6第二节蒸煮原理

大量脱木素 150C最 阶段 高温度 残余木素 脱除阶段 保温阶段
60%~70% 木素溶出 <10% 碳水化合 物降解
•蒸煮曲线：
原则： • 升温时间长 • 最高温度不宜过高 • 保温时间较短 175℃过高
本色木浆—30 min 漂白木浆—1 h
（2）草类原料：
反应历程 反应历程的三个阶段
阶段 温度 大量脱木素阶段 升温100C 补充脱木素阶段 100C最高温度 残余脱木素阶段 保温 木素溶出量 60% 30% 5%
药液充分浸透到原料中 以满足木素磺化的需要
木素溶 出总量 20% 作用 浸透、磺化
临界温度最高温 度并保温 30min~1h
80%
缩合条件： 浸透速率<磺化速率 温度>临界温度 磺化木素
溶出 碳水化合 物降解
继续保温阶段
95%
•蒸煮曲线：
引起木素缩合的最低温度
原则： • 升温时间适当延长，以保证“临界温度”下 充分浸透，可进行小保温； •最高温度由pH值决定。
阶段、大量脱木素阶段、残余木素脱除阶段
问题3
•碱性亚硫酸钠法：蒸煮最高温度比相应
的硫酸盐法或烧碱法硫酸钠法：采用更高的蒸煮最高 温度，必须有一定的保温时间。返回
3.酸性亚硫酸盐法： 必须在临界温度前让
•反应历程
阶段 初始脱木 素阶段 大量脱木 素阶段 残余木素 脱除阶段 温度 升温临界温度
第二节 蒸煮原理
内容： • 物理机理 蒸煮原理 • 化学机理 浸透 碳水化合物 降解化学
脱木素化学
一、蒸煮液对木片（或草片）的浸透作用
1.浸透的方式
毛细管作用 扩散作用
是借助自然表面张力或 外部施加的压力，蒸煮 液经过毛细管结构的输送
是溶解的离子经过 被液体所饱和的料片 的输送
药液的质量流（mass flow）和溶质渗透到料 片中去的主体渗透
-
添加NaBH4 ：
• 4 R纤-CHO+ NaBH4+2NaOH+H2O 4 R纤-CH2OH+ Na3BO3
（2）碱性水解
影响：聚合度、纸 浆物理强度、得率 ；促进剥皮反应。
碳水化合物分子链在高温强碱 作用下因水解断裂，使一个长 分子链变成两个甚至多个短的 分子链的反应。
•发生条件：温度150℃时开始，170℃以上时，加剧
•蒸煮曲线：
原则：
低温快速蒸煮
• 升温前必须有预浸或空转措施，升温时间稍长（1~2h）。
• 最高温度：150~160C（140 C）。 • 保温时间：30min，甚至可以取消。 （麦草例外）
2.碱性和中性亚硫酸盐法蒸煮过程中脱木素的 反应历程和蒸煮曲线的制定
问题：
（1）此两种方法的应用情况。答案 （2）比较两种方法蒸煮过程中脱木素反应历 程与硫酸盐法和烧碱法比较有何不同。答案 （3）分析两种方法蒸煮中，蒸煮曲线的制定 与反应历程之间的关系。答案
浓度。
• 芳基－烷基和烷基－烷基间C-C键的断裂。 脱甲基作用。返回
问题5
酚型-芳基醚键在硫酸盐法中可顺利地发 生硫化断裂，-芳基醚键在木材特别在针 叶木中占有重要地位。返回
问题6
• 缩合反应是从亚甲基醌结构开始 的，在
有足够碱的条件下就能进一步进行脱木
素反应，如果碱量不够，就会发生缩合
反应。返回
2、碱性和中性亚硫酸盐法 （7）这两种方法中脱木素化学反应的亲核试剂是什 么？答案 （8）这两种方法中脱木素的特点？答案
3、酸性亚硫酸盐法
（9）活性试剂？答案
（10）为什么说磺化反应和缩合反应之间存在着竞 争？答案
（11）此类方法脱木素的特点是什么？答案
继续
问题（1）
木素大分子碎解为小分子,从原料 中溶解出来。返回
问题2
脱木素反应和缩合反应。返回
问题3
碳-碳键
-芳基醚键
醚键
-烷基醚键
活性较大
-芳基醚键
二芳基醚键
• 酚型 • 非酚型
返回
问题4
• 酚型－芳基醚键是最容易裂开的键，酚
型－ 芳基醚键的断裂是在－芳基醚键
裂开后发生的，在蒸煮的开始阶段，这些
都是主要的反应。
• 非酚型－ 芳基醚键的断裂非常慢，取决于碱的
（15）原酸； （16）盐基； （17）回收酸； （18）纤维分离点； （19）H－因子； （20）临界温度。 3.简述蒸煮液对料片的浸透方式和浸透途径。 4.浸透的推动力和影响因素是什么？ 5.碱法蒸煮中碳水化合物的主要化学反应是 什么？其反应历程如何？ 6.酸法蒸煮中碳水化合物的主要化学反应是 什么？其反应历程如何？
2.浸透的途径
• 毛细管作用的途径 • 扩散作用的途径
药液细胞腔 •针叶木：纵向— 管胞 次生壁初生壁 横向— 纹孔 胞间层 药液沿纤维纵向 导管 •阔叶木：纵向— 的流速比横向大 横向—木射线管 50—200倍 胞、纹孔 •草类：导管、薄壁细胞， 只有在原料被液体 木片厚度是影响 •结构疏松，药液易于渗透 所饱和时，才能有效 浸透的重要指标 的扩散
浸透的重要性
问题7
碱性亚硫酸盐法：OH-, SO32中性亚硫酸盐法： SO32-, H SO3返回
问题8
木素溶出的主要原因是由于木素大分 子上引入了亲水性基团－－磺酸基， 使木素性质发生改变。
此外，木素溶出与木素大分子碎解成 小分子有关。返回
问题9
H+ 和 SO2
返回
问题10
两种反应发生的前提相同，
2.草类原料：
• 硫酸盐法：细胞壁、胞间层和细胞角隅 同时脱木素，速率基本相同，而且较快。
因此，草类原料较木材容易蒸煮成浆。
• 亚硫酸镁法蒸煮蔗渣：细胞壁的脱木素
速率比胞间层快。
纤维分离点
• 在化学制浆过程中，用化学的方法将植 物纤维的胞间层木素溶出到一定程度， 使之不需要特殊的后续设备作用，纤维 即可自行分离的状态。 • 通常又将最初出现纤维分离状态时的纸 浆得率，称为纤维分离点。
H-因子的意义：
• 稳定蒸煮纸浆质量。（计算出获得规定
硬度的纸浆所必须的H-因子。）
• 应用于蒸煮的自动化控制系统，作为蒸
煮终点控制的数学模型。
返回
第二章 化学法制浆思考题1
1.化学制浆是如何分类的？请比较硫 酸盐法和亚硫酸盐法的特点。 2.解释下列名词及术语的含义
（1）总碱； （2）活性碱； （3）有效碱； （4）硫化度； （5）白液； （6）黑液； （7）用碱量； （8）液比； （9）得率； （10）纸浆硬度； （11）化合酸； （12）游离酸； （13）总酸； （14）酸比；
继续
问题1
•中性亚硫酸钠法和碱性亚硫酸钠法蒸煮化 学木浆一般需添加蒽醌。
•我国主要应用中性亚硫酸钠法和碱性亚硫
酸钠法(包括添加蒽醌)蒸煮草类原料，其中 碱性亚硫酸钠法的应用范围更广。返回
中性亚硫酸钠法和碱性亚硫酸钠法 脱木素反应历程
初始脱木素阶段 温度 木素脱除 大量脱木素阶段 温度 残余木素脱除阶段 温度
已知：一台蒸煮球装麦草3647kg，麦草含水 分15％，用碱量13％，其中NaOH为11.5％， Na2S为1.5％（均以Na2O计），Na2S纯度为 63.5％，NaOH溶液浓度为120g/L，液比为1： 2.5，粗浆得率为45％。 求：1.每吨风干浆消耗碱液量是多少？ 2.固体Na2S多少？ 3.配制蒸煮液时需补加多少水？
7.烧碱法和硫酸盐法、碱性和中性亚 硫酸盐法以及酸性亚硫酸盐法脱木 素的主要反应及反应特点是什么？
8.比较不同原料、不同方法脱木素的 顺序？并能解释原因。 9.比较不同原料在烧碱法和硫酸盐法、 碱性和中性亚硫酸盐法以及酸性亚 硫酸盐法蒸煮过程中的反应历程。 试画出其蒸煮曲线的形状。
10.计算题：
•如何抑制碱 性水解反应？
降低蒸煮最高温度 降低最高温度下的蒸煮时间
2.碱法蒸煮时，碳水化合物降解的反应历程
什么时期(温度)，溶出了什么聚糖 ？
（二）酸法蒸煮中的碳水化合物降解化学
1.化学反应： （1）酸性水解反应：主要的降解反应，使聚合度。 （2）酸性氧化反应：HS03-的氧化作用，使醛末端基变 酸末端基。 （3）单糖的氧化和水解反应生成有机酸、康醛类等物 质。 2.反应历程： （1）半纤维素的降解先于纤维素 （2） 100℃以下较慢， 100℃以上迅速，温度越高越 剧烈。 （3）pH越低越剧烈。
位置也相同。返回
C
正碳离子
问题11
木素溶出不依赖于木素大分子碎解成小
分子，而是依赖于在木素大分子上引入
了亲水性基团－－磺酸基，使木素性质
发生改变。
返回
4.木素发色基团的形成
•纸浆的颜色不仅来源于植物纤维原料
本身，也来源于蒸煮过程，有色物质 主要来自于木素的氧化产物。
（二）脱木素顺序
• 在蒸煮过程中，木素的脱除在哪
4.在一般蒸煮条件下药液的浸透情况
毛细管作用和扩散作用哪一个先发 生？两者之间的关系如何？ 药液浸透与化学反应之间的关系如 何？ 药液通过什么途径达到胞间层？
二、蒸煮过程中碳水化合物降解化学
脱木素
蒸煮的两方面目的
保护碳水化合物
（一）碱法蒸煮
1.化学反应
（1）剥皮反应
碳水化合物大分子的还原性 葡萄糖末端基对碱不稳定， 被逐个的剥离而溶于蒸煮液 中，剥去的还原性葡萄糖末 端基重排为异变糖酸
三、脱木素化学
内容：
• 脱木素的化学反应和木素发色基团的 形成 • 脱木素顺序 • 脱木素的反应历程和蒸煮曲线的制定
（一）脱木素的化学反应和木素发色基团的形成
1.烧碱法和硫酸盐法
问题： （1）此类蒸煮方法脱木素的特点（木素溶出的原因)？
答案
（2）蒸煮过程中一对矛盾对立的反应是什么？答案 （3）木素的基本结构单元之间通过哪些联结键，联成 大分子？答案 （4）在Soda法和KP法中有哪些反应造成了木素大分 子的碎解？答案 （5）为什么KP法蒸煮脱木素速率比Soda法快？答案 （6）缩合反应是怎样发生的？答案