专利名称：一种竹材溶解浆置换蒸煮方法
技术领域：
本发明涉及一种以竹材为原料制备溶解浆的蒸煮工艺，特别是涉及一种以竹材为 原料，采用置换蒸煮工艺来制备粘胶纤维用溶解浆柏的竹材溶解浆置换蒸煮方法，属于纤 维用浆柏制造工艺技术领域。
背景技术：
传统的非棉纤维素溶解浆柏制造方法，主要是酸性亚硫酸盐法及预水解硫酸盐 法。
利用亚硫酸盐法制备溶解浆，蒸煮后甲种纤维素的含量低，脱木素程度低，对原料 品种及设备材质要求较苛刻，制备和回收药液工艺复杂。
预水解硫酸盐法制备溶解浆，虽然甲种纤维素含量有所提高，但成浆色泽较深，得 率和强力低，反应性能差。
两种制浆方法均是将纤维原料及药液一起加入蒸煮器中，通过升温、排汽、再升 温、保温、放锅等环节完成反应，蒸煮周期长，制浆产能受到很大的限制。在蒸煮过程结束 时，通过带压将纸浆压出使其排放在喷放锅中。蒸煮器内纸浆所得到的热能大部分随着排 出蒸汽而由喷放锅逸出，虽然后有诸多热回收系统，但并不能有效地回收热能，蒸汽损耗严 重。蒸煮及带压喷放过程中闪蒸大量二次蒸汽(废气)，废气的主要成分为硫化氢、甲硫醇、 甲硫醚、以及二甲基二硫化物等等，是含硫刺激性恶臭气体，对环境造成较大污染，危害人 体健康。
申请号为201010126392.8的中国发明专利申请公开了“一种置换蒸煮制浆方 法”，其直接把高温置换液送到低温蒸煮锅中，不用热黑液储槽，虽然降低了生产投资成本， 但不利于生产平衡。
申请号为99105787. 2的中国发明专利申请公开了一种“稻、麦草置换工艺及其设 备”，原料为稻、麦，其蒸煮器是蒸球，置换方式不同。
专利号为ZL90108267的中国发明专利公开了一种“间歇式蒸煮方法及从蒸煮器 中置换液的方法和设备”，置换的方式易造成中部筛板堵塞，且未给出第一、第二置换液的 比例，而这在生产溶解浆过程中则是至关重要的。
以上技术方案公开的均是一种属于制浆造纸技术中的制取造纸浆的方法，整个置 换过程中没有脱糖作用和环节。发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，而提供一种竹材溶解浆置换蒸 煮方法。本发明通过对竹片进行了分步的脱糖和脱木素处理，可以实现缩短蒸煮周期、降低 蒸汽汽耗、避免恶臭污染的目的，并制得甲种纤维素含量高、反应性能好、成浆色泽浅、低木 素高强度的竹材溶解浆柏。
本发明所采用的技术方案是这种竹材溶解浆置换蒸煮方法，其特点是包括有以下步骤。
(I)竹片预处理选用两年或两年以上丛生或散生竹材，经过切片、筛分、洗涤、脱 水处理后，料片含水< 60%，装入蒸煮锅。
控制竹龄及对竹片进行除渣洗涤处理，均匀了料片水分，提高原料的洁净度，保证 了蒸煮的稳定性。
(2)脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的2-8 倍的脱糖液，脱糖液温度> 200C，脱糖反应温度140-178°C，时间为30-120分，在脱糖液PH 值< 6时，脱糖反应结束。
对原料进行必要的脱糖反应，是制取高质量竹材溶解浆必须的环节，这也是与造 纸制浆最大最关键的区别。脱糖液为蒸汽、水、酸液或水与酸液的混合液，酸液为有机酸或 无机酸。竹材通过的脱糖处理后，原料中的聚戊糖含量大幅降低，灰份、木素含量也有明显 去除，细胞活性得于提高。
(3) 一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后，使用占总碱量40-60%的白液或黑 液对脱糖液进行中和置换，白液或黑液的温度为105-150°C，加入的液比为1:3-8. 5，置换 完毕，保温20-90分钟，温度为130-160°C。在此阶段，竹片中的木素在碱性条件下大量溶解 并溶除、粘度下降。
(4) 二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量60-40%的黑液对一级蒸煮 液进行置换，热黑液的温度140-180°C，浴比为1:3-8. 5。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸 煮液进行加热升温到150-178°C，保温30-180分。通过此次置换及二次补加药液，完成了木 素的浓度脱除，并对已经降聚的浆料进行聚合度调整，使之符合工艺条件的要求。
(5)三级置换及锅内洗浆使用洗浆来滤液对二级蒸煮液进行置换，滤液温度 70-90°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在置换过程中，蒸煮锅内的浆料温度逐渐降低， 浆料得到洗涤，在锅内温度低于100°C时，利用放浆泵将锅内浆料进行冷喷放。
为更好地实现本发明的目的，在蒸煮过程各级置换操作中，脱糖反应和脱木素反 应的置换(一级、二级、三级置换)均可以有三种方式一种是置换液从蒸煮锅底部进入，从 蒸煮锅上部流出；一种是置换液从蒸煮锅上部进入，从蒸煮锅底部流出；一种是置换液从 蒸煮锅上部、下部进入，从蒸煮锅中部流出。
为更好地实现本发明的目的，传统蒸煮过程蒸煮液是一次性加入，到蒸煮后期，锅 内蒸煮液的浓度会逐步下降，影响蒸煮效果，本发明中，蒸煮过程中用碱量是分两次加入 的，整个蒸煮过程比较均匀，药液单耗少，纤维损伤小，其中第一次加入碱量占总用碱量的 40-60%,第二次加入喊量占总用喊量的60_40%。总用喊量为12-26% (以氧化纳计)，总用喊 量的分次加入，可以保证。
I )缩小蒸煮过程中碱浓差距。
2 )在蒸煮过程中保持HS_离子有较高的浓度。
3 )保持较低的蒸煮强度，特别是在蒸煮开始时和终了时。
为更好地实现本发明的目的，一级置换出脱糖液进入脱糖液槽，二级置换出的黑 液进入温黑液槽，三级置换出的黑液进入热黑液槽，主要用于下锅蒸煮预处理或用于热交 换，回收了药液及热能，大大降低了药品消耗及蒸汽用量。随着黑液的重复利用，黑液的残 碱会逐渐降低，可通过补加白液的方式来进行调整，以保证蒸煮的用碱量符合工艺要求。
为更好地实现本发明的目的，在蒸煮过程各级置换操作中，脱糖反应和脱木素反 应的置换(一级、二级、三级置换)方式为置换液从蒸煮锅底部进入，从蒸煮锅上部流出； 或是置换液从蒸煮锅上部进入，从蒸煮锅底部流出；或是置换液从蒸煮锅上部、下部进入， 从蒸煮锅中部流出。
本发明与现有技术相比，其有益效果是。
有针对性地对竹片进行了分步的脱糖和脱木素处理，部分黑液的残碱得到利用， 可降低总用碱量和硫化度，缓解蒸煮条件，缩短蒸煮周期，即保护了甲种纤维素，又防止纤 维素过分的降解，提高了浆料的得率和强度。对蒸煮药液进行三次置换，使蒸煮的热能得以 充分回收，并防止含硫臭气散发，既大大降低了蒸汽消耗，又防止了恶臭污染，实现了节能 环保。
通过以上技术方案制得的竹材溶解浆，卡伯值6-16，甲种纤维素含量大于95%，多 缩戊糖含量小于5%，木素含量低于1. 0%。整个过程总用碱量比常规间歇蒸煮降低3-8%， 蒸汽消耗量比常规间歇蒸煮降低70%以上，蒸煮周期比常规间歇蒸煮降低50%以上，废气排 放符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)厂界标准值二级标准和《大气污染物综合排 放标准》(GB16297-1996)新污染源大气污染物排放限值二级标准。具体实施方案
以下结合实施例来对本发明作进一步的描述。
实施例1。
本发明给出的这种竹材溶解浆置换蒸煮方法包括有以下步骤。
1、竹片预处理选用两年丛生慈竹，经过削片机切片后，筛出竹片中的竹屑及长条 大料，大料经再碎机进行再次粉碎，合格后的竹片经充分的洗涤并进行脱水处理，使竹片水 分达到均一，脱水后的竹片含水< 60%，装入蒸煮锅。
2、脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的2倍 的脱糖液，脱糖液为蒸汽。脱糖反应温度140°C，时间为30分，在脱糖液PH值5时，脱糖反应结束。
3、一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后，使用占总碱量40%的黑液对脱糖液 进行中和置换，黑液的温度105°C，浴比为1:3。置换完毕，保温90分，温度130°C。在此阶 段，竹片中的木素大量溶解并溶除。总用碱量为26% (以氧化钠计)。
4、二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量60%的热黑液对一级蒸煮液 进行置换，热黑液的温度140°C，浴比为1:8. 5。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行 加热升温到150°C，保温30分。总用碱量为26% (以氧化钠计)。
5、三级置换及锅内洗浆使用洗浆来稀黑液对二级蒸煮液进行置换，稀黑液温度 90°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在锅内浆料温度低于98°C时，利用放浆泵将锅内浆 料进行冷喷放。
实施例2。
本发明给出的这种竹材溶解浆置换蒸煮方法包括有以下步骤。
1、竹片预处理选用三年丛生黄竹，经过削片机切片后，筛出竹片中的竹屑及长条 大料，大料经再碎机进行再次粉碎，合格后的竹片经充分的洗涤并进行脱水处理，使竹片水分达到均一，脱水后的竹片含水< 55%，装入蒸煮锅。
2、脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的3倍 的脱糖液，脱糖液为蒸汽。脱糖反应温度148°C，时间为45分，在脱糖液PH值4时，脱糖反 应结束。
3、一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后,使用占总碱量45%的黑液对脱糖液 进行中和置换，黑液的温度115°C，浴比为1:4。置换完毕，保温80分，温度135°C。在此阶 段，竹片中的木素大量溶解并溶除。总用碱量为24% (以氧化钠计)。
4、二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量55%的热黑液对一级蒸煮液 进行置换，热黑液的温度150°C，浴比为1:7。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行加 热升温到155°C，保温55分。总用碱量为24% (以氧化钠计)。
5、三级置换及锅内洗浆使用洗浆来稀黑液对二级蒸煮液进行置换，稀黑液温度 85°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在锅内浆料温度低于95°C时，利用放浆泵将锅内浆 料进行冷喷放。
实施例3。
本发明给出的这种竹材溶解浆置换蒸煮方法包括有以下步骤。
1、竹片预处理选用两年丛生撑绿竹，经过削片机切片后，筛出竹片中的竹屑及长 条大料，大料经再碎机进行再次粉碎，合格后的竹片经充分的洗涤并进行脱水处理，使竹片 水分达到均一，脱水后的竹片含水< 50%，装入蒸煮锅。
2、脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的4倍 的脱糖液，脱糖液为清水，脱糖液温度为20°C。脱糖反应温度154°C，时间为60分，在脱糖 液PH值6时，脱糖反应结束。
3、一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后，使用占总碱量48%的黑液对脱糖液 进行中和置换，黑液的温度120°C，浴比为1:5。置换完毕，保温70分，温度140°C。在此阶 段，竹片中的木素大量溶解并溶除。总用碱量为22% (以氧化钠计)。
4、二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量52%的热黑液对一级蒸煮液 进行置换，热黑液的温度160°C，浴比为1:6。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行加 热升温到160°C，保温80分。总用碱量为22% (以氧化钠计)。
5、三级置换及锅内洗浆使用洗浆来稀黑液对二级蒸煮液进行置换，稀黑液温度 80°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在锅内浆料温度低于95°C时，利用放浆泵将锅内浆 料进行冷喷放。
实施例4。
本发明给出的这种竹材溶解浆置换蒸煮方法包括有以下步骤。
1、竹片预处理选用三年丛生毛竹，经过削片机切片后，筛出竹片中的竹屑及长条 大料，大料经再碎机进行再次粉碎，合格后的竹片经充分的洗涤并进行脱水处理，使竹片水 分达到均一，脱水后的竹片含水< 45%，装入蒸煮锅。
2、脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的5倍 的脱糖液，脱糖液为酸液，脱糖液温度为105°C。脱糖反应温度160°C，时间为70分，在脱糖 液PH值3时，脱糖反应结束。
3、一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后,使用占总碱量50%的黑液对脱糖液进行中和置换，黑液的温度130°C，浴比为1:5. 5。置换完毕，保温60分，温度145°C。在此 阶段，竹片中的木素大量溶解并溶除。总用碱量为20% (以氧化钠计)。
4、二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量50%的热黑液对一级蒸煮液 进行置换，热黑液的温度165°C，浴比为1:5. 5。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行 加热升温到165°C，保温105分。总用碱量为20% (以氧化钠计)。
5、三级置换及锅内洗浆使用洗浆来稀黑液对二级蒸煮液进行置换，稀黑液温度 80°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在锅内浆料温度低于90°C时，利用放浆泵将锅内浆 料进行冷喷放。
实施例5。
本发明给出的这种竹材溶解浆置换蒸煮方法包括有以下步骤。
1、竹片预处理选用四年丛生龙竹，经过削片机切片后，筛出竹片中的竹屑及长条 大料，大料经再碎机进行再次粉碎，合格后的竹片经充分的洗涤并进行脱水处理，使竹片水 分达到均一，脱水后的竹片含水< 40%，装入蒸煮锅。
2、脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的6倍 的脱糖液，脱糖液为酸液和热水的混合液，脱糖液温度为85°C。脱糖反应温度165°C，时间 为85分，在脱糖液PH值3时，脱糖反应结束。
3、一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后,使用占总碱量53%的黑液对脱糖液 进行中和置换，黑液的温度138°C，浴比为1:6。置换完毕，保温50分，温度150°C。在此阶 段，竹片中的木素大量溶解并溶除。总用碱量为18% (以氧化钠计)。
4、二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量47%的热黑液对一级蒸煮液 进行置换，热黑液的温度170°C，浴比为1:5。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行加 热升温到170°C，保温130分。总用碱量为18% (以氧化钠计)。
5、三级置换及锅内洗浆使用洗浆来稀黑液对二级蒸煮液进行置换，稀黑液温度 75°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在锅内浆料温度低于90°C时，利用放浆泵将锅内浆 料进行冷喷放。
实施例6。
本发明给出的这种竹材溶解浆置换蒸煮方法包括有以下步骤。
1、竹片预处理选用三年丛生青皮竹，经过削片机切片后，筛出竹片中的竹屑及长 条大料，大料经再碎机进行再次粉碎，合格后的竹片经充分的洗涤并进行脱水处理，使竹片 水分达到均一，脱水后的竹片含水< 35%，装入蒸煮锅。
2、脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的7倍 的脱糖液，脱糖液为热水，脱糖液温度为70°C。脱糖反应温度172°C，时间为105分，在脱糖 液PH值2时，脱糖反应结束。
3、一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后，使用占总碱量58%的黑液对脱糖液 进行中和置换，黑液的温度145°C，浴比为1:7。置换完毕，保温35分，温度155°C。在此阶 段，竹片中的木素大量溶解并溶除。总用碱量为14% (以氧化钠计)。
4、二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量42%的热黑液对一级蒸煮液 进行置换，热黑液的温度175°C，浴比为1:4。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行加 热升温到175°C，保温155分。总用碱量为14% (以氧化钠计)。
5、三级置换及锅内洗浆使用洗浆来稀黑液对二级蒸煮液进行置换，稀黑液温度 75°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在锅内浆料温度低于88°C时，利用放浆泵将锅内浆 料进行冷喷放。
实施例7。
本发明给出的这种竹材溶解浆置换蒸煮方法包括有以下步骤。
1、竹片预处理选用两年丛生楠竹，经过削片机切片后，筛出竹片中的竹屑及长条 大料，大料经再碎机进行再次粉碎，合格后的竹片经充分的洗涤并进行脱水处理，使竹片水 分达到均一，脱水后的竹片含水< 30%，装入蒸煮锅。
2、脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的8倍 的脱糖液，脱糖液为热水，脱糖液温度为40°C。脱糖反应温度178°C，时间为120分，在脱糖 液PH值2时，脱糖反应结束。
3、一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后,使用占总碱量60%的黑液对脱糖液 进行中和置换，黑液的温度150°C，浴比为1:8. 5。置换完毕，保温20分，温度160°C。在此 阶段，竹片中的木素大量溶解并溶除。总用碱量为12% (以氧化钠计)。
4、二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量40%的热黑液对一级蒸煮液 进行置换，热黑液的温度178°C，浴比为1:3。置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行加 热升温到178°C，保温180分。总用碱量为12% (以氧化钠计)。
5、三级置换及锅内洗浆使用洗浆来稀黑液对二级蒸煮液进行置换，稀黑液温度 70°C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在锅内浆料温度低于85°C时，利用放浆泵将锅内浆 料进行冷喷放。
应当指出的是，在此列出的具体实施例仅仅是说明性的，并不意味着对本发明要 求保护范围进行限定，本发明的保护范围以所附的权利要求书为准。
权利要求
1.一种竹材溶解浆置换蒸煮方法，其特征在于包括有以下步骤(1)竹片预处理选用两年或两年以上丛生或散生竹材，经过切片、筛分、洗涤、脱水处理后，料片含水< 60%，装入蒸煮锅；(2)脱糖反应竹片经预处理后装入蒸煮锅，在蒸煮锅内加入绝干竹片重量的2-8倍的脱糖液，脱糖液温度> 20°C，脱糖反应温度140-178°C，时间为30-120分，在脱糖液PH值 (6时，脱糖反应结束；(3)一级置换及脱木素反应脱糖反应结束后，使用占总碱量40-60%的白液或黑液对脱糖液进行中和置换，白液或黑液的温度为105-150°C，加入的液比为1:3-8. 5，置换完毕， 保温20-90分钟，温度为130-160°C ；在此阶段，竹片中的木素在碱性条件下大量溶解并溶除、粘度下降；(4)二级置换及聚合度调整保温结束，使用占总碱量60-40%的黑液对一级蒸煮液进行置换，热黑液的温度140-180°C，浴比为1:3-8. 5，置换完毕，利用新鲜蒸汽对二级蒸煮液进行加热升温到150-178°C，保温30-180分；(5)三级置换及锅内洗浆使用洗浆来滤液对二级蒸煮液进行置换，滤液温度 70-900C，置换出的热黑液回流到热黑液槽，在置换过程中，蒸煮锅内的浆料温度逐渐降低， 浆料得到洗涤，在锅内温度低于100°c时，利用放浆泵将锅内浆料进行冷喷放。
2.根据权利要求1所述竹材溶解浆置换蒸煮方法，其特征在于在蒸煮过程各级置换操作中，脱糖反应和脱木素反应的置换(一级、二级、三级置换)方式为置换液从蒸煮锅底部进入，从蒸煮锅上部流出；或置换液从蒸煮锅上部进入，从蒸煮锅底部流出；或置换液从蒸煮锅上部、下部进入，从蒸煮锅中部流出。
3.根据权利要求2所述竹材溶解浆置换蒸煮方法，其特征在于蒸煮过程中用碱量是分两次加入的，其中第一次加入碱量占总用碱量的40-60%，第二次加入碱量占总用碱量的 60-40%;总用碱量为12-26% (以氧化钠计)。
4.根据权利要求1所述竹材溶解浆置换蒸煮方法，其特征在于一级置换出脱糖液进入脱糖液槽，二级置换出的黑液进入温黑液槽，三级置换出的黑液进入热黑液槽。
全文摘要
一种竹材溶解浆置换蒸煮方法，其特点是有以下步骤(1)竹片预处理；(2)脱糖反应；(3)一级置换及脱木素反应；(4)二级置换及聚合度调整；(5)三级置换及锅内洗浆。本发明有针对性地对竹片进行了分步的脱糖和脱木素处理，部分黑液的残碱得到利用，可降低总用碱量和硫化度，缓解蒸煮条件，缩短蒸煮周期，即保护了甲种纤维素，又防止纤维素过分的降解，提高了浆料的得率和强度。对蒸煮药液进行三次置换，使蒸煮的热能得以充分回收，并防止含硫臭气散发，既大大降低了蒸汽消耗，又防止了恶臭污染，实现了节能环保。
文档编号D21C3/26GK102995476SQ201110267129
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者王进军, 丛之敏, 赵建芬, 张佰丰, 薛振军 申请人:吉林化纤集团有限责任公司