[发明专利]臭氧反应器过程控制

说明书

本发明涉及纸浆工业，更具体地说，涉及为取得所需白度在纸浆去木质化或漂白过程中控制臭氧漂白程度的方法。

木材由两种主要成分组成一纤维状碳水化合物，即纤维素部分，和非纤维状成分。形成木材纤维状纤维素部分的聚合链相互配合并与相邻的链形成强的缔合键。非纤维状部分含有主要由苯丙烷形成的三维聚合物质，我们称之为木质素。尽管大部分木质素分布于纤维自身当中，但仍有部分木质素处于纤维素纤维之间，将其键连为一固体物质。

为了用于造纸工艺，木材首先必须被粉碎制成纸浆。纸浆可被定义为能够被浆化或悬浮，然后沉积在筛网上形成一个薄片（即纸）的木材纤维。用公众熟知的牛皮纸造浆工艺或改进的牛皮纸造浆工艺对木材造浆会形成被称之为“黄料浆”的纤维素纤维的黑色料浆。参见如：Rydholm，Pulping Processes.Interscience Publishers，1965和TAPPI Monograph No.27，The Bleaching of Pulp，Rapson，Ed.，The Technical Association of Pulp and Paper Industry（1963）。

黄料浆的黑色是由于在煮解作用时未将全部木质素除去，而且在造浆过程中经过化学改性形成生色基所致。因此，为了减轻黄料浆的颜色，即为了使其适用于印刷、书写和其它应用白纸的用途，必须通过加入去木质物质并通过将一切残余木质素经过被称为“漂白”或“增白”的过程化学转化为无色化合物以连续去除剩余的木质素。

去木质化和漂白工艺是在一系列步骤中使用化学试剂的选择性组合对洗涤后的纤维状物质进行作用的。现有技术给出了化学处理的各种组合。多年来通常使用元素氯对木材纸浆进行去木质作用和漂白。尽管已经证实元素氯是一种有效的漂白剂，但其难于使用且对工厂员工和设备而言具备潜在的危险性。另外，由于腐蚀可能性，氯滤液不能被完全循环，因此这种滤液必须经污水管排放。这将导致有机氯型化合物被排放到环境中，该排放受政府污染控制机构的控制。

为避免使用氯作为纸浆或其它木质素纤维素材料的漂白剂，现已提出了使用臭氧漂白纸浆。其优点在于臭氧易于与木质素反应从而有效地降低纸浆中的木质素含量。但在许多情况下臭氧会与组成木材纤维的碳水化合物发生有害的化学反应从而大大降低所制得的纸浆的强度。此外，由于臭氧的氧化性和化学稳定性，它对于工艺条件特别敏感，且这些工艺条件变化会显著改变臭氧对木质素纤维素材料的反应活性。

自从臭氧的去木质化性能在本世纪初被首先认可之后，在该领域中进行了大量和持续的研究工作以开发适用于木质素纤维素材料漂白的工业方法。已经证明这样的方法难以把握，在文献中已有数起失败的报导。

在美国专利US.No.5，181，989（1993年1月26日授权）标题为“纸浆漂白方法”和美国专利US.No.5，174，861（标题为“纸浆漂白反应器”）中公开了一种用臭氧以工业实用方法漂白纸浆以制得高等级漂白纸浆的新设备和方法，这两项专利均转让给同一个受让人。在设定的参数下使用气态臭氧漂白剂高度选择性地去除和漂白木质性，同时使得纤维素的降解最少。必须加以控制的工艺参数包括纸浆进料速率，纸浆粒径，纸浆粘稠度，纸浆pH，纸浆温度，纸浆去木质作用程度，臭氧进料浓度，臭氧进料速率，用于纸浆的臭氧量（它是臭氧浓度和气体流速的函数），以及气体和纸浆在臭氧反应器中的停留时间。在反应器中纸浆以分散的活塞流方式向前运动，从而使得几乎全部纸浆颗粒以均匀的形式与臭氧相遇，以获得白度大体均匀增加的纸浆。

尽管上述设备具有在漂白工艺中避免了氯化原料的使用从而使实际上全部滤液均能被循环和回收这一优越之处，但我们还希望通过一个或多个工艺参数如输入纸浆的白度或生产率的改变来调节臭氧使用量，从而进一步改进输出白度的控制或臭氧的反应器内的卡伯（Kappa）值。此外快速获得一个新的稳定态是重要的，如在对生产率或目标白度进行有计划的改变之后。另外，由于纸浆与臭氧在反应器中相对短的停留时间，还存在快速调节臭氧的使用量以使不足或过度漂白减至最少以及使用最优臭氧消耗以获取目标白度的能力问题。