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        【同行40年·2007】周振平:造紙精細化學品的現狀與應用技術|四十年四十人

        來源:中華紙業傳媒 編輯:admin 時間:2019-12-20
        導讀:周振平先生,1957年1月出生于中國上海,1990年3月移居香港。自1979年3月進入造紙行業和造紙化學品行業至今已有40余年。分別在上海造紙集團公司所屬上海紅光造紙廠擔任生產技術科總調度、白板紙機項目工程師、廠長辦公室主任、生產廠長等職務,以及在上海造紙

        2019年,中華紙業雜志社策劃和組織編排了一期《中華紙業》創刊40周年的紀念特刊。從尋訪的許多位40年來雜志同路人中選擇了40人,從1979年起,每年邀請一位講述自己與紙業的從業故事、成果經驗、看法建議、感悟體會、未來期望等等。他(她)們是雜志眾多作者、讀者、報道對象和客戶伙伴的代表,更是中國造紙工業成長壯大的奮斗者和實踐者的代表。希望能用一段段不同的歷程,一個個不同的視角,紀念來時路,開啟新征程。

        【2007年】

        造紙精細化學品的現狀與應用技術

        文/周振平 

         

        近二十年來我國紙及紙板的生產技術和生產量有了突飛猛進的發展,各類現代化的大型高速紙機相繼投產,同時伴隨著普通百姓對自身健康意識的提高和國家對環境保護力度的強化,給我們這些為造紙行業提供產品和服務的化學品廠商帶來了新的機遇和挑戰。即如何配合造紙行業的升級換代進一步做好對原生態的保護,尤其是森林資源和水資源的保護、減少排放、擴大再生資源的循環利用這一課題,我們進行了大量的研究和實踐,下面就如何使用化學藥品來進一步改善紙機的運行效率、提高產量、降低成本、滿足環保排放要求等四個方面與大家進行探討

         

        周振平先生,1957年1月出生于中國上海,1990年3月移居香港。自1979年3月進入造紙行業和造紙化學品行業至今已有40余年。分別在上海造紙集團公司所屬上海紅光造紙廠擔任生產技術科總調度、白板紙機項目工程師、廠長辦公室主任、生產廠長等職務,以及在上海造紙集團公司生產技術部擔任經理、總經理助理等。1990年3月至1999年2月作為中國專家赴香港捷眾造紙有限公司擔任技術主管和技術經理等職務。1999年3月加入美國赫克力士公司,先后擔任高級技術顧問、高級技術經理等職。2001年9月加入亞馬遜造紙化工有限公司擔任技術總監至今。2012年受聘陜西科技大學輕工與能源學院講座教授。

        眾所周知,與歐美發達的造紙國家相比,由于我國的土地資源條件,尤其是林業資源的不足,我們必須保護有限的森林資源,因此使用人工速生林生產的短纖維和再生纖維/廢紙是我國造紙行業所必須面對的課題,而合理和正確地使用精細化學藥品能夠幫助造紙工作者有效地緩解并解決這個問題。

        首先讓我們先來了解一下究竟什么是精細化學藥品?精細化學藥品主要指用于紙機濕部流送系統的化學藥品。大家都知道紙機濕部化學是一門研究紙料(濃漿回路及稀漿回路)中各種組分在濾水、留著、成形及白水循環過程中相互間有關水、纖維及其它添加劑相互之間的反應與作用規律的科學;同時也是研究各種添加劑與紙料各組分之間的相互作用及其對紙機運行性能和產品品質影響的一門科學。可以這樣地想象,紙機濕部系統就像一個黑匣子,雖然我們用眼睛不能直接看見里面究竟發生了什么變化和反應,但是通過一系列的紙機濕部化學理論,紙料之間的相互作用機理的指導和大量的實踐與探索,并通過使用各種不同的化學藥品所獲得效果的經驗積累,我們確實能夠看到添加了化學藥品以后系統所發生的各種明顯變化。所以我們說,紙機濕部化學是“所有你看不見的東西影響著你所能觀察到的事物”。

        一般情況下,紙機濕部化學藥品可以簡單地被分為兩大類,即功能性藥品和過程性藥品。顧名思義,功能性藥品就是可以通過使用該類化學藥品來提高和改善紙及紙板的某些功能,最典型的是通過使用施膠劑賦予紙張抵抗水的入侵的功能而方便印刷和書寫;而過程性藥品主要是用來提高紙機的運行效率和確保生產的順利進行,最典型的代表是微生物控制劑,合理正確地使用微生物控制劑可以改善和保持紙機生產環境的清潔,減少斷紙和延長二次計劃停機清洗的周期,最終達到提高運行效率的效果。

        但是如何使我們所使用的化學藥品發揮最佳的效果,是我們必須了解和掌握的。首先要根據自身紙機和生產流程的特點、原輔材料的結構和產品的特性及需要等條件來選擇或者咨詢有資質的化學藥品供應商或請他們推薦合適的化學藥品;其二是生產現場的技術和操作人員應該了解和掌握正確地使用化學藥品的方法和技能,關鍵是設定并控制好紙機和漿料的各項參數在合理的范圍內,滿足化學藥品正常使用時所需的條件并正確的使用化學藥品,才能獲得最佳的表現;其三是條件許可時,尤其是針對某些比較特殊的化學藥品,由藥品供應商配合并提供高品質的現場服務也是至關重要的,包括對系統檢測(數據的監測和測試)和跟蹤、對紙病和斷紙原因分析等。對于過程性化學藥品來講,它不是“神仙水”,通常它只能起到“錦上添花”的作用,切記!化學藥品不是萬能的,也不可能是萬能的,所以我們應該給予合理的期望。

        紙機濕部各種化學藥品之間的相互關系就象一條鎖鏈,互相影響和制約,在整個鎖鏈中,助留助濾劑通常起著相當關鍵的作用。可能大家會問為什么說紙機的助留助濾系統是現代化紙機尤其是高速紙機的最關鍵的化學藥品?

        ● 這是因為現代化紙機的運行速度越來越快,根據中國的國情,我們所使用的纖維原料卻越來越差,漿料中所添加的化學助劑越來越多,紙機濕部系統越來越復雜,清水用量越來越少,對排放污水的要求越來越高。

        ● 為了有效地解決上述這些接近苛刻的條件,就必須合理與正確地選擇助留助濾系統和正確地使用這些助留助濾藥品,尤其是針對高度封閉的系統,需要考慮并使用適合系統高電解質情況下的助留助濾劑。

        ● 我們知道,良好的纖維、細小纖維、填料和各種添加劑在紙頁中的保留,不僅減少了纖維/添加劑的流失和在循環白水中的累積,并節省/降低了運行成本;清潔的流送系統(流失的化學藥品通常會造成大量泡沫和部分沉積物),為提高紙機的運行效率、減少紙病和斷紙奠定了良好的基礎。

        ● 排放白水中相對較少的纖維含量和化學藥品殘余對減輕污水處理廠的負荷,更容易地降低COD和BOD含量以及金屬鹽/電解質和氮等化學品的含量以及降低污水處理的成本提供了可能。

        ● 所以,每一個造紙工作者都應該明白這一點,并正確地管理和使用好助留助濾系統,確保紙機正常地、長時間地連續運行并獲得品質良好的、穩定的產品和低的污水處理成本。因篇幅的關系,我們這次重點介紹一下配合助留助濾劑應用的系統微生物控制技術。

        2015年亞馬遜造紙化工創始人陳恩才博士曾接受《中華紙業》專訪。
         
        1  正確地使用微生物控制劑

        在良好與合理的紙機保留系統中,微生物的控制是非常關鍵的。殺菌劑——顧名思義就是用物理和化學的方法來殺滅細菌和微生物的一種藥劑。在絕大多數的紙機運行系統中,加入殺菌劑的目的是用來控制和抑制漿料、白水/清水、輔料和添加劑系統中微生物/細菌的繁殖速度并減少漿料出現腐敗的現象,此時的殺菌劑屬于過程性控制藥品;而對于用于生產直接包裝食品的紙及紙板和特殊用途的液體包裝紙板,加入殺菌劑的目的除了上述目標以外,更重要的是用來控制成品紙張中某些特殊的細菌和微生物或孢子數量,此時殺菌劑成為一種特殊的功能性藥品。

        殺菌劑通常可以被簡單地分為氧化型殺菌劑和非氧化型殺菌劑兩個大類;非氧化型殺菌劑還可以根據其反應機理被細分為殺菌劑和防腐劑。

        殺菌劑的主要作用機理可以用下面的術語來加以描述:

        ● 表面活性型,藥品溶解并穿透細胞壁對細胞進行解體。

        ● 表面連結/包裹型,藥品破壞細胞壁和細胞膜,使細胞喪失呼吸或排泄功能。

        ● 酵素/酶,使細胞失去活性,或神經中毒。

        ● 繁殖控制型,藥品借助于表面活性型殺菌劑穿透到細胞內部,破壞細胞的代謝功能使之失去繁殖能力,嚴格地講它屬于防腐劑。

        ● 氧化型殺菌劑主要是利用氧化還原的機理,使得細胞失去電子被氧化而快速死亡。

        要使得微生物控制劑能夠發揮最大效果的前提,是正確地選擇殺菌劑:

        殺菌劑的初選:    

        ● 生產系統的基本情況調查,這需要紙廠認真對待和提供方便。

        包括:系統中存在的各種微生物的種類和數量,活性及分布等;系統中漿料、白水和輔料在各個位置尤其是流送系統的pH、溫度、導電度和氧化還原電位/ORP等;目前紙機運行時主要面臨問題,紙機計劃停機清洗的時間和頻率等。

        ● 在選擇藥品時,要考慮避免藥品可能對環境造成的不良影響。

        ● 還應該避免各種不同的殺菌劑之間的不良反應以及與其它造紙化學品和添加劑之間可能產生的不良反應。

        從若干個候選殺菌劑牌號/產品中確定具最佳成本效益的產品——殺菌劑選擇試驗:

        ● 通過安排藥品對檢測樣本的毒性實驗,挑選出一種或數種合適的殺菌劑。

        ● 確保殺菌劑在漿料中達到一定的濃度。

        ● 確保殺菌劑與漿料的接觸時間符合該殺菌劑在實際添加點的條件。

        ● 友情提示:在紙機濕部的短循環系統應盡量避免直接使用氧化型殺菌劑,以避免可能影響施膠劑及染料的表現,另外有部分殺菌劑還有可能誘發泡沫的發生,尤其是當使用帶電荷的殺菌劑時應避免添加在與其帶相反電荷的化學藥品的場合。

        ● 系統的pH、溫度、ORP會直接影響殺菌劑的使用效果,高的pH和溫度會導致殺菌劑的分解從而失去其殺菌功能,部分殺菌劑對系統的ORP非常敏感。

        殺菌劑使用效果的評估:

        主要看紙機系統中因微生物引起的問題是否得到了有效地改善:

        ● 腐漿沉積物情況:腐漿引起的斷紙、紙病是否得到了減緩和控制;系統中微生物的數量是否得到了有效地抑制。

        ● 紙機運行效率的變化:由腐漿引起的停機清洗時間、次數和損失有效運行的時間是否得到減少。

        ● 處理成本合理。

         

        2  正確地使用化學藥品進行系統清洗

        無論紙機系統的微生物控制被設計得如何完美,乃至殺菌劑方案被執行得如何徹底,紙機運行一段時間以后,還是會因為微生物、或沉積物、或膠黏物的問題使得紙機越來越臟,因此需要進行必要與合理的清洗。

        通過清洗,實現如下效果:

        ● 可以進一步改善紙機的運行能力

        減少系統的波動;減少斷紙;減少無計劃停機次數和時間;改善脫水。  

        ● 改善產品的品質

        減少破孔和斑點;改善紙頁全幅寬度上的水分分布;改善紙頁強度;減少掉粉。

        ● 降低直接生產成本

        減少成形網的磨損;減少腐蝕;減少化學藥品的用量。

        為了幫助大家進一步認識清洗劑的作用和正確地使用清洗劑,我們可以將常用的清洗劑和清洗方法進行分類如下:

        根據藥品自身的特性,清洗劑通常可以分為三類:堿性清洗劑、酸性清洗劑、其他特殊用途的清洗劑。

        根據清洗的方式,它們還可以被分為:加熱化學串洗(Boilout)、泡沫清洗。

        下面向大家介紹一下常用清洗劑的主要成分和清洗過程的控制要求:

        (1)堿性清洗劑主要使用一些滲透劑、表面活性劑、分散劑以及螯合劑等化學藥品與燒堿混合用于紙機濕部的短循環甚至于長循環系統的加熱化學串洗。

        堿性清洗時的關鍵是控制好清洗液的濃度、pH、溫度以及清洗的時間。

        ● 藥品的濃度應根據系統的污染程度,具體用量建議參考產品說明書。

        ● 配制好清洗液要求的pH值在12以上。

        ● 條件許可時清洗液的溫度應控制在60℃以上。

        ● 確保藥品的循環清洗時間不少于60分鐘。

        ● 如果清洗過程不能同時滿足藥品濃度、pH和溫度條件時,藥品的循環清洗時間應該延長,至少不低于兩小時。            

        (2)酸性清洗劑主要也是利用滲透劑、表面活性劑、分散劑、緩蝕劑以及螯合劑等化學藥品與酸混合或獨立使用于紙機的短循環或長循環系統的串洗。

        酸性清洗的要點是:

        ● 可將不溶于堿的沉積物如碳酸鈣等從系統中清除出去。

        ● 藥品的濃度應根據系統污染的程度而定,具體用量建議參考產品說明書。

        ● 要求的pH值在3~3.5。

        ● 為了避免酸洗過程對系統設備可能出現的腐蝕,酸洗時保持室溫即可。

        ● 時間應控制在不超過1小時。

        比較常用的特殊用途的清洗劑分別有:

        溶劑型清洗劑:主要用來清除干固的含有聚乙烯醇的表面施膠和干固的涂料的沉積物。

        含有雙氧水的泡沫清洗劑:主要是利用藥品所釋放的雙氧水所產生的微氣泡來清洗涂料或頑固的沉積物,主要用來清洗涂料的上料系統和儲存罐等。

        泡沫清洗的作用和主要用途:

        泡沫清洗主要用來解決加熱化學串洗不能清洗的位置,如各類漿池;濕端機架、輥子、成形網;毛布和干網;纖維回收系統。

        加熱化學藥品串洗效果的評估:

        為了達到預期的清洗效果,加熱化學藥品串洗的全過程必須加以嚴密的監控和檢測相關的參數,包括:pH值、溫度、時間、導電度(固含量)、堿度、酸度、螯合劑的殘余物、溶液中重金屬(鈣、鋇、鋁、鐵等)離子的分析、安全等。

        需要監視的基本內容,包括:各項參數的變化趨勢,確保清洗的效率;用書面的文件總結化學串洗的結果;對重要部分拍照,對提出的改進意見,組織專人跟進。

         

        3  微生物控制和系統清洗劑使用中應該注意的重要事項

        ● 在開始使用化學藥品以前,應該認真地閱讀該化學藥品供應商所提供的藥品使用說明書和安全資料表(PIS & SDS)。

        ● 啟動加藥程序前還應檢查并確認藥品儲存桶、計量泵、加藥管線以及添加點的接口無泄漏。

        ● 對于在同一設備或管線中使用兩種不同的化學藥品時,不要輕易地切換或加以混合,應咨詢化學藥品的供應商或用清水或溶劑徹底地清洗后再切換第二種化學藥品。

        ● 在向藥品儲存桶中添加類似殺菌劑、清洗劑等含有刺激性和腐蝕性成分的化學藥品時,操作人員應按產品安全資料表上的要求配戴好合適的防護用品,如橡膠手套、防護眼鏡等。

        ● 發現有化學藥品泄漏時,應立即通知有關人員采取堵漏措施,并根據產品安全資料表上的指引清理泄漏現場。

        ● 幾乎所有的化學藥品都會刺激人的皮膚,尤其是眼睛。因此操作人員暴露在外的皮膚以及眼睛不得直接接觸藥品,以免造成傷害。

        ● 萬一不慎將化學藥品濺在人體皮膚上或眼睛內,應立即用大量清水沖洗皮膚表面或眼睛,并送醫院作進一步的治療。

        ● 一旦不慎誤入口中,應根據產品安全資料表的指引,立即用牛奶或清水等灌腸并及時送醫院作進一步的治療。

           

        本文原載于《中華紙業》2019年第13期“創刊40周年紀念特刊”,閱讀和下載電子版請點擊:
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