第二章 第一节 造纸原理概述3
制浆造纸工程原理课程第二章 化学法制浆
与残余木素含量之间的关系随原料种类和制浆方法的不同而
有差别，可通过实验确定。
制浆造纸原理与工程
The Kraft Process
Benefits
All wood species can be used as raw material
The process is relatively insensitive to bark
植物纤维的组织结构： ML， P， （ML＋P＝CML）， S1 S2 S3
木素的分布： 密度 ML（胞间层）最大
含量 S2层最大 据有关研究，目前认为脱木素顺序： 硫酸盐法和酸性亚硫酸盐法：S层先于ML层 中性亚硫酸盐法：ML层先于S层
制浆造纸原理与工程
四、蒸煮过程脱木素反应历程
1. 针叶木硫酸盐法脱木素反应历程
7.2% Na2S + H2O
Na2S
+ Sulfidity, 30% NaOH (AA, 24%) 16.8% 20.4% (16.8%+3.6%) NaOH-----------------NaOH (EA)
制浆造纸原理与工程
第二节 蒸煮原理
一、蒸煮液对原料片的浸透作用
主要表现在两个方面：毛细管作用和扩散作用 1. 毛细管作用：主要靠外加的压力和表面张力产生的压力作用浸 透，通过导管-、管胞、纤维的胞腔进行。 影响因素：纹孔的多少及其大小、原料品种、边材与心材（毛 细管浸透速率与毛细管半径的四次方成正比） 水分含量（适宜于较干的原料片，但需排除原料毛细管内的空 气） 压力差（毛细管浸透速率与压力差成正比） 无论碱性或酸性蒸煮液，纤维轴向的毛细管作用总是大于横向的 毛细管作用（约50~200倍，）
制浆造纸原理与工程
造纸术应用的科学原理
造纸术应用的科学原理
造纸术是一种将纤维素等植物纤维转化成纸张的工艺。
它的科学原理涉及到植物纤维的化学结构和物理性质。
下面是造纸术应用的基本科学原理：
1. 植物纤维的提取：造纸的第一步是将植物材料提取出纤维。
通常，木材、稻草或麻类植物的茎、叶和根部都可以用来制造纸张。
植物纤维的化学成分主要是纤维素和木质素等生物聚合物。
2. 纤维素的分散：植物纤维必须分散在水中才能进行下一步工艺。
这是因为纤维素是一种高分子化合物，它们在水中不易分散。
因此，纤维素必须用化学方法或机械方法进行分散。
3. 纤维素的凝聚：分散在水中的植物纤维需要通过凝聚来形成纸张。
纤维素的分子间力量很弱，但是通过增加纤维间的相互作用力，可以形成纤维团。
这个过程通常使用化学物质如明矾、氢氧化钠等来实现。
4. 纤维素的压制：纤维团形成后，需要将其压制成一定的形状。
通常使用滤纸或网格来收集纤维团，并通过压榨、压辊等方式将其挤出水分。
5. 纤维素的干燥：最后，纤维团需要进行干燥，以便形成坚固的纸张。
这个过程通常使用高温烘干或自然晾干等方式来实现。
以上就是造纸术应用的基本科学原理。
造纸原理与工程课件 (一)
造纸原理与工程课件 (一)造纸原理与工程课件是一门涉及到多个学科知识和技术的综合性课程。
其主要目的是教学生们了解造纸工程所涉及到的物理化学知识和工艺流程及其原理，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及相关实验技能。
在此基础上，本文将从造纸原理和工程的两个方面分别介绍课件的主要内容。
一、造纸原理1.纸张的基础知识纸张的基础知识包括纸的组成成分、纸张的厚度、硬度、受力性能以及纸张表面特征等。
了解这些基础知识对于理解造纸原理有很大的帮助。
2.纸浆生产和造纸工艺纸浆生产和造纸工艺是造纸过程中最核心的环节。
其中，纸浆生产主要包括制浆、漂白和纸浆的调节等工作。
而造纸工艺则包括造纸机的结构原理、机械运行和控制、纸张浆料的处理以及纸张的干燥等。
3.纸张物理化学性能纸张的物理化学性能是指纸张的给水性、强度、透明度和表面细度等，这些性能直接关系到纸张的质量和适用性。
因此，通过对纸张物理化学性能的认识，可以更好地了解纸张的生产和应用过程。
二、造纸工程1.装备设备造纸工程中需要用到的装备设备有很多，这些设备包括制浆设备、造纸机、干燥设备、浆料输送设备和纸张整理设备等。
课件应对这些设备进行详细的介绍，并让学生们掌握相关技术。
2.操作流程造纸操作流程包括制浆、造纸、压缩、干燥、压附和切割等，学生们需要掌握这些操作的基本技能，以便在实践中进行操作和加工。
3.设备维护和检修对于一些大型设备，其维护和检修显得尤为重要。
课件应在此方面介绍相关知识，帮助学生们建立设备维修保养意识，并掌握基本的维修技能。
综上所述，造纸原理与工程课件涵盖的内容非常丰富。
它需要学生综合运用物理、化学、机械、自动化、电气、计算机等多方面的知识与技术，掌握相关的造纸原理和工程技能。
通过对课件内容的学习和实践，学生们可以逐步提高自己的能力和素质，为将来在工作中或生活中运用这些知识打下牢固的基础。
ppt课件-3 造纸化学品及其应用
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(3)针对我国纤维资源严重短缺的现状和造纸行 业大量利用草类纤维和再生纤维的现状，我 国造纸化学品行业将更注重开发和推广草类 纤维添加剂和再生纤维添加剂。
• 用Washburn毛细管上升方程式表示 。
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施胶理论－－Washburn 方程：
• 液体在毛细管中的上升速度R
• L－－浸透深度（cm）;
• t－－浸透时间(s)；
• －－液体比表面能自由能，（N/cm）；
• －－液体粘度（Pa.s）；
• r－－毛细管半径（cm）；
• －－液、固两相间接触角（度）。
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(三)渗透 • 水通过渗透或吸收进入纸页。 • 水能使氢键结合遭到破坏、纤维松弛、网络润胀
以及孔隙和毛细管的尺寸发生变化等。
• 组成纸页的纤维是多孔性物质，纤维与纤维之间 又存在许多间隙，液滴在纸页上由于毛细管作用， 首先使纤维湿润再沿毛细管向四周渗透，渗透速 度取决于液体的性质(表面张力和黏度)和纸页的结 构(毛细管半径、长度、纸页紧度、孔隙率)及表面 性质 。
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纸页抗拒液滴润湿的方法
1、降低纸面对液滴的附着力 2、增加液滴本身的内聚力 • 内聚力是液滴本身固有的物理性质，一
般不予改变。 • 唯一的方法是降低纸面对液滴的附着力。
而内聚力与附着力之间的平衡关系主要 取决于两相间接触角的大小。
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液滴在纸面上 三相交界面的受力状况
sv = sL + Lv cos
合我国国情的专用产品，质量上与国外产品也有较 大差距； ③销售成本偏高、产品微利； ④科技投入不足。 ⑤使用对象多是中小型造纸企业及中低档纸种，大型 纸机上或高档纸上及大型先进生产线、引进生产线 仍多使用进口化学品。
造纸工艺原理与设备培训教材
(1)低浓打浆在低浓范围内打浆,随着打浆的浓度的逐渐增加,则刀辊之间的浆层较厚，纤维数量提高，有利于纤维间的挤压和揉搓作用，有助与纤维分散，溶胀和纤维化．同时单根纤维所分担承受的压力也相应的减少，从而减轻了纤维的切断作用．（２）中浓打浆中浓打浆多是带有强制喂料装置的特殊的盘磨机中进行．中浓打浆能有助于提高纸张强度，但其效果不堪显著，且动力消耗又较高，所以一般不用．（３）高浓打浆高浓打浆主要依靠磨盘间的纸料相互摩擦，而不是依靠磨盘本身的作用，因此盘磨的间隙可以加大，从而避免了纤维的过渡压和切断。
高浓打浆增加了纤维的细纤维化程度和比表面积，提高了纸料的保水值和增加了纤维间的结合力，为此当纸页在纸机干燥时，成纸的伸长率大幅度的增加，这对纸袋纸特别有效．３打浆温度打浆时由于纸料和刀的摩擦，以及纤维相互之间的摩擦而产生的热量，特别是打沾状奖量更为显著．浆料温度高，影响纤维溶胀，打浆时间长，打浆度不易提高，并影响施胶效果和纸张性质．４纤维性质和纸料化学成分不同种类的纤维原料，经不同纸浆制浆方法的处理，其纤维的物理性质，结构形态和化学组成均不相同，打浆的难易和成纸的性质和各有差异．在纤维形态方面主要有纤维的长度，宽度，长宽比，臂腔比和筛分等，对打尖和纸料性质影响大．纤维细而长，长宽比值大，打浆时纤维有较大的结合面积，成纸的强度高．臂腔比小，打浆时容易被压溃，分丝帚化，．成纸的强度高．（５）PH值对打浆的影响打浆的PN值主要取决于用水的质量和浆料的洗条。
在酸性条件下打浆，成纸强度低易发脆，对打浆不利，即在碱性条件下打浆，对纸页的耐破度有所提高，而撕裂度和透气度则有所下降。
四、打浆过程质量控制为控制好成浆质量，要进行打浆质量的检查。
1、打浆度俗称叩解度。
以打浆度值反映将料脱水的男易程度，综合的表示纤维被切断、分裂、润胀和水化等打浆作用的效果。
2、纤维长度纤维长度的测定常用的方法有显微法和显微湿重法。
（1）显微镜法：将纤维染色稀释后制片，用显微镜测微尺测量纤维的长度，这种方法不仅准确，还可以测量纤微的宽度和直接观察纤维的形态及浆料的组成等，能较全面的鉴定浆料的质量。
《造纸原理与工程》课件
通过压榨辊将多余的水分压出，使纸张更加紧密。
烘干
将纸张送入烘干机中，通过热风或红外线等方法将纸张中的水分蒸发掉。
纸的整理与加工
整理
对烘干后的纸张进行表面处理、施胶 、涂布等加工，以提高纸张的平滑度 、防水性等性能。
加工
将纸张进行裁剪、折叠、切纸等加工 ，以满足不同用途的需求。
03
纸张性能与检测
光泽度
指纸张表面的光泽程度，影响印刷品的视 觉效果和质感。
纸张化学性能
酸碱度
指纸张的酸碱反应能力，影响纸张的保存 性和稳定性。
吸墨性
指纸张吸收油墨的能力，影响印刷品的干 燥速度和墨迹的饱满度。
施胶度
指纸张表面的施胶能力和耐水性，影响印 刷品的防水、防油和防污性能。
04
造纸设备与维护
造纸设备概述
造纸工业发展现状
01
全球造纸产量持续 增长
随着经济发展和人口增长，全球 纸张需求量逐年增加，造纸工业 发展迅速。
02
中国造纸业领先地 位
中国是全球最大的造纸生产国， 产量占全球总产量的比重逐年上 升。
03
技术进步推动发展
新型制浆技术、自动化生产线等 技术的应用，提高了生产效率和 产品质量。
造纸工业环保政策与标准
制浆设备包括蒸煮罐、压力筛、 磨浆机等，用于将纤维原料制成 纸浆。
抄纸设备包括网部、压榨部、干 燥部、施胶部等，用于将纸浆抄 造成纸张。
根据功能的不同，造纸设备可分 为原料制备设备、制浆设备、抄 纸设备、加工设备等类型。
加工设备包括轧光机、涂布机、 复合机等，用于对纸张进行表面 处理和加工。
造纸设备维护与保养
采用袋式除尘、电除尘等技术，减少废气 排放。
天津科技大学造纸原理与工程学习指导
课程性质与特点ﻫ本课程为制浆造纸专业的主干专业课程。
这是一门理论与实践结合十分紧密的课程，内容涵盖了造纸过程的基本理论和造纸工程的主要工艺过程。
课程内容设置的特点是按照造纸生产过程来安排的，包括绪论、打浆、添料、纸的抄造、纸板的生产、纸张的结构与性质、加工纸和非植物纤维纸。
在内容上既反映了当代造纸学科的先进水平,又兼顾了我国制浆造纸工业的实际情况,做到学以致用。
本课程的另一个特点是综合性较强，应注意与其他相关课程的联系。
学习内容提要概论一. 纸的历史ﻫ二. 造纸工业在国民经济中的地位ﻫ三.国内外造纸工业的现状和发展ﻫ(一)世界纸及纸板的总产量、增长率、主要品种结构及地区分布（二)世界纸浆的总产量、增长率及主要品种结构ﻫ(三)纸及纸板消费（四)当前世界造纸工业的一些特点ﻫ1．产量虽有增长,但由于纸价下降，总体经济效益却没有相应的增长,部分企业经济效益有所下降。
ﻫ2. 纸及纸板消耗的原浆量不断下降３．纸及纸板产量的增长，既有新增生产能力，也依靠设备运转率的提高;纸浆增长则主要依靠运转率的提高。
ﻫ4．企业间的合并、收购事件不断增加,企业规模日益扩大。
(五)中国造纸工业现状及发展1、基本情况纸和纸板年产量居世界第二位。
纸和纸板消费总量居世界第二位。
ﻫ中国人均消费：30 ＫＧ。
世界人均消费：56KG。
ﻫ2、我国造纸工业面临的挑战ﻫ3、近年来的成绩4．存在的主要问题ﻫ木浆比重小、企业规模小、中高档纸生产能力小;环境污染大。
5. 中国造纸工业的发展前景十分乐观,原因是：①国民经济持续稳定发展，造纸工业相应发展。
②各项改革的继续和深化,以及组织结构、产业结构、产品结构的调整,市场经济日趋成熟。
造纸企业的产品、品种、档次必将会逐步适应市场需求，实际上这个过程正在发生,也正在逐步显效。
ﻫ③世界造纸工业的科技进步和结构调整,形成了造纸工业国际化的世界格局，今后国际竞争全球化的趋势会更加明显。
中国市场潜力巨大，吸引国际资本和技术向中国转移，提供了发展机遇，同时激烈的竞争，又给中国的造纸工业带来了严峻的挑战和压力。
造纸过程中的科学原理
造纸过程中的科学原理造纸是一种利用纤维素原料制作纸张的工艺过程。
其科学原理涉及到纸浆制备、纤维分散、纸张成型、水分调控和纤维结构的形成等多方面。
下面我将详细介绍造纸过程中的科学原理。
首先，纸浆制备是造纸过程的关键步骤之一。
纸浆是用来制作纸张的原料，一般由植物纤维、废纸或其他可纸化物质组成。
在纸浆制备过程中，纤维素原料先经过磨浆处理，将其切割成细小的纤维束或纤维丝。
然后，纤维束进一步进行水浸泡和退纤处理，以使纤维素纤维得到分散。
这样可以提高纤维素纤维的可柔性和可塑性，便于后续的纸张成型。
其次，纸张成型是造纸过程中的另一个重要步骤。
成型过程中，将纸浆均匀地分布在成型网上，并通过抽水方式将纸浆中的水分排除，使纤维在纸张中形成均匀的结构。
纸浆中的纤维在成型网上堆积排列，并与其他纤维产生交联作用，形成一种纤维网络结构。
这种网络结构能够赋予纸张一定的强度和弹性。
第三，水分调控在造纸过程中起着重要的作用。
在纸张成型过程中，纸浆中的水分需要逐渐被蒸发掉，以使纸张的干燥程度逐渐提高。
水分调控过程中，会采取一系列的措施，如通过热压、烘干、喷水等方式控制纸张的水份含量。
这些措施有助于纤维之间产生更多的交联作用，增加纸张的强度和稳定性。
最后，纤维结构的形成是造纸过程中不可忽视的一个方面。
纸张的质量和性能很大程度上取决于纤维结构的形成。
纸张中的纤维结构包括纤维的密度、排列方式、交联程度等因素。
纤维结构的形成与纤维的形状、尺寸、长度、表面性质等相关。
当纤维在纸浆中进行分散时，其纤维形状会发生改变，并与其他纤维发生交联作用。
这种交联作用能够使纤维在纸张中形成更加有序的结构，提高纸张的强度和光滑性。
综上所述，纸张的制作是一个工艺复杂的过程，涉及到纸浆制备、纤维分散、纸张成型、水分调控和纤维结构的形成等多个方面。
这些科学原理的理解和应用，有助于提高纸张的质量和性能。
通过不断改进和创新，可以进一步改善纸张的制作工艺，实现纸张的高效、节能和环保生产。
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NaOH＝2160－259.2＝1900.8 Kg（以Na2O计）
＝1900.8×40/31＝2452.6 Kg（NaOH计）
4. 总液量＝18×4.2＝75.6 m3
1900.8 5. 白液体积＝ ＝35.2 m3
54 其中：Na2S＝35.2×7＝246.4 Kg
噢…
需外补充Na2S＝259.2－246.4＝12.8 Kg 6.已知荻苇水分为20％，则荻苇带来的水分 18×20%/(1-20%)＝4.5 m3
木片水量：Q2＝ 39×35%＝13.65t 总液体量：Q = 61＋13.65＝74.65t 总液体量与绝干木片重量之比为 74.65/25.35＝2.9，即液比为1︰2.9
例3：某浆厂烧碱法蒸煮稻草浆，蒸球容积40m3，每立方米可 装草片(水份为15％)225kg，活性碱用量10％(Na2O计)，液比 1︰2.8，进厂液碱浓度380g／L (NaOH计) 计算：加入球内 碱量；加入球内总液体量；加稀释水量(或稀黑液量)。 解：草片绝干重量 W＝225×(1－15%)×40＝7650 kg 活性碱用量 Q1＝7650×10％=765 kg(Na2O)
解：
（1）每球装锅量：14.5×0.43＝6.235 t 绝干装锅量： 6.235×(1－30％)＝4.365 t(绝干)
（2）每球用的活性碱(NaOH＋Na2S)：
4.365×16％＝698.4 Kg(Na2O计) （3）每球用的硫化碱： 698.4×25％＝174.6 Kg(Na2O计) 每球用的NaOH： 698.4－174.6＝523.8 Kg(Na2O计) （4）∵ 白液中活性碱的浓度为100g/L,硫化度14％,
液比1︰3.1，用碱量18％，白液浓度为95g/L（Na2O计）， 求：总液量、总碱量、液碱量和补充水量？
解： （1）总液量＝13 × 3.1＝ 40.3（m3）
（2）总碱量＝13 × 18％ ＝ 2.34（ m3 ） 2.34 × 1000 （3）液碱量＝ ＝ 24.63（ m3 ） 95 （4）补充水量＝总液量－白液用量－料片带入水分 料片带入水分＝风干料片重量 × 25％
备料
螺旋预浸器
蒸煮器
喷放锅
洗涤
粗选
净化
漂白
抄纸
例2：某厂用KP法蒸煮木片，每锅可装入木片39t，木
片水分35％。每锅加入活性碱4000kgNa2O，加入白液 与需液量共计61m3，求活性碱用量及液比? 解：木片绝干重量：W ＝ 39×(1—35%)＝25.35t
4.00 活性碱用量：Q1 ＝ t＝15.8% 25 .35
另需补充液量＝75.6－35.2－4.5＝35.9 m3
m3 即在使用35.2m3的白液基础上配碱时尚需35.9 80℃热水。
例2：某厂一蒸球可装木片14.5m3，木片密度为430kg/m3
水分含量为30％，用碱量为16％（Na2O计），硫化度25％ 液比1：2.6，碱回收段来的白液中活性碱的浓度为100g/L （Na2O计），白液的硫化度为14％，进厂的商品硫化碱含 量是50％，当配制蒸煮药液时，试问： (1)装锅总量； (2)总碱量； (3)NaOH、Na2S用量； (4)应加入多少白液？； (5)应补加多少硫化钠？ (6)总液量？ (7)应补加多少清水？
装锅量 18×1000 1.装锅密度＝------------- ＝ ---------蒸煮设备容积 110 = 163.6 Kg/m3 2.总碱量＝18×1000×12％＝2160 Kg
解：
3.Na2S＝2160×12％＝259.2 Kg（以Na2O计）
＝259.2×78/62＝326 Kg（Na2S计）
则白液中硫化碱浓度： 100×14％＝14 g/L(Na2O计)
白液中NaOH浓度： 100－14＝86 g/L(Na2O计) ∴ 白液的用量为： 523.8÷86 ＝ 6.09 m3
（5）还需补充Na2S为： 白液中的Na2S的含量 （6）每球的总液量： （7）应补充清水量： 每球木片带入的水分： 6.235×30％＝1.87 m3 6.09×14 ＝ 85.27 Kg
∵ 绝干原料量 = 风干原料量（1－水分（%））
∴ 风干原料量 = 绝干原料量 （1－水分（%） 13 料片带入水分＝ × 25％ ＝4.33 （ m3 ） 1－25％ 补充水量＝40.3－4.33－24.63＝11.34（ m3 ）
11.纸浆硬度
是表示原料经蒸煮后所得纸浆中残留的木素和 其它还原性有机物的量，它相对的表示原料蒸煮过 程中除去木素的程度。 lgKappa值＝0.837＋0.0323×KMnO4值 (适用于木浆)
液碱浓度换算：
液碱用量：Q2＝
＝2.597 m3 294 .5 草片含水量：Q3＝225×15%×40＝1350 kg
62 380g／L(NaOH)→ 380× ＝294.5 g／L(Na2O) 80 765
总液体量： Q＝7650×2.8×10－3＝21.42 m3 稀释水或稀黑液量：Q4＝21.42 －2.6 －1.35＝17.47 m3
10.液比
指蒸煮时绝干原料重量（kg或t）与蒸煮 液总液量体积（L或m3）之比。 例如液比1:4，即1公斤绝干原料用4升蒸 液(包括原料水分)来蒸煮。 总液量包括：碱液体积、原料中水分和 补加水量或黑液量。 蒸煮总液量 = 碱液量+原料水分+补加水量或 黑液量
例1：某厂75m3蒸煮锅，绝干装锅量13吨，料片水分25％
12.得率（Yield）
又称收获率，指蒸煮时所得到的纸浆占使用原 料的百分数，有粗浆得率和细浆得率之分。 粗浆得率：经过洗涤，没有经过粗选的纸得率。 细浆得率：经过洗涤和筛选后纸浆的得率。
各种制浆方法生产的纸浆有一定的得率范围 以木材为例： 纸浆种类 纸浆得率％ 化学浆 40-50
高得率化学浆
半化学浆
应补充Na2S：（174.6－85.27）÷50％＝118.66 Kg
4.365×2.6＝11.35 m3
应补加的水量：
11.36－6.09－1.87＝3.4 m3
KP木浆生产流程
Na2S+NaOH 备料 料片仓 蒸汽 粗节
蒸煮器
喷放锅
粗筛洗涤松节油污热回收 漂白 抄纸碱回收
浆
精选
净化
AP法草浆生产流程
50-65
65-85
化学机械浆
机械磨木浆
85-90
90-95
（二）药液配置及有关计算
例1：某厂以荻苇为原料采用硫酸盐法蒸煮，蒸煮设 备为110m3 蒸煮锅，装锅量为18t（绝干），荻苇水 分20％，用碱量12％（以Na2O计），硫化度12％， ？ 液比1：4.2，药液温度80℃。问： (1)装锅密度； (2)总碱量； (3)需要的NaOH、Na2S用量； (4)总液量； (5)如用NaOH浓度为54g/L（以Na2O计），Na2S浓度 为7g/L（以Na2O计）的白液应如何配碱？ （6）还需要补加的水量是多少？