第二章2.2蒸煮原理

2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿1第二節(jié)蒸煮原理★

蒸煮過程主要是脫除木素的過程?！镎糁蟮哪康木褪抢脡A性化學藥劑，根據(jù)不同類型紙漿的需要盡可能地除去纖維原料中的木素，保留纖維素和半纖維素，并使纖維離解成漿。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿2一、蒸煮液對原料片的滲透作用

主要表現(xiàn)在藥液借毛細管作用或擴散作用把藥液送入胞間層。（一）毛細管作用

主要靠外加的壓力和表面張力作用浸透到纖維空隙內(nèi)。毛細管滲透速率的大小，是由毛細管半徑、推動力大小、蒸煮液的黏度、原料種類和水分含量等決定的。邊材比心材易滲透，早材比晚材易滲透，原料水分低易滲透。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿3（二）擴散作用在原料得以充分浸漬后，擴散作用才有效地發(fā)生，它主要依靠藥液濃度差造成的離子濃度梯度為推動力，使蒸煮液中的離子擴散浸透入原料切片內(nèi)部。擴散的速率主要取決于離子濃度梯度和有效毛細管的截面積。一般在堿法蒸煮時，草類原料比木材容易滲透。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿4毛細管作用擴散作用闊葉木通過導管，針葉木通過管胞胞腔、紋孔發(fā)生有水、有濃度梯度就可發(fā)生適宜于較干的木片適宜于被水分飽和的木片順木紋方向很長距離都有效僅在短距離內(nèi)有效不能沿橫紋方向發(fā)生能沿橫紋方向發(fā)生在邊材和心材、不同闊葉木品種、針葉木與闊葉木之間的速率有明顯差別不同木材之間的差別不大木材相對密度對其沒有影響木材相對密度對其有影響藥液組成不重要藥液組成有很大影響2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿5二、蒸煮過程中的脫木素化學在堿法制漿過程中，堿液中的堿主要消耗于：①與木素反應；②促使部分纖維素與半纖維素氧化或水解而發(fā)生降解；③中和原料中的有機酸以及在蒸煮過程中生成的有機酸類；④對原料中的樹脂起皂化作用；⑤少量殘留在纖維表面。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿6（一）堿法脫木素化學反應在蒸煮過程中，脫木素反應是最重要的反應，其結果是木素大分子斷裂，生成堿木素與硫化木素，從而使纖維分離成漿。酚型α-芳基醚或α-烷基醚聯(lián)接的堿化斷裂酚型β-芳基醚鍵堿化和硫化斷裂非酚型β-芳基醚鍵堿化和硫化斷裂苯丙單元芳基-烷基或烷基-烷基C-C鍵斷裂苯環(huán)上甲氧基的甲基斷裂縮合反應（縮合導致“黑煮”現(xiàn)象）2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿7（二）、堿法和亞硫酸鹽法蒸煮脫木素的順序

纖維胞間層ML中木素的密度最大

纖維細胞壁S2層中木素含量最多

理論認為：纖維細胞壁S2層中木素先脫除，胞間層ML中木素后脫除。（1.半纖維素在細胞壁S2中先溶出，為木素溶出提供了“通道”；2.含紫丁香基的木素與堿反應快。）

硫酸鹽法>酸性亞硫酸鹽法>中性亞硫酸鹽法2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿8（三）、蒸煮過程中的脫木素反應歷程1.初始脫木素階段木素含量降低約為20％，半纖維素含量降低為40％，纖維素含量降低約為10％。2.大量脫木素階段木素溶出量約占原有木素含量的約65％。3.殘余脫木素階段最終木素的含量為4-5％（軟木）和3％（硬木）左右時，停止蒸煮。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿9（四）、堿與纖維素的反應過程1.剝皮反應

在升溫到100℃時就開始了。結果：纖維素聚合度變小，紙漿得率下降，堿耗增加，所以要盡量避免此反應的發(fā)生。（主要是各種聚糖的還原性末端基發(fā)生降解反應）2.終止反應

它是與剝皮反應同時發(fā)生但與其相反的反應。它是在堿性蒸煮條件下，對堿不穩(wěn)定的纖維素大分子的還原性末端基--醛末端基發(fā)生異變而轉變成對堿穩(wěn)定的偏變糖末端基，使剝皮反應終止。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿103.堿性水解

它是選維素大分子鏈在高溫（150℃以上）、強堿的作用下水解斷裂，使一個長分子鏈變?yōu)閮蓚€或多個短分子鏈的反應。在堿法蒸煮過程中，蒸煮的最高溫度和保溫時間要控制適宜，以防堿性水解的過度發(fā)生。堿性水解的結果是紙漿的聚合度下降，強度降低，是一種環(huán)氧化作用。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿11（五）、堿與纖維素的反應過程半纖維素在堿法蒸煮中的主要反應變化有：1.同樣發(fā)生剝皮、終止反應及堿性水解，原理與纖維素相同，但反應程度不一。2.半纖維素的乙?；?，甲氧基及葡萄糖尾酸基被脫除。3.溶于蒸煮液中的碳水化合物的一部分再沉淀，被纖維素所吸附。4.糖類沒有化學降解的堿溶解。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿12三、影響蒸煮質(zhì)量的主要因素在堿法制漿過程中，影響蒸煮質(zhì)量的主要因素有：1.植物纖維原料品種、規(guī)格和質(zhì)量（1）品種草類（易煮、得率低）；木材（難煮、強度高）；竹類（適宜于硫酸鹽法）。（2）規(guī)格及質(zhì)量木片厚度3～5mm,碎小片和細木條不宜蒸煮，樹皮含量的控制。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿132.用堿量、藥液濃度和液比（1）用堿量的大小主要取決于原料的化學組成及其分布情況、原料結構及對成漿質(zhì)量的要求，還要考慮原料片的規(guī)格、質(zhì)量、蒸煮溫度和時間等。（2）藥液濃度和液比當用堿量一定時，液比大則堿液濃度小，也比小則濃度大。堿液濃度大，雖然蒸煮速度快，可以增加漿產(chǎn)量，但對纖維素和半纖維素都有損傷，還易造成局部生煮。所以在選擇時，一般還要考慮以下因素：a.蒸煮方式；b.蒸煮鍋形式；c.原料品種。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿143.硫化度在用堿量一定及其他條件相同時，增加硫化度，能縮短蒸煮時間，降低木素含量及保證較高的得率，但過高時（超過40%），則會因有效堿量的下降導致作用結果下降。一般硫酸鹽蒸煮時的硫化度針葉材應控制在25～35%，闊葉木為15～25%，竹材為20～30%，草類為10～20%。2023/2/24造紙工程學院－制漿原理與工程第二章化學法制漿154.蒸煮時間和溫度蒸煮時間包括升溫時間