打浆发展历程与趋势

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本文作者：刘士亮胡庆喜作者单位：华南理工大学

最早在制浆造纸行业提出研究中浓设备及技术并在生产上应用的是以瑞典为代表的欧美国家，在上世纪80年代，中浓制浆造纸技术已经在欧美发达国家得到较好的普及和推广。国内对中浓打浆技术及设备的研发始于上世纪90年代，华南理工大学造纸与污染控制国家工程研究中心率先在国内开发出适合国内造纸行业特点的系列中浓制浆造纸设备及技术，中浓打浆设备及技术就是其中之一，该设备及技术适应了国内造纸企业规模和原料现状，为造纸企业创造了良好的经济效益和社会效益。

近年来，造纸行业发展极为迅速，造纸原料及企业规模发生了很大的变化，具体表现为：造纸原料中木浆的比例增加明显，草浆的比例显著下降，造纸企业向大规模化、集成化的方向发展。根据造纸行业的变化和发展趋势，华南理工大学造纸与污染控制国家工程研究中心和制浆造纸工程国家重点实验室在原有的ZDPM中浓液压单盘磨浆机的基础上，开发出适应这种变化和发展趋势的更加高效的大功率ZDPS中浓液压式双盘磨浆机，其功率为280~1000kW，盘磨机磨片直径750~1000mm，适用浓度可达8%~12%，生产能力可达80~200t•d-1（绝干浆）。目前，新开发的中浓打浆设备及技术已经在贵州、福建、湖南等地的多家造纸企业中应用推广并获得了企业的好评。本文根据多年来在中浓打浆领域的研究成果和生产应用实践，探讨中浓打浆技术在国内的发展历程及前景。

1ZDPM中浓液压单盘磨浆机和ZDPS中浓液压双盘磨浆机的差别

ZDPM中浓液压单盘磨浆机是国内研制较早的中浓打浆设备，在上世纪90年代初我们研制成功并推广应用到生产上（见图1）。与传统的低浓双盘磨浆机相比，生产应用表明该设备具有如下一些特点和优势：（1）打浆浓度较高，可以在8%~12%的纸浆浓度下打浆，在生产使用过程中纸浆绝干浆通过量比同功率的低浓打浆设备要大；（2）采用液压进退刀和调节磨片的间隙，反应灵敏，操作简单；（3）与传统低浓磨浆机定距打浆不同，ZDPM中浓液压单盘磨浆机采用定压打浆，使得磨浆区的打浆压力比较稳定而保证打浆质量的稳定；（4）与传统的低浓打浆相比，中浓打浆能提高产品的物理强度15%~35%，打浆能耗降低20%~40%。但在长期的应用过程中，我们也发现ZDPM中浓液压单盘磨浆机存在一些需要改善的地方：（1）在浆种的适应性方面，ZDPM中浓液压单盘磨浆机对废纸浆、草类浆的打浆效果较好，但对木浆的打浆优势不明显；（2）设备的维修工作量较大。

近年来，针对造纸行业企业规模和造纸原料的发展趋势，我们在第一代中浓磨浆设备——ZDPM中浓液压单盘磨浆机的基础上，研制开发出大功率ZDPS中浓液压双盘磨浆机（见图2）。该盘磨机除了具有第一代产品的优点外，还具备：（1）对木浆优越的打浆性能，表现为浆料打到较高的打浆度时具有良好的分丝帚化效果，并较好地保留纤维长度；（2）恒量定压打浆功能，即在打浆过程中，通过稳流稳压器保持离心浆泵依设定值恒量恒压供浆，同时依不同浆种，通过调节盘磨机液压系统调压阀的压力设定打浆压力来实现，保证打浆质量的均匀性与稳定；（3）该新型中浓双盘磨浆机的液压系统设有保压回路，因此，在生产使用过程中调好进刀和打浆压力后，液压泵的电机可以关停而起到节能的效果；（4）设备的稳定性好、维修工作量小。

2中浓打浆典型的生产工艺流程

对两种设备而言，基本的中浓打浆工艺是很相似的，只是在中浓磨浆机的进料方式上存在一点差别，由于设备结构的差异，中浓单盘磨浆机进浆方式除了中浓浆泵输送之外，还可以采取盘磨机自吸式进浆，在这种进浆方式中，盘磨机替代了浆泵的输送功能，但在某种程度上也降低了盘磨机的打浆功能，输送效能较低，所以在生产上建议采取中浓浆泵来完成纸浆的输送工作，如图3所示。另外，考虑到生产上的兼容问题，如果生产上采用的是低浓碎浆机，则只需要在低浓碎浆机的后续工段增加浓缩设备，将纸浆浓缩至8%以上的浓度再进行中浓打浆即可。

3中浓打浆的生产应用效果及与传统低浓打浆的比较

3.1中浓打浆成浆参数、纤维形态及与低浓打浆的对比

以商品阔叶木（桉木）浆和商品竹浆为原料配抄生产高档的静电复印纸、邮票纸等纸种的生产为例来探讨中、低浓打浆应用效果的差别。鉴于两种浆料都属于短纤维浆种，生产过程中在保证浆料流动性能的同时应尽量提高其浓缩后的打浆浓度（一般为8%~10%），以达到增强中浓磨室内高速湍流中的小纤维网络自身的强度及其相互之间的作用以获得较好的内外细纤维化效果，中浓打浆后成浆性质及与原有的低浓打浆情况的比较见表表2。由表1不难看出：中浓打浆较传统的低浓打浆，在打浆至同样的打浆度时，成浆湿重较大，这说明中浓打浆时的纤维自身长度保留较好，纤维的固有强度损失较少，这对于固有强度较差的短纤维浆种尤为重要。从表2的数据可知：低浓打浆时，留在100目以上的较长纤维组分仅占52.3%，而中浓打浆在相近的打浆度时留在100目以上的纤维组分的比例却高达72.5%，细碎组分低浓打浆时为47.7%，而中浓打浆却降至27.5%，从纤维各组分的比例来看，中浓打浆设备处理后的纸浆筛分分布比较均匀，有利于纸页匀度的改善。为了观察中浓打浆后的纤维形态，我们对中浓打浆成浆的纤维进行了SEM扫描并同企业原有传统低浓打浆后的浆料纤维形态作对比，以探究两种不同打浆方式成浆纤维形态的差异（如图4、图5）。从图4、图5的纤维形态照片对比看出：在打浆至44oSR左右的打浆度值时，较之于传统的低浓打浆，中浓打浆后的成浆纤维表现出更加显著的细纤维化特性，纤维切断较少，纵向撕裂、挠曲性改善，纤维被压溃，结合面积变大；而传统低浓打浆后的成浆纤维表面较为光滑，内外细纤维化不很显著，有较多的纤维切断现象。纤维形态的对比说明了中浓打浆比传统的低浓打浆具有更加优越的增加游离羟基的能力和适抄性质，从而赋予纸页较高的物理强度和良好的纸页匀度。

3.2中、低浓打浆抄造纸页性能的比较

在生产使用过程中，我们对中浓打浆抄造纸页的物理性能指标和纸页的匀度进行了检测并与传统低浓打浆抄造的产品进行了对比，检测结果如表3所示。从表3可知，与企业使用的传统低浓打浆相比，在打浆至相似的打浆度时，中浓打浆抄造出来的纸页强度指标具有较大幅度的提高，如纸页裂断长由低浓打浆时的3980m提高到5100m，撕裂指数从5.19mN•m2•g-1提高到7.15mN.m2•m-2，纸页尘埃度从低浓打浆时的15个•m-2降低至6个•m-2，紧度也从0.71g•cm-3提高到0.79g•cm-3。纸页裂断长、撕裂指数的提高一方面说明了纤维表面结合能力大大改善，另一方面也说明纤维的固有强度保留较好，而对于短纤维浆种而言，这两方面性能的提高无疑可以提高该浆种的适用范围和使用品质，因而使得完全采用价格较为低廉的短纤维浆种（阔叶木浆或竹浆）抄造高档纸种成为可能。紧度的提高也说明了这一点；此外，从尘埃度的变化也不难推断，中浓打浆对纤维束具有很强的疏解能力，这也有利于改善纸页的匀度。与传统的低浓盘磨机打浆相比，国内研制的中浓盘磨机在生产应用中表现出了较好的综合优势，这是由中浓打浆机理和中浓盘磨机的设备特点所决定的：首先，中浓打浆对纤维的内外细纤维化主要靠纤维内部的“摩擦形变作用”来完成[2]，磨齿对纤维的机械剪切作用比较小，从而使得纤维的长度和纤维的固有强度受到的损伤比较小，纤维间的结合能力明显改善；其次，中浓磨浆机恒量定压打浆也保证了打浆生产过程中打浆质量的稳定，纤维受到的打浆作用不会受到磨片磨损、磨片间隙变化而造成的质量波动；另外，中浓打浆后成浆纤维长度被切断较少，细碎成分减少，所以网部流失和两面差减小，纤维长度分布较为均匀，而且纤维的柔韧性和可塑性较好，纤维之间结合紧密而抄造出较好匀度的纸页。

4中浓打浆设备及技术的应用前景

自从上世纪90年代在国内率先研制中浓打浆设备及其技术以来，华南理工大学造纸污染控制国家工程研究中心与制浆造纸国家重点实验室就根据生产应用效果、我国造纸原料特点和造纸企业规模发展趋势，不断对中浓打浆设备及其技术进行发展和完善。从早期的小功率ZDPM中浓液压单盘磨浆机发展到大功率、高自动化的ZDPM中浓液压单盘磨浆机，以及最新研制成功并推广到生产应用的大功率ZDPS中浓液压双盘磨浆机，更好地适应了我国造纸行业的企业集成化、原料木浆化等发展趋势，该中浓打浆设备及技术在国内造纸行业的推广应用必将促进我国造纸行业的技术进步，节约造纸企业的生产成本并提高造纸企业的国内外的市场竞争力。