《蒸煮原理》PPT课件.ppt

2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,1,第二节 蒸煮原理, 蒸煮过程主要是脱除木素的过程。 蒸煮的目的就是利用碱性化学药剂，根据不同类型纸浆的需要尽可能地除去纤维原料中的木素，保留纤维素和半纤维素，并使纤维离解成浆。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,2,一、蒸煮液对原料片的渗透作用 主要表现在药液借毛细管作用或扩散作用把药液送入胞间层。 （一）毛细管作用 主要靠外加的压力和表面张力作用浸透到纤维空隙内。毛细管渗透速率的大小，是由毛细管半径、推动力大小、蒸煮液的黏度、原料种类和水分含量等决定的。边材比心材易渗透，早材比晚材易渗透，原料水分低易渗透。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,3,（二）扩散作用 在原料得以充分浸渍后，扩散作用才有效地发生，它主要依靠药液浓度差造成的离子浓度梯度为推动力，使蒸煮液中的离子扩散浸透入原料切片内部。扩散的速率主要取决于离子浓度梯度和有效毛细管的截面积。一般在碱法蒸煮时，草类原料比木材容易渗透。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,4,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,5,二、蒸煮过程中的脱木素化学 在碱法制浆过程中，碱液中的碱主要消耗于：与木素反应；促使部分纤维素与半纤维素氧化或水解而发生降解；中和原料中的有机酸以及在蒸煮过程中生成的有机酸类；对原料中的树脂起皂化作用；少量残留在纤维表面。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,6,（一）碱法脱木素化学反应 在蒸煮过程中，脱木素反应是最重要的反应，其结果是木素大分子断裂，生成碱木素与硫化木素，从而使纤维分离成浆。 酚型-芳基醚或-烷基醚联接的碱化断裂 酚型-芳基醚键碱化和硫化断裂 非酚型-芳基醚键碱化和硫化断裂 苯丙单元芳基-烷基或烷基-烷基C-C键断裂 苯环上甲氧基的甲基断裂 缩合反应（缩合导致“黑煮”现象）,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,7,（二）、碱法和亚硫酸盐法蒸煮脱木素的顺序 纤维胞间层ML中木素的密度最大 纤维细胞壁S2层中木素含量最多 理论认为：纤维细胞壁S2层中木素先脱除，胞间层ML中木素后脱除。 （1.半纤维素在细胞壁S2中先溶出，为木素溶出提供了“通道”；2.含紫丁香基的木素与碱反应快。） 硫酸盐法酸性亚硫酸盐法中性亚硫酸盐法,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,8,（三）、蒸煮过程中的脱木素反应历程 1.初始脱木素阶段 木素含量降低约为20，半纤维素含量降低为40，纤维 素含量降低约为10。 2.大量脱木素阶段 木素溶出量约占原有木素含量的约65。 3.残余脱木素阶段 最终木素的含量为4-5（软木）和3（硬木）左右时， 停止蒸煮。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,9,（四）、碱与纤维素的反应过程 1.剥皮反应 在升温到100时就开始了。结果：纤维素聚合度变小，纸浆得率下降，碱耗增加，所以要尽量避免此反应的发生。 （主要是各种聚糖的还原性末端基发生降解反应） 2.终止反应 它是与剥皮反应同时发生但与其相反的反应。它是在碱性蒸煮条件下，对碱不稳定的纤维素大分子的还原性末端基-醛末端基发生异变而转变成对碱稳定的偏变糖末端基，使剥皮反应终止。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,10,3.碱性水解 它是选维素大分子链在高温（150以上）、强碱的作用下 水解断裂，使一个长分子链变为两个或多个短分子链的反应。 在碱法蒸煮过程中，蒸煮的最高温度和保温时间要控制适 宜，以防碱性水解的过度发生。 碱性水解的结果是纸浆的聚合度下降，强度降低，是一种 环氧化作用。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,11,（五）、碱与纤维素的反应过程 半纤维素在碱法蒸煮中的主要反应变化有： 1.同样发生剥皮、终止反应及碱性水解，原理与纤维素相同，但反应程度不一。 2.半纤维素的乙酰基水解，甲氧基及葡萄糖尾酸基被脱除。 3.溶于蒸煮液中的碳水化合物的一部分再沉淀，被纤维素所吸附。 4.糖类没有化学降解的碱溶解。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,12,三、影响蒸煮质量的主要因素 在碱法制浆过程中，影响蒸煮质量的主要因素有： 1.植物纤维原料品种、规格和质量 （1）品种 草类（易煮、得率低）；木材（难煮、强度高）；竹类（适宜于硫酸盐法）。 （2）规格及质量 木片厚度35mm,碎小片和细木条不宜蒸煮，树皮含量的控制。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,13,2.用碱量、药液浓度和液比 （1）用碱量的大小主要取决于原料的化学组成及其分布情况、原料结构及对成浆质量的要求，还要考虑原料片的规格、质量、蒸煮温度和时间等。 （2）药液浓度和液比 当用碱量一定时，液比大则碱液浓度小，也比小则浓度大。碱液浓度大，虽然蒸煮速度快，可以增加浆产量，但对纤维素和半纤维素都有损伤，还易造成局部生煮。所以在选择时，一般还要考虑以下因素： a.蒸煮方式；b.蒸煮锅形式；c.原料品种。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,14,3.硫化度 在用碱量一定及其他条件相同时，增加硫化度，能缩短蒸煮时间，降低木素含量及保证较高的得率，但过高时（超过40%），则会因有效碱量的下降导致作用结果下降。 一般硫酸盐蒸煮时的硫化度针叶材应控制在2535%，阔叶木为1525%，竹材为2030%，草类为1020%。,2019/6/23,造纸工程学院制浆原理与工程 第二章 化学法制浆,15,4.蒸煮时间和温度 蒸煮时间包括升温时间和保