提高棉短絨蒸煮質(zhì)量的技術(shù)措施
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薛潤林1 曹堪洲2
（1．南京義友自控儀表有限公司，江蘇南京，210042；2．江蘇金沃機(jī)械有限公司，江蘇句容，212415）
摘要：棉短絨堿液浸漬滲透均勻性與蒸球內(nèi)部溫度分布的均勻性是影響蒸煮質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)蒸煮方法和加溫方式受棉短絨的脂肪、蠟質(zhì)和蒸球結(jié)構(gòu)影響，藥液滲透效果差，浸漬不均勻，并形成蒸球溫度上高下低，難以獲得蒸煮均勻的漿料。采用預(yù)浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透、中通管定向噴射加溫和新型刮板等技術(shù)可有效提高蒸煮質(zhì)量和效率。
關(guān)鍵詞：預(yù)浸桶浸漬滲透；雙螺桿擠壓浸漬機(jī)；對(duì)流加溫
中圖分類號(hào)：TS749+．4 DOI: 10. 11980/j. issn．0254-508X．2016. 04. 015
目前，國內(nèi)棉短絨蒸煮制漿主要在蒸球內(nèi)進(jìn)行，蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢，球內(nèi)漿料以滑動(dòng)為主，翻動(dòng)和攪拌作用少，加之棉短絨的脂肪和蠟質(zhì)含量高達(dá)0. 5%~0. 65%，堿液不易向纖維內(nèi)部滲透。
棉短絨在加工中混有棉籽、棉桃碎片等雜質(zhì)，其含量為2%~4%，在棉籽和棉桃碎片中含有約40%的木素，若木素不脫除干凈，棉漿中會(huì)有疵點(diǎn)，但棉籽、棉桃碎片質(zhì)硬厚實(shí)，因此堿液預(yù)浸漬時(shí)間相對(duì)較長。另外，蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)加溫方式的先天不足，造成大部分蒸汽進(jìn)入蒸球內(nèi)上部，形成汽相高溫區(qū)，進(jìn)入蒸球內(nèi)下部的蒸汽量少，球內(nèi)下部形成液相低溫區(qū)，上下溫度的差異造成蒸煮不均勻。采用預(yù)浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透和對(duì)流加溫等技術(shù)，可以有效地加快堿液滲透，從而提高棉短絨蒸煮質(zhì)量。
1 預(yù)浸桶浸漬滲透
蒸球25 m3，投料3000 kg（絕干），投料液比1:5，堿液質(zhì)量濃度25 g/L，堿液中加入YY- 02快速滲透劑（用量為0. 1%，相對(duì)于棉短絨絕干質(zhì)量）。YY-02屬陰離子型表面活性劑，易溶于水，具有極佳的抗?jié)鈮A、耐高溫、耐氧化劑、耐硬水的作用，具有卓越的滲透、乳化、脫脂、凈洗能力。蒽醌衍生物助劑KY- 03（用量為0.05%，相對(duì)于棉短絨絕干質(zhì)量），可提高滲透效果和制漿得率，去除塵埃。
棉短絨浸泡90～120 min。浸泡時(shí)間長，有利于堿液均勻滲透。預(yù)浸桶浸漬浸透工藝示意圖如圖1所示。
由圖1可知，棉短絨經(jīng)開棉除雜后風(fēng)送到旋風(fēng)分離器，配堿槽堿液（液比1:5）打到旋風(fēng)分離器，棉短絨和堿液在旋風(fēng)分離器混勻后送到1 #預(yù)浸桶中，投料45 min后，將1#預(yù)浸桶推到電液推桿下方，用電液推桿壓3～5次，使棉短絨完全浸在堿液中，浸泡90～120 min，電液推桿向下壓漿料，電液推桿在2#預(yù)浸桶上所產(chǎn)生的壓力為40 t，足以把浸泡的漿料液比壓到1：(1.5~2)，滿足小液比蒸煮的工藝條件，壓出的堿液回到堿槽，堿液再用于配堿，壓堿后，把3#預(yù)浸桶推到蒸球口進(jìn)行投料，裝球投料時(shí)，由于漿料液比較小，有時(shí)出現(xiàn)卡料現(xiàn)象，此時(shí)需人工輸通處理。
對(duì)于有6個(gè)蒸球的制漿廠，按蒸煮周期5 h計(jì)，需3個(gè)預(yù)浸桶循環(huán)作業(yè)，每個(gè)預(yù)浸桶浸泡時(shí)間90~120 min。預(yù)浸桶放在900 mm寬的軌道上，便于移動(dòng)操作。
2 螺旋擠壓機(jī)預(yù)浸漬
2.1單螺旋壓榨預(yù)浸漬法
目前，國內(nèi)化纖廠在漿粕生產(chǎn)過程中主要采用單螺旋壓榨預(yù)浸漬法進(jìn)行裝球前預(yù)浸漬處理。棉短絨和堿液在旋風(fēng)分離器進(jìn)行混合后，進(jìn)入單螺旋壓榨機(jī)喂料口，經(jīng)螺旋壓榨機(jī)螺旋預(yù)混合后，進(jìn)入蒸球。
與傳統(tǒng)邊加料邊往蒸球內(nèi)加堿的方法相比，該技術(shù)對(duì)堿液與纖維原料的混合均勻性有所改善，但效果并不理想。由于單螺旋壓縮比不夠，螺桿內(nèi)部料塞不易形成，常會(huì)出現(xiàn)部分物料吸收堿液過多甚至流淌藥液，而部分原料又吸收藥液很少或無藥液現(xiàn)象，對(duì)纖維擠壓揉搓很差，纖維表面和初生壁基本沒有破壞和變形，造成化學(xué)反應(yīng)效率較低，影響蒸煮質(zhì)量。但該方法設(shè)備簡單，易于操作，投資少且單機(jī)電耗低，單螺旋壓榨預(yù)浸漬應(yīng)用較為普遍。
2.2 雙螺桿擠壓浸漬滲透
雙螺桿擠壓浸漬滲透技術(shù)是近年來開發(fā)成功的一種新型技術(shù)，于20世紀(jì)90年代初期成功用于棉漿生產(chǎn)，法國Clextral公司最早將其用于高級(jí)漂白棉漿生產(chǎn)，其工業(yè)型產(chǎn)品規(guī)格是KR0200(螺桿公稱直徑240 mm)。我國天津和昆山某廠于20世紀(jì)90年代初末期引進(jìn)，成功用于10000 t/a棉短絨和三級(jí)棉生產(chǎn)證券紙和鈔票紙。
國內(nèi)雙螺桿擠壓浸漬機(jī)用于制漿技術(shù)的研究始于20世紀(jì)90年代末期，目前江蘇金沃機(jī)械有限公司已形成螺桿直徑70 mm和80 mm的實(shí)驗(yàn)機(jī)型、螺桿直徑180、240、300和360 mm的工業(yè)機(jī)型的系列產(chǎn)品，可滿足棉短絨單機(jī)4000~30000 t/a的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)要求。在國內(nèi)外已有多條生產(chǎn)線成功運(yùn)行。
工作機(jī)理和機(jī)械結(jié)構(gòu)：雙螺桿擠壓浸漬機(jī)工作部分由一對(duì)相互嚙合、同向旋轉(zhuǎn)的組合式螺桿和內(nèi)部裝有可更換襯瓦的Half機(jī)筒組成。機(jī)筒上設(shè)有多段液體（或氣體）注入孔和用于排泄廢液的過濾器。各種螺桿模塊穿裝于兩根經(jīng)精密加工的花鍵軸上，正向螺桿模塊完成漿料輸送，反向螺桿模塊完成擠壓搓揉。螺桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。
螺桿可根據(jù)工藝需要組成多段漿料輸送區(qū)、擠壓搓揉區(qū)和浸漬均化混合區(qū)。
反向螺桿模塊螺棱上開有由軸心向外的徑向斜槽，每組正向螺桿模塊和反向螺桿模塊組成一個(gè)漿料擠壓揉搓功能段。在反向螺桿模塊逆向推送作用下，物料逐漸積累、充滿，形成高壓區(qū)，此處稱為擠壓搓揉區(qū)。纖維物料在高壓區(qū)軸處受到很大的擠壓力，有利于原料軸向產(chǎn)生裂紋和壓潰，同時(shí)熱水溶出物或堿抽提物隨廢水由濾蓖排出。
被擠壓壓潰的漿料膨脹進(jìn)入浸漬區(qū)，在浸漬區(qū)計(jì)量加入藥液；浸漬吸藥后的壓潰漿料，進(jìn)入揉搓混合均化段。在揉搓混合均化段內(nèi)，物料在一定的溫度(90~1200C)和壓力(≥10 M Pa)下實(shí)現(xiàn)藥液和漿料的混合。
利用雙螺桿擠壓浸漬機(jī)嚙合型、組合式螺桿分區(qū)工作的特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用“脈沖式動(dòng)態(tài)逆向壓縮”和“膨脹+搓揉混合+壓力浸漬”機(jī)理，突破了均質(zhì)化浸漬技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了纖維壓潰、揉搓和剪切，強(qiáng)化了藥液滲透和潤脹作用。
浸漬混合后的漿料以穩(wěn)定的堿液濃度進(jìn)入蒸球（或常壓反應(yīng)倉）蒸煮反應(yīng)。雙螺桿擠壓浸漬機(jī)工作原理如圖3所示。
雙螺桿擠壓浸漬機(jī)是一種高效的化學(xué)反應(yīng)混合器，特別適用于長纖維原料（如三級(jí)棉、棉短絨和麻皮類）的化學(xué)預(yù)處理浸漬工藝，通過高濃、高壓下的揉搓混合和剪切拉扯作用，強(qiáng)化原料和化學(xué)藥液的滲透，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化浸漬。同時(shí)，可使纖維扭曲，使其柔軟化，并對(duì)初生壁進(jìn)行破壞和壓潰，促進(jìn)化學(xué)藥液的快速吸收滲透。浸漬后物料狀態(tài)和纖維形態(tài)見圖4。
雙螺桿擠壓浸漬機(jī)生產(chǎn)過程中不需要蒸汽，自身工作機(jī)械摩擦熱達(dá)90~120C，可提高裝球漿料溫度，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高蒸煮效率。
棉短絨在雙螺桿擠壓浸漬機(jī)產(chǎn)生的高濃、高壓擠壓、搓揉和撕裂帚化，可將棉籽碎片擠壓成粉末狀。漿料送人蒸球進(jìn)行蒸煮，粉末狀棉籽碎片在蒸煮進(jìn)程和洗滌過程中極易去除，漿粕白度和y-纖維素含量高，得率高，反應(yīng)性能好，實(shí)現(xiàn)節(jié)水和節(jié)能，提高蒸煮效率，具有廣泛的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。
雙螺桿擠壓浸漬機(jī)用于棉漿生產(chǎn)，江蘇昆山和天津某廠采用法國進(jìn)口設(shè)備，國產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)線也已在湖北、安徽某特種紙業(yè)有限公司等實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，并且實(shí)現(xiàn)出口，成功應(yīng)用于朝鮮國家銀行鈔票紙漿的生產(chǎn)。
3蒸球?qū)α骷訙?
蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)加溫方式會(huì)造成大部分蒸汽進(jìn)入蒸球內(nèi)上部，形成汽相高溫區(qū)，進(jìn)入蒸球內(nèi)下部的蒸汽量少，球內(nèi)下部形成液相低溫區(qū)，上下溫差大，嚴(yán)重降低了蒸煮均勻性。低溫區(qū)形成的主要原因：蒸煮液比過大，棉短絨中堿液被擠出后，積聚在蒸球下部，形成低溫區(qū)，要提高蒸球下部堿液溫度，只能應(yīng)用對(duì)流加溫的方法，用蒸汽直接加熱低溫區(qū)的堿液，堿液加
溫后，熱堿液上升，冷堿液下降，堿液對(duì)流循環(huán)，提高了蒸球內(nèi)溫度分布的均勻性。
現(xiàn)行蒸球布汽加溫方式主要包括：單篦子進(jìn)汽、雙篦子進(jìn)汽、單中通管進(jìn)汽、中通管+單篦子進(jìn)汽及中通管十字進(jìn)汽。
以上5種布汽加溫方式，大部分蒸汽進(jìn)入蒸球上部汽相空間，蒸球下部液相進(jìn)汽量少，蒸球下部形成一個(gè)溫度低溫區(qū)，降低了蒸煮均勻性，蒸煮質(zhì)量下降，而中通管鴨嘴式布汽方式可以提高蒸球內(nèi)溫度分布均勻性。
中通管鴨嘴式布汽方式示意圖如圖5所示。
圖5中，中通管不隨蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)，在中通管上焊接兩排鴨嘴式噴射管，噴射管內(nèi)徑14 mm，長度150 mm，下方蒸汽噴射管向下噴射蒸汽，蒸汽穿透到中、下層漿料，提高下層漿料的溫度，下層堿液加溫后，熱堿液上升，冷堿液下降，實(shí)現(xiàn)蒸球內(nèi)堿液對(duì)流加溫，提高蒸球內(nèi)溫度分布均勻性。
4新型刮板提高蒸煮均勻性
新型刮板結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。
球壁上焊接的刮板，只能推動(dòng)靠球壁處的部分漿料移動(dòng)，球壁上的刮板觸及不到球內(nèi)中部和頂部的漿料，蒸球運(yùn)轉(zhuǎn)中，球內(nèi)的漿料一般作滑動(dòng)運(yùn)行，漿料的攪拌作用很少，新型刮板可以攪拌上、中、下層漿料，使?jié){料混合均勻。
圖6中，槽鋼距中通管250 mm，運(yùn)轉(zhuǎn)中槽鋼碰不到中通管。
新型刮板制作：在蒸球左右側(cè)各安置一根槽鋼（長×寬×厚：140 mm x58 mm x6 mm）；槽鋼兩端安裝彈簧墊，克服抵消槽鋼受冷熱所產(chǎn)生的應(yīng)力變化；槽鋼面上打Ф12 mm排列孔；刮板用Ml0螺絲固定在槽鋼和支撐架上。
刮板隨蒸球轉(zhuǎn)動(dòng)，上、中、下層漿料翻轉(zhuǎn)混合、揉搓磨擦，提高堿液滲透效果，加快木素的脫除，減少疵點(diǎn)和黃皮。槽鋼是垂直豎立安裝，不影響投料和倒料。
5結(jié)論
5.1 應(yīng)用YY-02快速滲透劑、KY-03蒽醌衍生物助劑可加快堿液預(yù)滲透，加快木素的溶出，去除疵點(diǎn)，提高制漿得率，增加纖維的強(qiáng)度，降低堿耗。
5.2預(yù)浸桶浸漬滲透、雙螺桿擠壓浸漬滲透、中通管定向噴射加溫、新型刮板等技術(shù)可加快堿液浸漬滲透到棉纖維及棉籽碎片、棉桃碎片等雜物內(nèi)部，使之膨化、松軟粉沫化，加快木素脫除，提高脫脂去除雜質(zhì)的效果，降低棉漿的塵埃度。
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