一種能夠分解脂肪的酶。許多研究表明，樹(shù)脂中的甘油三酸酯（TG）是制漿造紙過(guò)程中產(chǎn)生樹(shù)脂障礙的有害組分之一，在紙漿中加入脂肪酶，可通過(guò)將TG水解成低黏性的脂肪酸和水溶性甘油，從而抑制樹(shù)脂的沉積。

4 南紙TMP生產(chǎn)狀況

歷史上，福建南紙股份有限公司的原料主要依靠當(dāng)?shù)氐鸟R尾松。馬尾松來(lái)自于周邊地區(qū)，許多是割完樹(shù)脂后的“割脂木”。馬尾松樹(shù)脂和有機(jī)抽出物含量高達(dá)3%(重量比)。南紙股份有限公司TMP車(chē)間于1998年3月試車(chē)，同年5月7日正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為日產(chǎn)TMP200 t，其原料為馬尾松。它是南紙股份有限公司擁有最新技術(shù)裝備的5號(hào)紙機(jī)的供漿車(chē)間，約占其漿料配比的30%左右。由于原有紙機(jī)的運(yùn)行車(chē)速低，樹(shù)脂障礙的影響并不大。隨著年產(chǎn)18 萬(wàn)t新聞紙的5號(hào)紙機(jī)的運(yùn)行投產(chǎn)，在高車(chē)速下TMP中大量的樹(shù)脂嚴(yán)重影響了5號(hào)紙機(jī)的正常運(yùn)行，造成糊網(wǎng)、粘缸等現(xiàn)象及頻繁的斷頭，致使紙機(jī)車(chē)速始終無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)水平，同時(shí)紙機(jī)的清洗周期達(dá)到每天一次，嚴(yán)重影響了紙機(jī)的產(chǎn)量和新聞紙的質(zhì)量。為減少樹(shù)脂障礙，TMP車(chē)間曾一度提高陳化木的用量，減少新鮮材的用量，但結(jié)果是TMP漿的白度和裂斷長(zhǎng)都大大降低，嚴(yán)重影響了成紙的質(zhì)量指標(biāo)。面對(duì)難題，南紙股份公司開(kāi)拓思路，從2000年3月開(kāi)始，決定采用美國(guó)EDT公司的產(chǎn)品——生物酶，以解決樹(shù)脂問(wèn)題。

5 生物酶在南紙TMP車(chē)間的應(yīng)用及添加生物酶的工藝流程

在南紙TMP車(chē)間的實(shí)際應(yīng)用中，采用了生物酶與硫酸鋁配合使用的方法。主要步驟如下：

（1）利用生物酶催化TG水解成甘油和脂肪酸；

（2）采用硫酸鋁固定法將有害樹(shù)脂水解產(chǎn)物脂肪酸“固定”在纖維表面上。在硫酸鋁溶液中，鋁的絡(luò)離子化合物主要有5種形態(tài)：Al3+、[Al（OH）]2+、[Al8（OH）20]4+、[Al（OH）4]-、Al（OH）3，pH值不同。這5種形態(tài)的組成也不相同，在pH值為4.8時(shí)，溶解狀態(tài)的水解組分[Al8（OH）20]4+濃度最高。 [Al8（OH）20]4+借助于氫鍵聚結(jié)脂肪酸，成為帶正電性的聚合物。當(dāng)系統(tǒng)中存在紙漿時(shí)，帶正電性的脂肪酸聚合物會(huì)強(qiáng)烈地吸附在帶負(fù)電性的纖維表面上，完成脂肪酸的“固定”，被纖維帶走，而不會(huì)造成樹(shù)脂沉積而形成樹(shù)脂障礙。

6 生物酶的工藝流程

生物酶控制樹(shù)脂的過(guò)程主要是在TMP車(chē)間的貯漿塔中完成的。生物酶和一定濃度的硫酸鋁分別泵送至中濃塔，在這里二者與漿料充分混合后，由中濃泵泵送至貯漿塔，在貯漿塔中停留2h后，再經(jīng)送漿泵送往造紙車(chē)間。具體工藝流程，見(jiàn)圖1。

圖1 南紙TMP車(chē)間生物酶控制樹(shù)脂障礙工藝流程

7 生物酶控制技術(shù)的改進(jìn)

隨著生物酶的應(yīng)用，樹(shù)脂障礙得到了有效的控制，在此基礎(chǔ)上，南紙TMP車(chē)間逐漸提高原料中新鮮材的比重，以獲得更高的成漿質(zhì)量，見(jiàn)圖2。在此過(guò)程中，我們采用EDT公司提供的快速測(cè)定紙漿中TG含量的方法，對(duì)生物酶處理前、后的TMP漿料的TG含量進(jìn)行了大量的跟蹤測(cè)定，在數(shù)據(jù)指導(dǎo)下及時(shí)調(diào)整生物酶與硫酸鋁用量，以保持樹(shù)脂控制能力，保證漿料中的TG含量始終處于安全的濃度范圍內(nèi)。

圖2 生物酶處理對(duì)TMP白度及新鮮材用量的影響

經(jīng)過(guò)大量生產(chǎn)實(shí)踐，我們定下了以下優(yōu)化方案：

（1）將生物酶的用量由原來(lái)的250 mg/kg漿提高到350 mg/kg漿，使絕大多數(shù)的TG得以有效降解。

（2）硫酸鋁的用量由4kg/t漿提高到10kg/t漿。

（3）在送漿稀釋水中加入一定量的滑石粉以降低漿料的黏性。

工藝優(yōu)化的結(jié)果是使原料中新鮮材的用量達(dá)到60%～80%，而TMP中的TG含量由處理前的0.7%（平均值）降至安全范圍（0.2%以下）。

8 生物酶技術(shù)應(yīng)用的成果

生物酶控制樹(shù)脂障礙的技術(shù)在TMP車(chē)間的成功應(yīng)用，使5號(hào)紙機(jī)的運(yùn)行得到明顯改善。在加酶后的幾天里，紙機(jī)壓榨、毛布、成型網(wǎng)和干網(wǎng)上樹(shù)脂的沉積明顯下降，紙機(jī)正常運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，斷頭次數(shù)減少，產(chǎn)量增加。在第一個(gè)月，紙機(jī)停機(jī)清洗的次數(shù)從試驗(yàn)前每周7～10次減少到每周一次。紙機(jī)車(chē)速?gòu)? 100 m/min提高到1 350 m/min。六個(gè)月后，紙機(jī)清洗的頻率進(jìn)一步延長(zhǎng)到每10天一次。漿的白度從原來(lái)采用老化木材時(shí)的約52%ISO提高到（55%～57%）ISO，而且紙機(jī)車(chē)速提高到1 500 m/min。

9 結(jié)束語(yǔ)

自從50多年前南紙投產(chǎn)起，樹(shù)脂障礙問(wèn)題就一直困擾著南紙新聞紙的生產(chǎn)。直至引入生物酶之前曾使用過(guò)許多化學(xué)處理方案都沒(méi)有獲得令人滿(mǎn)意的結(jié)果。生物酶技術(shù)的成功應(yīng)用給我們帶來(lái)了新的可能，并改變了原材料處理和未來(lái)木材供應(yīng)方面的思路。到目前為止使用這一技術(shù)獲得的成果是：

（1）基本上解決了樹(shù)脂沉積問(wèn)題。

（2）減少了紙頁(yè)斷頭和紙機(jī)清洗次數(shù)。

（3）增加了紙機(jī)的正常運(yùn)行時(shí)間和產(chǎn)量。

（4）改善了漿的白度和強(qiáng)度。

（5）延長(zhǎng)毛布和網(wǎng)的使用壽命。

（6）減少木材存儲(chǔ)，加快資金周轉(zhuǎn)。

（7）改善操作環(huán)境。

總的說(shuō)來(lái)，生物酶控制樹(shù)脂非常成功，超出了預(yù)期。而且，它開(kāi)辟了在其他工藝過(guò)程中應(yīng)用生物酶的新的可能性，如改善漂白、脫墨、殺菌和水處理等，為制漿造紙新技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供了新的思路。

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