高效法制浆技术及设备

高得率制浆法是指能够获得纸浆得率高的制浆方法，主要类别包括机械法制浆、半化学法制浆和化学机械法制浆。与木浆得率为50%左右的化学法制浆相比，机械法制浆得率为90%～98%，半化学法制浆得率为65%～85%，化学机械法制浆得率为85%～90%，其得率均远远高于化学法制浆。

（一）主要高得率浆的相关术语

SGW （Stone Ground Wood） 磨石磨木浆

PGW （Pressurized Ground Wood） 压力磨石磨木浆

TGW （Thermo Ground Wood） 高温磨石磨木浆

RMP（Refiner Mechanical Pulp） 盘磨机械浆

TMP（Thermo-Mechanical Pulp） 预热盘磨机械浆

PRMP （Pressure Refiner Mechanical Pulp） 压力盘磨机械浆

CMP （Chemi-Mechanical Pulp） 化学盘磨机械浆

CTMP（Chemi-Thermo-Mechanical Pulp）化学预热机械浆

APMP （Alkaline Peroxide Mechanical Pulp） 碱性过氧化氢化学机械浆

SCMP （Sulphonated CMP） 磺化化学机械浆

BMP （Bio-MP） 生物机械浆

SCP （Semi-ChemicalPulp） 半化学浆

NSSC （NeutralSulphite Semi- chemical Pulp） 中性亚硫酸盐法半化学浆

（二）机械法制浆

机械法制浆是指单纯利用机械磨解作用将纤维原料分离成纸浆的制浆方法，其原理是通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分散成纤维，获得的纸浆即称作机械浆。机械浆几乎不溶出原料中的木素，是得率最高和污染最小的一种制浆方法。因保留了所有成分（包括杂细胞、木素）及对纤维的切断，使得用这种浆生产的纸强度低、发脆、漂后发黄等。

根据机械处理所使用的设备不同，机械法制浆主要有磨石磨木法和盘磨机械法，前者使用磨石磨木机，后者使用盘磨机。所得机械浆主要有磨石磨木浆（SGW）、压力磨石磨木浆（PGW）、（普通）盘磨机械浆（RMP）和热磨机械浆（TMP），但是，磨石磨木法制浆现在已经基本被淘汰。

1.盘磨机械浆（RMP）

盘磨机械浆（RMP）是以木片为原料，用盘磨机产浆的机械浆。盘磨机械浆（RMP）基本的生产工艺流程主要包括木片洗涤器、脱水机、磨盘机、二段磨盘机（可选）、筛选。典型盘磨机械浆（RMP）生产工艺流程见图3-25。

图3-25　典型盘磨机械浆（RMP）生产工艺流程

1—木片仓；2—鼓风机；3—旋转阀；4—旋转分离器；5—木片洗涤器；6—洗涤脱水器；7—分配输送器；8—平衡木片仓；9—第一段盘磨机；10—刮板运输机；11—第二段盘磨机；12—泵

采用盘磨机械浆（RMP）制浆过程中，在使用磨盘磨浆时，原木的种类、磨浆的浓度、预处理的条件及磨齿等都影响磨浆的能耗。通常盘磨机械浆（RMP）平均能耗1600～2200kW·h/t ，热磨机械浆（TMP）是1800～2300kW·h/t。输入的能量主要用于纤维的离解与精磨上，生产表明，离解只消耗较少的能量，大部分的能量消耗于纤维的精磨上。

采用木片磨盘机械法制浆的主要优点是自动化程度高，生产能力大，能够大大提高劳动生产率；木材利用率高，能够充分利用边皮、枝丫等林区和制材厂的废材；获得纸浆的强度高。但是，其主要缺点是电耗高，相比磨石磨木浆，高出50%左右；磨盘使用寿命较短，维修费用较高；成纸的白度差，平滑度较低。

2.热磨机械浆（TMP）

热磨机械浆（TMP）因不同的原料、不同的磨浆设备及不同的纸张品种，其生产流程有所不同。热磨机械浆（TMP）一般生产流程主要包括木片、木片洗涤器、木片预热器、螺旋给料器、Ⅰ段压力磨盘机、喷放、Ⅱ断压力或常压磨盘机、筛选、浓缩贮存。在热磨机械浆（TMP）制浆过程中，TMP由于木片先经过蒸汽预热处理，使得木片软化，其性能有了很大改进，相比RMP和SFW，TMP具有强度较高、纤维较长、纤维束含量较低的特点，抄出纸面还具有较好的光学性能。

TMP首先应用于新闻纸的生产，随着TMP的发展，其应用范围及用量日益增长。特别TMP工业化以来，发展很快，已经逐渐取代了RMP，成为了现代机械浆的重要浆之一。目前，TMP最大的应用是生产新闻纸，据统计，TMP总量中有54%用于新闻纸，20%用于杂志纸和涂布原纸，15%用于纸板，其余11%为商品浆。生产新闻纸一般采用两段磨浆TMP生产工艺流程，生产新闻纸的两段磨浆TMP生产工艺流程图3-26。

图3-26　生产新闻纸的两段磨浆TMP生产工艺流程

（三）化学机械法制浆(www.xing528.com)

化学机械浆是一种兼有化学和机械处理制浆的方法，它是对CTMP、APMP和SCMP等制浆的统称。总的来说，化学机械浆具有得率高、污染负荷轻、强度好、生产成本低等优点。

1.化学热磨机械浆（CTMP）

化学热磨机械浆（CTMP）的生产流程是在预热盘磨机械浆（TMP）生产的系统中增加了一个化学预处理段（即化学预浸），其基本生产工艺流程主要包括木片、洗涤、化学预浸、蒸汽预热、磨浆（1段或者2段）、未漂浆。化学热磨机械浆（CTMP）是同时结合了化学浆和机械浆各自的优点，既有很高的得率，又有较好的柔软性和强度。

在制浆过程中，温和条件下增加化学处理的主要作用是使纤维软化，木材软化后能够较多地分离出完整的纤维，使长纤维组分增加。而软化后的纤维，能够有助于降低磨浆能耗，还能提高浆的强度。化学处理对木素的软化是不可逆的，是永久性的，因此不会复原。相比热处理方式，热处理对木素的软化是可逆的，冷却后又会复原。由此可见，单一化学处理软化木片优于热处理，同时，如果化学处理后，再经热处理，相中处理相结合，这样可以进一步提高软化的效果。

在化学处理预浸渍过程中，预浸渍用的化学药品一般为亚硫酸钠和氢氧化钠。其中，亚硫酸钠的主要作用是使木素磺化，在木素分子中引入强亲水性的磺酸基基团。木素的软化温度，随木素磺化度的增加而呈直线下降。木素的亲水性增大，其热塑性也增大，磨浆时纤维易于离解，并使纤维完整程度增大，细纤维化程度高，纤维结合强度好。氢氧化钠是一种很好的润胀剂和软化剂，在碱的作用下，促进了纤维的润胀和软化，能够为磨浆时纤维的离解和细纤维化提供有利的条件。

在化学热磨机械浆（CTMP）制浆过程中，影响化学热磨机械浆（CTMP）性能（质量、产量等）的主要因素之一是磨浆工艺，包括磨机设备、磨盘间隙、磨盘特性、磨浆温度（或压力）、磨浆浓度、磨浆能耗等，应合理选择、控制和调节。

2.碱性过氧化氢机械浆（APMP）

碱性过氧化氢机械浆（APMP）的流程特点是两段螺旋挤压、两段预浸和两段常压磨浆，整个生产工艺是将制浆与漂白结合在一起同时完成，其基本生产工艺流程包括洗后木片、一段螺旋挤压预浸、二段螺旋挤压预浸、一段常压磨浆、螺旋挤压、二段常压磨浆、消潜、筛选净化、多盘过滤机、高浓浆塔。

在整个生产工艺流程中，最关键的是两段螺旋压榨机的作用，影响到浆的均匀性、强度和白度和工艺能耗。螺旋压榨机主要对木片起到挤碾作用，关键参数在于螺旋压榨机的压缩比。一般而言，作为密封用的进料螺旋，其压缩比在2∶1左右，但是，如果要将木片碾压均匀，其压缩比必须在4∶1左右或者更高。APMP制浆时选用不同原料其能耗区别较大，杨木、云杉、南方松原料APMP制浆的能耗比较见表3-3。

表3-3　杨木、云杉、南方松原料APMP制浆的能耗比较

碱性过氧化氢机械浆（APMP）的主要特点是制浆漂白合二为一，无须设置专门的漂白车间，能够大大节约投资成本；常压磨浆能够省去压力蒸汽系统；采用高压缩比预浸螺旋挤压机，能够挤出木片中大部分树脂和水溶出物；磨浆前用碱预浸木片，在达到所需的强度下，能够有效降低能耗，在一定情况下，能耗可降低40%左右；整个APMP工艺过程中没有使用Na2SO3，废水中不含有硫，易处理废水。

3.磺化化学机械浆（SCMP）

磺化化学机械浆（SCMP）是把木片用亚硫酸钠药液蒸煮，使原料中的木素磺化、润胀而还原溶解，木片变得柔软，纤维容易解离，然后用盘磨机磨成制浆。与CTMP相比，SCMP的生产过程不同之处主要在于木片受到了比较强烈的化学处理。磺化化学机械浆（SCMP）的基本生产工艺流程主要包括木片、木片洗涤、木片预热、蒸煮（M＆D斜管连蒸器）、喷放、螺旋压榨、二段常压磨浆、筛选（成浆游离度300～400mL ），典型具有代表性的SCMP基本生产工艺流程见图3-27。

图3-27　SCMP基本生产工艺流程

1—木片仓；2—预热器；3—压榨机；4—圆盘磨；5—闪蒸槽；6—蒸煮器；7—浓药液槽；8—稀药液槽；9—火碱罐；10—硫磺燃烧炉；11—熔融硫磺；12—冷却器；13—吸收塔；14—木片洗涤机

磺化化学机械浆（SCMP）主要特点是得率高、强度好、滤水性好、污染小。主要表现在SCMP得率一般能够达到85%～93%，其强度比热磨机械浆还要好得多，能够代替新闻纸配料中全部化学木浆，其成浆的游离度一般为300～400mL，滤水性很好，在生产过程中因得率高，其产生的污染物能够大大减少，污染负荷（BOD5）一般可达到35～45kg/t 。

4.半化学法制浆（SCP）

半化学法制浆（SCP）的化学处理程度较化学浆温和，但是较化学机械浆剧烈，原为在受化学处理后，尚未达到分离点，仍需靠机械方法进一步离解，但其粗渣较软，离解成纤维所需动力较少。由此可见，半化学浆和化学浆同属于化学、机械两段制浆。其二者的区别一般是以得率为标准来划分，其中，半化学浆是指对于木材原料得率为65%～85%，化学机械浆是指对于木材原料得率为85%以上的。生产半化学浆的方法较多，通常主要有中性亚硫酸盐法（NSSC）、碱性亚硫酸盐法（ASSC）和亚硫酸氢盐法、亚铵法、硫酸盐法、烧碱法以及无硫法等。

（1）中性亚硫酸盐法半化学浆（NSSC）

中性亚硫酸盐法半化学浆（NSSC）的主要蒸煮药剂为亚硫酸钠，同时还要加入缓冲剂，通常情况下，一般使用Na2SO3，也可以用NaHCO3或NaOH。其缓冲剂的作用是中和原料在蒸解过程中产生的有机酸，控制蒸煮终点pH值在7.2～7.5，防止糖类水解。在NSSC制浆过程中，需要加入蒽醌，这样可以加快脱木素速率，提高浆的得率，减少化学品消耗，降低蒸煮能耗。

生产NSSC浆的主要设备是M＆D斜管连续蒸煮器，使用M＆D斜管连续蒸煮器生产阔叶木NSSC浆的流程见图3-28所示，M＆D斜管连续蒸煮器是将木片的蒸汽预热、药液浸渍、汽相蒸煮及液相蒸煮综合起来的设备。

图3-28　使用M＆D斜管连续蒸煮器生产阔叶木NSSC生产流程

1—喂料器；2—预蒸器；3—进料旋转阀；4—连续蒸煮器；5—喷放仓；6—粗浆洗浆机；7—除碎片盘磨机；8—高浓度泵；9—压力双盘磨

（2）碱性亚硫酸盐法半化学浆（ASSC）

碱性亚硫酸盐法半化学浆（ASSC）是一种在高pH值（9～11）下的亚硫酸盐半化学浆生产方法。在蒸煮条件与硫酸盐法相类似的情况下制浆，浆的强度与得率与硫酸盐法基本一致，并且其浆的白度更高。

（3）亚硫酸氢盐法

亚硫酸氢盐法主要是指其盐基为镁或钠，药液主要成分为Mg（HSO）2或者NaHSO3的生产方法。