采用壓榨脫水助劑降低能源成本

造紙過程中，壓榨部是最后一道工序，它通過加壓裝置使前段工序網(wǎng)部脫水后的濕紙頁進(jìn)一步脫水，并承擔(dān)著將紙頁輸送到下道工序——烘干部的任務(wù)。烘干部的熱干燥成本遠(yuǎn)比壓榨部的機(jī)械脫水成本高，因此，在壓榨部盡可能地脫水能降低造紙生產(chǎn)成本。該文介紹了日本開發(fā)的壓榨脫水助劑Newluster A-25在造紙企業(yè)應(yīng)用效果：在毛毯上使用用作毛毯適應(yīng)助劑的Newluster A-25可以改善壓區(qū)間的脫水，具有縮短毛毯上機(jī)初期所需的適應(yīng)周期的效果；在紙機(jī)運(yùn)行期間連續(xù)添加Newluster A-25，降低了出壓榨部的濕紙水分，進(jìn)而可以期待降低蒸氣消耗量及提高紙機(jī)運(yùn)行速度。

1 前言

造紙過程中的壓榨部擔(dān)負(fù)著通過加壓處理進(jìn)一步從上道工序的成形部脫水后的濕紙中榨取水分，將濕紙輸送到下道工序烘干部的任務(wù)。

烘干部的蒸氣烘干成本明顯高于壓榨部的機(jī)械脫水成本。因此，在壓榨部提高脫水性，降低出壓榨部的濕紙水分直接關(guān)系到壓榨部能耗成本的下降，即紙張生產(chǎn)成本的下降。

日本開發(fā)的作為毛毯適應(yīng)助劑上市的新產(chǎn)品Newluster A-25，在毛毯上使用后具有提高壓區(qū)脫水性，縮短毛布上機(jī)初期所需適應(yīng)周期的效果。并且通過在紙機(jī)運(yùn)行時(shí)連續(xù)添加，可以降低出壓榨部濕紙水分，減少烘干蒸氣量及提高紙機(jī)運(yùn)行速度。

本文將介紹為降低能源成本，提高壓榨部脫水性所做的努力，及隨之帶來的生產(chǎn)效率提高的好處，以及通過測定實(shí)際運(yùn)行參數(shù)獲得的驗(yàn)證結(jié)果。

2 壓榨脫水理論

濕紙的脫水，是通過濕紙中含有的水分向壓區(qū)中的毛毯轉(zhuǎn)移，毛毯中所含的水分再向外部排放進(jìn)行的。壓區(qū)中水的轉(zhuǎn)移狀態(tài)及壓區(qū)中濕紙及毛毯水分的變化分別如圖1圖2所示。

在壓榨輥與濕紙接觸，開始加壓后，當(dāng)A點(diǎn)的濕紙水分達(dá)到飽和時(shí)，就開始了從濕紙的脫水，而當(dāng)在其后的B點(diǎn)毛毯水分達(dá)到飽和時(shí)，開始向外部排水，也就是壓區(qū)脫水。在壓區(qū)中心點(diǎn)C點(diǎn)，脫水完成，之后，出現(xiàn)水分從毛毯回到濕紙的所謂回濕現(xiàn)象，直至毛毯出口。

要提高脫水效率，關(guān)鍵是要盡可能加大壓區(qū)中水分從濕紙向毛毯、毛毯向外部的流出。

圖1 壓區(qū)中水的轉(zhuǎn)移狀態(tài)

圖2 壓區(qū)中濕紙及毛毯水分的變化

3 影響壓榨脫水性的因素

影響壓榨部脫水的主要因素有濕紙的特性（漿料游離度，抄造溫度，壓榨入口濕紙水分等）和壓榨部的機(jī)械特性（壓榨輥設(shè)計(jì)，壓區(qū)壓力等），還與壓榨入口的毛毯狀態(tài)（因污染造成的毛孔堵塞，壓榨入口的毛毯水分）有關(guān)。

壓區(qū)中水分的轉(zhuǎn)移可以分成從濕紙向毛毯轉(zhuǎn)移、毛毯內(nèi)部的轉(zhuǎn)移和從毛毯向外部轉(zhuǎn)移等3種。從濕紙向毛毯的水分轉(zhuǎn)移，主要受濕紙?zhí)匦院蛪簠^(qū)壓力的支配，而毛毯內(nèi)部和從毛毯向外部的水分轉(zhuǎn)移主要受進(jìn)入壓榨部毛毯的狀況的影響。即可以認(rèn)為，如果在濕紙?zhí)匦院蛪赫サ臋C(jī)械特性相同的條件下，毛毯的脫水性由壓榨入口的毛毯狀況所決定，隨其而變。

4 提高壓榨脫水性

由上所述，要提高壓榨脫水性，關(guān)鍵是水分在毛毯內(nèi)部的轉(zhuǎn)移和從毛毯向外部的轉(zhuǎn)移能順暢地進(jìn)行。

壓榨脫水中的污染成分在毛毯內(nèi)部逐漸積累，阻礙了水的流動(dòng)，通過連續(xù)或間隙地清洗毛毯可以排除阻礙脫水的這一主要影響因素。

另外，水在毛毯內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，在構(gòu)成毛毯的材質(zhì)與在其間隙中流動(dòng)的白水之間的界面上會產(chǎn)生流體摩擦阻力，阻礙水的流動(dòng)。它與污染無關(guān)，即使在非常干凈的新毛毯上也會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。我們相信通過使毛毯材質(zhì)表面改性為親水性，流體摩擦阻力將得到改善。

5 Newluster A-25的作用機(jī)理

日本開發(fā)的Newluster A-25的主要成分是在具有與毛毯的底網(wǎng)纖維相似的化學(xué)構(gòu)造的酰胺化合物上結(jié)合了親水基的化合物，目的是使產(chǎn)品具有水溶性。 該化合物與毛毯有很強(qiáng)的親和性，只需極少量的添加就具有在毛毯上吸附的作用，并且由于親水基的作用，還有賦予毛毯親水性的作用。就是說，通過使用Newluster A-25能夠賦予毛毯底網(wǎng)纖維親水性，降低在毛毯內(nèi)部流動(dòng)的白水與底網(wǎng)纖維表面之間的流體摩擦阻力，促進(jìn)水分的流動(dòng)。

可以采用以下試驗(yàn)方法來進(jìn)一步解釋Newluster A-25的作用機(jī)理：（1）將尼龍薄片切成5 cm×5 cm正方形，在200 mL、0.1%聚酰胺溶液中浸1 min；（2）取出薄片，用水噴淋表面，風(fēng)干（溫度23℃，約過1夜）；（3）在薄片上滴上20 μL蒸餾水，測定其接觸角，如圖3所示。

圖3 聚酰胺的親水作用

由圖3可見，聚酰胺溶液處理過的薄膜比未處理過的薄膜接觸角小。這表示尼龍薄膜的表面已被Newluster A-25中的成分改性為親水性。

6 提高毛毯更換后的適應(yīng)性效果

更換新毛毯初期，毛毯內(nèi)部的空隙率較高，密度較低，因此在壓區(qū)中較難獲得良好的脫水性。為了在紙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后通過壓榨降低毛毯內(nèi)部的空隙率，獲得良好的脫水性，需要有1天到1星期時(shí)間的所謂初期適應(yīng)期。在適應(yīng)期內(nèi)毛毯的脫水性能較差，出壓榨的濕紙水分變高，加重了烘缸的負(fù)荷，增加了紙張生產(chǎn)的能耗成本。

大約在1990年就已發(fā)現(xiàn)Newluster A-25具有毛毯初期適應(yīng)劑的效果，并在很多紙機(jī)上應(yīng)用。在新?lián)Q毛毯上使用Newluster A-25，能使毛毯底網(wǎng)纖維改性成親水性，毛毯內(nèi)部的空隙被NewlusterA-25的化合物及水分置換，帶來良好的壓榨脫水性，降低能源成本。

7 透水性的提高效果

為確認(rèn)Newluster A-25壓榨脫水性的提高效果，對用過的舊毛毯進(jìn)行了透水性試驗(yàn)。毛毯透水性試驗(yàn)就是用如圖4所示的透水性試驗(yàn)機(jī)，讓試驗(yàn)機(jī)下方處于一定的減壓狀態(tài)，從毛毯的上方注入水，使水通過，測定單位時(shí)間透水量的方法。

圖4 透水性試驗(yàn)機(jī)

毛毯透水性試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從該試驗(yàn)結(jié)果可以確認(rèn)，通過使用Newluster A-25，毛毯透水性可以提高10%左右。這是因?yàn)槊旱拙W(wǎng)纖維的親水化降低了流體摩擦阻力；并且，如前所述，通常洗滌也能提高毛毯的脫水性，但Newluster A-25不具備洗凈作用，這可以從透水試驗(yàn)前后的污染成分?jǐn)?shù)量未發(fā)生變化這一事實(shí)得到確認(rèn)。

圖5 透水性試驗(yàn)結(jié)果

8 提高脫水性的作用

為了調(diào)查對吸水箱出口的毛毯水分的影響，還對減壓脫水后的毛毯水分量進(jìn)行了測定。用毛毯透水試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行透水性試驗(yàn)，然后維持一定時(shí)間的減壓狀態(tài)使其脫水，測定脫水后的毛毯含水量，進(jìn)行脫水性評價(jià)，結(jié)果見圖6。

由圖6可見，使用Newluster A-25后，毛毯的脫水性提高了7%左右。推測這是由于降低了流體摩擦阻力后產(chǎn)生的現(xiàn)象。

9 紙機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證

圖6 脫水性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上結(jié)果，可以認(rèn)為，如果在紙機(jī)上應(yīng)用Newluster A-25，不僅提高了毛毯的透水性，而且還因?yàn)槊好撍缘奶岣撸瑢⒔档臀涑隹冢▔赫ト肟冢┑拿核帧?/p>

因此，在紙機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證中用毛毯水分儀及透水度儀測定了A公司涂布原紙紙機(jī)3PF（3壓毛毯）在紙漿原料、定量和抄速等不變的條件下，Newluster A-25使用前、后的毛毯水分及毛毯的透水量，結(jié)果見圖7（在靠近3壓吸水箱的噴淋水中，以每米每分鐘1.0 mL的添加量連續(xù)添加Newluster A-25）。

圖7 3壓毛毯水分及透水量

由圖7可見，與添加Newluster A-25前比較，透水量提高了5%～8%，吸水箱后的毛毯水分降低了2%～3%。

此外，由于這一效果，添加Newluster A-25后，3壓出口濕紙水分從56%～59%降低到了55%左右；并且預(yù)熱烘缸蒸氣流量從24.5～25.0 t/h下降到了23.5～24.0 t/h，見圖8。

因?yàn)槌尚尾康臐窦埶质且欢ǖ?，由于Newluster A-25的使用，壓榨脫水性提高，3壓出口濕紙水分降低，烘缸負(fù)荷減輕，因而具有降低能耗成本的效果。

10 總結(jié)

通過測定壓榨部水分等參數(shù)，驗(yàn)證了Newluster A-25在紙機(jī)試驗(yàn)應(yīng)用時(shí)的有效性，其結(jié)果是，壓榨脫水性提高，壓榨出口濕紙水分降低，烘缸蒸氣量，即濕紙烘干所需的能源成本降低。因此，“采用化學(xué)品——壓榨脫水助劑提高壓榨脫水性”這一嶄新方法，也極可能提高包括改善紙機(jī)運(yùn)行速度在內(nèi)的生產(chǎn)效率。

圖8 烘缸蒸氣量及3壓出口濕紙水分變化

11 結(jié)束語

日本開發(fā)的Newluster A-25，發(fā)現(xiàn)其作為毛毯初期適應(yīng)劑的有效性已經(jīng)有20多年。本文著眼于紙機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)連續(xù)添加壓榨脫水助劑 Newluster A-25時(shí)的毛毯參數(shù)變化，通過上機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證了其對壓榨脫水的影響，可以確認(rèn)Newluster A-25能有效提高毛毯透水性及脫水性。

（杜偉民 編譯）