（制浆造纸工程专业论文）桉木与竹子混合置换蒸煮（dds）的研究.pdf

桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 的研究 摘要 本论文用单因素实验方法对桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 进行了 研究，得出最佳蒸煮工艺条件：原料配比为3 ：2 ( 即桉木：竹子= 3 ：2 ) ， 预处理时间为6 0 m i n ( 三个预处理阶段总时间) ，蒸煮用碱量为1 7 ( n a ：0 计) ， 硫化度为2 5 9 6 ( n a ：0 计) ，升温时间为1 6 0 m i n ，最高温度为1 6 8 。通过对 蒸煮后纸浆纤维形态分析得知，桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 得到的浆 料，其纤维平均长度、宽度、长宽比、纤维长度频率分布等指标均比纯竹 浆、纯桉木浆优。纤维长度分布频率在0 2 0 1 2 0 m m 区间，主要分布在 0 5 0 - 0 8 0 m m 。纤维宽度分布频率在8 0 - 3 2 0um 区间，主要分布在8 o 一1 6 0 um 区间。 对桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 的脱木素反应历程进行了研究。实 验结果表明：其脱木素反应历程分为初始脱木素阶段、主要脱木素阶段和 残余脱木素阶段。在初始脱木素阶段，木素的脱除率为2 7 5 4 。大量的木 素脱除发生在主要脱木素阶段，脱除率为6 4 6 6 。而在残余脱木素阶段， 仅有少量的木素脱除，脱除率为3 9 7 。 对桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 的动力学进行了初步研究，研究结 果表明，主要脱木素阶段和残余脱木素阶段的木素浓度对脱木素反应均为 拟一级反应。主要脱木素阶段和残余脱木素阶段的活化能分别为 5 1 6 0 9 k j m o l 和6 4 9 5 5 k j m 0 1 。 氢氧化钠浓度对蒸煮最终脱木素程度有较大影响，在主要脱木素阶段， 氢氧化钢浓发对脱木素反应缴数为拟0 8 9 缴，在残余脱木素嘭段为拟1 4 9 级。硫化物浓度对主要脱木素阶段和残余脱木素阶段都有影响，主要脱木 素阶段的反应级数为拟0 4 3 级，残余脱木素阶段的反应级数为拟0 8 6 级。 最后确定桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 脱木素动力学模型为： 主要脱木素阶段：_ - d f l = a l e 竽陋一】0 8 9 b r 主要脱木素阶段：- =丁陋一】o 8 9 b r 。4 3 d f 一一一一 残余脱木素阶段：i - d l = 4 ，- 7 8 1 3 陋h r 关键词：桉木竹子置换蒸煮动力学脱木素 i i s t u d yo nd i s p l a c e m e n td i g e s t e r s y s t e r m s ( d d s ) c o o k i n gm t ht h em x t u r eo fe u c a iy p t u sa n d b a m o o a bs t r a c t t h ep r o c e s sc o n d i t i o n so fd i s p l a c e m e n t e dc o o k i n gw i t ht h em i x t u r eo f e u c a l y p t u sa n db a m b o ow a so p t i m i z e db ys i n g l e f a c t o re x p e r i m e n t t h eo p t i m a l p r o c e s sc o n d i t i o n so fd i s p l a c e m e n t e dc o o k i n gw e r e ：t h ed o s a g er a t i o o f e u c a l y p t u s ：b a m b o ow a s3 ：2 ，p r e t r e a t m e n tt i m ew a s6 0 m i n ( t o t a lt i m eo ft h e t h r e ep r e t r e a t m e n ts t a g e s ) ，t h ec h a r g eo fa l k a l iw a s17 ( c a l c u l a t e da sn a 2 0 ) ， 2 5 c o o k i n gt h es u l f i d i t y ( c a l c u l a t e da sn a 2 0 ) ，t h eh e a t i n gu pt i m ew a s 16 0 m i n ，t h em a x i m u mt e m p e r a t u r ew a s16 8 c t h ef i b e rm o r p h o l o g yo fp u l p i n d i c a t e dt h a tt h ea v e r a g el e n g t h ，w i d t h ，t h er a t i oo ff i b e rl e n g t h ，f i b e rw i d t ha n d f i b e rl e n g t hd i s t r i b u t i o no fm i x e dp u l pw e r eb e t t e rt h a nw h i c ho ft h ee u c a l y p t u s p u l po rb a m b o op u i p t h ef i b e rl e n g t hd i s t r i b u t i o nr a n g e db e t w e e no 2 0a n d 1 2 0 m m ，m a i n l yr a n g e db e t w e e n o 5 0a n do 8 0 m m t h ef i b e rw i d t hd i s t r i b u t i o n r a n g e db e t w e e n8 0a n d3 2 0 9 m ，m a i n l yr a n g e db e t w e e n8 0a n d16 0 1 m a t h el a wo fd e l i g n i f i c a t i o na n dr e a c t i o np r o c e s so fd i s p l a c e m e n t e dc o o k i n g w i t ht h em i x t u r eo fe u c a l y p t u sa n db a m b o ow e r es t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e d t h a tt h er e a c t i o np r o c e s so f d e l i g n i f i c a t i o ni n c l u d e dt h r e es t a g e sd u r i n gc o o k i n g ， n a m e l yt h ei n i t i a ls t a g eo fd e l i g n i f i c a t i o n ，t h em a i ns t a g eo fd e l i g n i f i c a t i o na n d t h es t a g eo fr e s i d u a ll i g n i nr e m o v a l ap a r to fl i g n i nw a sr e m o v e di nt h ei n i t i a l u i s t a g eo fd e l i g n i f i c a t i o n ，t h er e m o v a lr a t ew a s2 7 5 4 t h er e m o v a lr a t eo ft h e m a i ns t a g eo fd e l i g n i f i c a t i o nw a s 6 4 6 6 ，a n dt h er e m o v a lr a t eo ft h es t a g eo f r e s i d u a ll i g n i nr e m o v a lw a s3 9 7 t h er e a c t i o nd y n a m i co ft h ed i s p l a c e m e n t e dc o o k i n gw i t ht h em i x t u r eo f e u c a l y p t u sa n db a m b o ow a ss t u d i e d i tw a sf o u n dt h a tt h el i g n i nc o n c e n t r a t i o n o ft h em a i ns t a g eo fd e l i g n i f i c a t i o na n dt h es t a g eo fr e s i d u a ll i g n i nr e m o v a lw a s t h ef i r s tg r a d er e a c t i o nt ot h er e a c t i o no fd e l i g n i f i c a t i o n ，a n dt h ea c t i v a t i o n e n e r g yo f t h et w os t a g e sw e r e51 6 0 9k j m o la n d6 4 9 5 5k j m o lr e s p e c t i v e l y t h ec o n c e n t r a t i o no fn a o hh a dg r e a t i m p a c to nt h ef i n a l e x t e n to f d e l i g n i f i c a t i o n i nt h em a i ns t a g eo fd e l i g n i f i c a t i o n ，t h eg r a d eo fc o n c e n t r a t i o n o fn a o ht ot h er e a c t i o no f d e l i g n i f i c a t i o nw a so 8 9 ，a n di nt h es t a g eo fr e s i d u a l l i g n i nr e m o v a lw a s1 4 9 t h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f i d ea l s oh a dg r e a ti m p a c to n t h et w os t a g e s i nt h em a i ns t a g eo fd e l i g n i f i c a t i o n ，t h eg r a d ew a so 4 3 ，a n di n t h es t a g eo fr e s i d u a ll i g n i nr e m o v a lw a so 8 6 f i n a l l y ，t h ed y n a m i cm o d e lo ft h e d i s p l a c e m e n tc o o k i n gw i t ht h e m i x t u r eo fe u c a l y p t u sa n db a m b o ow a s d e t e r m i n e da sf o l l o w ： t h em a i ns 吨e o f d e l i g n i f i c 舭等呻竿陋一h 4 3 n e 她e o f r e s i d u a ll i g 血砌：詈唾半陋】1 4 9 6 k e y w o r d s ：e u c a l y p t u s ；b a m b o o ；d i s p l a c e m e n tc o o k i n g ；d y n a m i c ；d e l i g n i f i c a t i o n i v 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相关知 识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内 容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其 它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明 确说明并致谢。 论文作者签 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 幽口时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者 导师签名壤螂栌1 6 r 月娟 - - 西大掌硕士掌位论文 接术与竹子 是合置换囊；煮( d d s ) 的研究 第一章绪论 1 1 制浆造纸工业在我国国民经济中的地位 造纸技术在中国已经有近两千年的发展历史，随着社会生产力的发展，制浆造纸工 业也取得了巨大的发展。现在造纸工业在国民经济中占有极其重要的地位，造纸工业成 了与国民经济发展和人类文明发展息息相关的重要行业，纸与纸板的消费水平已成为衡 量一个国家现代化水平和文明程度的标志。一方面，纸在人类文明发展中具有极其重要 意义，它推动了人类文明和科学技术的不断发展。现在纸已是新闻出版、印刷及商品包 装的主要原料，特别是在当今信息时代里，纸已成为信息传递的重要媒体之一。另一方 面，纸和纸板是国民经济中不可缺少的重要物资。现在纸已被广泛应用于各个领域，其 用途已扩展到国民经济的各个部门。如：在工业、农业、化工、热电、交通运输、环保、 建筑、医药卫生、邮电、国防、航空航天等领域，现在我国的造纸产业已经成为与国民 经济和社会事业发展关系密切的重要基础原材料产业。现代化的造纸工业是投资巨大的 工业，它具有资金技术密集、规模效益显著的特点。同时造纸产业关联度强、市场容量 大、对上下游产业的经济均有一定拉动作用。目前，我国已把造纸产业作为国民经济发 展的新的增长点。另外，造纸产业以木材、竹、芦苇等原生植物纤维和废纸等再生纤维 为原料，可以部分替代塑料、钢铁、有色金属等不可再生资源。因此，造纸产业成为我 国国民经济中具有可持续发展的重要产业。 随着我国国民经济的发展，人们物质文化生活水平不断提高，纸和纸板需求量日益 增长，2 0 0 0 2 0 0 6 年，我国纸和纸板生产年平均增幅达1 3 4 4 ，消费量年平均增长1 0 7 6 ， 均高于同期我国国民经济g d p 年均增长率1 1 。有关文献1 2 矗4 】统计，1 9 9 7 年，我国的纸和 纸板生产为2 7 7 4 4 万吨，年人均消耗量为2 6 千克，约是世界平均水平的一半，1 9 9 0 年美 国年人均消耗量达1 13 千克。而2 0 0 5 年我国造纸工业年产量达5 6 0 0 万吨，居世界第二位。 2 0 0 6 年我国纸和纸板的生产量为7 0 0 0 万吨、消费量5 6 0 0 万吨，仍居世界第二位，仅次于 美国。 桉术与竹子疆合，：换蒸煮( d d s ) 的研究 1 2 我国桉木、竹子制浆造纸的现状 1 2 1 我国按木制浆造纸研究现状 桉木( e u c a l y p t u s ) 是一种重要的速生阔叶材种。1 8 9 0 年由意大利引种到我国，以后又 一陆续从法国、苏联、澳大利亚等国弓f 进许多桉木树种【5 】；分别在广东、广西、福建、云 南、四川、湖南、江西等省都大面积造林。经国内一些单位研究，现已选育出适于造纸 用的桉木品种有：尾叶桉、柳桉、柠檬桉、蓝桉等。目前，从巴西和澳大利亚等国的桉 木制浆工厂来看，用硫酸盐法生产的化学浆依然占主导地位。桉木硫酸盐法漂白浆的显 著特点是松厚度好和不透明度高，适宜于制造各种印刷纸、书写纸和生活用纸。桉木作 为纸浆生产用材，它的纤维的形态特征就在一定程度上决定了它的造纸性能，因为纤维 的形态、纤维的强度、纤维的交织力等有着密切联系，并影响成纸的相关性质。我国开 展对桉木制浆造纸性能的研究已有许多年。1 9 7 9 年南京林产工业学院分别对雷州柠檬 桉、隆缘桉、草律桉和雷林1 号桉树的化学成分和纤维形态进行了分析，并用四种桉木 的硫酸盐浆抄造出纸页均匀、具有较好耐破度和拉力强度的纸张。中科院广州化学所用 隆缘桉和柠檬桉制得的化机浆( 得率约8 0 ) 制成了黄褐色包装纸。1 9 8 0 1 9 8 1 年广东省 造纸研究所对桉木制浆造纸作了多方面的研究，并对不同桉树的制浆性能进行了比较。 中国制浆造纸工业研究所对桉木的制浆性能也曾作过有关方面的研究1 6 、7 】。广东省造纸 研究所等单位还对桉树树龄、桉树的化学组成、硫酸盐制浆、漂白和制浆黑液性质的影 响进行了研究峭j 。19 9 0 年广西柳江造纸厂对柠檬桉进行了硫酸盐蒸煮制浆、管道氯化、 次氯酸盐漂白、抄纸的中试实验。结果证明，用1 0 0 桉木k p 浆抄造胶印书刊纸，除拉 毛速度稍低外，其它物理指标均可达到国家标准。若在浆中加入0 2 0 3 c m c ，可以明 显改善拉毛速度并使之达到国家标准【9 1 。华南理工大学1 0 】曾对“雷林1 号桉木的碱性亚硫 酸钠一葱酮( a s a q ) 制浆工艺及其机理进行研究，并对不同药品预处理对桉木超高得率 制浆的影响做过有关的探讨【1 1 】。 近年来，桉木浆慢慢成为纸张生产者比较乐于接受的一个浆种。因为，它不但在质 量上能与其它阔叶木和针叶木浆相媲美，而且在价格方面也能与其它阀叶木和针叶木浆 进行有力的竞争。随着桉木浆越来越受到纸张生产者的欢迎，科学工作者对桉木制浆造 纸性能及机理的研究也日益广泛而深入。例如：南京林业大学彭毓秀【1 2 】等人对尾叶桉 k p 浆进行打浆和抄纸性能的研究；欧义芳【1 3 】等人研究了桉木抽出物对制浆过程的影响； 2 广1 ，大掌硕士掌位论文 桉术与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 的研究 华南理工大学陈方【1 4 】等人用各种光谱分析法和g p c 分析手段对桉木木素特性的研究；陈 嘉翔【1 5 】等人对桉木k p 浆进行酶辅助漂白的研究等。此外，广西大学王双飞【1 6 1 等人还对 桉木浆和蔗渣浆混合漂白与抄纸进行了研究。桉树的制浆方法有许多种，但用硫酸盐法 制浆为最多，约占全部桉树制浆总产量的8 0 以上。这些桉木的研究实验将对d d s 桉木 和竹子混合蒸煮提供了有价值的参考。 1 。2 。2 我国竹子制浆造纸研究现状 我国竹类资源十分丰富，有适于热带生长的合轴型丛生竹种，亚热带生长的单轴型 散生竹种和高海拔高纬度地区生长的耐寒性强的复轴型混生竹种【1 7 】。我国是世界上竹类 资源最丰富的国家，栽培面积、蓄积及年产量居世界之冠。椐有关资料【l8 】统计，目前全 国竹林面积达4 2 0 万公顷之多，占世界五分之一，竹林年砍伐量约9 0 0 万吨。由于竹材 成材时间短，一次栽种就能连续多年砍伐，所以它是一种很好的造纸原料。在中国竹类 植物中共有4 0 属以上，常用于制浆造纸的有3 0 多个，按造纸实践可以分为两类：一类 属薄壁型，另一类为厚壁型【l9 1 。近几十年来，很多科学工作者对竹类经济价值较高的十 多种竹的生长发育规律、生物学特性、生长习性、形态解剖、生理生态、土壤、气象因 子等进行了详细的研究，这为竹子的速生丰产栽培提供了理论依据。如：周芳纯【l7 】等人 对7 2 种竹类的竹材力学性质、缩胀性能、燃烧值、纤维相对结晶度、纤维丝角、维管 束、电阻率、导热系数和竹材构造进行了系统的研究。中国林业科学研究院亚热带林业 研究所完成了刚竹属2 6 种竹类的解剖结构分种检索表。王连均对竹林微结构方面的研 究资料和数据进行了总结，建立了竹材节间细胞的初步立体模型图。还有丁雨龙对竹节 解剖构造进行了研究。温太辉、薛贵山对竹子维管束解剖、竹果与淀粉进行了研究，其 研究具有国际领先水平，这为竹子分类，优良竹种选择和特定工艺竹材的培育提供了参 考依据。 竹子纤维属于中长纤维，其长度介于针叶木和阔叶木之间，具有很好的制浆造纸特 性，是属于较好的非木材造纸纤维原料之一。我国是世界上利用竹子造纸最早的国家， 有着悠久的历史，早在晋代我国就开始用竹子造纸。目前，国内已有不少关于竹子制浆 造纸的研究，陈嘉翔【2 0 】等人对江西山竹的研究表明：竹子与木材蒸煮过程脱木素反应历 程不同，竹子硫酸盐法蒸煮脱木素过程可以分为三个阶段。第一阶段是升温阶段，木素 脱除率为8 3 3 3 ，称为主要脱木素阶段：第二阶段是在1 6 0 保温l d 时，木素脱除率为 1 1 3 1 ，称为补充脱木素阶段；第三阶段是在1 6 0 继续保温l d , 时，木素脱除率为1 4 8 ， 按席。可竹子 是合，：换蒸煮( d d s ) 的研究 称为残余脱木素阶段。广西柳江造纸厂的张达俊【2 l 】对广西竹子的制浆造纸进行了研究， 结果表明：竹材原料无论是采用连续蒸煮或间歇式立锅蒸煮都能获得理想的化学浆，还 有未漂浆经氧脱木素后再用二氧化氯漂白，可获得高白度、高强度的竹浆。曹石林瞄】 等人对竹子深度脱木质素蒸煮进行研究，研究表明：1 、实验室模拟e m c c 深度脱木质 素蒸煮比c k c 具有更高的选择性。2 、在蒸煮到相近卡伯值时，与c k 浆相比，e m c c 浆 具有更低的粗渣率，更高的细浆得率，更高的粘度和强度性能。在相同的打浆度下， e m c c 浆的抗张指数、撕裂指数和耐破指数都比c k c 竹浆高。3 、e m c c 蒸煮能在保持竹 浆较高粘度的情况下得到卡伯值为1 2 左右的竹浆，这有利于减少后续漂白时化学药品的 用量，从而减轻竹浆漂白的污染负荷。广西大学造纸科学研究所宋海农【2 3 j 等人对低少污 染竹子制浆造纸新技术与我国的竹浆产业化进行了探索；黄六莲【2 4 】等人对中小径竹硫酸 盐法竹浆氧脱木素进行了研究。对于用竹子原料所制出的浆，它的特性在很大程度上依 赖于制浆技术路线。竹子在蒸煮时，化学药品的渗透速度低于木材，主要原因是：第一， 竹子茎杆外围表皮上有一层脂肪蜡，这样就妨碍了药液对外层纤维的迅速渗透，而竹类 外层纤维正是茎杆中最好的纤维。第二，由于竹子的结构特别紧密，导管中储有空气使 蒸煮液不易渗透。因此，在竹子制浆蒸煮中不论是两级升温或是直线升温，都必须有足 够的低温渗透时间。在间歇蒸煮中，一般采用排气方法让蒸煮锅内瞬间产生压差，使毛 细管中的空气逐出，这样药液渗透均匀迅速。在竹子制浆蒸煮中的另一个特点，是碱液 在竹杆、竹横截面的渗透速度与深度要比其在纵向渗透速度快而且深，即通过里外表皮 面积的浓度与木片一样比其在纵向渗透速度快而且深。主要原因是竹杆的外表或表皮的 脂肪蜡容易被热蒸煮碱液所皂化，而且竹材存在的胶质和树脂物质较木材少，当竹杆或 竹片受到碱处理时，蜡质层被溶解，竹杆表面就形成多孔或呈现裂痕，易于被碱液所渗 透。 国内有关竹浆漂白的研究很多。如：华南理工大学吴姣平、詹怀宇【2 5 j 曾对小杂竹纤 维原料及其制浆漂白性能进行了研究，研究结果表明：采用h p 两段漂，能制得较高白度 且稳定性好、纤维强度高的漂白小杂竹浆，可供抄造或配抄中高档纸张；华南理工大学 黄干强【2 6 1 等人在高压高温条件下用过氧化氢对硫酸盐竹浆漂白进行研究；黄显南、詹怀 宇、王双飞鲫等人用h 2 0 2 对粉单竹化学机械浆漂白进行了研究；徐莉莉【2 8 1 等人用 d o ( e o p ) d l 漂白工艺对硫酸盐法竹浆漂白进行优化研究；陈华馥【2 9 】用二氧化氯对硫酸盐 法竹浆的漂白进行试验研究。此外，还有四川理工学院的杨玲【3 0 】用过氧醋酸对k p 竹浆 漂白进行探索。由于竹子的纤维形态不同于木材，木材纤维具有纹孔，而竹浆纤维的纹 4 广西大掌硕士学位论文 桉木与竹子 是合j ：换蒌煮( a d s ) 的研究 孔很少而且小。在木浆漂白时，漂液可以从木浆纤维的纹孔渗入把木素溶解，但是由于 竹浆纤维的纹孔很少而且比较小，在竹浆漂白过程中漂液必须从纤维锥形末端渗入。另 外，由于未漂竹浆存在着大量的半纤维素，而半纤维素在漂白条件状态下膨胀，这样漂 液渗透就更加困难，所以，在不损伤纤维强度的情况下，要得到高白度的竹浆，是很困 难的。但是，我们可以通过采用增加氧脱木素段，然后再用多段漂白，这样可以生产出 高白度的化学竹浆。纤维素、半纤维素是漂白浆中的主要成分，在漂白浆中这些成分的 数量下降是不可避免的。不过，在漂白浆中存在半纤维素打浆就很容易，而且对浆的强 度性能也有利，任何特定的纤维原料要获得高强度，就需要含有适宜的半纤维素含量。 但是，在漂白过程中有些降解产物，如：氧化纤维素和水解纤维素是要尽量避免发生， 因为它们使浆的物理性能减弱。当然，在漂白浆中还希望有少量木素存在，因为它能保 护纤维素，防止化学降解，对浆的强度有着间接有益的作用，但是在纤维壁中木素越少 强度就越甜2 1 】。 1 3 国内外置换蒸煮的研究现状 1 3 1r d h 置换蒸煮的发展 r d h 的起源于瑞典的r a d a r 公司。上世纪8 0 年代，瑞典的r a d a r 公司首次在蒸煮 放锅前进行黑液热置换试验，而令人意外的是，他们发现用这种被置换出来的黑液在下 一锅蒸煮使用时，可以得到有选择性的化学反应，纤维素的破坏减少、木质素的脱除增 多，而且这些作用对纸浆的漂白有极大的帮助，于是他们把这种发现命名为r d h t m ( e p r a d a rd i s p l a c e m e n th e a t i n g 的缩写) 。后来，r a d a r 之持有人芬兰的r a u m ar e p o l a 将r a d a r 售给美国的b e l o i t 集团，经过多次名称的更迭后，b e l o i t - r d h 改以r a p i dd i s p l a c e m e n t h e a t i n g 之名销售，也就是现在简称r d h 。r d h 技术是一种间歇蒸煮制浆方法，r d h 技术的优点：是在高硫化度的条件下进行深度脱除木素反应，使纸浆硬度低、强度高、 节能及漂白的化学药品消耗少，此外，本系统为封闭循环系统，可以大大减少废水b o d 、 c o d 排放量。 现在，在国外有关r d h 快速置换加热间歇蒸煮的技术已经有很多研究。如：e v a n s ， j o h nw c 的降低蒸汽消耗的热置换间歇蒸煮锅【3 1 1 ； s w i f t ，l k ；d a y t o n , j s 的间 歇蒸煮锅内的快速热置换 3 2 1 ； c a o ，h ；j a m e e l ，h ；k i r k m a n , a ；s e z g i ，u 的硫酸盐 接木与竹子罐合j ：换秦煮( d d s ) 的研究 浆系统的快速热置换动态模拟【3 3 】；w i z a n i ，w o l f g a n g ；f a g e d u n d ，b e r t i l ；s h i n , n a mh e e 的2 l 世纪现代置换间歇蒸煮r d h 2 0 0 0 ) ) 3 4 】等研究。r d h 蒸煮技术作为一种先进的 间接蒸煮制浆方法，在国外已经很成熟。自从上世纪八十年代b e l o i t 公司提出以来，在 国外研究出了多种间歇蒸煮技术，如：r d h 、s u p e r = b a t c h 、e n e r - b a t c h 和澳大利亚的c b c 等技术3 5 3 6 1 。目前，这些技术在美国、芬兰、瑞典、西班牙、加拿大等国已经开始工业 化生产p 7 1 。与此同时，间歇蒸煮的冷喷放法、s u p e rb a t c h 法、卡米尔连蒸的等温蒸煮技 术( i t c ) 以及低固形物连续蒸煮工艺，也同r d h 蒸煮技术一样在发展，它们的共同特 点是：选择性能更好，使纸浆的强度特性更好。它们的另一共同特点是：都在采用液相 蒸煮。低固形物连续蒸煮系统，它是a h l s t r o m 在1 9 9 3 年开始发展的，现已几十个蒸煮器 成功进行针叶木和阔叶木的低固形物蒸煮，此法有效地降低蒸煮过程的固形物浓度，克 服了纸浆的粘度和撕裂度均有所下降、纸浆的可漂性有所降低等问题。低固形物蒸煮的 机理，是要创建一个“清洁”的环境，来进行有效的蒸煮。去除早已形成的溶解固形物， 而成为重要的、最佳化的蒸煮选择，大部分固形物是在蒸煮的预浸段生成，所以尽早地 排出这些溶解固形物，保持蒸煮有足够的有效碱，控制蒸煮卡伯值，有效提高纸浆的强 度，降低纸浆粘度，减少漂白药剂用量。 1 3 2d d s 置换蒸煮的发展 d d s ( d i s p l a c e m e n td i g e s t e rs y s t e m s ) 置换蒸煮系统是美国c a b t e c 公司研发出的 一种新的制浆技术【3 8 】。d d s 是在原b e l o i t 公司的低能耗r d h 间歇蒸煮技术基础上，对 原工艺流程进行改造而研发出的一种新的制浆技术，d d s 秉承了r d h 的优点【3 9 j 。例如： 不需要喷放的热回收系统；减少成浆的粗渣率；减少纸浆漂白工序的药耗；可以生产出 低卡伯值、高强度的纸浆；再有就是在d d s 置换蒸煮过程中就相当于一段洗浆等优点。 而且d d s 对r d h 蒸煮的不足之处也进行了改进。 d d s 的操作过程与r d h 基本相同，基本上都包括装料、温充、热充、升温、保温、 置换、泵放等几个步骤。但是，d d s 采用了先进的数码控制技术，它能够更好地解决偏 流、槽区液位的预测、放锅过程堵塞预测等技术问题。更为关键的是它扩展了温充( 温 黑液+ 白液) 的作用，提高了纸浆的得率，得到了低卡伯值、高强度的纸浆，所以这套 工艺特别适合于e c f 与t c f 漂白流程【加】。一个完整的d d s 置换蒸煮周期时间( 包括从开始 装料到放完锅) 可以根据生产产量要求控制为1 8 0 - - 2 2 0 m i n ，若在蒸煮过程中配套有氧脱 木素段，它的蒸煮周期时间则可以缩短到1 5 0 - - - 1 8 0 m i n 3 引，这就真正实现了快速置换蒸 6 桉木与竹子镶合置换囊；煮( d d s ) 的研究 煮。 目前，在国内有关d d s 的研究报道很少，而主要是对r d h 研究的报道。如：天津轻 工业学院的赵建对桉木r d h 硫酸盐法制浆及无氯漂白进行研究f 4 1 】；天津轻工业学院的刘 忠、徐立新、龙柱、杨淑蕙对桦木r d h 硫酸盐法蒸煮进行研究【4 2 1 ；天津轻工业学院的杨 淑蕙、华南理工的詹怀宇及美国北卡罗来纳州立大学的h a s a nj a m e e l ，h o u m i n gc h a n g 对 落叶松r d h 硫酸盐法蒸煮及高白度漂白浆进行研究t 4 3 1 。 1 3 3d d s 置换蒸煮的原理 d d s 置换蒸煮系统主要有两部分组成：蒸煮锅和槽罐区m 】。同时，d d s 置换蒸煮过 程包括装料、温充、热充、升温、保温、置换、泵放等几个步骤。 d d s 置换蒸煮的原理与我们常规的蒸煮原理有相同之处，也有不同之处。相同之处 是，都是利用碱液把原料中的木素脱除，主要包括碳水化合物降解和木素脱出过程。但 是，碳水化合物降解和木素脱出过程不同。常规蒸煮的木素脱出分为三个阶段【4 5 】：初始 脱木素阶段( 初始脱木素阶段指的是1 0 0 1 5 0 蒸煮升温阶段) 、主要脱木素阶段( 主 要脱木素阶段指的是1 5 0 1 7 5 ( 最高温度) 蒸煮升温阶段) 、残余木素脱除阶段( 残 余木素脱除阶段指的是在1 7 5 下继续保温阶段) 。在常规蒸煮木素脱除反应过程中，蒸 煮碱液的浓度不断下降。但在d d s 置换蒸煮过程中，因为采用温充、热充预处理，同时 在每一次浸渍时都加入自液，并且在最后升温时再次加入白液，所以，在整个d d s 置换 蒸煮过程中蒸煮液的浓度是不断变化的。当d d s 置换蒸煮到最后阶段时，蒸煮药液仍保 持很高的浓度，这样确保了蒸煮后阶段所需要的碱。另外，在d d s 置换蒸煮过程中，高 硫化度的蒸煮液中的硫被木片吸收，这样增强了d d s 置换蒸煮化学的选择性，从而有选 择性的脱除木素，保护了碳水化合物。由于d d s 置换蒸煮的白液分几处加入，所以有效 碱浓度也更加均匀；木片浸渍后和主要脱木素阶段开始，硫化物浓度与残碱的比值是商 业蒸煮系统中最高的；蒸煮温度低而且均匀。这些都必然是选择性得到了再一次的提高 1 4 6 1 o 以上这些d d s 置换蒸煮与常规蒸煮的不同之处，是用d d s 置换蒸煮有可能蒸煮出极 低卡伯值的浆料，而又能维持较好强度原因所在。 1 3 4d d s 置换蒸煮的影响因素 d d s 置换蒸煮与别的常规蒸煮一样，影响的因素很多。如：蒸煮的用碱量、硫化度、 7 广西大胄明翼士掌位论文 桉术与竹子疆合j ：换嘉煮( d d s ) 的研究 最高温度、升温时间、保温时间等因素。 在d d s 置换蒸煮过程中要深度脱除木素，还需要满足以下几条或其中某几条原则： 第一、碱液浓度的分布应在整个蒸煮阶段比较均匀，即o h 。离子浓度在蒸煮的开始阶段 应比常规制浆时要低，而在最后阶段要高。第二、h s 离子的浓度在蒸煮的最初阶段或 在主要脱木素阶段的开始应尽可能高。第三、溶液中溶解木素的含量和n a + 离子的浓度 应尽可能低，尤其是在残余木素脱除阶段。第四、蒸煮温度应相对较低，特别是在蒸煮 的开始和最终阶段。 以上几点说明，影响d d s 置换蒸煮的主要的因素有以下几个方面：1 、总用碱量对 d d s $ ! j 浆结果的影响；2 、白液硫化度对d d s 制浆结果的影响；3 、温黑液活性碱浓度对 d d s 锘i j 浆结果的影响；4 、h 。因子对d d s 制浆的影响。 总之，要用d d s 置换蒸煮技术生产出好的纸浆，就必须控制好各种影响因素，这样 才能发挥d d s 置换蒸煮技术制造出优质浆的优势。 1 4 桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 研究的意义 1 4 1 置换蒸煮( d d s ) 对环境保护和造纸可持续发展的意义 近几年来，制浆造纸工业发展速度较快，随着人均纸消耗量的不断增加，造纸行业 的发展具有巨大的潜力。与此同时，造纸行业排放的污染总量也在增加，所造成的环境 污染问题日益突出，制浆造纸工业已成为我国排放有机物水污染物最多的工业行业之 一。随着国家和地方政府对环保力度日益加强，现对企业的污染超标排放的监管更加严 格，企业要求得生存就必须依靠技术进步，推行清洁、节能生产，实现全过程的污染防 治，把污染物最大限度地消灭在生产过程中。一方面，是降低原材料消耗。因为从根本 上看，所有排放到环境的污染物，可以说都是因在生产过程中未被充分利用而浪费了的 原材物料造成。同时，制浆造纸是能源消耗较高的产业。耗能多、耗水多，不仅意味着 这两项成本的提高，而且必然导致水污染和大气污染的增加和治污费用的大幅增长。另 一方面，是必须把节水节能工作提到企业技术与管理工作的重要地位。当前我国能源的 供应十分紧张，因而无论从适应国情、节约资源与保护环境、降低产品成本各方面看， 节水节能工作都需要提到企业技术与管理工作十分重要的地位。 上世纪8 0 年代，提出可持续发展概念( s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ) ，此概念一经提 8 接木与竹子馒合置换薹煮( d o s ) 的研究 出，便引起人们的高度重视。1 9 8 0 年，世界自然保护同盟在世界保护战略中最早提 出了可持续发展概念。1 9 8 7 年，国际环境和发展委员会在我们共同的未来报告中进 一步阐述了可持续发展的概念，将环境保护视为与经济发展同等重要的战略目标【4 7 1 。所 以发展我国造纸产业，必须坚持循环发展、环境保护、技术创新、结构调整和对外开放 的基本原则；必须坚持高效率、高质量、高效益、低消耗、低排放的现代化大工业方向 持续发展；必须坚持贯彻落实科学发展观和走新型工业化道路的要求，建立以市场为导 向，促进产学一研一用相结合的模式，提高制浆造纸装备国产化水平，关闭落后草浆生 产线，减少污染，推进清洁生产，节约资源，发展协调，竞争有序的现代造纸产业，进 一步适应国民经济发展的要求和世界经济一体化的形势。 在依靠技术进步，推行清洁化生产的过程中，其中最为关键的就是要实现全过程的 污染防治，在生产过程中把污染物最大限度地消灭。d d s 置换蒸煮是一种对环境友好、 污染少的清洁化生产新技术。d d s 置换蒸煮具有很多优点：第一，节约能源。与传统间 歇蒸煮相比，d d s 置换蒸煮采用的是冷喷放蒸煮技术，可以充分回收蒸汽的热量，这样 可以用蒸汽的热量来加热黑液，循环利用黑液，可以大大降低了d d s 置换蒸煮蒸汽用量。 第二，d d s 置换蒸煮的纸浆卡伯值低、强度高。由于d d s 置换蒸煮采用了温充与热充预 处理，所以d d s 在温充过程中已实现了大量脱木素，这样减少了在热充阶段用碱量，减 少了蒸煮对纤维素的破坏减少。在温充时，由于大量木素已脱除，原木片及竹片的细胞 腔已充分打开，有利于深层脱木素，所以卡伯值能进一步降低。因此，可以在没有氧脱 木素段，通过采用三段漂白度也可以生产出高白度的纸浆。若生产配套有氧脱木素段， d d s 置换蒸煮纸浆的卡伯值可以适当的提高，从而保温时间可以相应的缩短，这样得率 与产量都可以进一步提高【4 引。第三，可以减少含硫气体的产生。d d s 置换蒸煮除了具有 r d h 的封闭废气回收系统减少废气的排放外，还扩展了温充、热充的作用，液比更高， 可达8 左右。若要生产高粘度的纸浆，传统硫酸盐蒸煮要求很高的硫化度才能达到，而 d d s 硫酸盐蒸煮不需要很高的硫化度，只需要2 5 左右就可以生产出高粘度的纸浆，而 且纸浆的卡伯值也很低，这样只用较少的漂白剂就可以获得高质量优良的漂白浆，从而 漂白车间废水中的a o x 、b o d 、c o d 的量将大大减少。同时，也可以减少在蒸煮及黑 液浓缩过程中所排放的含硫恶臭物对环境的污染。 总之，可持续发展既强调经济、环境和社会协调发展，又追求人与自然的和谐；既 要使经济得到充分发展，可以满足人类的需求，又要能够保证生态环境得到保护，不对 后代的生存和发展构成危害。 9 桉弄一言竹子谖合j ：换萎煮( d o s ) 的研究 1 4 2 桉木与竹子混合置换蒸煮( d d s ) 的意义 目前，在我国的制浆造纸工业中，现在主要有连续蒸煮和间歇蒸煮这两种蒸煮方式， 但是间歇蒸煮方式仍是占主导地位。间歇蒸煮方式的能源消耗十分严重，而且它对环境 的污染也非常严重，特别是它的中段废水b o d 、c o d 、a o x ( 可吸附的有机卤化物) 的 含量很高。随着人们的环保意识日益增强和越来越严格的环保法规，这就迫使制浆造纸 工业必须朝着减少污染和消除污染的方向发展。为了解决间歇蒸煮方式上述的不足，根 据目前的生产技术水平，在保证纸浆具有一定物理强度性能的前提下，尽可能降低纸浆 漂白前的卡伯值，这是当前有效方法之一。 近年来，国内外先后发展起来了许多新的和改良的制浆方法。例如：在连续蒸煮方 法中有m c c 、e m c c 、i t c 和l o s o l i d s 等技术；在间接蒸煮方法中有r d hs u p e r b a t c h e n e r b a t c h 等技术。这些新的制浆方法都能够有效地脱除木素、降低未漂纸浆卡伯值的 目的。据有关文献【4 9 】叙述，其中由美国b e l o i t 公司发展的r d h 蒸煮技术，在保持纸浆一 定强度的情况下，针叶木k p 浆的卡伯值可以下降到1 5 左右，阔叶木则可以下降至1 j 1 0 左右 的水平。此外，据有关资料【4 9 、5 0 1 表明采用r d h 蒸煮技术还具有大大降低制浆能耗( 可以 节约6 0 - - 8 0 的蒸汽) 的特点，从而使间歇蒸煮技术变得能够与连续蒸煮技术互相竞 争、互相抗衡的趋势。而d d s 置换蒸煮系统是在低能耗的r d h 间歇蒸煮技术基础上，研 发出的一种新的制浆技术，所以它具有r d h 的特性。同时，d d s 还具有可以提高纸浆质 量、降低碱耗、缩短蒸煮周期、降低黑液粘度、减少后续漂白段漂剂的消耗量以及降低 废水的污染等一系列优点。 采用桉木制浆造纸具有很多优点，桉木浆的松厚度好、不透明度高，特别适合于生 产文化用纸和各种印刷纸、书写纸、卫生用薄纸等。在生产中配用一定量的桉木浆，可 以能够改善纸张的匀度，提高松厚度、不透明度，提高纸张的平滑度、透气度，有利于 纸张的干燥和印刷性能。由于桉树纤维短小、粗细均匀，会使纸松厚度增加、表面光滑 匀整、不透明性好，从而提高纸页的吸墨性能和印刷效果。如：用桉木浆制造高级印刷 纸、胶印书刊纸、复印纸和包装纸挂面等都有利于对它们质量的提高，可以取得长纤维 浆无法取得的效果。据分析，桉木浆中韧性细胞和薄壁细胞多，所以容易吸水润胀，并 具有高柔软性。例如：在生产高级卫生纸中加入桉木浆，就会起到改善手感、提高吸水 性能的作用。但是，由于桉树纤维短，降低了它的撕裂度，而且其它主要受纤维长度影 响的指标，如耐破度、耐折度和抗张强度等也相对偏小，这样影响了桉木浆的应用范围。 l o 桉木与竹子疆合j ：换秦煮( d d s ) 的研究 还有由于桉木原料中的化学成分不同，再加上桉木原料的木素含量也相对低，所以用纯 桉木制浆得到的黑液燃烧值不高，发热量低，这样给碱回收系统平衡带来一定困难。 竹浆不仅可以生产优质生活用纸，配以部分商品木浆还可以生产优质高档文化用 纸。因此，以竹代木制浆造纸是可以解决我国木浆短缺，促进纸业发展的一条重要途径。 竹子原料的纤维主要有纤维细胞、薄壁细胞、石细胞、导管、表皮细胞等。其中，竹纤 维细胞约占细胞总面积比的6 0 - 7 0 ，低于针叶木而高于一般草类。竹类纤维细长，