麦草专用蒸煮锅的研究
1.前言
在市场激烈竞争和日趋严格的环境保护双重压力作用下，造纸制浆过程中的蒸煮工艺及设备都有了很大发展。其中快速置换蒸煮工艺强调最佳传质传热和蒸煮化学的重要性。它所生产的纸浆具有均匀性好，得率高，能耗少，强度高，被认为是硫酸盐法制浆中最灵活的蒸煮系统。在很长一段时间内，麦草仍将是国内主要造纸制浆原料之一，目前，其蒸煮设备仍然以蒸球为主。由于蒸球本身结构的限制，蒸煮工艺与理想的蒸煮化学条件相去甚远，导致蒸煮过程效率低，能耗高，化学品耗量大，生产成本高，且不能生产出深度脱木素的浆料；卸放浆料时，产生已溶固形有机物向纤维细胞内回吸现象，喷放或输送浆料引起浆料纤维细化，使得黑液提取和纸浆洗涤变得更困难。为解决这些问题，人们进行了很多尝试，比如采用连续蒸煮工艺等，终因存在诸多问题和连续蒸煮系统要求高而没能取得预期结果。因此，研究适合麦草特性的新型蒸煮设备，就成为解决麦草制浆困难的关键问题。
综合考虑到麦草本身滤水性差，用它制得的浆料细化后滤水性更差的特点，以及现代化学制浆向深度脱木素发展的趋势，经过研究认为，就麦草制浆的蒸煮工艺来说，最佳选择应是低能耗的间歇快速置换蒸煮及其后的锅内热置换洗涤，包括在锅内完成浆料的漂前洗涤。
2.麦草蒸煮锅的工作原理
立式蒸煮锅，由于进液口与出液口距离大，装料后，麦草层厚度产生阻力比蒸煮液渗透能力大得多，导致蒸煮液渗透量不能满足药液循环之要求，更不能实现锅内热置换洗涤的需要。因此，必须从结构上想办法，使其满足麦草蒸煮的要求。通过研究卡米尔（Kamyr）低固形物蒸煮工艺所用的连续蒸煮器内之置换结构，认为它已极大地缩短了药液
进出口的距离，相对使草层厚度减薄，滤水能力加大。但是，经过实验研究认为，这样大的草层厚度产生的滤水量还不足以形成稳定的液体循环流动。在此基础上，经过模拟药液流动，得出麦草蒸煮锅结构以现有蒸煮锅结构为基础，在锅内增设了一组夹层环形滤网。滤网的数量取决于锅体内径，滤网之间距取决于蒸汽装料器所产生的装锅密度。
蒸煮过程中，蒸煮液在循环泵的驱动下，通过麦草原料，对原料进行加热和脱本素化学反应。各相邻滤网间蒸煮液流动关系为此进彼出。考虑到蒸煮过程为间歇性操作，原料 在锅内静止不动，滤网之高度就设计为与锅体圆柱部分几乎等高。在锅外配以相应的管路和阀门使滤网之间的蒸煮液流动方向可根据需要进行转换，这样就能解决滤网堵塞
问题。
2.1备料
采用干湿法备料。麦草片温度应尽量提高到80℃，以便锅内温度快速达到110℃初步蒸煮温度。可用下一锅黑液闪蒸蒸汽加热草片。湿法备料既可提高去除麦草含泥沙、灰尘的比率，又可避免因麦草含水量变化引起蒸煮工艺波动。麦草含水量不宜大于50％。
2.2装料
采用蒸汽装锅器进行装料，能保证装料快速又均匀。在蒸煮锅高度方向不会出现上下部分装锅密度不一致现象。
2.3初步蒸煮
装料完成后，用循环泵将上一锅中的终段蒸煮黑液直接泵入，由其对草片加热和初步蒸煮。其目的是想充分利用黑液中的残碱，除去部分耗碱不成浆的易溶物质，中和部分有机酸，脱除大部分木素，对原料进行初步蒸煮。麦草大量脱木素始于70℃～100℃。
初步溶解的有机物，包括木素以及残碱随黑液被置换排出，去闪蒸罐闪蒸，蒸发所得蒸汽可用于草片加热；黑液负压闪蒸后温度降至80℃，再经过滤后去蒸发站。
为防止黑液加入时产生闪蒸现象，引起热能损失和蒸煮锅憋气而导致蒸煮液循环困难，在环形滤网顶部设有特殊通气管路，在装料完成后通入压力空气，以防止蒸煮液闪蒸；随着黑液加入，压力空气经减压阀逐渐排出。直接加入上锅终段黑液进行初步快速蒸煮，是考虑到麦草易于蒸煮，而且减少了麦草浆黑液在换热器中结垢的机会，减少了设备数量，简化了操作。
2.4终段蒸煮
初步蒸煮完成后，即可加入终段蒸煮液，将本锅初步蒸煮黑液置换排出。终段蒸煮液是由上锅第一次洗涤产生的热黑液和浓白液在蒸煮液储存槽中配制而成，其温度应在110℃，若不足，加热使之达到。黑液被全部排出后，关闭进出液阀，开动药液循环泵，使间接加热器对锅内物料加热升温至150℃的终段蒸煮温度，进行蒸煮及保温。
蒸煮过程中，锅内应始终保待一定的液压，并维持较高的液比（1：8～10），加上药液的循环，使得锅内各处蒸煮均匀。维持较高的液比，满足了蒸煮过程在液相下操作的要求，防止了“塌锅”可能引起的诸多问题。
2.5锅内热置换洗涤
用上一锅第二次洗涤产生的温黑液进行第一次置换洗涤，将本锅内的高温黑液置换出，进入下一锅进行初步蒸煮。高温黑液排完后，加入的温黑液也在锅内变成了热黑液。再用上一锅第三次洗涤产生的冷稀黑液进行第二次洗涤，将热黑液置换出，去储液罐进行蒸煮液的配制。热黑液排完后，冷稀黑液亦在锅内被加热置换成为温黑液。继续通入清水对纸浆进行第三次置换洗涤；当稀冷黑液的排出量达到定量时，停止向稀冷黑液储罐排液。将直至浆料洗涤干净前的所有洗涤液另行收集，用做下一锅第三次洗涤的前部用液，不足的由清水补充。
2.6浆料出锅
排出洗涤液残碱达到标准后关闭进出液阀，用泵把浆料抽出，进行挤压脱水，稀冷黑液用于下锅洗涤。脱水后，浆料直接进行中浓漂白。这样做的目的是利用筛浆前浆料的滤水性好，易于洗涤之特点。因为置换蒸煮所得麦草浆料的筛渣率仅为2％左右，不会造成漂液的浪费。速置换蒸煮的某些思想，但更重要的是充分考虑了麦草蒸煮的特点。因为麦草片厚度小，组织疏松，易于吸收蒸煮液，置换蒸煮温度最高不超过150℃，脱本素速度快，浆料强度高，并能获得较低卡伯价的浆料为ECF或TCF漂白工艺的实施提供了有利条件。
进行纸浆锅内洗涤后，虽然降低了单锅生产率，即要增加蒸煮锅投资费用，却使黑液提取这一老大难问题得到解决，黑液提取设备和浆料洗涤设备投资全免，并且生产总效率提高许多。