制漿造紙工藝學第一章ppt課件

1、制漿造紙工藝學第一章 備料目的： 1除去樹皮、樹節(jié)、穗、鞘、髓、塵土等雜質(zhì)； 2 將原料按要求切成一定的規(guī)格。根本步驟： 原料儲存 原料處置 料片的保送、儲存 第一節(jié) 原料的儲存目的：維持正常的延續(xù)消費、改良原料質(zhì)量 防火與平安 運輸要求 原料場的根本要求 排水要求 通風要求 照明要求防火與平安防火帶原料場在消費區(qū)的下風口設(shè)置消防設(shè)備原料場與消費區(qū)：草100200米，木25米原料場與住宅區(qū)： 100米1、原木的儲存1水上儲存： 可以省去繁重的搬運操作，提高消費率。 能均勻水分，防止木材蛻變腐爛 但原木樹脂難以降低，原木沉底。如今普通不用2地面儲存： 能降低原木水分和樹脂，但運用馬尾松，由于夏天

2、天氣潮濕， 溫度高，地上儲存的馬尾松容易腐爛及產(chǎn)生蘭變。 堆垛方法層疊法：1平列法：2散堆法：3 堆垛規(guī)格與間距 垛的長度 機械小于300米，人工小于100米垛的寬度長原木36米，短原木小于3米 垛的高度人工24米，機械8米堆垛間距垛間距13米，垛組距1015米2、非木材原料的儲存非木材原料種類很多，它們的儲存有共同的特點，均需打捆或打包后儲存。 原料種類 打捆或打包規(guī)格毫米 每捆或每包分量千克 打捆或打包方式 水分含量 稻麥草 1000600400 3540 機械打包 15%左右 稻麥草 1000350350 25 機械打包 15%左右 蘆葦 40025002800 3540 機械打包 20

3、%左右 脫青竹 3001400 2530 人工打包 1215%左右 蔗渣 330300750 2530 機械打包 50%左右 蔗渣 5005001000 80 機械打包 50%左右 竹子的儲存，視原料情況有扎捆和不扎捆儲存之分稻麥捆和蘆葦捆、芒桿捆和脫青竹片等，普通堆成尖頂式垛儲存。蔗渣包那么堆成金字塔式垛。新蔗渣堆垛后，迅速發(fā)酵，產(chǎn)生大量的熱量，要留意通風散熱，不然容易自燃。 第二節(jié) 備料過程及其質(zhì)量控制一、木材原料的備料1、原木的鋸斷普通磨木機要求原木長度為0.6M或1.2M, 普通削片機為2.02.5M. 2、 原木的剝皮人工、機械 園筒剝皮機 機械剝皮 環(huán)式剝皮機 滾刀式剝皮機環(huán)式剝皮

4、流程環(huán)式剝皮機滾刀式剝皮機3、原木的除節(jié)和劈木4、原木和板皮的削片木片規(guī)格：長1525MM,厚37MM,寬520MM, 合格率大于90。削片機和削片原理 二、非木材原料的備料1、稻麥草原料的備料切斷、凈化1.1 干法備料 喂料A：切料刀輥切草機 切草 草片保送B：挑選與除塵除去草片中夾帶的谷粒、塵土、草葉、草節(jié)輥式除塵機羊角除塵器、雙錐草片除塵機、水膜除塵器水簾除塵室1.2 全濕法備料瑞典順智SUNDS)的NACO優(yōu)點：a、消除飛塵，改善環(huán)境；b、降低噪音和勞動強度；c、提高草片質(zhì)量；d、減少藥品用量；e、 提高得率、強度。2、蘆葦、荻、芒桿等原料的備料3、竹子原料的備料3.1 削片備料刀輥切

5、竹機、雙層園筒式竹片篩；3.2撕絲除髓備料美國彼得可PEADCO)開發(fā)； 半濕法水份50左右4、蔗渣原料的備料除髓 干法以下水份25 濕法濃度5 左右美國彼得可PEADCO 第三節(jié) 料片的保送和儲存1 保送氣流保送，膠帶保送機保送，埋刮板保送機保送，斗式提升機保送，第二章 化學法制漿Chemical Pulping) 燒堿法 堿法 硫酸鹽法 化學法 石灰法 亞硫酸鹽法 原木磨木法制漿方法 機械法 木片磨木法 化學熱磨法 化學機械法 磺化化機漿 堿性過氧化氫化機堿 第一節(jié) 纖維化學概述制漿原料木材原料、非木材原料原料的主要成分纖維素、半纖維素、木素、其他成分 Pine-松木，Birch-樺木Ta

6、ble 1. Comparison between the typical chemical composition of woody and non-woody feedstocks used for pulping (% of the feedstock dry solids).Component Woody feedstock Nonwoody feedstock Nonwoody feedstockCarbohydrates 65-80 50-80Cellulose 40-45 30-45Hemicelluloses 25-35 20-35Lignin 20-30 10-25Extra

7、ctives 2-5 5-15Proteins 0.5 5-10Inorganics 0.1-1 0.5-10SiO2 0.1 0.5-7一、纖維素的化學構(gòu)造纖維素大分子鏈的構(gòu)型由葡萄糖基組成纖維素大分子兩端的葡萄糖末端基不同，一個是復原性，另一個是非復原性，復原性來源于葡萄糖基氧環(huán)式構(gòu)造在一定條件下互換為開鏈式構(gòu)造后出現(xiàn)的醛基；除兩端的葡萄糖基外，每個葡萄糖基具有三個游離的羥基，C2,C3與C6上的羥基反響才干不同；每個葡萄糖基是氧環(huán)式構(gòu)造而不是開鏈式構(gòu)造，只需復原性末端的葡萄糖基，氧環(huán)式和開鏈式在一定條件下可以互換；葡萄糖基之間是以1，4甙鍵聯(lián)接，非型甙鍵聯(lián)接；葡萄糖基環(huán)是六環(huán)型而不是五環(huán)

8、型。二、木素的化學構(gòu)造木素母體松柏醇、介子醇、對香豆醇經(jīng)過不同的鍵合構(gòu)成二聚體和木素大分子構(gòu)造木素大分子的構(gòu)造特性苯丙烷C6C3構(gòu)造木素大分子三種根本構(gòu)造單元愈瘡木基丙烷I、紫丁香基丙烷II)、對羥基苯丙烷III針葉木木質(zhì)素主要由I構(gòu)成，闊葉木木質(zhì)素主要由I)和II構(gòu)成，禾草類木質(zhì)素由I、II和III構(gòu)成；IIIIII木素構(gòu)造單元的銜接方式和鍵的頻率苯丙烷單元是經(jīng)過醚鍵和碳碳鍵的方式銜接成木素大分子構(gòu)造木素中的主要醚鍵酚醚鍵、烷醚鍵、二芳醚鍵、二烷醚鍵木素中的苯丙烷單元有2/3-3/4是以醚鍵與相鄰的構(gòu)造單元聯(lián)接的；木素中的碳碳鍵：5、 、 1、 2、55木素構(gòu)造中主要鍵的頻率針葉木和闊葉木中

9、主要的鍵是O-4醚鍵，非木材主要的鍵型 是O-4和 5和 ；木素大分子構(gòu)造的模型木素與碳水化合物的聯(lián)接方式醚鍵、酯鍵、甙鍵 第二節(jié) 化學制漿的分類，蒸煮液的組成和計算一、化學制漿的分類堿法燒堿、硫酸鹽法蒸煮液NaOH、Na2S優(yōu)點：A 順應(yīng)任何原料；B 蒸煮時間短；C紙漿的強度高；D易與現(xiàn)代漂白方法結(jié)合；E 樹脂妨礙和草類的表皮細胞群塊少；F黑液回收完善；G可以從材種中制取松節(jié)油、塔羅油等副產(chǎn)品。亞硫酸鹽法蒸煮液SO2與不同鹽基組成的酸式鹽或正鹽的水溶液；優(yōu)點：A得率比堿法高；B蒸煮化學藥品本錢低；C未漂漿的白度高；D易漂白。二、常用術(shù)語(一) 堿法蒸煮總堿 燒堿法：NaOH +Na2CO3

10、硫酸鹽法：NaOH+Na2S+Na2CO3+Na2SO4+Na2SO3總可滴定堿 燒堿法：NaOH +Na2CO3 硫酸鹽法：NaOH+Na2S+Na2CO3+Na2SO3活性堿 燒堿法：NaOH 硫酸鹽法：NaOH+Na2S 堿液中活性堿含量占總可滴定堿含量的 百分比叫活性度： 活性度=(活性堿/總可滴定堿) 100%有效堿 燒堿法：NaOH 硫酸鹽法：NaOH+1/2Na2S硫化度 指硫酸鹽法蒸煮液或白液中，硫化鈉含量占活性堿含量的百分比: 硫化度= (Na2S/ NaOH+Na2S) 100% 以上各項均以氧化鈉或氫氧化鈉計。用堿量 指蒸煮時活性堿的用量對絕干原料分量的百分比： 用堿量=

11、活性堿用量/絕干原料分量100%液比 蒸煮總液量的體積L或m3與絕干原料分量kg或噸之比 蒸煮總液量=堿液量+補加水量或黑液量+原料水分 其他本人看，需熟記三、蒸煮液的組成和性質(zhì) 燒堿法8085NaOH, 15-20%Na2CO3 堿法 硫酸鹽法-NaOH+Na2S, 少量Na2CO3、Na2SO4等 鈣鹽基本錢低、低PH、設(shè)備結(jié)垢、回收難； 酸 法 鎂鹽基溶解度高，適宜更廣泛PHSO2+相應(yīng)鹽基 鈉鹽基PH114，回收復雜，污染大氣 氨鹽基溶解度高，可以回收SO2 第二節(jié) 蒸煮原理主要內(nèi)容：蒸煮液對木片或草片的浸透作用 蒸煮過程中碳水化合物的降解化學蒸煮過程中脫木素化學堿法和亞硫酸鹽法蒸煮過

12、程中脫木素的反響歷程和蒸煮曲線的制定蒸煮脫木素動力學和蒸煮質(zhì)量的計算機控制 蒸煮的目的是除去木素，使纖維彼此分別。要制得均一的紙漿，那么纖維在分別過程中受熱的化學溶液的作用要一樣，所以，在猛烈的化學反響進展之前，藥液均勻的浸透到原料中去是非常必要的。二、 蒸煮液對木片或草片的浸透作用 主體浸透毛細管作用力：流量與單根毛細管 半徑的四次方成正比，不同原料或 同原料的不同部位，毛細管的大小浸透作用 同； 溶質(zhì)分散濃度差：分散速率取決于總的開 孔橫截面積、藥液在料片周圍和 在料片內(nèi)部的濃度梯度， 與單根 毛細管無關(guān) 1毛細管作用 當原料水分含量較低時，浸透以毛細管浸透為主，其速率取決于壓力，毛細管直

13、徑大小，藥液的粘度等。而毛細管中的空氣會對毛細管作用產(chǎn)生較大的阻力，因此，原料中水分含量不宜過低木片水分含量以3540%較好。毛細管中的空氣用小放氣、汽蒸等方法排出。 闊葉木的毛細管浸透是經(jīng)過導管進展的；針葉木不含導管，藥液從開口管胞進入細胞腔，然后經(jīng)過多孔性的紋孔膜進入相鄰的細胞腔。 毛細管的浸透作用隨材種及邊材、心材的不同而有差別。2分散作用 當原料含水分高至飽和點時即毛細管中充溢水，那么完全為分散浸透。 分散作用取決于藥液離子濃度梯度，毛細管有效截面積，藥液離子的活性以及藥液的溫度等。 當藥液PH值13時，分散速度縱向是橫向的1040倍，當PH值13時，由于藥液對纖維細胞壁的潤脹作用，產(chǎn)

14、生了許多“暫時毛孔，因此使橫向的毛細管的有效截面積增大，從而使橫向分散速率接近于縱向0.8：1。 總的來說，毛細管浸透比分散浸透快，不論藥液PH值的大小如何，都是一樣的。浸透與化學反響的關(guān)系浸透與化學反響不是截然分開的兩個階段。浸透為化學反響發(fā)明條件，化學反響使木素等溶出添加了孔隙度，又促進了藥液的浸透。對于原料切片一開場就接觸濃度高，溫度高的藥液而進展的快速蒸煮強調(diào)化學反響是必要的，但也不能否認浸透的重要作用，在進展快速延續(xù)的蒸煮時，進展預(yù)浸處置，依然是有效的措施。三、 蒸煮過程中脫木素化學主要引見堿法，對照亞硫酸鹽法，發(fā)色基團的問題在漂白一章中再進一步討論。1、燒堿法和硫酸鹽法蒸煮的脫木素

15、反響和縮合反響。1酚型-芳基醚鍵和-烷基醚鍵聯(lián)接的堿化斷裂 這一類聯(lián)接最容易斷裂，這是由于氫氧化鈉促進了酚鹽構(gòu)造的重排而消去了-芳基和-烷基取代物構(gòu)成了亞甲基醌基構(gòu)造。典型的反響如下：P36 圖26 但-芳基醚鍵和-烷基醚鍵斷裂后木素分子能否變小，還得看詳細構(gòu)造的類型，如苯基香豆?jié)M構(gòu)造和松脂醇構(gòu)造的-芳基醚鍵和-烷基醚鍵斷裂后，木素大分子并未變小。 至于非酚型的-芳基醚鍵，那么是非常穩(wěn)定的。2酚型-芳基醚鍵的堿化斷裂和硫化斷裂堿化斷裂：酚型-芳基醚鍵在苛化鈉法蒸煮時，由于其他反響是-質(zhì)子消除反響和-甲醛消除反響，因此多數(shù)不能斷裂，只需少量這種鍵在經(jīng)過氫氧根對-碳原子的親核攻擊構(gòu)成環(huán)氧化合物時才

16、有斷裂；P37 圖2-7硫化斷裂：在硫酸鹽法蒸煮時，由于或離子的電負性較離子強，其親核攻擊才干也強，所以能順利迅速構(gòu)成環(huán)硫化合物而使-芳基醚鍵斷裂。這就是硫酸鹽法蒸煮脫木素比燒堿法快的主要緣由。P37 圖2-73非酚型-芳基醚鍵的堿化斷裂和硫化斷裂。只需在特定條件下才干產(chǎn)生 只需-羥基的非酚型-芳基醚鍵才干進展堿化斷裂。由于-羥基在堿液中容易電離，構(gòu)成的氧離子能攻擊位置的碳原子而構(gòu)成環(huán)氧化合物。促使-芳基醚鍵斷裂。 具有-羰基的非酚型-芳基醚鍵才干進展硫化斷裂。 -羰基能促使環(huán)硫化合物構(gòu)成，從而使-芳基醚鍵斷裂。4芳基-烷基和烷基-烷基間C-C鍵的斷裂芳基和芳基之間的C-C鍵很穩(wěn)定，上述C-C

17、鍵在某些條件下有能夠斷裂，其結(jié)果是木素大分子有能夠變小，也能夠變化不大。這種斷裂并不是堿法制漿中的主要反響。5芳基-烷基醚鍵的斷裂 甲氧基中甲基的脫除，對木素分子的變小，無關(guān)緊要，但它是堿法蒸煮中構(gòu)成甲醇或甲硫醇的主要反響，生成的甲硫醇呵斥空氣污染。6堿法蒸煮過程中的縮合反響 能影響木素的溶出的主要是C-A的縮合反響。 這種縮合反響和從亞甲基醌構(gòu)造開場，當有足夠的氫氧化鈉或硫化鈉時，進展的是脫木素反響；如堿不夠，那么產(chǎn)生縮合反響。斷裂的木素經(jīng)縮合變成分子更大的木素，更加難以溶解呵斥生片。 其他的縮合反響如CC的縮合反響和酚型構(gòu)造單元或斷裂產(chǎn)物與甲醛的縮合反響，均多數(shù)在黑液中進展，對木素溶出影響

18、不大。堿法蒸煮過程中的脫木素順序 胞間層木素的密度大木素分布 細胞壁木素含量高，特別是S2層 木材細胞壁S2層 胞間層脫木素順序 草類蔗渣細胞壁、胞間層、細胞角同 制漿方法硫酸鹽 酸性亞硫酸鹽 堿性 亞硫酸鹽2、化學法蒸煮過程中脫木素的反響歷程 初始脫木素階段藥液浸入料片，木素溶出 少于1/3;脫木素階段 大量脫木素階段木素溶出6083， 剩余脫木素階段木素溶出1.5-14%，不同原料的脫木素歷程不同，制定工藝參數(shù)時要根據(jù)實踐情況確定。3、脫木素動力學和蒸煮過程的計算機控制反響1脫木素反響級數(shù)確實定2計算脫木素反響速率常數(shù)K和活化能3相對反響速率常數(shù)Kr和H-因子的計算4利用H因子對蒸煮質(zhì)量的

19、控制5利用計算機對蒸煮質(zhì)量的控制四、蒸煮過程中的碳水化合物降解化學剝皮反響與堿性水解 第三節(jié) 蒸煮方法和蒸煮技術(shù)一，蒸煮過程裝鍋、送液 升溫、小放氣 保溫 大放氣、放料1，蒸煮過程中木素與碳水化合物的變化2、蒸煮過程1裝料、送液要求：A，裝料要多；B，送液與裝料配合；C，裝料時間要短；D，送液的溫度要適宜；方法：人工、蒸汽裝鍋器、螺旋預(yù)浸2升溫、小放氣小放氣排除假壓、松木原料回收松節(jié)油3保溫不同原料的保溫時間不一樣4大放氣和放料噴放：A，放料時間短；B，漿料易分散，漿渣少；C，噴放后漿料的溫度和濃度高，有利于黑液提??；D，操作簡便；E，紙漿的強度有所降低；二、間隙蒸煮技術(shù)1燒堿法和硫酸鹽法的蒸

20、煮技術(shù)1工藝條件用堿量、硫化度、液比、最高溫度、升、保溫時間；A， 用堿量取決于原料種類、質(zhì)量和成漿質(zhì)量的要求；留意計算方法，以Na2O計或以NaOH計；B，液比蒸球1：23，立鍋1：45；C，硫化度木材原料2530，草類原料15左右；D，最高溫度，升、保溫時間2蒸煮例如2、堿性亞硫酸鈉和中性亞硫酸鈉銨法的蒸煮過程和技術(shù)1堿性亞硫酸鈉AS)20世紀70年代開展的，與蒽醌AQ)結(jié)合運用，具有得率高、顏色淺、易洗易漂；2中性亞硫酸鈉銨法NS)的蒸煮技術(shù)國外主要消費瓦愣原紙用的半化學漿，NSSC；國內(nèi)主要用來消費草類化學漿；見P65表；三，添加助劑的改良蒸煮技術(shù)1，添加無機氧化性助劑或通氧的硫酸鹽蒸

21、煮1多硫化鈉A,原理利用多硫化鈉的氧化作用將纖維素和半纖維素的醛末端基氧化成堿穩(wěn)定的糖酸末端基，終止剝皮反響。 The challenge is the preparation of polysulfide liquor. It can be prepared by adding elemental sulfur to kraft white liquor according to the reaction: +S Na2S+S Na2S2 Na2S3The amount of sulfur that has to be used is 3%-5% of wood (Fig. 36), whi

22、ch means that sulfur must be recovered and regenerated as elemental sulfur from the chemical recovery cycle.Another option is to produce polysulfide through catalytic oxidation by the reaction: 2Na2S+O2+2H2O S2+4NaOH nS+Na2S Na2SnR纖，半纖CHOS223OH- R纖，半纖COO-+2S2-+2H2O Part of the sulfide can oxidize to

23、 thiosulfate as a side reaction. Polysulfidepreparation by white liquor oxidation is limited in that it depends on the white liquor sulfidity. The polysulfide charge can be one per cent on wood at best, whereas direct elemental sulfur addition does not limit the applicable polysulfide charge.The gai

24、n in yield from polysulfide cooking is directly related to improved glucomannan yield with softwoods and xylan yield with hardwoods.B， 效果2亞硫酸鈉維護碳水化合物，提高得率 3R纖，半纖CHOSO323OH R纖，半纖COOS23H2O 3氧堿法蒸煮可以消除廢氣，但分子氧不能選擇性脫木素2， 添加無機復原性助劑的堿法蒸煮硼氫化鈉NaBH4)-強復原劑，能將羰基復原為羥基，防止碳水化合物的剝皮反響，可提高得率10左右。 4R纖，半纖CHO NaBH4 R纖，半纖CH2OH+ NaBO33， 添加有機氧化性助劑的蒸煮技術(shù)AQ四，改良蒸煮技術(shù)Several new variations of kraft cooking emerged:Continuous flow processes:- Modified Continuous Cooking (MCC)- Extended Modified Continuous Cooking (EMCC)- Isothermal Cooking (ITC)- LoSolids