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1、草类原料制浆的科学理念草类原料制浆的科学理念与制浆方法与制浆方法南京林业大学南京林业大学李忠正李忠正一，中国的国情不可能不用草类纤维一，中国的国情不可能不用草类纤维我国纸业可持续发展还面临许多困难和问题，我国纸业可持续发展还面临许多困难和问题，其中困扰我们的主要瓶颈是：其中困扰我们的主要瓶颈是：纤维资源贫乏和环境污染问题，纤维资源贫乏和环境污染问题，两者又是相互关联的。两者又是相互关联的。纤维资源短缺，已成为我国纸业可持续发展纤维资源短缺，已成为我国纸业可持续发展最大的课题。最大的课题。二，禾草类纤维制浆的环境问题二，禾草类纤维制浆的环境问题 草浆污染治理瓶颈在黑液提取：草浆污染治理瓶颈在黑液
2、提取：草浆草浆 木浆木浆 *黑液提取率黑液提取率%80-90 9880-90 98 *水耗水耗 m m3 3/t 60-120/t 60-120（8080）20 20 *废水处理后废水处理后 COD COD浓度浓度mg/l 150-300mg/l 150-300（200200）100 100 草浆提取困难的原因是：草浆提取困难的原因是：*浆料本性，亲水性强，滤水性差；浆料本性，亲水性强，滤水性差；*黑液本性，灰分、糖分含量高黑液本性，灰分、糖分含量高-粘度大，粘度大，给蒸发、燃烧和苛化带来难度。给蒸发、燃烧和苛化带来难度。*黑液提取装备不适应黑液提取装备不适应 ，技术管理水平，技术管理水平低。
3、低。二，草类制浆的几个基本原则二，草类制浆的几个基本原则 1 1，备料的重要性：，备料的重要性：秸杆的节、鞘、叶、穗约占总重量的秸杆的节、鞘、叶、穗约占总重量的48%48%，茎杆部占茎杆部占52%52%左右左右，草中的草中的泥沙泥沙大部分夹杂在叶鞘中。大部分夹杂在叶鞘中。全杆各部位的全杆各部位的 纤维形态和化学组成纤维形态和化学组成差异很大。差异很大。部位部位重均纤维长重均纤维长（mm)mm)纤维长宽比纤维长宽比壁腔比壁腔比茎基部茎基部茎中部茎中部茎梢部茎梢部鞘鞘叶叶穗穗节节 1.851.85 1.69 1.69 1.29 1.29 1.36 1.36 1.051.05 0.80 0.80 0
4、.82 0.82 103103 104 104 93 93 90 90 7373 42 42 37 37 1.671.67 1.61 1.61 1.11 1.11 1.19 1.19 0.95 0.95 0.66 0.66 0.83 0.83表表 1 1 麦草全秆各部位的纤维形态麦草全秆各部位的纤维形态化学成化学成分分 (%)(%)茎基茎基部部茎中茎中部部茎梢茎梢部部鞘鞘叶叶穗穗全草全草灰份灰份1%NaoH1%NaoH抽抽出物出物戊聚糖戊聚糖综纤维素综纤维素总木质素总木质素5.935.9336.4236.4223.2823.2871.2471.2422.9622.966.196.1937.19
5、37.1923.2023.2069.9269.9221.7121.717.197.1943.643.624.6624.6669.9069.9020.4120.4111.3411.3447.2847.2825.5625.5669.8669.8618.3918.3912.0612.0652.9752.9719.2119.2160.9560.9517.4817.489.829.8249.4249.4226.0326.0364.5264.5219.5019.508.288.2842.5942.5924.0424.0468.1268.1220.7520.75表表2 2 麦草各部位在蒸煮过程中的变化麦草各
6、部位在蒸煮过程中的变化指标（）指标（）升温至升温至100100100100升至升至150150155155保温保温2hr2hr节间节间叶鞘叶鞘穗穗节间节间叶鞘叶鞘穗穗 节间节间叶鞘叶鞘穗穗木素溶出木素溶出率率碳水化合碳水化合物溶出率物溶出率浆得率浆得率碱耗率碱耗率60.060.022.222.262.762.725.425.473.473.434.634.649.449.459.459.464.464.433.733.752.052.054.954.997.034.246.947.196.648.735.935.973.173.195.151.035.035.070.370.398.036.1
7、45.145.157.757.798.351.734.134.181.081.098.053.733.033.074.174.1草类原料不同细胞的脱木质素动力学草类原料不同细胞的脱木质素动力学（153153）表表4 4 麦草纤维与薄壁细胞漂白性能比较麦草纤维与薄壁细胞漂白性能比较 试样试样 氯耗氯耗 (%)(%)kMnO4 kMnO4值值白度白度（%）漂前漂前漂后漂后 H1 H1 H2 H2 纤维浆纤维浆4.54.52.22.211.211.2 1.61.6 72.6 72.6薄壁细胞浆薄壁细胞浆4.44.42.22.211.411.4 1.91.9 57.0 57.0性质性质纤维组分纤维组分
8、杂细组分（过杂细组分（过100100目）目）尺寸尺寸mmmm0.530.530.20.2木质素含量木质素含量%1.51.55.35.3酸溶木质素酸溶木质素%0.400.400.270.27木糖含量木糖含量%32.7832.7834.6134.61纤维素聚合度纤维素聚合度873873642642纤维素结晶度纤维素结晶度指数指数0.200.200.160.16打浆度打浆度SRSR34344747 表表5 5 麦草浆的纤维组分及杂细组分比较麦草浆的纤维组分及杂细组分比较原则原则1 1：强化备料是草类制浆关键措施：强化备料是草类制浆关键措施 1 1，是降低黑液，是降低黑液硅含量硅含量最经济有效的办法，
9、最经济有效的办法，有利于降低有利于降低黑液粘度黑液粘度；2 2，有利于降低制浆，有利于降低制浆化学药品消耗化学药品消耗（烧碱、（烧碱、漂剂）；漂剂）；3 3，有利于降低纸浆中杂细胞、细小纤维，有利于降低纸浆中杂细胞、细小纤维含量，含量，提高浆料滤水性能提高浆料滤水性能；4 4，提高纸浆，提高纸浆得率得率和浆和浆漂白性能、强度。漂白性能、强度。2 2，制浆工艺：，制浆工艺：将将提高浆料的滤水性和降低提高浆料的滤水性和降低黑液粘度列为制浆目标黑液粘度列为制浆目标原则原则2 2：草类制浆：草类制浆硬度不易太低硬度不易太低，蒸煮与，蒸煮与氧脱木氧脱木素素串联是制浆的最佳工艺路线串联是制浆的最佳工艺路线
10、0102030405060708090010203040506070卡伯值浆得率%碱脱木质素氧脱木质素原则原则3 3，置换蒸煮：，置换蒸煮：产生产生低黏度黑液的制低黏度黑液的制浆法浆法初始蒸煮初始蒸煮 高温蒸煮高温蒸煮 黑液黑液 黑液黑液碱回收碱回收 原料原料碱碱 碱碱 图图 置换蒸煮原理流程图置换蒸煮原理流程图 置换蒸煮优点：置换蒸煮优点：（1 1）采用冷喷放技术，高温黑液循环，）采用冷喷放技术，高温黑液循环，回收热能，能回收热能，能耗低；耗低；（2 2）蒸煮初始阶段草类纤维大量溶出的木质素及碳水）蒸煮初始阶段草类纤维大量溶出的木质素及碳水化合物通过置换，排出锅外，化合物通过置换，排出锅外，
11、减少后期蒸煮中碱耗减少后期蒸煮中碱耗。（3 3）液比大，有利于碱液均匀浸透，）液比大，有利于碱液均匀浸透，蒸煮均匀性好。蒸煮均匀性好。（4 4）碱浓的分配均匀，并采用冷喷放，可减少了碳水）碱浓的分配均匀，并采用冷喷放，可减少了碳水化合物化合物的降解，化合物化合物的降解，提高纸浆得率和成浆强度，并减提高纸浆得率和成浆强度，并减少喷放时对大气的污染。少喷放时对大气的污染。（5 5）锅内高温洗涤，洗涤效率高，）锅内高温洗涤，洗涤效率高，降低稀释因子，降降低稀释因子，降低水耗，黑液浓度高。低水耗，黑液浓度高。（6 6）纸浆的硬度低，易漂白，）纸浆的硬度低，易漂白，漂白化学药品的消耗少，漂白化学药品的消
12、耗少，漂白废水的污染负荷低。漂白废水的污染负荷低。图图 不同循环次数的一段黑液与传统黑液粘度比较（不同循环次数的一段黑液与传统黑液粘度比较（140140，18g/L18g/L）其最大优点是黑液粘度低！其最大优点是黑液粘度低！原则原则4 4：改进提取设备及流程，适应改进提取设备及流程，适应草浆特性。草浆特性。确保真空洗浆机在高真空条件下操确保真空洗浆机在高真空条件下操作作 ，加强操作管理。，加强操作管理。泉林纸业泉林纸业按上述原则进行实施效果：按上述原则进行实施效果：1,1,备料除尘率为备料除尘率为3030左右；左右；2 2，黑液，黑液提取率达到提取率达到90-92%90-92%；3 3，蒸煮，
13、蒸煮碱耗降低由碱耗降低由13%13%降至降至10.5%,10.5%,漂白浆得率提高漂白浆得率提高5%5%；4 4，黑液，黑液粘度下降粘度下降50%,50%,黑液蒸发后黑液蒸发后浓度可达浓度可达 到到63-65%63-65%；5,5,漂白麦草浆漂白麦草浆列断长达到列断长达到 6200-6500km;6200-6500km;6 6，用水量达到用水量达到50-60M50-60M3 3/t/t,废水处理后排放废水处理后排放CODCOD浓度浓度100-120mg/l100-120mg/l。三，制浆方法三，制浆方法浆种：草类化学浆，烧碱法；浆种：草类化学浆，烧碱法；1,1,备料备料：除尘（杂）率达到：除尘
14、（杂）率达到25-3025-30；干法：？干法：？湿法：？湿法：？除硅效果！除硅效果！污染治理！污染治理！观点不同观点不同 干湿法结合以干法为主。干湿法结合以干法为主。2 2，蒸煮方法：，蒸煮方法：*间歇蒸煮：间歇蒸煮：蒸球蒸球:常规、置换蒸煮（常规、置换蒸煮（RDHRDH）、碱氧）、碱氧蒸煮等；蒸煮等；立锅；立锅；*连续蒸煮：连续蒸煮：横管式（横管式（PandiaPandia）适于半化学浆，草类制适于半化学浆，草类制浆；浆；立式连续蒸煮（立式连续蒸煮（Kamyr)Kamyr)主要用于木材制浆；主要用于木材制浆；近年技术进步很快！近年技术进步很快！*立式连蒸器立式连蒸器自上世纪自上世纪5050
15、年代，已有几代产品：年代，已有几代产品：由由单体单体双体双体(Continuous cooking)(Continuous cooking)-MCCMCC(Modified CC)-(Modified CC)-EMCCEMCC(Extended MCC)(Extended MCC)-ITCITC(等温蒸煮等温蒸煮)LDCLDC(Low-solidsCC)(Low-solidsCC)-Compact cookingCompact cooking 紧凑蒸煮紧凑蒸煮(金海为金海为型，赤型，赤天化为天化为型型)。*紧凑蒸煮：紧凑蒸煮：*单体产能：单体产能：3500t/d,3500t/d,*蒸煮温度：蒸
16、煮温度：N N材为材为150150，L L材为材为140140，汽耗为汽耗为500kg/t500kg/t；*K *K值：值：N N材为材为2525，L L材为材为1515 连蒸的优越性：连蒸的优越性：*适于大规模生产线，适于大规模生产线，1010万吨万吨/年以上；年以上；(原料原料种类单一种类单一)；*占地面积小；占地面积小；吨浆产量吨浆产量设备投资额少；设备投资额少；*人工消耗少，人工消耗少，劳动生产率高劳动生产率高；*能耗低，能耗低，蒸汽消耗大约是间歇蒸煮的一半；蒸汽消耗大约是间歇蒸煮的一半；*用汽、电负荷均匀，减少热、电工程投资；用汽、电负荷均匀，减少热、电工程投资；*浆质量均匀性好。浆质量均匀性好。草类纤维连续蒸煮的问题：草类纤维连续蒸煮的问题：*横管式连蒸器横管式连蒸器于上世纪于上世纪4040年代用于生产，年代用于生产，至今没有根本性的进步。至今没有根本性的进步。草类纤维连蒸器：草类纤维连蒸器：适应草类制浆特点要求。适应草类制浆特点要求。首先应可进行首先应可进行置换蒸煮置换蒸煮和深度脱木素蒸煮；和深度脱木素蒸煮；需要制造商与造纸企业合作，产学研合作需要制造商与造纸企业合作，产学研合作尽快研制！尽快研制！谢谢各位光临！谢谢各位光临！Thank you for your attention Thank you for your attention！