制浆原理与工程第2章第1节

演示文稿
后 等
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2 总可滴定碱Total titratable alkali ：指碱液中 可滴定的碱。KP法指：NaOH+Na2S+Na2CO3+ Na2SO3 ， 烧 碱 法 ： NaOH+Na2CO3 ； 以 N2O 或 NaOH表示。 3 活性碱 Active alkali：KP法NaOH+Na2S，烧 碱法指NaOH，以N2O或NaOH表示。 4 有效碱 Effective alkali：烧碱法指NaOH，KP 法NaOH+1/2Na2S，以N2O或NaOH表示。 5 活化度 Activity ：活性碱对总可滴定碱 ( 都以 N2O或NaOH表示)百分率。 活化度(%)=活性碱×100/总可滴定碱。




12 耗碱量Alkali consumption：蒸煮时实际消耗 的碱量。以活性碱对绝干原料质量百分数表示。 13 液比Liquor-to-wood ratio：蒸煮器内绝干原 料质量(kg或t)与蒸煮总液量体积(L或m3)之比。 例如：液比为1:3，即指1kg绝干原料需3L的蒸 煮总液量。 总液量包括：加入蒸煮锅的碱液（白液）量、 原料带来的水分、黑液或水(均以体积表示)。





第二章 化学法制浆(CP: Chemical Pulping) 本章学习要求： 1、掌握制浆有关术语、蒸煮液的组成、性质和计算 2、掌握蒸煮过程的脱木素模型、传质机理、脱木素 反应、碳水化合物降解反应、脱木素动力学和计算 机控制方法 3 、掌握蒸煮工艺流程、工艺条件、蒸煮助剂 ( 特别 是AQ)的原理和应用工艺 4、掌握蒸煮新技术-RDH、DDS、Lo-solids cooking、 Compact cooking的过程、特点 5、掌握KP木、草浆的化学组成、物理特性、用途 6、熟悉蒸煮过程 7、了解蒸煮主要设备的结构


第一节 概述


重点： 1、常用术语的含义 2、蒸煮过程的物料衡算 难点: 蒸煮过程的物料衡算



化学法制浆，是采用化学方法，尽可能多地脱 除植物纤维原料中木素（纤维间的粘合剂）， 使纤维分离，成为纸浆；同时要求纤维素溶出 最少；半纤维素根据需要而有相应的保留 ( 化 学浆尽可能保留，溶解浆尽可能溶出)。 一般化学浆脱木素 90% 以上，半纤维素溶出 约50%，纤维素溶出约 10%，少量组分大部 分溶出。纸浆得率40%-55%。 本章介绍蒸煮的术语、原理、工艺流程、工艺 参数、蒸煮过程和主要设备。




11 用碱量Alkali charge：指蒸煮时活性碱用量(重 量)对绝干原料重量的百分比，要注明是以Na2O计， 或者以NaOH计。 例2：实验室蒸煮松木的用碱量20％(以Na2O计)， 硫化度 25 ％，装锅量 1.5kg( 绝干 ) ，试计算每锅的 NaOH和Na2S用量。 解：每锅活性碱量=1.5kg×20％=0.3kg 每 锅 Na2S 用 量 =0.3kg×25 ％ =75g( 以 Na2O 计 )= 75g×78/62=94.355gNa2S 每锅 NaOH 用量 =0.3kg×(1-25 ％ )=225g( 以 Na2O 计)=225g×80/62=290.323gNaOH





pH=14时，硫化钠水 溶液以S2-离子为主； pH=13时，S2-离子和 HS-离子各半； pH=12时，以HS-离子 为主； pH＝10时几乎全部是 HS-离子； pH继续下降，HS-离 子浓度降低，而H2S浓 度增加。




3、SP法蒸煮液组成和性质 pH ＞ 10 ， SO32- 离子为主， ASP 法 (pH10-13.5) ，蒸煮液组成： Na2SO3、NaOH、Na2CO3； pH=7 左右， SO32- 离子和 HSO3离子各半， NSP 法，蒸煮液组 成：Na2SO3、Na2CO3； pH=4.5 左 右 ， HSO3- 离 子浓 度 到达最高点，亚硫酸氢盐法， 蒸煮液组成：亚硫酸氢盐为主， 少量亚硫酸； pH 值再下降， HSO3- 离子浓度 下降，而H2SO3浓度迅速增加， 酸性亚硫酸盐法，蒸煮液组成： 亚硫酸为主，少量亚硫酸氢盐。





6 硫化度Sulfidity：在KP法蒸煮液中，Na2S的 量占活性碱含量的百分率： 硫化度(%)=Na2S×100/(NaOH+Na2S) 计算时，需先将 NaOH 和 Na2S 换算成 Na2O 或 NaOH相当的量。 例1：分析得到蒸煮液中NaOH、Na2S含量分别 为80g/L和20g/L，试计算该蒸煮液的硫化度。 解：硫化度 = (20×80/78)/[(20×80/78+80)] =20.4% 或者，硫化度 =(20×62/78)/[(20×62/78+80×62/80)] =20.4%



16 纸浆硬度：纸浆中残留木素和其他还原性物质 的相对量，或者说，间接地表示纸浆中木素含量。 测定方法较多，可用高锰酸钾、氯或次氯酸盐等作 为氧化剂来测定。用高锰酸钾作为氧化剂测定方法 最为普遍。根据测定条件不同，又可分为几种表示， 常用的有：卡伯值(Kappa number) 、高锰酸钾 值(P ermanganate number) 。 纸浆Kappa值(或高锰酸钾值 )与浆料中木素含量有 近似线性的关系，但不同种类浆料的关系不同，因 此不能用纸浆Kappa值(或高锰酸钾值 )来表示纸浆 中木素的绝对含量。

2、碱法蒸煮工艺流程

（二）亚硫酸盐法制浆(SP, sulfite pulping) 1、亚硫酸盐法制浆的分类 主要化学药剂是 SO2 及其相应盐基组成的酸 式盐或正盐水溶液，根据其 pH 值不同分为： ① 碱 性 亚 硫 酸 钠 法 (AS, alkaline sulfite pulping. Na2SO3、NaOH和Na2CO3)； ②中性亚硫酸钠法(NS, neutral sulfite pulping. Na2SO3和Na2CO3为主要蒸煮药品)； ③亚硫酸氢盐法(bisulfite pulping. 亚硫酸氢 盐和少量H2SO3)； ④酸性亚硫酸盐法(acid sulfite pulping. H2SO3和少量亚硫酸氢盐)。 前二种方法草类原料CP浆、木材原料SCP浆 和CMP浆；后二种方法CP浆。






一、化学法制浆的分类 按所用化学药品不同，可分为：碱法、亚硫酸盐 法、溶剂法和生物法几大类，后两类还处于实验 研究阶段。 （一）碱法制浆（alkaline pulping） 1、碱法制浆分类 ①硫酸盐法(KP, kraft process or sulfate process. 以 Na2S和NaOH为蒸煮药品)；是目前最主要化学制 浆方法（CP浆产量的95%以上）； ②烧碱法(Soda process.主要蒸煮药品为NaOH，又 名苛性钠法或苏打法)；主要用于草类原料生产化 学浆； 还有预水解硫酸盐法（溶解浆）、多硫化钠法、 氧-碱法等。




例3：在例2中假设液比为1:5，木片干度为90%， NaOH 药 液 浓 度 为 200g/L ， Na2S 药 液 浓 度 为 50g/L，试计算每锅需加水量。 解：蒸煮总液量=1.5×5L=7.500L 木片中带的水量=1.5×10/90=0.167L Na2S药液体积=94.355g/50g/L=1.887L NaOH药液体积=290.323g/200g/L=1.452L 则，所需加水量=7.500-0.167-1.887-1.452 =3.994L
2、亚硫酸盐法制浆的生产流程
（三）KP法和SP法制浆特点







KP法特点： （1）适用于各种植物纤维原料； （ 2 ）蒸煮时间较短，纸浆强度好，未漂针叶 木浆被称为牛皮浆 Kraft pulp，纸浆颜色深； （ 3 ）成熟、可靠的蒸煮废液回收技术，可从 一些木材中回收松节油和塔罗油等副产品。 SP法特点： （1）Klason木素含量相同时，纸浆得率比碱法 略高； （ 2 ）未漂浆白度高，不用漂白就能用于制造 多种纸张，且纸浆容易漂白； （3）蒸煮废液回收没有很好解决。



14 绝干原料和风干原料 绝干oven dry (bone dry) 原料：指不含 水分的原料。通常是指105℃烘干至恒重 时的重量。 风干air dry 原料：通常指在室内自然干 燥后的原料。没有注明时，一般是指原 料的水分为10%。





15 纸浆得率Pulp yield：分为粗浆得率和细浆得率。 原料蒸煮后所得绝干 ( 或风干 ) 粗浆质量对蒸煮用 绝干(或风干)原料质量百分比，称为粗浆得率 粗浆筛选后所得绝干 ( 或风干 ) 细浆质量对蒸煮用 绝于(或风干)原料质量百分比，称为细浆得率 例 4：在例3中假设蒸煮纸浆经洗净后，称得湿浆 重为3600g，再经筛浆后称湿浆重为3375g，又测 得粗、细湿浆的干度均为 20% ，试分别求粗浆得 率和细浆得率。 解：粗浆得率=3.600×20%/1.5=48% 细浆得率=3.375×20%/1.5=45%
2、KP法蒸煮液的组成和性质 1 ） 组 成 ： 主 要 成 分 NaOH+Na2S ， 还 有 少 量 Na2CO3 、 Na2SO4 、 Na2SO3 和 Na2S2O3 ，甚至还 可能有少量Na2Sn (多硫化钠)。 2）性质：除有NaOH的强碱性起作用外，Na2S 电离后的 S= 离子和水解后的产物 HS= 离子也起 着重要的作用。此外，Na2CO3和Na2SO4，甚至 Na2Sn ( 多硫化钠 ) 等成份也起一定的作用，所 以蒸煮液的性质比较复杂，而且受蒸煮液pH影 响很大。 不同 pH 时 Na2S 、 Na2CO3 、 Na2SO3 的电离与水 解后各组分的浓度关系见图2-3。




蒸煮工艺计算示例 某厂以芦苇为原料，采用硫酸盐法蒸煮，设备为110m3立锅， 锅装锅量18t(绝干)，用碱量12%(Na2O计)，硫化度12%，液比 1:4.2 ，药液温度 80℃，求（ 1 ）装锅密度；（ 2 ）总碱量； (3)NaOH 、 Na2S 用量； (4) 总液量； (5) 如用 NaOH 浓度为 70g/l ， Na2S浓度为9g/L的白液应如何配碱?(设芦苇水份为20%) 解：装锅密度=装锅量/设备容积=18×1000/110=163.6（kg/m3） 总碱量=18×1000×l2%=2l60kg(Na2O计) Na2S=2160×12%=259.2kg(Na2O)=259.2×78/62=326kg(Na2S) NaOH=(2160-259.2)×80/62=2452.6kg(NaOH) 总液量=4.2×18=75.6 m3 白液体积=2452.6/70=35 m3 其中：Na2S=35×9=315kg 尚需补Na2S=326-315=11kg 已知芦苇水份为20%，则芦苇带来水量=18×20/80=4.5(m3) 需补液量=75.6-35-4.5=36.1(m3) 即在使用 35m3 的白液基础上，配碱时尚须补加 11kg Na2S 和 36.1 m3黑液。




二、蒸煮液的组成和性质 1、Soda法蒸煮液的组成和性质 1 ）组成：主要成分 NaOH ，还有少量 Na2CO3 （绿液中未苛化的，以及由于 NaOH 吸收空气 中CO2而形成的）。 2 ）性质：主要是 NaOH 的强碱性质（ pH 接近 l4）。蒸煮时主要是NaOH起作用。






三、化学制浆常用术语及有关计算 （一）碱法制浆中常用术语及有关计算 KP法蒸煮液中药品主要为：NaOH、Na2S，还有 少量Na2CO3、Na2SO4、Na2SO3和Na2S2O3。 换算成相等Na原子的质量，以Na2O表示(也可以 用换算成相当量的 NaOH，需注明 ) 即 62gNa2O 相 当于 80gNaOH 或 78gNa2S 、或 106gNa2CO3 。 P34 表2-2。 浓度通常以g/L表示 1 总碱Total alkali：KP法NaOH+Na2S+Na2CO3+ Na2SO3+Na2SO4+Na2S2O3( 不 包 括 NaCl) ， 以 Na2O或 NaOH表示；烧碱法指NaOH+Na2CO3。



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7 蒸煮液Cooking liquor：蒸煮时所用的药液 8 黑液Black liquor：原料经碱法蒸煮以后，从纸 浆中分离出来的残液，其颜色为黑色，叫黑液。 酸法蒸煮得到的残液，其颜色为红色，称为红液。 9 绿液Green liquor：黑液在碱回收炉中燃烧后， 以熔融物状态流出，溶解于稀白液或水中的溶液。 因其中铁为Fe2+而呈绿色。 主 要 成 分 ： Na2CO3+Na2S ， 也 有 一 定 量 的 Na2SO4、Na2S03、Na2S2O3、NaOH、Na2Sn。 10 白液 White liquor：绿液用Ca(OH)2苛化所得 溶液，供蒸煮用的药液。 Na2CO3+Ca(OH)2=NaOH+CaCO3