氧脱木素技术研究及应用进展

料 出 口处 加入 氢 氧化 钠 和 镁 盐 保 护剂 ， 碎浆 器 经
搅拌 混合 送到蒸 汽 混合 器 ， 高浆 料 温 度 至 ９ ℃ 提 ０
４ ２ 一
氧 脱木 素技 术研 究及 应用 进展
以上 ， 中浓浆 泵 输 送 通 过 氧化 学 混 合 器 进 人 升 用
流式的氧反应器 ， 由下 而 上 停 留 ６ ｒｉ 右 ， ０ ｎ左 ａ 经
钠和镁盐保 护剂 （ 硫酸镁或碳 酸镁） 用 螺旋 喂料器 ， 把浆料送人 氧反 应器 ， 通过 一个 起 绒 装置 ， 然后 落
人浆床 ， 控制 浆 的浓 度 在 ２ ～２ ， ５ ８ 防止 浆 床过
旋转 的纸 浆 中通 入 加 热 的 空 气 可 以增 强 漂 白效 果 ， 过长 期研 究 ， １ ６ 经 到 ９ １年 ， 氧脱 木素 的带压 操 作及 碱性 条件 这两个 基本 要素 已经确 定 。 以后 氧
片） 。高剪 切混合 作 用与 纸浆 精磨 机相 似 ， 部件 其
结 构精 密 ， 子 快 速旋 转 与定 子 之 间 作 用 产生 高 转 剪切 力 ， 使浆 料流 态化 ， 通过 喷嘴 进入 转子 与定 氧
属管 ） 氧在 反应前 能成 为极 微小 的气 泡 ， 是氧 使 这
子 间 的混合 区与浆 料 很好 地混 合 。
量 甲醇 ， 设有 监测 易燃 气体 （ 氧 化碳 、 一 甲醇 ） 度 浓
仪表， 氧化碳应保持 在 １ 以下 。
１ ２ 中浓氧脱 木素 流程 ．
中浓 氧脱木 素 比高浓 工 艺 要 简便 ， 为 从 洗 因 涤工段 经洗 浆机 出来 浆料 浓 度 已达 到 １ 以上 ， ０
图 １ 单 段 氧 脱 木 素 工 艺 流 程 （ 西 贺达 纸业 ） 广
［ 关键词 ］ 氧脱木 素 ； 高浓 ； 自由基 ； 强化氧 脱木 素 ； 两段 氧 脱木 素
所 谓氧脱 木 素 技术 ， 是在 蒸 煮 器 和 粗浆 洗 就 涤 之 间引入一 段 氧 脱木 素 段 ， 氧气 在 碱 性 介 质 中
来 自洗 选椒浆
产 生脱 木素作 用 ， 除去 蒸煮后 残 留的木 素 ， 以说 可 是 蒸煮 过 程 脱 木 素 的 继 续 ， 称 为 氧 碱 “ ” 也 ＯＥ 漂
为 ６ ４ ０ ， 说 明 第 二 段 不 能 单 独 控 制 反 应 速 １０ ） 这
度， 还应控 制 质量传 递 速度 。 当前 氧脱 木 素 的发 展趋 势是 两段 氧脱 木素得 到认 可 （ 两段 系统 的设 备 安 装 能力 占总 生 产 能力 的 １ ％） 中浓氧 脱木 素 占主 要 地位 ， 合 乎 两段 １ ， 这 氧脱 木 素动力 学 的要求 。因 中浓 设备 可使 浆料 流 态化 ， 及新 型 氧气分 配管 （ 径 为 ５ ／ 的多 孔金 孔 ／ｍ ￣
去洗选洗 浆机 稀 释水
注 ：一 Ａ 燕汽 混合 器； 一 Ｂ 化学 品混 合器 。
图 ２ 两 段 氧脱 木 累工 艺 流 程 （ 东 日照 森 博 ） 山
巾 瓶燕 掌 艇 气●
１ ） ５， 氧脱木 素 工艺 和高 浓 （ ５ ～ ３ ） ９ ６ ２ ５／ 氧脱 木 ９ ６
脱木 素技 术有 了很 大 的发 展 ， 各种 不 同类 型 氧 有
于 紧密 ， 保证 与 氧气充 分接 触 ， 浆料 进 反应 器 由上
而下 与氧气反应停 留时间约 ３ ｍｉ， ０ ｎ 在反 应 器底部 浆料 用氧化后 的滤 液稀 释 至 ５ 浓 度排 出到 喷放
碱处 理方 法 ， 主要 区别是 氧反应 器 中浆料 的浓 度 ， 如高 浓 （ ５ ～３ ） 艺 ， ２ ５ 工 中浓 （ ～ １ ） 艺 ８ ５ 工
解 。特别 是具 有 强 氧 化 性 的 羟基 自由基 ， 被认 为 是使 纤维 素糖 苷键 断 裂的 主要 因素 。Ｇｉｒｒ ［ ｅｅ 等 ６ ］
现象 随 ｐ 值 的变 化 而 异 。正 因如 此 ， 脱 木 素 Ｈ 其
作用 分 快 、 两 个 阶段 ， 木素 速 率 方程 也 有 快 、 慢 脱 慢两 种类 型 ， 般 为 温 度 、 浓 、 分 压 及 Ｋ 值 一 碱 氧 （ 素 含 量 ） 函 数 。Ｏｌ 及 Ｔ ｄ ｒ用 两 段 一 级 木 的 ｍ ｅｅ 反 应方 程 预 测 ， 脱 木 素 率 可 达 ６ ～ ７ ％ ， 其 ０ ０ 这
量 ， 可 达 到 脱 木 素 作 用 ， 不 是 完 全 取 决 于 就 而 ［ ＯＨ一］ 子 浓 度 ； 二 段 脱 木 素 的 活 化 能 为 离 第
４ ６ ０ Ｊ ｍｏ ・ 比第 一段 ２ ２ ０ Ｊ ｍｏ ・ 约 ８ ７ ｋ ／ ｌ Ｋ， ４０ ｋ／ ｌ Ｋ
高一 倍 （ 叶材浆 第一 段 活化 能 为 ３ ６ ０ 第 二段 针 １０ ，
２ 氧脱木 素 动力 学研 究［ ２
脱木 素使 用氧 气 的关键 措 施 。在 日本 Ｏｉ 纸公 ｊ造
司有 多套 两段 中浓 氧脱 木素设 备 ， 、 针 阔叶材 浆脱 木素 率可分 别 达到 ５ ％与 ４ 。 ５ ５
３ 氧脱木 素 过程 中 自由基 的分析
一
般认 为 ， 脱 木素 是 氧 分 子 从 碱性 状 态 木 氧
反 应器 顶部 卸 料 机输 人 喷放 槽 ， 由浆 泵 送 到 氧脱
动 力学 模式 是合 适 的 ， 但他 们 以桉木 浆试 验证 明 ， 针 、 叶材浆 因化 学成 分与 纤维 结构 的不 同 ， 反 阔 其 应 方程应 分别 对 待 。他 们 利用非 线性 最小 二乘 法 技术 确 定 了桉 木 硫 酸 盐 浆 的方 程 参 数 特 性 ， 试 其 验结 果所 发 现 的情 况 与 Ｍｙ ｒ 及 Ｅ ｗａｄ ｅｓ ｄ ｒ ｓ的 结 果是 相 似 的 ： 一段 快 速 反 应 只要 维 持 一 定 艺 的 重 要 性 。Ｍｙ ｒ ｅｓ及 Ｅ — ｄ
认 为控制 氧脱 木素 过程 中 ０ 。・一 Ｈ０ ・ 木素 和 与
的反 应是 提 高 氧脱 木 素 效 率 和 选 择 性 的关 键 所
在 。Ｒｅ ｂ ｒ ｅ ｉ ｅｇ ｒ等 认 为 氧 脱 木 素 过 程 是 由 ｔ ］
ｏｚ・ 和 Ｈ０ ・相 互 作 用 所 控 制 的 ， 脱 木 素 应 一 氧 该 在 比较 温和 的条 件 下 进 行 ， 因此 必 须 探索 新 的
木 素 洗 浆 机 洗 涤 干 净 ， 下 一 工 段 精 选 、 白使 供 漂
用。
中浓氧 脱木 素技 术是 通过 强 化混合 作用 使 氧
在 浆料 内更 好地 分 散 渗 入 纤 维 ， 料 在 反 应 器 内 浆 按 规定 时 间 内停 留 ， 氧脱 木素 反应 连续 进行 ， 以 所 氧 混合器 是 中浓 氧脱 木 素 关 键 设备 ， 混合 器 技 氧 术发展很快 ， 世纪 ７ 上 ０年 代 普 遍 应 用 静 态 混 合
等， 简述 如下 。
＃ｌ
、
罐 ， 经洗浆机后送 去精选漂 白。高 浓工艺 通过 双 再 辊压 榨机 的浆 料 浓度 不 得 超 过 ３ ， ５ 以免 太 高 浓
度 引起 自发分 解 导致 氧反 应器 着火 。氧 碱处 理 反
＃ 趣 空 ２
应 时会产生有 机 酸 、 氧化 碳 、 量 一氧 化碳 及 微 二 少
氧脱 木 素要 取 得 良好 的作 用 和 效 果 ， 除氧 与 浆混 合均 匀外 ， 另一 个 重 要 因素 是 经 氧 反应 后 的 浆料 要洗 涤 干净 ， 使进 入漂 白工 段 的溶解 物较 少 ， 以便 洗涤 后 滤液 循 环 复 用 ， 样 可 节 约化 学 品用 这 量并 减轻 环境 污染 ， 高技术 经 济效 益 。 提
２１ ０ １年
・
第 ３期
《 黑
龙
江
造
纸》
论文 与综述 ・
氧脱木 素技术研究及应用进展
崔 红 艳
（ 山东 轻 工 业 学 院 山东 省 制 浆 造 纸 科 学 与 技 术 重 点 实 验 室 ， 山东 济 南 ２ ０ ５ ） ５ ３ ３
［ 摘
要 ］ 氧脱木 素作 为一 种先进 的 、 环保 型 的制浆 漂 白技 术 ， 在我 国正逐 渐 受到造 纸工作 者 的重
发 生 降解 。在反 应体 系 中氧 的负离 子 自由基可 以
转 化成 为一 系列 含 氧 活 性 反应 因子 ， 它们 的存 在
是 提高 木素 脱 除的重 要 因素［ 。但是 在氧脱 木 素 ３ ］ 过程中， 氧气 对 木 素和 碳 水 化 合 物 的选 择 性 比较
差， 研究 表 明［ ］ 在 氧 脱 木 素 过 程 中 ， 产 生 各 ４ ： 能 种 含氧 自由基 ， 氢 过 氧 自由基 （ Ｏ ・） 超 氧 如 ＨＯ 、
阴离子 自由基 （ ・一 和 羟基 自由基 （ Ｏ。 ） ＨＯ ・ 等 ， ）
木 素在较 高 ｐ 值 时 可 溶 解 ， 在 较 低 ｐ 值 时 Ｈ 但 Ｈ
重 又 出现沉 淀而 截 留在 纤 维 细胞 壁上 ， 种 可逆 这
可 降解 和脱 除木 素 分子 ， 同时也 使 纤 维 素 发 生 降
素 的 酚氧 负离 子脱去 电子 ， 产生 酚 氧 自由基 ， 氧分 子 变 成负离 子 自由基 ， 后进行 一 系列反 应 ， 然 木素
氧脱木素是 在一个复杂 的体系 中， 气 （ 有 氧
气 ） 液（ 、 碱溶液 ） 固（ 及 纤维 ） 相参 加所 起 的反应 ， 三 它有氧在碱 液 中的溶解 及氧 、 碱溶 液与木 素在 反应 之前 彼此 的传 递 问题 ， 以彻底混合 是氧 脱木 素的 所 前提 ， 它可提 高纤维均匀 分布程度 与增加 纤维 的 内 接触 表面 ， 促进 氧气 的分 散并参 与反应 。 植 物纤 维 中 ， 素含 有快 速反 应成 分 ， 部 分 木 这
素工艺 。 １ 传 统氧 脱木 素简 介Ⅲ 氧脱 木素研 究始 于 １ ６ 年 ， ８７ 有人 发现 在搅拌