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1泡沫的形成原因及危害

研究證實(shí),泡沫是一種膠體系統(tǒng),是氣體分散在液體中形成的。在造紙系統(tǒng)中,氣體通常是空氣或二氧化碳,液體介質(zhì)一般是水。在造紙過(guò)程中,很多操作會(huì)導(dǎo)致工藝用水和白水中混入空氣而形成泡沫。例如,漿料呈瀑布狀落下,漿泵的空氣泄漏,漿池?cái)嚢杵鲾嚢柽^(guò)于強(qiáng)烈或攪拌器露出液面,錐形除渣器排渣口壓力過(guò)低,白水或漿料管道設(shè)計(jì)不合理,白水的回收利用,損紙的回收等等;漿料的發(fā)酵和碳酸鹽的酸化分解會(huì)釋放出二氧化碳,也會(huì)形成泡沫。漿料中的氣泡對(duì)紙機(jī)的運(yùn)行及成紙質(zhì)量有重要的影響。氣泡含量高,不僅影響網(wǎng)部脫水,造成紙病,而且氣泡會(huì)產(chǎn)生氣蝕,使?jié){泵的運(yùn)行性能下降,增加能耗;使整個(gè)上漿系統(tǒng)不穩(wěn)定,甚至引起上漿泵跳閘、停機(jī);同時(shí),漿管和其它壓力裝置中的壓力也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。漿料中的氣泡對(duì)速度較低的紙機(jī)影響不是很大,但對(duì)高速紙機(jī)則有重大影響。因此,高速紙機(jī)必須配備完善的消泡系統(tǒng)。

2泡沫的種類(lèi)

在造紙系統(tǒng)中最常見(jiàn)的泡沫可分為3種:表面泡沫、攜帶泡沫和靜態(tài)泡沫。

2.1表面泡沫是人們熟悉的多角形泡沫聚集體,常見(jiàn)其漂浮于漿池里、機(jī)外白水池、托盤(pán)上及紙機(jī)網(wǎng)部。表面泡沫嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行性能和成紙質(zhì)量。

2.2攜帶泡沫是一種微細(xì)的球狀泡沫,它吸附在纖維表面或分散在漿水系統(tǒng)中。一般情況下,吸附了攜帶泡沫的纖維的邊界張力不足以克服氣泡壁與纖維表面結(jié)合的表面張力,使氣泡能穩(wěn)固地吸附在纖維上。同時(shí),因該類(lèi)型氣泡的直徑非常小,所以氣泡表面液體的邊界張力很微弱,使其上升至液面的速度很慢。分散在漿料中的攜帶泡沫有相互結(jié)合、形成大氣泡的趨勢(shì)。如果漿料中沒(méi)有不純凈物質(zhì),攜帶泡沫就會(huì)相互結(jié)合漂浮至液面,形成表面泡沫。但是,存在于漿料中的不純凈物會(huì)增大攜帶泡沫壁的表面張力,使其更富彈性,阻止了泡沫間的結(jié)合。因此,在整個(gè)造紙用水及漿料系統(tǒng)中,攜帶泡沫仍然以高度分散的狀態(tài)存在,纖維被攜帶泡沫緊緊粘附。在造紙系統(tǒng)中,主要有兩類(lèi)物質(zhì)能使泡沫穩(wěn)定:(1)溶解于液體中的表面活性劑,例如脂肪酸、樹(shù)脂酸、木素化合物、漂白化學(xué)品及某些增強(qiáng)劑和染料等;(2)吸附在氣、液界面上的微細(xì)固體顆粒,它能使氣泡間形成穩(wěn)定的薄膜,例如填料、助留劑、細(xì)小纖維、明礬、油墨點(diǎn)等。漿料中的上述物質(zhì)為氣泡的穩(wěn)定存在提供了良好的外部環(huán)境。因?yàn)榧儍舻囊后w即使與氣體強(qiáng)烈混合也不會(huì)產(chǎn)生泡沫。只有第三種不純凈物質(zhì)存在時(shí),才會(huì)形成穩(wěn)定的泡沫

2.3靜態(tài)泡沫是一種“老化”的表面泡沫,是由于漿料中含有大量的細(xì)小纖維和顆粒而形成的。這種泡沫一般不會(huì)導(dǎo)致紙機(jī)運(yùn)行故障,但是它卻影響紙機(jī)的清潔,并造成腐漿。以上幾種泡沫中,攜帶泡沫對(duì)上漿系統(tǒng)及成紙質(zhì)量影響最大,也最難消除;其次是表面泡沫,再次是靜態(tài)泡沫。在一般情況下,系統(tǒng)表面泡沫含量高時(shí),攜帶泡沫含量也會(huì)很高,但是,較少的表面泡沫并不能說(shuō)明攜帶泡沫的含量也很低。

3除氣的方法

控制造紙工業(yè)中的泡沫主要可從三個(gè)方面這著手:機(jī)械辦法、采用消泡劑、控制好濕部化學(xué)系統(tǒng)。

3.1物理措施

為了減少漿料中的空氣含量,可在漿料制備過(guò)程中采取一些必要的措施,防止空氣混入漿料中。例如,將漿管及白水管的出口伸入到液面以下;盡量避免小角度彎管或T形接頭以降低脈沖,減少空氣混入的幾率;除渣器出口的壓力不宜過(guò)低,或選擇排渣口為并聯(lián)封閉式的除渣器;漿池的攪拌器不能露出液面,攪拌速度應(yīng)適中,不能過(guò)快。但是,要使?jié){料中的空氣含量降到較低水平,僅依靠上述措施是不夠的。紙機(jī)系統(tǒng),尤其是高速紙機(jī)應(yīng)配備完善的除氣裝置。

3.1.1紙機(jī)的除氣系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)代化高速紙機(jī),在工藝流程上設(shè)置完善的除氣系統(tǒng)是非常重要的,系統(tǒng)主要包括除氣器及相關(guān)的真空系統(tǒng)。漿料經(jīng)一段沖漿泵送至除氣器在80~90Kpa的真空作用下,利用擴(kuò)散、加速、再擴(kuò)散的原理使氣泡密封水破壞消除,進(jìn)入除氣密封水破壞消除,進(jìn)入除氣密封槽。一般情況,經(jīng)過(guò)除氣器后,漿料中的空氣含量可從2.5%降至1.5%以下。

3.1.2輔助除氣措施盡管除氣器能有效地去除漿料中的空氣,但若漿料和白水中的空氣太多,也很難保持系統(tǒng)的穩(wěn)定,因此必須采取一些輔助措施,以降低進(jìn)入除氣器的漿料的空氣含量。輔助除氣措施包括在離心泵(如沖漿泵、上漿泵等)和除渣器上安裝排氣管,以排除富集在離心泵和除渣器內(nèi)的氣泡。機(jī)外白水池和紙機(jī)網(wǎng)部的抽氣可以有效地消除紙機(jī)系統(tǒng)的表面泡沫。

3.2采用消泡劑消泡

3.2.1消泡劑成分消泡劑成分:(1)有機(jī)或無(wú)機(jī)的疏水性微?；钚猿煞?如氨基化合物、硅土;(2)表面活性成分,如脂肪醇、脂類(lèi);(3)乳化和分散劑;(4)作為載體的油或水。

3.2.2消泡劑的分類(lèi)與選用

3.2.2.1脂肪酸酰胺類(lèi)

脂肪酸酰胺類(lèi)屬于油基產(chǎn)品將表面活性劑脂肪酸酰胺和二元醇單酯均勻分散在礦物油體系中即為產(chǎn)品。用于堿法蒸煮中較有優(yōu)勢(shì),它能很好地消除洗滌、打漿、篩選、濃縮時(shí)產(chǎn)生的大量泡沫。此類(lèi)消泡劑存在沉積和分散不良,引起篩孔阻塞和使紙面形成魚(yú)眼紙病等問(wèn)題。

3.2.2.2有機(jī)硅類(lèi)

包括硅油與乳化劑兩個(gè)組分。可以應(yīng)用造紙每個(gè)工序,消泡效率很高,但其抑泡效果不佳,而且成本偏高。

3.2.2.3聚醚類(lèi)

主要活性成分是環(huán)氧乙烷,一環(huán)丙烷嵌段共聚物,分子量一般大于3000;主要應(yīng)用于涂布紙加工過(guò)程中,不僅具有很強(qiáng)消泡、抑泡作用,同時(shí)具有上光、潤(rùn)滑等多種功能,但其造價(jià)昂貴,成本偏高。

3.2.3消泡劑的復(fù)配

利用脂肪酸酰胺、聚醚、有機(jī)硅等活性組分等各自特點(diǎn),按一定的比例將其有機(jī)地結(jié)合在一起,產(chǎn)生協(xié)同效果,使消泡效能大大增強(qiáng),提高經(jīng)濟(jì)效益。其反應(yīng)機(jī)理及各組分的協(xié)同效應(yīng)需要進(jìn)一步研究,消泡劑的制備和控制反應(yīng)工藝還有待優(yōu)化。

3.2.4消泡劑的機(jī)理

消泡劑消泡的機(jī)理主要有以下三個(gè)方面:(1)微粒介入或疏水性顆粒在氣泡壁的介入,這些顆粒打爛了氣泡壁分子的排列,產(chǎn)生了局部的弱點(diǎn)。這些破裂的氣泡壁就可使攜帶泡沫相互結(jié)合,導(dǎo)致氣泡的瓦解消失。(2)優(yōu)先表面置換,或用非泡沫穩(wěn)定型表面活性成分替換不希望的泡沫穩(wěn)定不純物質(zhì)。不穩(wěn)定的氣泡壁可使氣泡更易破裂。(3)薄膜成形對(duì)表面泡沫的控制也是有效的。表面張力的不溶性藥劑可以在水的表面迅速鋪展成薄膜。這迅速鋪展的薄膜和氣泡壁表面張力的減小會(huì)使表面泡沫破裂,但這并不能增強(qiáng)氣泡結(jié)合,也不會(huì)釋放出攜帶泡沫。

3.2.5消泡劑的添加點(diǎn)

消泡劑的添加點(diǎn)直接影響消泡的效果。比如:福建南紙5#紙機(jī),最初的添加點(diǎn)是外網(wǎng)白水通道至機(jī)外白水池的入口處,添加點(diǎn)只有一個(gè),消泡效果不是很好;將添加點(diǎn)改在內(nèi)網(wǎng)及外網(wǎng)白水通道的入口處同時(shí)添加,并且添加量與白水的流量成正比,保證消泡劑與白水充分混合。改進(jìn)后,白水中的氣泡含量從1.7%降至1.4%,上漿系統(tǒng)比以前更加穩(wěn)定,成紙勻度有所提高,消泡劑的用量也從0•06%降至0•04%,降低了成本。

3.3濕部化學(xué)對(duì)系統(tǒng)泡沫的影響

3.3.1漿料及清水性質(zhì)對(duì)泡沫的影響

系統(tǒng)攜帶泡沫含量會(huì)隨清水和漿料的pH值的波動(dòng)而變化,沖漿泵也會(huì)隨之波動(dòng),致使上漿系統(tǒng)不穩(wěn)定,比如馬尾松GP和TMP系統(tǒng)pH值應(yīng)控制在6.5~6.8為宜。

3.3.2紙機(jī)濕部化學(xué)藥品的配置

紙機(jī)濕部所選用的化學(xué)品如殺菌劑、明礬、染料、填料等對(duì)系統(tǒng)空氣含量也有重要影響:(1)殺菌劑的加入可以抑制腐漿,減少了因漿料腐爛產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w;(2)明礬可以調(diào)節(jié)漿料的pH值,有助于減輕樹(shù)脂障礙,但過(guò)量的明礬同樣會(huì)增加系統(tǒng)的泡沫含量;(3)填料的粒度也影響其分解速度。粒度越細(xì),比表面積越大,其表面活性越大,分解速度也越快;比表面積越大,也更易吸附空氣,產(chǎn)生更多的泡沫。

4結(jié)語(yǔ)

漿料中泡沫的含量直接威脅到紙機(jī)的正常運(yùn)行,對(duì)高速紙機(jī)尤為敏感?？刂婆菽?穩(wěn)定濕部化學(xué)環(huán)境,對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)有著重要意義。實(shí)踐表明,采用物理和化學(xué)的泡沫控制方式,可以有效地控制并穩(wěn)定系統(tǒng)中泡沫的含量。