專利名稱：一種利用超聲波制漿-漂白一體化工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及造紙制漿技術領域，進一步是利用超聲波技術制漿漂白，尤其是利用
超聲波技術，將麥草、稻草、蘆葦、蔗糖渣、玉米秸稈、竹子、棉短絨等非木材原料制成漂白紙 漿的方法。
背景技術：
在我國，采用利用麥子秸稈、稻子秸稈及其它禾草造紙，仍然在造紙領域占有重要 的位置，這有利于充分利用秸稈資源，同時也有利于增加農民收入。目前的以秸稈為原料的 傳統的燒堿法或硫酸鹽法制漿的工藝路線由備料、蒸煮、洗漿、漂白、洗漿工段組成。即由 禾草經過一系列備料工序后裝入蒸器內，加入堿性藥物和其他一些助劑，在高溫高壓下經 長時間反應，再高壓噴放生產出低漿，進入下一工序漂白，最終生產出白色紙漿。
該工藝路線存在的問題是1、蒸煮階段需加入大量的化學藥劑進行高溫蒸煮。漂 白紙漿得率30-40% ，意味著每噸原料要有600-700kg有機物進入蒸煮廢液。此廢液成分復 雜，耗氧量高，堿度大；2、采用麥草時硅化物含量高，堿回收時設備結垢影響正常運轉；3、 洗漿工段用水量大，排放量大，其化學需氧量(C0D)高達10萬mg/1 ;4、漂白工段多采用液 氯漂白，廢水中含有較多的有機氯，對環境和人體危害很大；5、整套工藝資源消耗較高，污 染防治任務艱巨。傳統的工藝技術的高消耗、重污染成為造紙工業可持續發展的瓶頸。隨 著國家環保力度的加大，一些以麥草為原料的中小造紙企業紛紛停產。
為改善傳統工藝的弊端，業內人士進行了積極有益的探索，利用超聲波技術改良 傳統造紙工藝就是其中的一例 申請號為95193438. 4名稱為"超聲波在造紙中的應用"的專利申請，在紙料中、 機器部件上、清洗槽和涂膜槽內用在外部安裝的超聲振子或在內部起作用的浸入式超聲單 元加進頻率為15-60kHz的超聲能。其主要目的是用以防止產生纖維絮凝塊、分散已形成 的纖維絮凝塊；增進原纖化、改善存留量和有兩組份的化學品的出產量；防止在白水循環 路線上的機器部件和其它部件上形成微生物或其它類型的積累層、防止金屬絲網和壓氈堵 塞、防止涂膜臺或涂膜機內發生絮凝作用；其其方法是對傳統造紙工序的改善，并沒有革命 性的進展。 2005年第4期《黑龍江造紙》發表了 "超聲波技術在制漿造紙中的應用"的論文， 該文指出了通過超聲波進行廢紙脫墨、超聲波防除積垢、黑液降黏、中段廢水脫色、清洗 等。其方法是對堿法造紙的改進，沒有革命性的進展，且處理方案不涉及制漿，無具體方案， 因而不具備可操作性。 到目前為止，超聲處理大多還處于實驗室的部分、間歇處理階段，存在著成本相對 偏高，處理量小的問題。尚未見到超聲波技術在造紙工業化連續生產中的應用的報道。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用超聲波制漿_漂白一體化工藝，它可充分利用超聲波技術，將草類原料及非木材料原料制成漂白紙漿，使超聲波造紙實現工業化。
為實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種利用超聲波制漿_漂白一體化
工藝，其特征在于包括以下步驟備料、反應、放漿，備料指將經傳統方法或其它方法處理合
格原料(麥草、稻草等)置于超聲波反應釜內；所述的反應在反應釜內進行，先將原料加水，
形成濃度為3% _30%的原料液，按原料液重量0. 1% -1. 0%的比例加入超聲波輔助增強添
加劑；該添加劑既能潤張纖維原料，又能在超聲的作用下產生綠色漂基；再加熱原料液，加
熱可采用反應釜夾套油加熱裝置進行，當原料液的溫度升至50°C -IS(TC后，開啟超聲發生
器，超聲波的功率是O. 25-1千瓦/立方料，頻率是15-80KHZ，超聲波間歇作用于原料液，反
應1-5小時。原料在超聲波作用下纖維和木質素發生分離并形成漂白漿料，利用反應釜中
壓力打開噴放閥門，使漿料迅速成漿；這樣，實現漂白與制漿同步進行。 本發明可通過以下方案進一步實現 超聲波間歇作用指開3-10分鐘、停30-90分鐘，循環進行。 所述的原料為非木材物質或草類物質，如麥草、稻草、蘆葦、蔗糖渣、玉米秸稈、竹 子、棉短絨等。 所述的超聲波輔助增強添加劑可以是下列之一種或幾種混合聚氧化乙烯 [(Polyethylene oxide)分子式H_ (_0CH2CH2-) n-0H];聚丙烯酰胺[(Polyacrylamide) 分子式C3H5N0] ; 二甲基亞砜[(Dimethyl sulfoxide)分子式C2H60S];乙二胺四乙酸 [(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid)分子式C10H16N208];六偏憐酸納[(Sodium Hexametaphosphate)分子式(NaP03)6]。 2種混合時，可以是下列之一種按重量比，二甲基亞砜聚氧化乙烯=i : 1-15 的混合物；按重量比，乙二胺四乙酸聚丙烯酰胺=i : l-5的混合物；按重量比，二甲 基亞砜聚丙烯酰胺=1 : 1-15的混合物；按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸= i : i-io的混合物；按重量比，六偏磷酸鈉乙二胺四乙酸=i : l-6的混合物。
3種混合時，可以是下列之一種按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚氧 化乙烯=1 : i-io : 2-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜六偏磷酸鈉聚丙烯酰 胺=i : i-io : 2-15的混合物；按重量比，六偏磷酸鈉乙二胺四乙酸聚丙烯酰胺 =1:1-5: 2-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚丙烯酰胺= l:i-5: 2-i5的混合物。
4種混合時，可以是下列之一種按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚氧化 乙烯聚丙烯酰胺=1 : i-io : l-i5 : l-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜六偏磷 酸鈉乙二胺四乙酸聚丙烯酰胺=i : l-5 : i-io : l-i5的混合物；按重量比，二甲基 亞砜六偏磷酸鈉乙二胺四乙酸聚氧化乙烯=i : l-5 : i-io : l-i5的混合物。
5種混合時，可以是下列之一種按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚氧化 乙烯聚丙烯酰胺=1 : l-2 : i-io : l-i5 : l-i5的混合物；按重量比，乙二胺四乙酸 二甲基亞砜聚氧化-乙烯聚丙烯酰胺=i : l-2 : i-io : l-i5 : l-i5的混合物。
也可以采用其它組合。 超聲發生器放置于反應釜內，反應釜包括有釜體和支架，釜體經轉軸裝在支架上， 釜體一端轉軸上裝有蝸輪，蝸輪同減速機的蝸桿相嚙合，減速機經皮帶同電動機相連，釜體 另一端轉軸為空心轉軸，靠空心轉軸一側的釜體內壁上裝有超聲反應器，釜體內下部有同空心轉軸連通的出料管，釜體上部有裝料口 。 在放漿后再進行篩選、凈化和溶劑(指超聲波輔助增強添加劑反應后的產物)提 取過程，溶劑提取指先進行擠漿，經去雜后再進行清洗，沉淀，經過濾后回收溶劑。經擠漿機 將漿料中的水分和溶出物擠出，再對漿料進行清洗；經高濃磨漿機對漿料進行精磨，再經篩 選系統把沒有離解的原料(如草節)除去，經清洗機對漿料清洗，洗后的漿入貯漿池貯存， 再泵送至雙網擠漿機脫水至30_35%干度，同時回收溶劑，紙漿待售。 其中，所述的篩選可以由下述設備完成池體內底部有沉降槽，沉降槽上面有帶透 水孔的固定透水板，固定透水板上面裝有防水超聲波換能器，超聲波的功率和頻率同前，防 水超聲波換能器上置有帶透水孔的振動篩板，振動篩板上部有儲料室。 所述的凈化可以由下述設備完成支架上部兩邊上下對稱裝有兩轉動軸，每轉動 軸兩端上對應裝有轉動輪，轉動輪上裝有水平傳送帶，上部水平傳送帶的內下面在支架上 裝有超聲清洗器，超聲波的功率和頻率同前，水平傳送帶間在支架上橫向裝有接水盤，水平 傳送帶兩端分別有進料口和出料口。 本發明的機理超聲波在傳播的過程中會引起與原料及介質的相互作用而產生機 械效應、熱效應和空化(空穴)效應。其中空化效應是聲化學的應用理論基礎，也最為重要。 空化效應由成核、微泡生長、空穴塌陷三步組成。在反應體系中，液體內存在張力弱區，即液 體內溶有氣體或在塵埃的液固界面上存在氣體作為氣核，在超聲波作用下，氣核膨脹長大， 并為周圍的液體蒸汽或氣體充滿，由于內外壓力懸殊使空穴塌陷、破裂，把集中的聲場能量 在極短的時間和極小的空間內釋放出來，使介質局部形成5000K以上的高溫和5X 105Pa大 氣壓的高壓環境，并產生出很大的沖擊力，起到激烈攪拌的作用，同時生成大量微泡。它們 又作為新的氣核，使該循環繼續下去。 本發明充分利用超聲波作用于草料及不含氯元素的超聲波輔助增強添加劑上產 生的空化效應，在空化泡破裂時，極短時間在空化泡周圍的極小空間內產生高壓和高溫，并 伴生強烈的沖擊波；由于能量的釋放，使局部的電子能級發生變化，造成空穴界面處或泡內 電子能級的躍遷，降低了化學反應的活化能，使得草料片產生縱向分裂、纖維分離、木素碎 片化而形成紙漿；同時可使纖維產生維隙，比表面積增大，反應活性中心增多，可利用超聲 形成的綠色漂基(羥基自由基 OH)，脫除紙槳中的發色基團。 本發明產生的有益效果是1、漂白與制漿同步進行，將傳統的漂前和漂后兩段洗 滌為一段洗滌，簡化了工藝流程。2、設備數量和能源用量大為減少，投資省，生產成本低。 3、漂白效率高，產品質量好。經檢測，超聲無氯麥草漿各項物理指標均高于燒堿蒽醌法麥草 漿，其中，抗張指數、撕裂指數、耐破指數都有明顯的提高，白度提高15個百分點以上，尤其 是耐折度是后者的50倍以上。4、有較高的制漿得率，超聲無氯麥草漿較燒堿蒽醌法麥草漿 提高得率30%以上，一般可達到60-70%。 5、洗漿工段少，用水量少，廢水排放量少，噸漿用 水量減少20%以上，噸漿廢水排放量小于80立方米。6、化學需氧量(C0D)和色度低，不含 持久性有毒污染物AOX(可吸附有機鹵化物)等，污染負荷小，對環境友好。C0D濃度不足燒 堿蒽醌法麥草漿濃度的1/10， BOD濃度不足燒堿蒽醌法麥草漿濃度的1/20，制漿廢水污染 負荷大幅度下降，較易處理至達標排放，且處理后的廢水可全部會用于生產系統中。7、運用 范圍廣，可運用于麥草、稻草、蘆蘋、蔗糖渣、玉米秸稈、竹子、棉短絨等非木材原料，特別是 草類原料。
具體實施例方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，并使本發明的上述目的、特征
和優點能夠更加明顯易懂，下面結合實施例對本發明作進一步詳細的說明。
實施例1 : 將由備料車間處理合格麥草置于車間的超聲波反應釜內，加水形成草料濃度為 10% _25%的原料液；向反應釜內加入原料液重量O. 1% _1.0%的超聲波輔助增強添加 劑，超聲波輔助增強添加劑為乙二胺四乙酸，開啟反應釜夾套油加熱裝置，當草料的溫度 升至70°C -ie(TC后開啟超聲發生器，超聲波的功率是0. 35-0. 85千瓦/立方料，頻率是 15-80KHZ，超聲波間歇作用于麥草，反應2-4. 5小時；草料在超聲波作用下纖維和木質素發 生分離，利用反應釜中壓力打開噴放閥門，使漿料迅速成漿；之后，經擠漿機將漿料中的水 分和溶出物擠出，再對漿料進行清洗；經高濃磨漿機對漿料進行精磨，再經篩選系統把沒有 離解的草節和草料除去，經清洗機對漿料清洗，洗后的漿入貯漿池貯存，再泵送至雙網擠漿 機脫水至30_35%干度，同時回收溶劑(指超聲波輔助增強添加劑反應后的產物)，紙漿待 售。
實施例2 : 將由備料車間處理合格的稻草置于車間的超聲波反應釜內，加水形成草料濃度為 15% _20%的原料液；向反應釜內加入原料液重量O. 1% -1. 0%的超聲波輔助增強添加劑， 超聲波輔助增強添加劑由二甲基亞砜與聚氧化乙烯按重量比1 : 3-10的比例混合而成， 開啟反應釜夾套油加熱裝置，當草料的溫度升至90°C _1401:后開啟超聲發生器，超聲波的 功率是0. 45-0. 75千瓦/立方料，頻率是15-80KHZ，超聲波間歇作用于麥草，反應2. 5_4小 時；草料在超聲波作用下纖維和木質素發生分離，利用反應釜中壓力打開噴放閥門，使漿料 迅速成漿；之后，經擠漿機將漿料中的水分和溶出物擠出，再對漿料進行清洗；經高濃磨漿 機對漿料進行精磨，再經篩選系統把沒有離解的草節和草料除去，經清洗機對漿料清洗，洗 后的漿入貯漿池貯存，再泵送至雙網擠漿機脫水至30-35 %干度，同時回收溶劑(指超聲波 輔助增強添加劑反應后的產物)，紙漿待售。 超聲波輔助增強添加劑既能潤張纖維原料，又能在超聲波的作用下產生綠色漂
基，超聲波輔助增強添加劑與超聲波相輔相成，共同促進，完成對原料制漿與漂白。超聲波
輔助增強添加劑一般選用聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、二甲基亞砜、乙二胺四乙酸、六偏磷酸
鈉之一種或幾種混合，混合時，可以是本發明已列舉的幾種，也可以是本領域技術人員可以
想到的其它組合，還可以是本領域技術人員可以想到的其它類似物質的組合。 以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，
任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，
都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于包括以下步驟備料、反應、放漿，所述的反應在反應釜內進行，先將原料加水，形成濃度為3％-30％的原料液，按原料液重量0.1％-1.0％的比例加入超聲波輔助增強添加劑；再加熱原料液，當原料液的溫度升至50℃-180℃后，開啟超聲發生器，超聲波的功率是0.25-1千瓦/立方料，頻率是15-80KHZ，超聲波間歇作用于原料液，反應1-5小時。
2. 根據權利要求1所述的利用超聲波制漿_漂白一體化工藝，其特征在于超聲波間 歇作用指開3-10分鐘、停30-90分鐘，循環進行。
3. 根據權利要求1所述的一種利用超聲波制漿_漂白一體化工藝，其特征在于所述 的原料為非木材物質或草類物質。
4. 根據權利要求1所述的利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于所述的超 聲波輔助增強添加劑是下列之1種，或2種或3種或4種或5種混合凍氧化乙烯、聚丙烯 酰胺、二甲基亞砜、乙二胺四乙酸、六偏磷酸鈉。
5. 根據權利要求4所述的利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于2種混合 時，是下列之一種按重量比，二甲基亞砜聚氧化乙烯=1 : l-i5的混合物；按重量比，乙二胺四乙酸聚丙烯酰胺=i : 1-5的混合物；按重量比，二甲基亞砜聚丙烯酰胺= i : l-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸=i : i-io的混合物；按重量 比，六偏磷酸鈉乙二胺四乙酸=i : l-6的混合物；3種混合時，是下列之一種按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚氧化乙 烯=1 : i-io : 2-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜六偏磷酸鈉聚丙烯酰胺 =1 : i-io : 2-i5的混合物；按重量比，六偏磷酸鈉乙二胺四乙酸聚丙烯酰胺 =1:1-5: 2-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚丙烯酰胺= l:i-5: 2-15的混合物。4種混合時，是下列之一種按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚氧化乙烯聚 丙烯酰胺=i : i-io : l-i5 : l-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜六偏磷酸鈉乙 二胺四乙酸聚丙烯酰胺=i : l-5 : i-io : l-i5的混合物；按重量比，二甲基亞砜六 偏磷酸鈉乙二胺四乙酸聚氧化乙烯=i : l-5 : i-io : l-i5的混合物。5種混合時，是下列之一種按重量比，二甲基亞砜乙二胺四乙酸聚氧化乙烯聚 丙烯酰胺=i : l-2 : i-io : l-i5 : l-i5的混合物；按重量比，乙二胺四乙酸二甲基 亞砜聚氧化乙烯聚丙烯酰胺=l:i-2: i-io : l-i5 : l-i5的混合物。
6. 根據權利要求i所述的利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于超聲發生 器放置于反應釜內，反應釜包括有釜體和支架，釜體經轉軸裝在支架上，釜體一端轉軸上裝 有蝸輪，蝸輪同減速機的蝸桿相嚙合，減速機經皮帶同電動機相連，釜體另一端轉軸為空心 轉軸，靠空心轉軸一側的釜體內壁上裝有超聲反應器，釜體內下部有同空心轉軸連通的出 料管，釜體上部有裝料口。
7. 根據權利要求i所述的利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于在放漿后 再進行篩選、凈化和溶劑提取過程，溶劑提取指先進行擠漿，經去雜后再進行清洗，沉淀，經 過濾后回收溶劑。
8. 根據權利要求7所述的利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于所述的篩 選是由下述設備完成的池體內底部有沉降槽，沉降槽上面有帶透水孔的固定透水板，固定透水板上面裝有防水超聲波換能器，防水超聲波換能器上置有帶透水孔的振動篩板，振動 篩板上部有儲料室。
9. 根據權利要求7所述的利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于所述的凈 化是由下述設備完成的支架上部兩邊上下對稱裝有兩轉動軸，每轉動軸兩端上對應裝有 轉動輪，轉動輪上裝有水平傳送帶，上部水平傳送帶的內下面在支架上裝有超聲清洗器，水 平傳送帶間在支架上橫向裝有接水盤，水平傳送帶兩端分別有進料口和出料口。
10. 根據權利要求3所述的一種利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，其特征在于草類 物質指麥草、稻草、蘆葦、蔗糖渣、玉米秸稈之一種。
全文摘要
一種利用超聲波制漿-漂白一體化工藝，涉及造紙制漿技術領域，包括原料加水形成濃度為3％-30％的原料液，加入原料液重量0.1％-1.0％的超聲波輔助增強添加劑；再加熱原料液至50℃-180℃后，開啟超聲發生器，超聲波功率是0.25-1千瓦/立方料，頻率是15-80KHz，超聲波間歇作用于原料液，反應1-5小時。原料在超聲波作用下纖維和木質素發生分離并形成漂白漿料；放漿后再進行篩選、凈化和溶劑提取等工序。本發明具有以下有益效果制漿與漂白同步進行；設備數量和能源用量大為減少，投資省，生產成本低；紙漿得率和漂白效率高，產品質量好；洗漿工段少，用水量少；廢水排放量少，化學需氧量(COD)和色度低，不含持久性有毒污染物AOX等，污染負荷小，對環境友好。
文檔編號D21C9/10GK101781862SQ20091022737
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者劉潔, 孫劍輝, 翟華敏 申請人:劉潔