造紙過程中染料應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

邵 校，彭返霞

（1.遠(yuǎn)通紙業(yè)（山東）有限公司，棗莊 277014；2.蚌埠市中宸農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司，蚌埠 233400）

隨著市場上對包裝紙多樣化的需求，不同產(chǎn)品對原紙外觀顏色的要求存在很大差異，這就需要根據(jù)客戶需求來調(diào)整紙張的色相。染料在造紙過程中是非常重要的調(diào)色化學(xué)助劑，根據(jù)對產(chǎn)品色相需求的標(biāo)準(zhǔn)不同，常用紅染、黃染、黑染、棕染、藍(lán)染和?？S染等來調(diào)整成品紙的a 值、b 值、L 值，以滿足不同客戶的需求。由于所使用的染料種類繁多，對使用染料過程中的存儲、添加、切換操作、清洗保養(yǎng)等規(guī)范的制定對于保證生產(chǎn)質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率尤為重要。合理規(guī)范的使用可以有效地杜絕染料對環(huán)境的污染和減少成品紙色相指標(biāo)不合格問題。已有文獻(xiàn)大多是研究各種助劑、漿料種類、打漿度等因素對染色效果的影響[1-3]。本文主要針對企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到問題進(jìn)行探討。

在企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中，染料添加系統(tǒng)常存在一些問題，例如：存儲不規(guī)范；染料系統(tǒng)清洗時(shí)間長，操作繁瑣；流量波動引起成紙色差；管道內(nèi)壁結(jié)垢殘留；染料的泄露回收困難等。近幾年，遠(yuǎn)通紙業(yè)對染料使用規(guī)范進(jìn)行了改進(jìn)，已經(jīng)在其標(biāo)準(zhǔn)存放、使用流程和杜絕環(huán)境污染等方面取得了一定成效。本文給出了具體改進(jìn)措施，并對染料添加、清洗系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了分析。

1 改進(jìn)措施

改進(jìn)措施主要包括規(guī)范染料的存儲、改進(jìn)染料添加系統(tǒng)、提高系統(tǒng)自動化水平等幾個(gè)方面。

1.1 規(guī)范染料現(xiàn)場存儲和設(shè)備配置

（1）對每種染料分別設(shè)置獨(dú)立的區(qū)域進(jìn)行存放，修建防滲漏圍堰用于染料泄露的收集。

（2）制作成套泵站，在節(jié)約空間的同時(shí)方便集中管理和切換使用；在所有泵站管路分別張貼標(biāo)識牌，標(biāo)識內(nèi)容包括泵站編號、名稱、流程等，用于明確添加介質(zhì)和管路流程走向。

（3）在儲存現(xiàn)場張貼操作說明、化學(xué)物質(zhì)安全特性（MSDS）表（圖1），用于操作人員可視化學(xué)習(xí)、應(yīng)急處理和規(guī)范化管理。

圖1 染料添加系統(tǒng)操作說明和MSDS特性表的實(shí)物圖

1.2 染料添加系統(tǒng)改進(jìn)

（1）分段配置和標(biāo)識供料桶、轉(zhuǎn)移桶、廢液回收桶，在加入點(diǎn)排污處設(shè)置廢液回收桶，按不同的染料分類回收。這樣處理后既杜絕了污染環(huán)境又可以分類回收清洗后不同濃度的廢液，避免陰陽離子不同的染料混合絮聚的情況，可以二次回用。

（2）因水源共用引起水壓波動的情況，原染料稀釋水使用清水泵提供稀釋水源。改進(jìn)后成套泵站內(nèi)新增兩臺稀釋水泵，一用一備。獨(dú)立的稀釋水泵可以提供穩(wěn)定的水壓，可有效保證染料的流速穩(wěn)定，避免因稀釋水壓力不穩(wěn)和流速變化造成的染料添加不均勻。

（3）新增備用泵、備用稀釋水管路和加入點(diǎn)。增加備用泵、稀釋水管路和加入點(diǎn)（如圖2 和圖3 所示)，可以有效的防止稀釋水泵故障時(shí)管道內(nèi)無稀釋水的情況，能在第一時(shí)間啟用并快速恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 染料稀釋水管路的實(shí)物圖

圖3 染料加入點(diǎn)的實(shí)物圖

(4)在稀釋水管處加裝流量計(jì)。染料泵前的流量計(jì)能精確測量染料原液的用量，配合稀釋水流量計(jì)的使用，可以精確地調(diào)整染料用量與稀釋水量的添加比例。

(5)染料泵前新增配套清洗管路。每臺染料泵前設(shè)計(jì)了串洗系統(tǒng)，清水管與供料桶之間用三通閥連接，在方便清洗操作的同時(shí)避免了與供料桶之間串水。通過控制清洗水的流量和壓力可以徹底清洗管道，也可以在清洗的同時(shí)檢查管道和加入點(diǎn)是否有滲漏現(xiàn)象。

(6)泵站出口使用安全壓力閥。使用安全壓力閥可有效避免螺桿泵的磨損，可以預(yù)防在加入點(diǎn)未打開的情況下管道內(nèi)壓力過高，從而造成管道破損和染料泄漏。

（7）染料加入管道選用耐腐蝕的PVC 管。主管選用PVC 管，既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又可有效避免管道內(nèi)結(jié)垢和腐蝕的情況。主管與加入點(diǎn)之間用1 米左右的透明軟管連接，方便拆卸管道和在加入點(diǎn)堵塞時(shí)的檢查工作。

1.3 自動化改進(jìn)

（1）染料添加系統(tǒng)全套設(shè)備采用DCS 系統(tǒng)控制。集中控制可以減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋（圖4）。

圖4 染料添加系統(tǒng)的DCS控制軟件界面

（2）使用顏色在線檢測系統(tǒng)監(jiān)測成紙，實(shí)時(shí)反饋成紙的色相變化趨勢。檢測系統(tǒng)采用色相儀在線實(shí)時(shí)監(jiān)控、檢測數(shù)據(jù)并進(jìn)行反饋，據(jù)此對染料的流量跟蹤調(diào)整，從而保證成紙顏色均一（圖5）。

圖5 在線色相檢測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面

（3）需根據(jù)染料的性質(zhì)和對成紙L、a、b 值的影響編制染料的自動化添加邏輯，實(shí)現(xiàn)色相自控調(diào)節(jié)。具體的色相變化原理可參照表1 的染料、顏色添加對照表。

2 新增染料泵站清洗系統(tǒng)

為解決不同性質(zhì)的染料在使用過程中出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)和絮聚的情況，陰離子染料和陽離子染料在不同加入點(diǎn)添加。為滿足清洗廢液二次利用和操作簡單方便，在泵前增加清洗管道，分段設(shè)置排污閥用于回收清洗廢液。為防止管道內(nèi)壁結(jié)垢，實(shí)現(xiàn)快速吹干管道內(nèi)壁，增加了壓縮空氣吹干管道。根據(jù)以上改進(jìn)繪制改進(jìn)后的染料添加系統(tǒng)流程圖見圖6。

圖6 改造后的染料添加系統(tǒng)流程圖

在供料泵進(jìn)口處安裝三通閥門，一端連接清洗水管，一端連接染料供料桶，閥門的一側(cè)實(shí)現(xiàn)清洗水與染料泵聯(lián)通，閥門的另一側(cè)實(shí)現(xiàn)供料桶與染料泵聯(lián)通，可以滿足清洗和供料方式的快速切換。

在供料泵出口處接入壓縮空氣管，用氣動調(diào)節(jié)閥控制壓縮空氣的流量和壓力，在清洗管道時(shí)控制管道內(nèi)壓縮空氣加入量，從而快速吹干管道內(nèi)的積水，保持管道內(nèi)清潔。

染料泵出口位置與稀釋水管道連接處，采用三通閥連接，一端經(jīng)過稀釋水流量計(jì)后與加入管道連接，另一端接入廢液回收桶。稀釋水與染料混合后安裝獨(dú)立管道至加入點(diǎn)，所有的加入點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)排污閥和止回閥，一方面可以在線拆洗，另一方面可以在止回閥堵塞時(shí)反沖。

表1 染料、顏色添加對照表

染料添加系統(tǒng)的兩條管路分別設(shè)置回收桶，不同性質(zhì)的染料清洗水單獨(dú)存放。

3 染料添加系統(tǒng)的工作方式

3.1 兩種染料添加方式

方式1：在圖7 中，三通閥(1)置于供料桶(36)與量筒（2）的聯(lián)通位置，染料經(jīng)過供料泵（3）輸送到處于打開狀態(tài)的手閥（10），通過三通閥（12）時(shí)與稀釋水混合，加入系統(tǒng)。稀釋水壓力通過稀釋水泵（35）提供，流量調(diào)節(jié)由手閥（29）控制，轉(zhuǎn)子流量計(jì)（27）顯示當(dāng)前稀釋水量。

方式2：在圖7 中，三通閥（1）置于供料桶（36）與量筒（2）的聯(lián)通位置，染料經(jīng)過供料泵（3）輸送到處于打開狀態(tài)的手閥（11），通過三通閥（19）時(shí)與稀釋水混合，加入系統(tǒng)。稀釋水壓力通過稀釋水泵（35）提供，流量調(diào)節(jié)由手閥（28）控制，轉(zhuǎn)子流量計(jì)（26）顯示當(dāng)前稀釋水量。

以上兩種添加方式，實(shí)現(xiàn)同一種染料在兩個(gè)不同的加入點(diǎn)自由切換，在添加的過程中需關(guān)閉壓縮空氣管路上的氣動調(diào)節(jié)閥（7），關(guān)閉排污閥（4）、（9）、（14）、（17）、（21）、（24）和手閥（31）的清洗水。

3.2 三種清洗方式

方式1：在圖7 中，三通閥（1）置于稀釋水泵（35）管路與量筒（2）的聯(lián)通位置，打開手閥（31），清洗水經(jīng)過供料泵（3）輸送到處于打開狀態(tài)的手閥（10），關(guān)閉手閥（11），關(guān)閉手閥（18），通過排污閥（17）將清洗水發(fā)放到廢液收集桶（33）。待沖洗干凈后打開排污閥（14）、（9）、（4），排放管道內(nèi)積液并回收清洗液。

方式2：在圖7 中，三通閥（1）置于稀釋水泵（35）管路與量筒（2）的聯(lián)通位置，打開手閥（31），清洗水經(jīng)過供料泵（3）輸送到處于打開狀態(tài)的手閥（11），關(guān)閉手閥（10），關(guān)閉手閥（25），通過排污閥（24）將清洗水發(fā)放到廢液收集桶（34）。待沖洗干凈后打開排污閥（14）、（9）、（4），排放管道內(nèi)積液并回收清洗液。

以上兩種清洗方式，實(shí)現(xiàn)兩條添加管路的徹底清洗，并分別回收了稀釋液；如長時(shí)間設(shè)備停用，需快速吹干管道內(nèi)積水，避免出現(xiàn)管壁結(jié)垢的情況，具體操作按“方式3”執(zhí)行。

方式3：在圖7 中，關(guān)閉三通閥（1）和手閥（31），停止供料泵（3），停止稀釋水泵（35），同時(shí)關(guān)閉手閥（30），打開壓縮空氣管路手閥（6）、調(diào)節(jié)氣動閥（7）控制壓縮空氣壓力0.4 MPa，吹掃管道內(nèi)積水，通過排污閥（17）將管道內(nèi)殘留的積水吹到廢液收集桶（33）。通過排污閥（24）將清洗水排放到廢液收集桶（34）。最后打開排污閥（14）、（21）、（9）、（4），排放管道內(nèi)積液并回收清洗液，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)無盲區(qū)徹底清洗。

4 應(yīng)用要點(diǎn)

（1）陰離子與陽離子性質(zhì)的染料分兩條管道加入，加入點(diǎn)間距必須大于2 m，避免染料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生絮聚現(xiàn)象。

（2）稀釋水用量按染料用量的20～30 倍控制，稀釋水壓力0.4 MPa，保證染料的充分稀釋，不出現(xiàn)染料斑點(diǎn)。

（3）應(yīng)加強(qiáng)常規(guī)檢查，從而確保泵站、供料桶、加入管道、加入點(diǎn)、排污閥無滲漏現(xiàn)象，保證添加正常。

（4）系統(tǒng)正式工作前應(yīng)該用水清洗調(diào)試所有管路和泵站，檢查系統(tǒng)漏料的情況，避免使用過程中出現(xiàn)異常。

（5）針對每種染料準(zhǔn)備1 臺備用泵，降低事故發(fā)生時(shí)的損失。

（6）停用泵站系統(tǒng)之后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉供料桶閥門、加入點(diǎn)閥門和稀釋水閥門，清洗加入管道后需保持管道內(nèi)充滿清水，避免管道內(nèi)干膠脫落造成紙面色斑。

（7）定期清洗管道和更換供料桶，預(yù)防因沉積堵塞管道和供料桶內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)。

（8）回收的染料清洗水必須單獨(dú)存放，并在包裝物正面張貼物品標(biāo)識和處理要求，防止誤用。

（9）根據(jù)“染料、顏色添加對照表”設(shè)計(jì)染料泵自控邏輯，調(diào)整色相L、a、b 值。

5 結(jié)束語

長期以來，經(jīng)過對造紙生產(chǎn)過程中染料使用經(jīng)驗(yàn)的不斷總結(jié)和對設(shè)備流程缺陷的逐步改進(jìn)，本企業(yè)的染料系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)零事故率，很大程度上減少了改產(chǎn)過渡時(shí)間，降低了因成紙色差造成的質(zhì)量降級事故。采用的本文給出的兩種添加方式和三種清洗方式可以滿足不同情況下染料添加系統(tǒng)的清洗需求，清洗污水單獨(dú)排放到收集桶后可以二次利用，解決了污染環(huán)境問題。