制浆原理与工程

第二章化学法制浆

1、解释化学法制浆常用名词术语。

活性碱:烧碱法蒸液中的活性碱指NaOH,硫酸盐法蒸煮液中的活性碱指NaOH+Na2S,常以Na2O或⑷有效碱:烧碱法指NaOH,硫酸盐法指NaOH+1/2Na2S,常以Na2O 或NaOH 表示。⑸活化度:碱液中活性碱对总可滴定碱的百分比。计算时,NaOH 与Na2S 等均以Na2O 或NaOH 表示。⑹硫化度:白液的硫化度就是指Na2S 对活性碱的百分比。绿液的硫化度就是指Na2S 对总可滴定碱的百分比。计算时,NaOH 与Na2S 等均以Na2O 或NaOH 表示。⑺蒸煮液:蒸煮液系指原料蒸煮时所用的碱液⒃纸浆硬度:纸浆硬度表示残留在纸浆中的木素与其她还原性物质的相对量。可用高锰酸钾、氯或次氯酸盐等氧化剂测定,以用高锰酸钾最为普遍。

2、化学法制浆主要分哪几类？碱法与亚硫酸盐法制浆主要分为哪几种？各自的特点就是什么？

化学法制浆:碱法制浆、亚硫酸盐法与溶剂法制浆。

碱法:烧碱法、;硫酸盐法、多硫化钠法、预水解硫酸盐法、氧碱法、石灰法、纯碱法等。最常用的就是硫酸盐法与烧碱法。

亚硫酸盐法:酸性亚硫酸氢盐法、亚硫酸氢盐法、微酸性亚硫酸氢盐法、中性盐硫酸盐法与碱性亚硫酸盐法。碱法特点:碱法蒸煮对原料的适应范围比较广,硫酸盐法几乎适用于各种植物纤维原料,还可用于质量较差的废材、枝桠材、木材加工下脚料、锯末以及树脂含量很高的木材。烧碱法适用于棉、麻、草类等非木材纤维原料,也有用于蒸煮阔叶木的,很少用于蒸煮针叶木。

3、硫酸盐法制浆与亚硫酸盐法制浆的优缺点就是什么？

硫酸盐法蒸煮的优缺点

优点:①对原料适用范围广。②脱木素速率快,蒸煮时间较短。③纸浆强度高④蒸煮废液回收

技术与设备比较完善。⑤硫酸盐浆的用途广,针叶木本色硫酸盐浆可用于抄造纸袋纸、电缆纸、电容器纸、包装纸。漂白浆用于生产文化用纸及其她用途。阔叶材与草类原料的硫酸盐浆常用于生产文化用纸或生产纸板等。⑥较少发生树脂问题与草类浆的表皮细胞群问题。⑦允许木片

中有相当量的树皮。⑧可从一些材种的蒸煮放气时回收松节油与从蒸煮废液中提取塔罗油等副产品。

缺点:①纸浆得率低。②成浆颜色较深,比亚硫酸盐浆难漂。③蒸煮时产生的恶臭气体污染大气。亚硫酸盐法蒸煮的有缺点

优点:①本色浆较白,易漂。②得率较高。③生产精制浆不需要预水解。④各种原料的废液可用于生产饲料、酵母、粘合剂、香兰素等,针叶木的制浆废液可生产酒精。缺点: ①原料要求比较严格。②大都需要耐酸设备。③蒸煮时间较长。④亚硫酸盐浆的强度较硫酸盐浆低。⑤亚硫酸盐法蒸煮废液的回收仍存在经济问4、蒸煮药液浸透的原理、影响因素与强化药液浸透的措施就是什么？

蒸煮药液浸透的原理:根据药液浸透推动力的不同,浸透形式可分为两类:一类就是压力浸透,它的推动力就是压力差,即毛细管作用与外加压力的作用。另一类就是扩散浸透,即扩散作用,它的传质推动力就是药液的浓度差。外加压力的高低与药液的黏度的大小都会影响压力浸透。纤维轴向的毛细管作用总就是大于横向毛细管作用的50~100 倍。扩散浸透效果主要取决于毛细管的有效截面积与药液的浓度差,同时还与药剂分子或离子的活性与大小有关,且受温度与原料水分影响。影响因素:药液的组成温度、压力纤维原料的种类与料片的格。

强化药液浸透的措施:①蒸汽装锅与预气蒸。②蒸煮器外药液的预浸。③装锅送液时,适当提高药液温度,一般将药液预热至70~85℃后送入蒸煮器内。④抽真空。

⑤盐硫酸盐法蒸煮初期加入过量药液,浸透完全时“回水”(即将多余的药液抽出并加以回收)。⑥液相变压法:

5、碱法与亚硫酸盐法蒸煮过程中木素与碳水化合物的反应类型有哪些？

碱法木素的化学反应类型:酚型α-芳基醚或α-烷基醚键的碱化断裂、酚型β-芳基醚键的碱化断裂与硫化断裂、非酚型β-芳基醚键的碱化断裂与硫化断裂、芳基-烷基与烷基-烷基间C-C 键的断裂、甲基-芳基醚键的断裂、碱法蒸煮时木素发色基团的形成。碱法蒸煮的碳水化合物的化学反应类型:①纤维的反应:纤维素的剥皮反应、纤维素的终止反应、纤维素的碱性水解。②半纤维素的反应:脱乙酰基、半纤维素总的反应情况、聚木糖的反应与保留、己烯糖醛酸。亚硫酸盐法木素的化学反应:①酸性亚硫酸盐蒸煮时木素的化学反应:α-碳原子脱除酚型与非酚型的木素结构单元中的α-碳原子磺化。②碱性与中性亚硫酸盐法蒸煮木素的反应:酚型Cα与Cγ的磺化反应、酚型β-芳基醚键的断裂与磺化、酚型或非酚型甲基-芳基醚键的亚硫酸盐解。亚硫酸盐法碳水化合物的化学反应:酸性水解、酸性氧化反应、单糖的氧化与分解反应

6、碱法蒸煮过程中,纤维素在什么情况下发生剥皮反应与碱性水解？如何减少纤维素的降解？

高温强碱的条件下发生剥皮反应与碱性水解。将末端羰基氧化为羧基、将末端羰基还原为伯醇羟基、蒸煮时加入能与羰基起反应的化合物将还原性末端封锁。7、试述木材与草类原料减法蒸煮脱木素反应历程的异同?

答:木材碱法蒸煮脱木素反应过程可分为三个阶段:初始脱木素阶段,大量脱木素阶段,与残余木素脱除阶段。草类原料硫酸盐法或烧碱法蒸煮脱木素反应历程近视可分为大量脱木素阶段,补充脱木素阶段,残余木素脱除阶段。

8、试述碱法蒸煮得影响因素

答:㈠用碱量(effect of alkali charge)

a、用碱量的大小会影响脱木素速率与脱木素程度,同时也会影响碳水化合物的降解程度

b、当纸浆得率与质量要求与其它工艺参数不变时,提高用碱量就是加快蒸煮速率、缩短蒸煮时间、提高产量的有效措施。

c、蒸煮用碱量的大小,主要决定于原料的种类、质量与成浆的质量要求。

d、蒸煮终了时蒸煮液中还必须有一定的残碱,一般4 - 10g/L,以利于后期木素的溶出。

(2)液比(Effect of Liquor-to-Wood Ratio)

液比与用碱量共同决定药液的浓度(C)。C 会影响反应速率。

①用碱量一定时,液比↓ ,则C ↑,结果:

a、加快脱木素,缩短蒸煮时间;

b、增加碳水化合物的降解,得率↓;

c、汽耗↓;

d、若液比过小,液与料混合不匀,蒸煮不匀,粗渣率↑。

②直接通汽加热,液比可小些;间接加热,液比要大点。③回转式蒸煮器蒸煮,液比可小些。

④快速蒸煮,可适当缩小液比,但要保证药液良好循环。⑤若生产物理强度大,α–纤维素含量高的浆,宜用较低的药液浓度,较大的液比。⑥结构紧密的原料,

可用较小的液比。

(3)硫化度①硫化度的大小影响蒸煮速率在一定范围内,硫化度↑,可加快蒸煮,但若超过一定范围,效果不明显,甚至降低蒸煮速率。

②硫化度对浆得率与质量的影响

用碱量一定,适当提高硫化度,可提高得率,若过高,硫化木素不能充分溶出,浆质量下降。

(4) 蒸煮最高温度(Effect of Maximum Pulping Temperature – Tmax ) Tmax ↑,脱木素速率↑。

9、添加助剂的碱法蒸煮过程仲,蒽醌、多硫化钠与亚硫酸钠的作用各就是什么？答:AQ(蒽醌)的作用:提高脱木素速率,缩短蒸煮时间,保护碳水化合物,提高纸浆得率。缺点:蒽醌在碱法中溶解度小,蒽醌与浆料难以混合均匀,漂白浆泡沫多,打浆掃化慢,漂白困难多硫化钠得作用:增加[OHˉ],保护碳水化-合物,S2ˉ在碱性条件下把纤维素或半纤维素的还原性-CHO 氧化为-COOH,以减少剥皮反应。缺点对设备腐蚀性强,温度大雨100°C 时,Na2Sn 分

解。亚硫酸钠的作用:(Na2SO3+NaOH)保护碳水化合物,减少剥皮反应。

10、什么叫H-因子？H-因子的意义就是什么？如何如利用计算机控制蒸煮？答:H—因子就是个蒸煮温度得相对反应速率常数与蒸煮时间的定积分。H-因子的意义:同一原料,在用碱量,硫化度,液比等蒸煮条件相同时,控制H—因子相同,则其纸浆得率及浆中木素含量相同。利用计算机控制蒸煮:用计算机来控制间接蒸煮,连续蒸煮器的蒸煮质量,受到良好的效果。由于蒸煮质量有很多影响因素,如有效碱,H-因子与硫化度等因此用微型计算机综合进行蒸煮质量的控制需要一个公式或数学模型。

其中T-因子就是H-因子的改进形式,它考虑了化学药品浓度的影响,T-因子的定义如下:T=[S/(2-S)]([EA/(L:W)]2 )式中S—硫化度;EA-有效碱用量;L:W-液比;H-H-因子

11、碱法蒸煮操作过程包括哪几个部分？

答:①装料,送液②升温,小放气③在最高压力或温度下的保温与蒸煮终点的确定(④大放气与放料

12、小放气的作用就是什么？

答:①排除蒸煮器内的空气与其她气体,消除假压,以利于温度的上升②小放气时,锅内产生自然沸腾,减少锅内不同的温度差与浓度差,利于药品得浸透与均匀蒸煮③松木原料蒸煮小放气时除了能排除空气以外,还能排除松节油与其她挥发性物质,通过小放气可对松节油进行收集。此外草类原料装液送料时由于草片吸收药液较快,因此草片中存在的空气没有木片多,升温时,进行或不进行小放气都可以。

13、提高碱法蒸煮脱木素选择性的四个基本原则就是什么？

答:①蒸煮过程仲得碱液浓度尽量保持均匀,即在蒸煮初期碱液浓度适当低一些,接近蒸煮终了时碱液浓度适当高一些:②蒸煮液中HSˉ浓度应尽量高,特别就是蒸煮初期与大量脱木素阶段开始时,应保持较高的HSˉ浓度;③蒸煮液中的溶解木素与Na+浓度应尽量低,特别就是在残余木素脱除阶段;④保持较低的蒸煮温度,尤其就是在蒸煮初期与后期。

15、与传统的卡米尔连续蒸煮相比较,EMCC(ITC)与低固形物蒸煮技术的特点就是什么？

答:传统的卡米尔连续蒸煮器在木片预浸渍后,采用木片与全部蒸煮液一开始就