本发明涉及一种棉短绒碱-压缩空气制浆方法及装置。
背景技术：
现有技术中，棉短绒的制浆工艺一般有两种，一种是传统的碱法制浆工艺，即利用碱液对棉短绒蒸煮，达到皂化和乳化棉短绒内的油脂、蜡质、铁质、灰份等杂质的目的。该种方式下，一般认为碱液的浓度越高越好，且碱液的量越多越好，这样才能保证碱液与棉短绒充分浸润，混合反应，但考虑到生产成本，用碱量太大会导致生产成本太高，所以这种方式采用的碱液的浓度一般在26g/l-32g/l，碱液与原料的重量配比大于5:1。但即使如此，该种工艺也会产生大量黑液，其中cod为10万～16万mg/l，残碱5～10g/l，主要成分包括木质素，半纤维素，有机酸及大量黑色有机物，会严重污染水源、环境，绝大多数企业因黑液治理不达标被迫关停转行。
另一种制浆工艺则是在传统的碱法制浆工艺的基础上，在蒸煮时增加双氧水，以提高氧化反应效果，但这种方式有两个缺陷，其一，适用范围较窄，并不是所有的棉短绒都适合，由于h2o2氧化性强，聚合度降解快，因此只能漂白纤维表层，不能渗入棉短绒内部，同时双氧水不能去除棉短绒的油脂和蜡质，所以不能有效的提高棉浆的反应性能，无法用于制造化纤棉浆粕，现在仅在币浆、脱脂棉、棉无纺布上应用。其二，在棉短绒蒸煮投料时，同时加入双氧水进行蒸煮漂白的方法，因为双氧水受热易分解成氧气，因此降低了蒸煮后期升温温度，影响蒸煮质量，所以生产的棉浆的质量也不理想。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是现有的两种蒸煮方式存在污染环境、适用范围小、成本高、处理效果不理想等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种棉短绒碱-压缩空气制浆方法，包括以下步骤：
（1）开棉机通过引风机将原料送入到除杂机，进行机械除杂，得到低杂棉短绒；
（2）在配碱槽内配置高温的碱液，该碱液的温度范围在90-100℃之间，包括碱液和渗透剂yy-02；碱液的碱浓度为20g/l-25g/l，原料与碱液的重量配比为1:4，渗透剂yy-02与原料的重量比范围是0.1-0.2%；
（3）将低杂棉短绒通过送风机投入旋风分离器，同时将碱液打入旋风分离器；碱液和低杂棉短绒在旋风分离器内混合，得到一次浸润棉短绒；
（4）将一次浸润棉短绒投入螺旋压榨机，得到二次浸润棉短绒；压榨出的多余碱液流入回碱槽，再通过回碱槽打入旋风分离器；
（5）将二次浸润棉短绒投入蒸球内，启动蒸球，通过涡街流量计向蒸球内输送压缩空气，使蒸球内压力升至0.3-0.6mpa；在蒸煮温度下蒸煮，并在蒸煮过程中进行至少一次的压碱，将碱液与棉短绒的重量配比≤3；蒸煮完毕后放汽，并结束蒸煮，得到蒸煮半浆；
（6）将蒸煮半浆投入洗料池清洗后，经过带式压榨机滤除碱液；再投入漂白机均匀漂白后，二次经过带式压榨机滤除多余液体，得到漂白浆料；
（7）将漂白浆料投入气流烘干机烘干后经打包机打包，得成品精制棉。
通过机械除杂，就能去除原料中5-8%的杂质，且该杂质收集后可以喂牛、种植蘑菇、养蚯蚓，具有较高的经济价值，对环境无害。通过旋风分离器、螺旋压榨机两次棉短绒润湿，使得碱液充分浸润棉短绒，增加了蒸煮时的反应效果，且螺旋压榨机不仅在压榨过程中通过压力使得棉短绒吸收碱液更均匀，且螺旋压榨机将压榨出的碱液再回送到旋风分离器中，也间接提高旋风分离器中碱液与棉短绒的比值，保证碱液充分，但实际用碱量却下降了；而在蒸球内通过压缩空气保证反应的氧化效果，以此代替双氧水的氧化作用，去除杂质，提高蒸煮半浆白度，且用碱量大大下降，因此，碱液配合压缩空气制浆的方法较现有的方法而言，大大加快碱液对棉短绒的渗透,使得皂化去油脂，乳化去杂效果更好，且适用各种棉短绒生产原料，由于碱液用量大大降低，cod也随之降低，排污少，治理污水成本小，有效实现环保生产、投入小、产出高。
具体的，步骤5中所述的在蒸煮温度下蒸煮，包括以蒸汽方式蒸煮和加热器方式蒸煮。
具体的，所述蒸汽方式蒸煮，指当与蒸球连接的蒸汽包压力大于球内压力时，通过蒸汽加热将球内温度一次升温至80-90℃，保温30-40min,然后进行一次压碱，至蒸球内碱液与棉短绒的重量配比小于3:1，结束一次压碱；再通过蒸汽进行二次升温至110-160℃，保温60min，进行二次压碱。
具体的，所述加热器方式蒸煮，指当与蒸球连接的蒸汽包压力小于等于球内压力时，采用加热器进行一次升温至80-90℃，保温30-40min,再进行二次升温至110-160℃，保温60min，进行压碱。
具体的，所述加热器方式蒸煮，指当与蒸球连接的蒸汽包压力小于等于球内压力时，蒸球冷转10min，让碱液和棉短绒接触混合，然后一次升温到100℃后,向蒸球内进压缩空气，直至压力升到0.4mpa,保温30-40min，一次压碱，至蒸球内碱液与棉短绒的重量配比小于3:1，一次放汽，然后二次升温到130-160℃,并使球内压力小于0.2mpa，再次进压缩空气，使球内压力升到0.4mpa，保温60min,进行二次压碱。
进一步，步骤2中配碱槽内的碱液还包括ky-03蒸煮助剂，ky-03蒸煮助剂与原料的重量比范围是0.02-0.06%。经过试验，加入以上含量的ky-03蒸煮助剂能最有效的减少降聚，提高得率，较不加入提高3%-5%，量再大提高效果微小，不显著，无增加必要。
基于一种棉短绒碱-压缩空气制浆方法使用的棉短绒碱-压缩空气制浆装置，所述装置包括开棉机、引风机、除杂机、送风机、旋风分离器、螺旋压榨机、配碱槽、回碱槽、蒸球、洗料池、带式压榨机、漂白机、气流烘干机和打包机；所述开棉机用于撕裂棉短绒，其通过引风机将棉短绒送入除杂机，所述除杂机用于初步处理棉短绒中的杂质，其通过送风机将初步物理除杂的棉短绒送入旋风分离器；所述配碱槽用于存储浸润棉短绒用的碱液；所述旋风分离器用于一次浸润棉短绒，其投料口连通除杂机，出料口连通螺旋压榨机，进液口连通配碱槽；配碱槽通过泵向旋风分离器内泵送碱液，碱液和棉短绒在旋风分离器内初次混合接触；所述螺旋压榨机用于二次浸润棉短绒，其出料口连通蒸球，排液口连通回碱槽；所述回碱槽用于存放螺旋压榨机压榨出的多余碱液，并将收集的碱液重新泵回旋风分离器，回碱槽的进液口连通螺旋压榨机的出液口，回碱槽的出液口连通旋风分离器；所述蒸球用于蒸煮二次浸润棉短绒，其出料口连通洗料池；洗料池通过带式压榨机连通漂白池；漂白池通过带式压榨机连通气流烘干机；气流烘干机用于将漂白后的棉浆烘干并送给打包机打包；还设有压缩空气罐，所述压缩空气罐通过涡街流量计连通蒸球，并向蒸球内输送压缩空气。
具体的，所述蒸球包括球本体、蒸汽包、循环泵和加热器，球本体内设有放汽篦子、大刮板和加温管；球本体顶部设有球口，球口通过球盖盖合密封；球本体通过压缩空气阀连通压缩空气罐；球本体外设置进水阀连通外设的冲洗水源，球本体外设置黑液阀和污水阀用于排放球本体内产生的废水；球本体外设置放汽阀用于给球本体放汽减压；放汽篦子位于球本体内上部，且在靠近球口处；大刮板位于球本体内下部，且位置与放气篦子相对设置，大刮板与球本体的转轴平行设置，且与球本体同步旋转；加温管与大刮板固接在一起,加温管进汽端伸出球本体外连通蒸汽包，位于球本体内的加温管上设有一个以上的喷孔和一个以上的喷嘴，喷孔和喷嘴均沿加温管均匀排布；蒸汽包连通一个以上的球本体，并为球本体输送高温蒸汽；循环泵一端连通球本体，另一端连通加热器的输入端，循环泵用于将球本体内的碱液泵入加热器内进行加热，加热器的输出端连通球本体。
一般而言，由于物料聚积在球本体下方，而蒸汽则升腾在上部，导致球内物料温度不均，越往下温度越低，影响蒸煮效果，因此，设置大刮板，并使其跟随球体一起同步旋转，可以起到搅拌物料的作用，使得上下物料的温度保持冷热均匀，同时，将加温管固接在大刮板上，跟着刮板一起旋转，不仅能与大刮板互相起到支撑加固的效果，比起传统的从上部进气的方式，从下部喷射蒸汽也使得蒸煮温度更便于被物料吸收。
本发明的优点是：加快碱液压力渗透，使游离的碱液、从浆料表面渗透到纤维、棉籽碎片、棉桃碎片内部，碱液渗透好,则蒸煮均匀性好。在碱液充分渗透后，压出多余游离碱液，使浆料液比≤3，节碱1/3，液比小，浆料随蒸球滚动搅伴，球内温度分布均匀。氧化反应平和，去除杂质多,提高半浆白度10-30%iso,提高制浆得率3-5%，降低cod。压缩空气进行压黑液、压排水,提高洗涤效果，节水。适用于化纤浆、硝化棉、脱脂棉，币浆等，也适用稻麦草碱法制浆。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
图2是本发明蒸球管路布置示意图。
图3是本发明蒸煮流程示意图（蒸汽方式）。
图4是本发明蒸煮流程示意图（加热器方式1）。
图5是本发明蒸煮流程示意图（加热器方式2）。
具体实施方式
如图1所示，本发明方法包括以下步骤：
（1）开棉机通过引风机将原料送入到除杂机，进行机械除杂，得到低杂棉短绒；
（2）在配碱槽内配置高温的碱液，该碱液的温度范围在90-100℃之间，包括碱液、ky-03蒸煮助剂和渗透剂yy-02；碱液的碱浓度为20g/l-25g/l，原料与碱液的重量配比为1:4，渗透剂yy-02与原料的重量比范围是0.1-0.2%；ky-03蒸煮助剂与原料的重量比范围是0.02-0.06%。
（3）将低杂棉短绒通过送风机投入旋风分离器，同时将碱液打入旋风分离器；碱液和低杂棉短绒在旋风分离器内混合，得到一次浸润棉短绒；
（4）将一次浸润棉短绒投入螺旋压榨机，得到二次浸润棉短绒；压榨出的多余碱液流入回碱槽，再通过回碱槽打入旋风分离器；
（5）将二次浸润棉短绒投入蒸球内，启动蒸球，通过涡街流量计向蒸球内输送压缩空气，使蒸球内压力升至0.3-0.6mpa；在蒸煮温度下蒸煮，并在蒸煮过程中进行至少一次的压碱，将碱液与棉短绒的重量配比≤3；蒸煮完毕后放汽，并结束蒸煮，得到蒸煮半浆；
（6）将蒸煮半浆投入洗料池清洗后，经过带式压榨机滤除碱液；再投入漂白机均匀漂白后，二次经过带式压榨机滤除多余液体，得到漂白浆料；设置漂白机的作用，是为了在蒸煮后浆料白度与需要白度还有偏差时，用于微调白度使用，从而保证了棉短绒的白度均匀达标。
（7）将漂白浆料投入气流烘干机烘干后经打包机打包，得成品精制棉。
如图2所示，本发明采用的蒸球包括球本体1、蒸汽包2、循环泵3和加热器4，球本体1内设有放汽篦子5、大刮板6和加温管7；球本体1顶部设有球口，球口通过球盖8盖合密封；球本体1通过压缩空气阀9连通压缩空气罐；球本体1外设置进水阀10连通外设的冲洗水源，球本体1外设置黑液阀11和污水阀12用于排放球本体1内产生的废水；球本体1外设置放汽阀13用于给球本体1放汽减压；放汽篦子5位于球本体1内上部，且在靠近球口处；大刮板6位于球本体1内下部，且位置与放气篦子5相对设置，大刮板6与球本体1的转轴平行设置，且与球本体1同步旋转；大刮板6的圆弧边与球本体1的内表面点焊连接，大刮板6的直边厚度在6-8cm,加温管7叠放在大刮板直边上，并通过点焊连接固定,加温管7进气端伸出球本体1外连通蒸汽包2，加温管7位于球本体1内的管体上设有三个喷嘴14和一个以上的喷孔，喷嘴14和喷孔均沿加温管7均匀排布；喷嘴14向球心方向喷汽，但蒸汽主要还是通过喷孔进入球本体，蒸汽包2连通两个球本体1，并通过进气阀a、进气阀b为球本体1输送高温蒸汽；蒸汽包2通过进气阀c连接加温管7，将蒸汽输入加温管7内作为加热源，并在加热过碱液后形成冷凝水，最后通过汽水分离器将加温管7内产生的冷凝水排出。循环泵3一端连通球本体1，另一端连通加热器4的输入端，循环泵3用于将球本体1内的碱液泵入加热器4内进行加热，加热器4的输出端连通球本体1。
以上蒸球管路布置可以实现多项功能：
放汽篦子5停在上方，同时开进汽阀a,开放气阀13，可以进行边进汽,边排汽,对流加温提高球内初始温度；放汽篦子停在下方,同时开g阀和黑液阀11，进行压排黑液；球内水洗后，开污水阀12、g阀、压缩空气阀9，进气压力排水；当球内压力＜蒸汽包压力时，开进汽阀a、进汽阀b进行升温；当球内压力＞蒸汽包压力时,放汽篦子停在下方，开f、d阀，开循环泵3、开进汽阀c，进行碱液进行循环加温，通过碱液本身温度对冲，不但提高球内温度分布均匀性，还有利于进一步提高蒸煮效果。
以精制棉碱-压缩空气蒸漂制浆为例，25m3蒸球投料工艺：三道棉短绒绝干量：3300公斤/球，液比1：4.0，碱浓20g-l,用碱液量：13.2t，碱液入球温度：≥90℃，yy-02高温型渗透剂5公斤，ky-03蒸煮助剂1kg，yy-02渗透剂具有卓越的渗透、乳化、脱脂、净洗、分散能力，加快碱液浸透，乳化去除杂质,ky-03减少降聚,提高得率。
实施例1
如图3所示，此时，蒸汽包压力≥球内压力，因此，蒸汽能输入蒸球内，可用于加热。
投料后，启动蒸球，开压缩空气阀，进压缩气气0.4mpa，通入蒸汽进行一次升温30min，使得温度升高到80℃，保温30min后，进行一次压碱10min,（压出的碱液用于配碱）使球内液比≤3，液比小,浆料就能更好的跟随蒸球转动搅拌,使得浆料均处在汽相空间，温度分布均匀，蒸煮均匀性好。一次压碱后进行二次升温到120℃，保温60min，进行二次压碱20min，大放汽20min，倒料，蒸漂结束，球内压力=蒸汽压力+压缩空气假压。
一次压碱后，浆料液比≤3后，压缩空气与浆料充分接触，氧化去除杂质、去除色素，提高白度。不加压缩空气，蒸煮半浆白度在30-40%iso，黑液呈黑色,cod高。加压缩空气蒸煮半浆白度60-68%iso，黑液呈深茶色，cod降低。聚合度dp≥2500，半浆疵点很少，浆料柔软，手感好,棉浆化学反应性能好，经检测，成品白度为60.3%。
常规精制棉蒸煮碱浓碱浓28g-l,用碱率11.2%，碱-压缩空气蒸漂制浆,碱浓20g-l,用碱率8%,节碱3.2%，每球节碱3300*3.2%=105.6kg，降低用碱量后,提高制浆得率3-5%，随着用碱量减少,cod也随之降低，降低污水治理成本。
实施例2
如图4所示，蒸汽包压力＜球内压力时，加压缩空气后，球内压力大于蒸汽包压力，在此工况下，只能采用加热器间接加温。
投料后，启动蒸球，放汽篦子停在下方，通入压缩空气将压力控制在0.4mpa，然后开循环泵进行加热器一次升温使得碱液温度达到80℃，保温40min，再次通过加热器二次升温使得碱液温度达到120℃，保温60min，压碱20min，放汽20min，倒料结束。
加热器加温进行了碱液循环，提高了碱液渗透均匀性，温度分布均匀性。一次升温后，进行小保温、二次升温、保温、压碱、大放汽、倒料,蒸漂结束。
经检测，成品白度为63.2%，蒸漂全过程都在压缩空气下进汽，碱液渗透好,去杂质多,白度好,cod低。直接提高碱液温度，较蒸汽加热效果有所提高。
实施例3
若设有循环泵和加热器设备的生产单位,可以采用先升温后加压缩空气方式进行蒸漂制浆。
如图5所示，蒸球冷转10min后，让碱液和棉短绒混合以下，然后进行一次升温到100℃后,停止输入蒸汽，改为进压缩空气，使得压力升到0.4mpa,由于常温压缩空气的进入，蒸球内温度由100℃降到90℃,保温40min，压碱10minn，使球内液比≤3.0，放汽10min后，进行二次升温到130℃,球内压力0.165mpa，在0.165mpa基础上，进压缩空气，压力升到0.4mpa时，温度降到120℃,再次保温60min,压碱20min、放汽20min、倒料，蒸漂结束。经检测，成品白度高68%，脱脂完全，除杂质多，疵点少，白度好，棉浆化学反应性能好。
以上三个实施例均不使用双氧水、氯气等漂白原料，不仅不污染环境，且成本低10-20%。