化学制浆介绍

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第一节化学法制浆的分类与基本概念
一. 化学法制浆（Chemical Pulping）的分类
1.碱法（Alkaline Pulping）：
烧碱法、硫酸盐法、（其它药剂为碱性的制浆方法）
2. 亚硫酸盐法（Sulphite Pulping）：
酸性亚硫酸氢盐法、亚硫酸氢盐法、微酸性亚硫酸盐法、中性亚硫酸盐法、碱性亚硫酸盐法
二 . 碱法制浆流程示意图
三 . 亚硫酸盐法制浆流程示意图：
四 . 蒸煮液的组成：
五. 碱法制浆常用专业术语：
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，）
2. 扩散作用：主要靠药液浓度差造成的离子浓度梯度的推动力使蒸煮液中的离子扩散浸透入原料切片内部，通过导管、管胞、纤维的胞腔和细胞壁进行。

影响因素：原料密度、水分含量（适宜于水分饱和的原料片）蒸煮液组成（影响大，扩散作用主要取决于有效毛细管截积）
当蒸煮液pH>13时，纤维轴向的扩散作用与横向的扩散作用比较接近，约为1 ：0.8(润胀作用的效果）当蒸煮液pH<13时，纤维轴向的扩散作用比横向的扩散作用大得多。

使浸透作用顺利的重要前提：药液与原料片的均匀混合
二、蒸煮过程中的脱木素（Delignification)和碳水化合物降解(Carbohydrate Decomposition)
脱木素作用导致：
1. 木素结构单元之间联结键断裂木素大分子降解
2. 木素分子内引进亲液基团提高溶解性
总的结果：木素脱除，纤维分离成浆
纤维素与半纤维素降解作用导致：
糖基之间的苷键断裂
大分子聚合度降低
纸浆得率与强度降低
三、蒸煮过程脱木素局部化学的研究
研究蒸煮过程纤维细胞中木素的脱除顺序，有助于进行蒸煮过程的脱木素反应历程和动力学研究，对制定正确的蒸煮工艺条件有指导意义。

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
四、蒸煮过程脱木素反应历程
针叶木硫酸盐法脱木素反应历程
五、蒸煮过程脱木素化学反应动力学研究结果
影响碱法蒸煮的主要参数：蒸煮时间与蒸煮温度
在一定范围内，提高温度可以缩短时间，温度降低则必须延长时间。

即：一定范围内温度和时间可以互为补偿。

1957年加拿大制浆造纸研究所K.E.Vroom 提出了H-factor的概念，把蒸煮温度与时间作为单一变数考虑，用以控制蒸煮终点，从而稳定蒸煮后纸浆的质量，促进蒸煮过程的自动化控制（建立数学模型）。

对一定的原料，蒸煮后浆料中的残余木素含量（与纸浆卡伯值成线性关系）可由蒸煮时的H-因子控制（H-因子增大，卡伯值降低），因此可以利用H-因子确定蒸煮终点，
灵活调节生产（根据蒸煮温度的波动调节蒸煮时间），减少卡伯值波动范围，稳定纸浆质量（卡伯值、得率、强度）。

第三节蒸煮方法与蒸煮技术
一、碱法蒸煮
（一）蒸煮操作（间歇式蒸煮）
1 ．装料、送液：
（ 1 ）提高单位容积装料量；（木片蒸汽装锅器，草片机械装料器）
（ 2 ）药液与料片混合均匀；（预浸）
（ 3 ）装料送液时间不宜太长；
（ 4 ）送液液温要恰当；
（ 5 ）料片、药液必须计量准确。

2 ．升温、小放气
升温时间宜稍长，均匀升温；
升温到一定温度或压力时需进行小放汽，以排除空气，避免假压。

松木原料在小放汽时可以回收松节油。

3 ．最高温（ Tmax ）下的保温
视原料品种与浆料要求而定
4 ．喷放
配合碱回收（浆料温度与黑液浓度都要高）
（二）蒸煮工艺条件的确定（间歇式蒸煮）
1 ．用碱量的确定
根据：（ 1 ）原料种类与质量
（ 2 ）纸浆要求
（ 3 ）残碱要求（蒸煮终点 pH 值不低于 12 ）2 ．液比的确定
用碱量一定时，液比的大小影响：
（ 1 ）药液的浓度
（ 2 ）药液与原料的混合
（ 3 ）蒸煮锅内药液的循环
一般采用的液比 : 蒸球 1 ： 2 ～ 1 ： 3
立锅 1 ： 4 ～ 1 ： 5
3 ．硫化度的确定
取决于原料种类（木素含量、组织结构等）和成浆要求（卡伯值）。

一般：针叶木 25 ～ 30 ％
草类原料 15 ％左右
阔叶木一般处于两者之间
深度脱木素蒸煮的硫化度要提高一些
4 ．升温时间
取决于原料种类（木素含量、组织结构等）和成浆要求（卡伯值）。

5 ．最高温度与保温时间
取决于原料种类（木素含量、组织结构等）和成浆要求（卡伯值）。

二、亚硫酸盐法蒸煮
（一）蒸煮操作
1 ．碱性亚硫酸盐法与中性亚硫酸盐法：
与碱法蒸煮操作基本相同
2 ．酸性亚硫酸盐（钙）法
（ 1 ）装锅、送液
控制木片水分 40 ～ 45 ％，有利于药液渗透和增加装锅量；采用蒸汽装锅器，提高木片温度，使木片在锅内分布均匀，初步排除空气和挥发性树脂，有利于药液渗透和增加装锅量。

先装锅，后送液。

装锅完毕盖上锅盖后，从锅体下部泵入蒸煮液，使药液中逸出的 SO2 气体为木片所吸收。

在送液后期，将锅上部排出的气体导入气体回收系统（含较多 SO2 ）。

（ 2 ）第一段升温和第一段保温
连续而细微的小放汽，避免假压，回收 SO2.
到达“ 临界温度” 开始第一段保温，使药液充分渗透到木片中去，有利于木素磺化，避免木素缩合。

“ 临界温度” 与原料品种有关，据工厂经验，白松酸性亚硫酸钙蒸煮： 105oC~110oC; 马尾松酸性亚硫酸钙蒸煮： 117oC 左右。

（ 3 ）第二段升温与药液回收
在第一段浸透和磺化较充分的前提下，第二段升温可以加速进行，在升温到 130oC 以前，回收多余的药液，继续升温到最高温度（一般不超过 150oC ）。

（ 4 ）最高温度下的保温
根据蒸煮终点确定保温时间。

（ 5 ）大放汽和放锅
大放汽（回收 SO2 ）至一定压力时喷放浆料。

三、添加助剂的蒸煮技术
添加蒸煮助剂的目的：加速脱木素速率；减少纤维素和半纤维素降解。

1. 氧化性助剂：氧化碳水化合物的还原性醛末端基，使之变成羧基从而避免剥皮反应。

(1) 无机氧化性助剂：多硫化钠 Na2Sn ，亚硫酸钠，通氧（尚在研究中）
（ 2) 有机氧化性助剂：蒽醌及其衍生物
2 ．还原性助剂：
（ 1 ）无机还原性助剂：硼氢化钠，使碳水化合物的还原性醛末端基还原为羟基，从而避免剥皮反应。

（成本高）（ 2 ）有机还原性助剂：胺类化合物，促进脱木素作用，缩短蒸煮时间（未工业化）
四、深度脱木素原理与技术
1 ．深度脱木素技术的产生
含有机氯化物漂白废水的污染性
低卡伯值纸浆与无（少）污染漂白
2 ．硫酸盐法蒸煮深度脱木素的基本原理
在深度脱木素的同时必须尽量减少碳水化合物的降解
（ 1 ）蒸煮全过程碱浓尽量均匀；
（ 2 ）大量脱木素阶段 HS- 、 S-2 浓度要高；
（ 3 ）黑液（指蒸煮器内）中的固形物含量尽可能低（特别蒸煮后期）；
（ 4 ）采用较低的最高温度。

3 ．深度脱木素技术
CK: Conventional Kraft Pulping 常规硫酸盐蒸煮
MCC: Modified Continuous Cooking 改良连续蒸煮
EMCC: Extended Modified Continuous Cooking
延伸 ( 进一步 ) 改良连续蒸煮
ITC: Iso-Thermal Cooking 等温蒸煮
Lo-solids Cooking : 低固形物蒸煮
RDH: Rapid Displacement Heating 快速置换加热蒸煮
Super-Batch: 超级间歇蒸煮
第四节蒸煮设备
一、间歇蒸煮（ Batch Cooking ）
蒸煮锅（碱性条件、酸性条件）、蒸球（碱性条件）
二、横管式连续蒸煮器：
潘迪亚连续蒸煮器 (Pandia continuous
Digester)
斜管式连续蒸煮器： Bauer M & D
斜管式蒸煮器三、纸浆喷放与废热回收系统
喷放锅
热回收系统
第五节化学浆的质量标准、性质与用途
一、质量标准
国家标准： GB 、企业标准： QB 、
工厂自定指标
如： GB13507-92 为本色亚硫酸盐针叶木浆标准；
QB-1678-93 为漂白硫酸盐木浆标准
各标准对化学浆作出有关指标的规定，如：
卡伯值范围、机械强度（在打浆度为 45 oSR 、定量为 60 g/m2 时的裂断长、耐破度、耐折度、撕裂度）、白度、尘埃度等
二、化学浆的性质
取决于原料种类、蒸煮方法和工艺条件、聚糖种类、含量及分布、木素含量及分布、
细胞类型与纤维形态、得率和强度、漂白性能、打浆性能、滤水性能等
三、化学浆的用途：
用途广泛：一般文化用纸、高级文化用纸、纸袋纸、包装纸、工业用纸、国防用纸、人造纤维（粘胶纤维）浆粕、纤维复合材料等。