打漿酶在生活用紙中的應用實踐

王佩和 ，高 研 ，李 政 ，李玉彬 ，王習文

（琥珀紙業(yè)有限責任公司，遼寧撫順 113000；湖南海正生物科技有限公司，湖南岳陽 414000；華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州 510640）

1 前言

現(xiàn)代造紙企業(yè)多使用商品漂白硫酸鹽針葉木漿和漂白硫酸鹽闊葉木漿為原料生產(chǎn)生活用紙，這2種木漿因基材及成漿特性不同，漂白硫酸鹽針葉木漿的市場單價一般都遠高于漂白硫酸鹽闊葉木漿。琥珀紙業(yè)有限責任公司新月形生活用紙紙機的雙制漿系統(tǒng)和雙層流漿箱結(jié)構(gòu)，能夠靈活調(diào)配針葉木漿和闊葉木漿的配漿比例，以達到降低纖維成本的目的。由于針葉木漿對成紙強度的貢獻遠大于闊葉木漿，當針葉木漿的質(zhì)量占比低于35%，成紙強度指標就不能滿足標準要求，因此當針葉木漿和闊葉木漿市場差價拉大時，利用降低針葉木漿比例實現(xiàn)降低制造成本的辦法就受到限制。

生物酶在造紙工業(yè)已經(jīng)有了一定的應用[1-7]。為了提高纖維結(jié)合力，增加成紙強度，降低成本，本文進行了打漿酶在生活用紙生產(chǎn)實踐中的應用和探討，研究如何在保證成紙強度指標的條件下，借助生物酶技術(shù)，最大限度地降低針葉木漿的占比，降低磨漿功率，嘗試為生活用紙原紙生產(chǎn)挖潛增效。

2 中試工藝

2.1 中試原料

針葉木漿：烏針牌和布針牌，產(chǎn)地俄羅斯。

闊葉木漿：小鳥牌，產(chǎn)地巴西；桉木漿，產(chǎn)地山東日照。

打漿酶：型號HZ-11，由湖南海正生物科技有限公司提供。

2.2 打漿酶與漿料處理

2.2.1 打漿酶主要成分及使用工藝條件

打漿酶主要成分為復合纖維素酶，活力為8 500～9 500 u/g。

使用工藝條件：適應溫度為25～70℃，最佳溫度為40～60℃；適應pH為4.0～9.0，最佳pH為6.0～8.0；反應時間為30 min以上，最佳反應時間為60～120 min。

2.2.2 打漿酶用法及用量

打漿酶添加地點：針葉木漿和闊葉木漿碎漿機內(nèi)。

添加方式：間歇式加入（加藥泵與碎漿機攪拌器聯(lián)鎖），8 min/次。

添加用量：針葉木漿和闊葉木漿均按照40～60 g/t（絕干漿）添加，根據(jù)生產(chǎn)運行狀況調(diào)節(jié)打漿酶的用量。

2.2.3 漿料的處理

碎解方式：針葉木漿和闊葉木漿分別碎解，由于闊葉木漿碎解后僅疏解不打漿，為提高成紙的強度指標，針葉木漿每次添加1包闊葉木漿混合碎解。

單位碎解量：針葉木漿線每次碎解4包，即：烏針1包+布針2包+桉木1包，單包質(zhì)量以250 kg計；闊葉木漿線每次碎解5包，即：小鳥3包+桉木2包，單包質(zhì)量以250 kg計。

碎解時間：8 min/次，碎解濃度：質(zhì)量分數(shù)5.5%，碎解溫度：42℃。

打漿酶添加前磨漿參數(shù)：針葉木漿線噸紙磨漿功率（1號磨）為75 kW·h；闊葉木漿線噸紙磨漿功率（3號磨）為42 kW·h。

打漿酶添加前纖維配比：針葉木漿線（毯層）長纖占比為62%質(zhì)量分數(shù)，短纖占比為38%質(zhì)量分數(shù)；闊葉木漿線（網(wǎng)層）長纖占比為20%質(zhì)量分數(shù)，短纖占比為80%質(zhì)量分數(shù)。

2.3 能耗記錄

現(xiàn)場記錄1號盤磨和3號盤磨的打漿能耗。

2.4 紙頁性能指標測試

打漿度、濕重，抗張指數(shù)，柔軟度，厚度分別參照GB/T 3332—2004《紙漿打漿度的測定》、GB/T 12914《紙和紙板強度的測定法》、GB/T 8942《紙柔軟度測定法》和GB/T 24328.2《衛(wèi)生紙厚度、層積厚度和表觀密度的測定法》進行測定。

3 結(jié)果與討論

闊葉木漿碎漿機啟動后，打漿酶加藥泵開始向碎漿機內(nèi)加入打漿酶，加入量為40 g/t（絕干漿），10 min后伴隨針葉木漿碎漿機啟動，針葉木漿碎漿機內(nèi)開始加入打漿酶，加入量為40 g/t（絕干漿）。

試驗過程數(shù)據(jù)記錄按照“（1）未加入打漿酶”、“（2）加入打漿酶，并逐步調(diào)整打漿酶用量，同時保持纖維配比和盤磨功率不變”、“（3）穩(wěn)定打漿酶加入量，開始調(diào)整纖維配比和盤磨功率”、“（4）纖維配比和盤磨功率調(diào)整至合適范圍后，開始降低打漿酶用量”、“（5）纖維配比、盤磨功率和打漿酶用量均調(diào)整至穩(wěn)定”等5個步驟進行。

3.1 生產(chǎn)記錄

中試生產(chǎn)過程中漿料配比、能耗及紙頁性能的測試結(jié)果和記錄見表1。

3.2 打漿酶對打漿能耗的影響

從表1可見，加入打漿酶后，打漿的能耗顯著降低，1號盤磨的噸紙磨漿能耗從75 kW·h降到60 kW·h；3號盤磨的噸紙磨漿能耗從42 kW·h降到25 kW·h。

圖1則直觀地顯示了打漿酶對打漿能耗的影響。

圖1 打漿酶對打漿能耗的影響

表1 中試生產(chǎn)記錄

3.3 打漿酶對成紙質(zhì)量的影響

3.3.1 打漿酶對成紙抗張指數(shù)的影響

從表1可以看出，在打漿酶加入系統(tǒng)并保持生產(chǎn)系統(tǒng)原有工藝不變的情況下，即保持相同的漿料配比和盤磨功率，紙張縱向抗張指數(shù)從加打漿酶前的5.0 N·m/g提高至加打漿酶后的5.7 N·m/g，橫向抗張指數(shù)從加打漿酶前的2.9 N·m/g提高至加打漿酶后的3.6 N·m/g。打漿酶對提高成紙抗張指數(shù)有顯著效果。

3.3.2 打漿酶對成紙柔軟度的影響

從表1可以看出，在纖維配比、盤磨功率和打漿酶用量均調(diào)整至穩(wěn)定狀態(tài)后，紙張柔軟度的范圍在70～87 mN，平均值為77 mN，與未加入打漿酶時的柔軟度74 mN相比，數(shù)據(jù)相近。由此可以看出，打漿酶對成紙柔軟度沒有較大的負面影響，通過工藝調(diào)整可以保證該指標保持穩(wěn)定。

3.3.3 打漿酶對成紙厚度的影響

從表1可以看出，在纖維配比、盤磨功率和打漿酶用量均調(diào)整至穩(wěn)定狀態(tài)后，紙張厚度的范圍為0.63～0.7 mm/10層，平均值為0.65 mm/10層，與未加入打漿酶前的厚度0.64 mm/10層相比，略有增加。由此可以看出，打漿酶對提升成紙厚度指標有幫助。

3.4 打漿酶對生產(chǎn)成本的影響

3.4.1 針葉木漿占比降低對生產(chǎn)成本的影響

（1）打漿酶加入前針葉木漿的綜合占比

由表1，打漿酶加入前針葉木漿配比為毯層漿62%，網(wǎng)層漿20%（質(zhì)量分數(shù)，下同），則打漿酶加入前針葉木漿綜合占比為：62%×0.5×0.75+20%×0.5×0.75=30.75%，式中：“0.5”為網(wǎng)層漿料和毯層漿料按照1∶1質(zhì)量比加入（下同）；“0.75”為針葉木漿碎解時所占質(zhì)量比（下同）。

（2）打漿酶加入后針葉木漿的綜合占比

由表1，打漿酶加入后針葉木漿配比為毯層漿40%，網(wǎng)層漿15%，則打漿酶加入后針葉木漿綜合占比為：40%×0.5×0.75+15%×0.5×0.75=20.63%。

（3）打漿酶加入前、后纖維原料成本的變化

打漿酶加入后針葉木漿占比降低為：30.75%-20.63%=10.12%。

打漿酶加入后纖維原料成本的降低為：553.37元/t（紙）（綜合價差）×10.12%=56元/t（紙），式中：“綜合價差”為2017年6月針葉木漿和闊葉木漿采購價格，計算針葉木漿和闊葉木漿的噸紙綜合纖維原料價差。

3.4.2 噸紙磨漿能耗降低對生產(chǎn)成本的影響

由表1：打漿酶加入前1號盤磨的噸紙磨漿能耗為 75 kW·h，3號盤磨的噸紙磨漿能耗為 42 kW·h；打漿酶加入后的1號盤磨的噸紙磨漿能耗為60 kW·h；3號盤磨的噸紙磨漿能耗為25～30 kW·h。

則2臺盤磨的噸紙磨漿能耗降低量為：（75 kW·h-60 kW·h）+（42 kW·h-30 kW·h）=27 kW·h。

2臺盤磨的噸紙磨漿電費成本的降低金額為：0.55元/（kW·h）×27 kW·h=14.85元。3.4.3 增加的打漿酶費用

中試期間打漿酶的噸紙成本為6.364元。3.4.4 總生產(chǎn)成本的變化

使用打漿酶后噸紙綜合生產(chǎn)成本降低為：打漿酶加入后纖維原料的噸紙降低費用+2臺盤磨的噸紙磨漿電費的降低費用-打漿酶的噸紙成本為：56+14.85-6.364≈64（元）。

4 結(jié)論

生活用紙生產(chǎn)的備漿系統(tǒng)在保證成紙指標的前提下添加打漿酶后，可降低漂白硫酸鹽針葉木漿質(zhì)量占比10%以上，同時可降低噸紙打漿能耗20 kW·h以上，噸紙綜合生產(chǎn)成本降低64元，年經(jīng)濟效益可達320萬元（以產(chǎn)能5萬t/a計算）。除產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益外，由于降低磨漿能耗，磨片的使用壽命將大大延長。同時，打漿酶的使用改善了紙頁表面成形，促進濾水和纖維留著，這將進一步降低蒸氣和天然氣的消耗，這些間接經(jīng)濟效益可在今后打漿酶長期使用中累積量化。