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造纸工艺学第一章 备料（3学时）第一节 原料的贮存（1学时）一 贮存的目的1.维持正常的生产2.改进原料质量3.均匀原料水份二 原木贮存的方法（一） 原木的水上贮存 设水上储木场，可以省去繁重的搬运操作，提高生产率。能均匀水分，防止木材变质腐烂，但原木树脂难以降低，原木沉底。（二） 原木的陆上贮存 能降低原木水分和树脂，但使用马尾松，由于夏天天气潮湿，温度高，地上储存的马尾松容易腐烂及产生兰变。1 堆垛方法() 层叠法 这种垛的通风良好，但实积系数小，仅0.460.52，因此占地面积大，12立方米木材/平方米面积。(2）平列法通风不好，但实积系数大，可达0.60.7，因此占地面积小，44.5立方米木材/平方米面积。 可以在垛的两端采用层叠法，中间采用平列法堆垛，垛的两端稳固。 2 堆垛规格与堆垛间距 长原木垛长度：不超过300米，如人工堆垛，不超过100米；宽度：取决于原木长度和运输机械的工作；高度：一般高8米，人工堆垛一般4米。 短原木和枝（长度3米以下）木垛长度：不大于30米；宽度：即短原木的长度；高度：不大于4米。 长木垛垛间距 5米。（不得小于1米），不分垛组。 短木垛垛间距不小于0.5米，几个原木垛形成一个垛组，垛组间距的小于10米， 原木场分成若干个垛区，垛区间留有25米的防火地带。三 草类原料的打捆、打包及堆垛贮存 草类原料种类很多，它们的储存有共同的特点，均需打捆或打包后储存。原料种类打捆或打包规格毫米每捆或每包重量千克打捆或打包方式水分含量稻麦草10006004003540机械打包15%左右稻麦草100035035025机械打包15%左右芦苇F400250028003540机械打包20%左右脱青竹F30014002530人工打包1215%左右蔗渣3303007502530机械打包50%左右蔗渣500500100080机械打包50%左右 竹子的贮存，视原料情况有扎捆和不扎捆贮存之分，稻麦捆和芦苇捆、芒杆捆和脱青竹片等，一般堆成尖顶式垛贮存，稻麦草垛规格一般为：长2040米，宽1215米，高6米，尖顶高67米。 竹垛规格长50米，宽15米，高5.5米，尖顶高8米。 蔗渣包则堆成金字塔式垛：长2550米，宽1020米，高1020米。新蔗渣堆垛后，迅速发酵，产生大量的热量，要注意通风散热，不然容易自燃。 草类原料贮存注意事项 （1）必须注意原料水分含量和充分注意通风问题，注意留有通风道。 （2）注意堆垛平整，逐步收缩成尖顶 （3）盖垛要严密，防止雨水漏入 （4）垛底要有垛基，高于地面300500毫米，表面应有0.30.5%的斜度，以利排 水，垛基边与周围地面有1：1.5的坡度。第二节 备料的方法及其质量控制（2学时）一 原木的备料1锯断及纵向锯开 为了 适应生产的需要，磨木机要求原木长度为0.6米或1.2米，普通斜口削片机要求原木长度22.5米，因此需要锯断。 直径太大的原木需纵向锯开。去皮去节与劈木削片（） 普通园盘削片机的构造a、 刀盘。刀盘是削片机的切削机构，它是一个沉重的园盘，直径为毫米，转速转分。刀盘的正面安装有削片刀，刀片数把，在刀盘上安装刀片的地方有宽约毫米的窄缝，长度与刀片长相同。园盘的周边上有几个翅片，用以抛出切削后落在机壳内的木片。b、 喂料槽。又叫虎口，有倾斜安装的也有水平安装的，而且都有一定的角度，其大小对削出的木片的长、宽，削片机的产量和动力消耗很有关系。 喂料槽下方装有底刀，侧部有旁刀，削片刀除与底刀起作用外，还与旁刀起切削作用，以防止和减少长木条的产生。c、 机壳。削片机的刀盘装在铁制的机壳内，机壳上部沿园周切线方向有木片输送管，木片由此送进旋风分离器，除掉尘土碎末后，从其下部排出，供下一工序进行筛选。d、 传动。由电机通过三角皮带传动。（） 削片机的削片原理 在削片机削片时，原木从喂料槽送入削片机，被回转刀盘上的刀片和底刀切削成大木饼。大木饼通过刀缝时受刀牙的作用，被分裂成一定规格的木片，到达园盘的另一侧，落在机壳内，被园盘的翅片抛出。（） 影响削片质量的因素木片的规格一般为：长毫米，厚毫米，宽不超过毫米。合格率以上。 a 原木的质量及水分 原木的直径大小要均匀搭配，劣等材要和好原木混合配给。大径原木劈块的大小要均匀，原木不要锯得太短。 原木水分多，有利于提高木片合格率。但水分过大，木片不易裂升，大木片增多；若水分太小，木材发脆，削片时碎末多，木片切口不齐。一般冬季以，夏季以为宜。b 刀刃角度 刀刃要锋利，角度以较小为好，一般o。削片过程中要经常锉刀和磨刀。c 刀距 削片刀突出刀盘的距离，称为刀距。其决定削出木片的长度。 L= h/coscos L-木片长度（毫米） h-刀距（毫米） -喂料槽中心线与水平线的交角，即虎口角,45-52o -喂料槽中心线在水平面上的投影与轴中心线的交角，即投木偏角，0-45o 据研究，=52o, =20 o30时最适宜。d 刀高 削片刀与刀牙的距离，刀高主要影响木片的厚度。 t=KH t-木片厚度（毫米） H-刀高（毫米） K-经验常数，实际上为投木角与刀刃角等影响的联合系数。一般0.20.3左右。e 削片刀与底刀距离（虎口间隙） 一般取0.30.5毫米。太大则使部分木材外边部分切不断，形成100300毫米长， 1毫米左右厚的长皮，或使木材立起来削成大片。f 刀盘转速即削片速度 刀盘线速为1030米/秒。增加速度，原木易跳动，影响质量。 削片操作 原木应连续投入，勤检查，勤观察。二 几种非木材原料的备料流程1 稻草备料流程稻草切草机筛选及除尘贮片仓蒸煮 水 排空 抽风机旋风分离器水膜除尘器 谷粒 地沟2 蔗渣备料流程干法：蔗渣包双辊破碎机除髓机蒸煮湿法：蔗渣水力碎浆机跳筛螺旋压榨机蒸煮3 芦苇备料流程芦苇切苇机旋风除尘器园筛风选机苇片仓蒸煮4 芒杆备料流程芒杆切苇机除髓机风选机料仓蒸煮 第二章 化学制浆（12学时）化学制浆主要分碱法和亚硫酸盐法两大类，我们以碱法制浆中的硫酸盐法为主。第一节 蒸煮液的组成、性质和有关计算（3学时）一 蒸煮液的组成和性质（一） 燒碱法和硫酸盐法 燒碱法: NaOH 另存在少量的Na2CO3 硫酸盐法: NaOH+Na2S少量Na2CO3, Na2SO4, Na2S2O3, Na2SO3由于S2-+H2O HS-+OH- HS-+H2O H2S+OH- 所以Na2S在水溶液中的存在受溶液值影响（参看，图）。当PH值=14时主要以S2-形式存在； PH值=13时, S2-和HS-各半； PH值=10时, 主要以HS-为主； PH值=5时，主要以H2S为主。 在硫酸盐法蒸煮过程中，开始值，终了时值大约为。因此可以断言，在硫酸盐法蒸煮过程中，Na2S主要以S2-和HS-形式存在。（二） 碱性亚硫酸钠法和中性亚硫酸钠法 碱性亚硫酸钠法: NaOH+Na2SO3+Na2CO3, 其值.，视其组成含量不同而不同。中性亚硫酸钠法: Na2SO3+Na2CO3由于 SO32- +H2O HSO3-+OH- HSO3- +H2O H2SO3+OH- 所以亚硫酸钠在水溶液中的存在形式亦受值的影响（参看，图-）:当值大于时，以SO32-为主； 值接近于时, SO32-和HSO3-各半； 时, HSO3-为主; 值再下降，则H2SO3逐渐增加。 很明显，对于碱性亚硫酸钠法，亚硫酸钠主要以SO32-形式存在；而对于中性亚硫酸钠法，亚硫酸钠主要以SO32-和HSO3-形式存在。（三） 亚硫酸氢盐法和酸性亚硫酸氢盐法 亚硫酸氢盐法: 主要指 Mg(HSO3)2 PH值=4.04.5 NaHSO3 其次指Mg(HSO3)2+Mg SO3 PH值=6.06.5 酸性亚硫酸氢盐法: H2 SO3+Ca(HSO3)2 PH值=1.02.0 H2 SO3+ Mg(HSO3)2 H2 SO3+ NaHSO3 其中的H2 SO3部分以溶解的SO2状态存在。二 常用术语的含义及有关计算 (一) 碱法蒸煮1、 总碱烧碱法：NaOH +Na2CO3 硫酸盐法：NaOH+Na2S+Na2CO3+Na2SO4+Na2SO32、 总可滴定碱 烧碱法：NaOH +Na2CO3 硫酸盐法：NaOH+Na2S+Na2CO3+Na2SO33、 活性碱烧碱法：NaOH硫酸盐法：NaOH+Na2S碱液中活性碱含量占总可滴定碱含量的 百分比叫活性度：活性度=(活性碱/总可滴定碱) 100%4、 有效碱烧碱法：NaOH硫酸盐法：NaOH+1/2Na2S5、 硫化度 指硫酸盐法蒸煮液或白液中，硫化钠含量占活性碱含量的百分比:硫化度= (Na2S/ NaOH+Na2S) 100% 以上各项均以氧化钠或氢氧化钠计。6、 用碱量 指蒸煮时活性碱的用量对绝干原料重量的百分比： 用碱量=（活性碱用量/绝干原料重量）100%7、 液比 蒸煮总液量的体积（L或m3）与绝干原料重量（kg或吨）之比 蒸煮总液量=碱液量+补加水量或黑液量+原料水分 其余自己看，需熟记（二）、亚硫酸盐法（略）第二节 蒸煮原理（6学时）一、 蒸煮液对木片或草片的浸透作用（这里主要是介绍蒸煮液对木片的浸透作用）（一）、蒸煮液的浸透1、 浸透的目的 蒸煮的目的是除去木素，使纤维彼此分离。要制得均一的纸浆，则纤维在分离过程中受热的化学溶液的作用要相同，所以，在剧烈的化学反应进行之前，药液均匀的浸透到原料中去是非常必要的。2、浸透的途径（1） 毛细管作用 当原料水分含量较低时，浸透以毛细管浸透为主，其速率取决于压力，毛细管直径大小，药液的粘度等。而毛细管中的空气会对毛细管作用产生较大的阻力，因此，原料中水分含量不宜过低（木片水分含量以3540%较好）。毛细管中的空气用小放气、汽蒸等办法排出。 阔叶木的毛细管浸透是通过导管进行的，由于阔叶木的纹孔膜是非多孔性的，在横向几乎没有浸透。针叶木不含导管，药液从开口管胞进入细胞腔，然后通过多孔性的纹孔膜进入相邻的细胞腔。由于横向流经许多纹孔阻力大，药液流速纵向比横向大100200倍，可见纹孔的结构控制着流速。因此，毛细管的浸透作用随材种及边材、心材的不同而有差别。（2）扩散作用 当原料含水分高至饱和点时（即毛细管中充满水），则完全为扩散浸透。 扩散作用取决于药液离子浓度梯度，毛细管有效截面积，药液离子的活性以及药液的温度等。 当药液PH值13时，由于药液对纤维细胞壁的润胀作用，产生了许多“暂时毛孔”，因而使横向的毛细管的有效截面积增大，从而使横向扩散速率接近于纵向（0.8：1）。 总的来说，毛细管浸透比扩散浸透快，这一点不管药液PH值的大小如何，都是一样的。（二）、浸透与化学反应的关系 浸透与化学反应不是截然分开的两个阶段，只是有主有次。浸透为化学反应创造条件，化学反应使木素等溶出增加了孔隙度，又促进了药液的浸透。 对于一般慢速，中速蒸煮较均匀的纸浆时，强调药液的浸透有一定指示意义，但也要考虑化学反应的进行。对于原料切片一开始就接触浓度高，温度高的药液而进行的快速蒸煮强调化学反应是必要的，但也不能否定浸透的重要作用，在进行快速连续的蒸煮时，进行预浸处理，仍然是有效的措施。二、 蒸煮过程中碳水化合物的降解化学（一）、碱法蒸煮时碳水化合物的降解化学1、碳水化合物的降解反应 （1）、剥皮反应，100C以上开始 （2）、碱性水解，150C以上开始 2、碱法蒸煮时的化学反应历程 以马尾松硫酸盐法蒸煮时为例：100C以下，糖醛酸，甘露糖溶出较快。100150C，糖醛酸，甘露糖继续溶出，半乳糖和阿拉伯糖开始大量溶出，到170C时上述糖分溶出达最大值。160C以后，木糖较大量溶出。 从上看出，碱法蒸煮后半纤维素留下的组分主要为木糖，葡萄糖等。（二） 酸性亚硫酸盐法蒸煮时的碳水化合物的降解化学 碱性亚硫酸盐法蒸煮时的碳水化合物的降解仍属于碱性水解和剥皮反应的范畴，在中性亚硫酸盐法蒸煮时，剥皮反应及碱性水解远不如碱法蒸煮时强烈。1、酸性水解反应 这是主要的降解反应，酸浓愈大，温度愈高，反应愈强烈。水解产物，首先是一些低浆糖，并能进一步水解为各种单糖，己糖可用来发酵制酒精，戊糖可用来增殖酵母。2、酸性氧化反应3、糖的氧化和分解反应（此两种反应与降解无关，略）4、酸性水解反应历程 半纤维素易于纤维素。 半纤维素中聚戊糖易于聚己糖。 聚戊糖中，乙酰基和阿拉伯糖基先溶出，木糖基也能部分水解溶出，但糖醛酸基溶出较少。聚己糖中：半乳糖基易水解溶出，而聚葡萄糖-甘露糖溶出较少。 可见在酸性亚硫酸盐蒸煮后，半纤维素留下的组分主要为糖醛酸-甘露糖等。 酸性水解，在100C下进行很少，100C以上水解迅速进行，温度越高，PH值越低，水解越强烈，三、 蒸煮过程中脱木素化学（一）碱法和亚硫酸盐法蒸煮过程中脱木素的化学反应和木素发色基团的形成。主要介绍碱法，对照亚硫酸盐法，发色基团的问题在漂白一章中再进一步讨论。1、烧碱法和硫酸盐法蒸煮的木素反应和缩合反应。（1）、酚型-芳基醚键和-烷基醚键联接的碱化断裂这一类联接最容易断裂，这是由于氢氧化钠促进了酚盐结构的重排而消去了-芳基和-烷基取代物形成了亚甲基醌基结构。典型的反应如下：（P5961，图29）但-芳基醚键和-烷基醚键断裂后木素分子是否变小，还得看具体结构的类型，如苯基香豆满结构和松脂醇结构的-芳基醚键和-烷基醚键断裂后，木素大分子并未变小。至于非酚型的-芳基醚键，则是非常稳定的。（2）、酚型-芳基醚键的碱化断裂和硫化断裂酚型-芳基醚键在苛化钠法蒸煮时，由于其他反应是-质子消除反应和-甲醛消除反应，因此多数不能断裂，只有少量这种键在通过氢氧根对-碳原子的亲核攻击形成环氧化合物时才有断裂（碱化断裂）。在硫酸盐法蒸煮时，由于（或）离子的电负性较离子强，其亲核攻击能力也强，所以能顺利迅速形成环硫化合物而使-芳基醚键断裂（硫化断裂）。这就是硫酸盐法蒸煮脱木素比烧碱法快的主要原因。（3）、非酚型-芳基醚键的碱化断裂和硫化断裂。只有在特定条件下才能产生、 只有-羟基的非酚型-芳基醚键才能进行碱化断裂。 由于-羟基在碱液中容易电离，形成的氧离子能攻击位置的碳原子而形成环氧化合物。促使-芳基醚键断裂。 具有-羰基的非酚型-芳基醚键才能进行硫化断裂。 -羰基能促使环硫化合物形成，从而使-芳基醚键断裂。（4）、芳基-烷基和烷基-烷基间C-C键的断裂 芳基和芳基之间的C-C键很稳定，上述C-C键在某些条件下有可能断裂，其结果是木素大分子有可能变小，也可能变化不大。这种断裂并不是碱法制浆中的主要反应。（5）、芳基-烷基醚键的断裂 甲氧基中甲基的脱除，对木素分子的变小，无关紧要，但它是碱法蒸煮中形成甲醇或甲硫醇的主要反应，生成的甲硫醇造成空气污染。（6）、碱法蒸煮过程中的缩合反应。 能影响木素的溶出的主要是Ca-A的缩合反应。这种缩合反应和从亚甲基醌结构开始，当有足够的氢氧化钠或硫化钠时，进行的是脱木素反应；如碱不够，则产生缩合反应。断裂的木素经缩合变成分子更大的木素，更加难以溶解造成生片。 其余的缩合反应如CC的缩合反应和酚型结构单元或断裂产物与甲醛的缩合反应，均多数在黑液中进行，对木素溶出影响不大。2、 碱性和中性亚硫酸盐法蒸煮的脱木素化学反应 在碱性亚硫酸盐法蒸煮中，主要由亚硫酸根离子起脱木素作用，（氢氧化钠有一定的作用）。在中性亚硫酸盐法蒸煮中，主要由和离子起脱木素作用。（1）酚型单元上C和C磺化反应 酚型的木素单元先形亚甲基醌的结构，然后在C和C上磺化，木素大分子并没有因此变小。（2） 酚型单元的-芳基醚键的断裂和磺化 酚型单元先形成亚甲基醌，然后在C上先进行磺化，然后是-芳基醚键的断裂并在C上磺化。（3）酚型或非酚型单元甲基-芳基醚键的亚硫酸解断裂 中性亚硫酸盐法蒸煮时基本无缩合反应。3、酸性亚硫酸盐蒸煮时的脱木素化学反应和缩合反应。 在酸性亚硫酸盐蒸煮时，脱木素的反应主要由氢离子和水化的二氧化硫进行，磺化的部位主要在C，偶而也能在C，从而增加了木素的可溶性。 总的看来，-芳基醚键和甲基-芳基醚键在酸性亚硫酸盐法蒸煮时是很稳定的，一般不会断裂。但开始的裂解反应产生在酚型或非酚型的C原子上，然后受水化二氧化硫的作用，加成磺酸基。这在酸性亚硫酸盐制漿中是很值得注意的木素碎片化作用。虽然在针叶木木素中芳基醚键只占68%，但它的裂开引起可观的碎片化作用。 但在酸性亚硫酸盐蒸煮时，往往有磺化反应和缩合反应竞争的问题，因为这两个反应都在同一个C位置上进行，因此需要加速磺化，才能避免缩合，否则就有黑煮的可能。4、碱性和 亚硫酸盐法蒸煮时木素发色基团的形成 主要形成二芳基苯（缩合反应）；由于甲氧基的脱落得邻苯二酚，氧化成邻苯二醌或与金属离子形成深色复合物；形成芪（反二苯代乙烯）的结构。（二）碱法和亚硫酸盐法蒸煮过程中脱木素的顺序。一种看法是：S3S2S1PML硫酸盐法酸性亚硫酸盐法中性亚硫酸盐法另一种看法是：MLPS1S2S3特别是中性亚硫酸盐法。以上是木材为原料，草类原料研究较少。（三） 碱法和亚硫酸盐法蒸煮过程中脱木素的反应历程和蒸煮曲线的制订。1、 硫酸盐法和烧碱法蒸煮过程中脱木素的反应历程和蒸煮曲线的制订 以我国马尾松硫酸盐法蒸煮为例：（P76图2-40） 在100C以前，蒸煮液浓度有所下降，但木素基本没有溶出，此阶段碱液向原料内部浸透，主要溶解的物质是原料的淀粉、果胶、脂肪、树脂及低分子量的半纤维素。 初始脱木素阶段：100150C这一升温阶段，蒸煮液浓度继续下降，但木素溶出仅26.6%（对原木素）。 大量脱木素阶段：150175C（最高温度），木素溶出63.2%（对原木素），此时，木片已分散成浆。 残余木素脱除阶段：碱液浓度继续下降，但木素溶出只有8%（对原木素），这一阶段碳水化合物降解较多。蒸煮曲线的制订，根据脱木素的反应及反应历程来考虑，同时也要考虑碳水化合物的降解反应和条件：（1）最高温度的确定：即要使木素大量溶出，又不能使碳水化合物降解太多，从表2-4看出，175C已过高，可略为降低（碳水化合物从52.27%下降到43.48%），以167170C为宜。（2）升温时间应足够，以保证药液的浸透，但3小时已经足够了，保温时间不宜不适当地延长，一般0.51小时.2、草类原料硫酸盐法蒸煮或烧碱法蒸煮的脱木素反应历程和蒸煮曲线的制订。 这是芦苇、芒杆、麦草、稻草、蔗渣等的总的情况。（1）大量脱木素阶段：指100C以前，在这一阶段中，木素大约脱除60%以上。（2）补充脱木素阶段：100C最高温度（一般在150160C），进一步脱木素到90%以上，已分散成浆，最高温度要适当。（3）残余脱木素阶段：指在最高温度下的保温阶段，在这一阶段中，木素脱除量一般在5%以下，因此可以大大缩短或取消保温时间。 蒸煮曲线的制订：（1）最高温度：150160C，甚至可低于140C（2）升温时间：可稍长，12小时（3）保温时间：00.5小时这样的蒸煮曲线可以提高草类原料的得率和强度。能采取这样的蒸煮曲线的原因：、这一类草类原料木素含量少，且多为紫丁香单元，并有少量的对羟苯基及脂键联接，属易溶木素。、这一类草类原料结构疏松，毛孔大，木素大分子不用降解至很小即可溶出，甚至存在物理溶出现象。（其余自看）（四） 蒸煮脱木素动力学和蒸煮质量的计算机控制。该部分只介绍相对反应速率常数和H-因子的计算，余略2、 对反应速率常数KR和H-因子的计算 1957年加拿大制浆造纸研究所Vroom提出，蒸煮温度和时间合成一个变数-H-因子，实际上是以相对反应速率常数对时间的积分作为H-因子。根据Arrhenious方程，反应速率常数与温度有如下关系： K=K0E/RT设100C时，K=1，如知道脱木素反应的活化能E（如竹子的硫酸盐法蒸煮E=3.82104J/mol），R是气体常数R=8.30J/molk)就可以求出K0 K=K03.82104/8.30373 K0=12.34 因此相对反应速率常数可根据下式计算：KR（T）=12.343.82104/8.30T=12.344602/T则 KR（T）=-1（12.344602/T） H-因子=0t KR（T）dt =0t-1（12.344602/T）dt为了简便，可列表计算，如表2-9和表2-10。（P87和P88） 也可用图表示如： 曲线下的面积，即为H-因子在同一原料，用碱量、硫化度和液比等蒸煮工艺条件相同时，H-因子相同，可以得到质量相同（硬度、得率）的浆。第三节 蒸煮的方法和蒸煮技术（3学时）一、碱法制浆工艺条件的制订 根据碱法制浆的原理及反应历程，制订工艺条件时应考虑以下因素：1、 原料的种类 原料的种类不同，则其纤维形态，化学组成均不相同，特别是木素的含量和木素的组成不同，使其脱木素的难易程度，成浆的强度均有较大的差别。因此制订工艺条件时，首先看是什么原料，以此来作为制订工艺条件的依据。2、 成浆的质量要求：根据浆的用途决定成浆的硬度，强度及是本色浆，半漂浆及全漂浆等来制订工艺条件。3、 用碱量： 根据原料的种类，纸浆硬度，强度等质量要求来定。在蒸煮过程加进去的碱起以下几种作用：（1） 与木素起反应，中和木素的酚羟基，占2025%；（2） 中和碳水化合物碱性降解的产生的有机酸，占7075%；（3） 与树脂，二氧化硅等少量成分的作用；（4） 黑液中保留部分残碱，使PH值在10以上，防止木素沉淀；（5） 少量被纤维吸附。 提高用碱量的可加速脱木素的作用，缩短蒸煮时间，但随着用碱量的增加浆的得率和强度同时下降。如用碱量不足，则脱木素作用达不到预定的要求，延长蒸煮时间也无用，且使没有足够的残碱来稳定溶解了木素，使其重新沉淀在纤维上，增加漂白的困难。一般木材1328%，竹1318%，荻、麦草案1216。4、 药液浓度和液比： 当用碱量一定后，药液中活性碱浓度则由液比的大小而 定。 液比小浓度高，浸透快化学反应速度快，可缩短蒸煮时间，但不易均匀混合容易煮夹生，且使纤维素降解加重。在确定液比时考虑：（1） 为加快蒸煮速度，尽可能缩短蒸煮时间，应尽可能采用小液比，但必须保证药液与原料均匀混合，这样不但可以缩短时间 ，还可以节省蒸汽和提高黑液浓度。（2） 液比大小与原料吸水性能有关，吸水性能差的原料（如木材，竹子等），液比应小一点，以利浸透，经过预浸的原料的液比可大一些。（3） 液比大小还与蒸煮型式有关。（4） 质量要求较高的浆，一般用碱量较大，应采用较大液比，以减少纤维素的降解。5、 硫化度： 在一定范围内提高硫化度可以加快蒸煮速度，缩短 蒸煮时间，提高浆的强度和得率。但硫化度 的增加也 意味着有效碱的减少，当有效碱降到约11.0%氧化钠时，则SH和S2在脱木素时的积极作用就无法发挥出来，且有效碱也不能满足脱木素的最小需要量。所以反而使蒸煮时间延长，浆的颜色加深，漂白困难，浆的得率下降，木素含量增加，且增加空气污染。 一般阔叶木和非木材原料，硫化度1525%；针叶木原料：硫化度2030%。蒸煮的温度和时间（已在前面讨论，略）二 碱法制浆的操作过程（一） 装锅送液要求：装的多，装的快；措施；将碱液加热到7590C，采用装锅器，预浸。边装锅边送液（原料和碱液要差不多时间装完，一般碱液晚35分钟）。 优点：提高装锅量，减轻体力劳动，改善劳动条件，缩短蒸煮时间，蒸煮均匀，粗渣少，提高得率和浆的质量。（二） 升温及小放气 升温指从装锅后的初温升到蒸煮的最高温度，其作用是：把原料和蒸煮药液升到要求的温度，使蒸煮液向纤维原料内部浸透。 为了更有效的升温，要进行小放气，小放气的作用是：1） 排除假压，有利于升到最高温度，有利于缩短蒸煮时间，保证成浆质量。2）排除空气对纤维素的氧化作用。3）有利于碱液向纤维内部浸透。4）小放气时，由于减压造成蒸球内自然沸腾，有利于原料药液翻腾，使蒸煮均匀，成浆质量均一。（三） 保温 升温到最高温度后，应保持一定时间，以进一步脱木素。（四）放锅 多采用全压或减压喷放，其优点是；1） 可以缩短放料时间；2） 喷放时浆料在管道中高速流动及剧烈冲击，有利于纤维素的疏解。3） 黑液浓度高，温度高，便于洗浆及碱回收。4） 操作方便，体力劳动减轻 但全压喷放会损伤纤维，降低浆的强度，喷放时放出的大量蒸汽可以回收其热量。第五节 添加助剂的蒸煮技术（3学时）1 添加多硫化钠的硫酸盐法蒸煮技术1） 原理：由于多硫化钠的氧化作用，能使纤维素和半纤维素的醛末端基氧化成各种碱稳定的糖酸末端基，从而停止剥皮反应：R纤维素-CHO+S2=+ 3OH R纤维素-COO- +2S=+2H2O停止剥皮反应的结果是增加了纸浆的得率和强度。但多硫化钠的这种氧化作用在低温下才能发挥因在高温下（1000C以上）多硫化钠能分解：4Na2S+ 6NaOH6 Na2S + Na2S2O3 +3H2O由于多硫化钠的氧化及分解反应，产生了更多硫化钠，因此也促进了脱木素的反应。2）多硫化钠蒸煮液的制备一般是将硫直接加进硫酸盐蒸煮液中：4S+6NaOH 2 Na2S+ Na2S2O3 +3H2ONa2S+nSNa2Sn+1或nS+HS-+OH-= S2-n+1+H2O由此可见，Na2Sn实际上Na2S和Sn-1的复合物Na2S-Sn-1,其中一 个S2-有还原性，其他n-1个SO有氧化性, Na2Sn的氧化性则由S0形成。2 添加蒽醌(AQ)的碱法蒸煮技术 添加蒽醌既对碳水化合物有保护作用，又有加速木素的脱除的作用。 蒽醌首先氧化碳水化合物的还原性醛末端基，使之变成羧基避免剥皮反应，蒽醌本身则还原为蒽氢醌（AHQ）。在碱性溶液中，蒽氢醌电离成蒽氢醌离子，然后互换为蒽酚酮离子与木素亚甲基醌结构反应，起到Na2S的作用，反应后蒽酚酮离子又变为蒽醌继续对碳水化合物进行氧化作用。如此反复循环 蒽醌在反应过程中是不断循环发挥作用的，其中对木素的作用，主要由蒽酚酮中负碳离子进攻木素亚甲基醌的亚甲基部位并由负氧离子提供电子，促进了酚型 芳基醚键的断裂。 一般蒽醌的添加量在0.1%以下。对于阔叶木和草类原料。烧碱蒽醌法可以代替硫酸盐法，对于针叶木原料，则不能。需用硫酸盐法+蒽醌法，可获得质量更好的浆。第三章 高得率制浆（8学时） 绪论（1学时）本章介绍用机械方法，或机械方法与其他方法相配合制浆的过程，产品的质量和用途。1机械法、化学机械法、半化学法制浆术语SGW 磨石磨木浆，常压磨木PGW 压力磨石磨木浆，磨木温度1OOOCTGW 高温磨石磨木浆，磨木温度1OOOCRMP 盘磨机械浆，无预处理，木片在常压下用盘磨磨浆TMP 预热盘磨机械浆，木片在1OOOC预汽蒸，常压磨浆；或第一段温度1OOOC盘磨磨浆，第二段在常压下或IOOOC用盘磨磨浆PRMP 压力盘磨机械浆，木片不经预汽蒸，两段磨浆，磨浆温度均1OOOCCMP 化学盘磨机械浆，木片用化学药品在常压低温下或1OOOC预处理，用盘磨常压磨浆CTMP 化学预热机械浆，木片加化学药品在1OOOC预汽蒸，第一段盘磨磨浆温度100OC，第二段盘磨常压磨浆TMCP 热磨机械化学浆(或OPCO浆)；第一段盘磨磨浆温度1OOOC，然后进行化学处理，再经第二段常压磨浆 APMP 碱性过氧化氢化学机械浆 SCMP 磺化化学机械浆 BMP 生物机械浆 EMP 挤压法机械浆(Extruder Mechanical Pulping) SCP 半化学法制浆 NSSC 中性亚硫酸盐法半化学浆 ASSC 碱性亚硫酸钠法半化学浆 上述磨石磨木浆均标有GW，其他机械浆均标有MP；有时依其机械处理的程度，归类为：机械浆、化学机械浆和半化学浆，由于用这些方法制得的浆料的得率较高，也称为高得率浆。 2机械法制浆的发展 在1960年以前，机械浆主要是磨石磨木浆SGW，目前，用盘磨生产的浆已超过半数，原因是:可用枝桠材和边角料，以及锯木厂的木片和锯屑来代替原木，浆张强度高，降低人工费用。由于盘磨技术的发展，单机生产能力提高，阔叶材的应用增多，促进了各种改进质量的有效措施的出现；但由于SGW保持其低能耗和高的光散射系数的优点，在SGW的基础上，开发压力磨石磨木浆，采用高温磨木，提高了浆的强度和其他性能。还发展了预热盘磨机械浆(TMP)、化学盘磨机械浆(CMP，碱性过氧化氢化学机械浆APMP、磺化化学机械浆SCMP)、化学预热机械浆(CTMP)、生物机械浆(BMP)、挤压法机械浆(EMP)、半化学法制浆(SCP、中性亚硫酸盐法半化学浆NSSC、碱性亚硫酸钠法半化学浆ASSC)。第一节 磨石磨木浆（3学时） 磨石磨木浆(SGW)是所有浆种中得率最高、生产成本最低、环境污染最小的制浆方法，虽然其存在强度与白度稳定性较低的不足，但具有优良的不透明度与吸墨性，仍在新闻纸、印刷纸的生产中占有一席之地。 一、磨木机类别及比较，磨石类和性能(一)磨木机的主要类别 磨木机种类较多，根据压送原木机构的特征和加压方式，可分为机械加压与水力加压两大类；按生产操作的方式，又可分为间歇与连续操作两类;按形式可分为链式磨木机、袋式磨木机、库式磨木机、环式磨木机等;根据其结构不同，双袋式磨木机还有大北式、卡米尔式、汤培拉式等类型;水力加压类的磨木机多为间歇操作，各种机械加压磨木机均为连续操作。各种磨木机结构示意如图3-1所示。 国内使用的磨木机，以链式最多，其次为双袋式（大北式及卡米尔式）；环式亦有使用，多袋式已趋于淘汰。 1链式磨木机 这是我国使用最多的一种磨木机，主要原理，是借助在磨石上方的料箱两侧循环转动的带翅链条，将原木压向磨石，其构造与外形如图3-2所示。国产链式磨木机主要规格与技术特性列于表3-1。2大北式磨木机 大北式磨木机为水压双袋式结构，如图3-3所示。机架两侧为两个斜的袋形磨料箱，磨料箱顶部为水压缸，内活塞与加压板，在磨料箱的上方，有装料箱，在装料箱与磨料箱之间有一闸板，由一小水压缸控制，当加压板加压时，闸板把磨料箱盖住，防止装料箱中原木落人，当加压板回移时，小水压缸将闸板拉开，装料箱中的原木就落人磨料箱中，完成装料过程，待加压板又开始对原木加压时，装料箱又可以装入原木，等待下一次装料。由于加压板回程装料时，无磨浆作用，故为间歇式操作。3卡米尔磨木机 卡米尔磨木机是连续操作的双袋式磨木机，其结构特点为：每1个磨料箱中有两个套在一起的水压缸，2个水压缸活塞的交替往返，构成了磨浆的连续操作。 图3-4所示为卡米尔磨木机的构造：每个磨料箱的2个水压缸，分别与加压板和1个滑动的料箱壁相连接；当加压板压紧原木时，与料箱壁相联的水压缸，使滑动料箱壁回程，原木对磨石的压力全部地由加压板施加，滑动料箱壁全部回程后，连接机构使反向阀作用，改变高压水进人水压缸的通道，使滑动料箱壁开始加压。由于滑动料箱壁呈锥型，在其向磨石方向移动时，可以把原木压向磨石，同时，在滑动料箱壁向磨石方向移动，加压板就可回程。2个水压缸活塞各自独立而又交替地工作，使磨木连续进行。卡米尔磨木机的水压分为2个系统：高压水系统专供推动加胚板喂料用，工作压力为2.5MPa；低压水系统，专供推动滑动料箱壁加压原木用，工作压力为lMPa。低压水通过恒劝率自动控制器，调整到符合规定的压力，使磨木机电机负荷稳定。4环式磨木机环工磨木机也属机械加压式连续操作磨木机，其构造如图3-5所示。磨石装在一个缓慢回转，内有齿条的一个缓慢回转，内有齿条的大铸铁环内偏左下约30的位置，原木段即装在磨石与铸铁圆环设有传动装置。磨碎的浆料，从磨石两侧，流至磨木机铁箱两侧的料沟，再流至磨木的浆池。在铸铁环的两端嵌有橡胶绷带以形成密封。铸铁箱安装在机架的基础板上，当磨木机的磨石心变时，可借螺旋前后移动铁箱，来调节磨石与铁环间的距离。各种磨木机各有特点，链式磨木机电机负荷较稳定，对磨石喷水和刻石方便，由磨碎区除去浆料和木片比较容易;主要缺点是设备占地空间较大，链条翅片易损环。卡米尔式磨木机和大北式磨木机利用水力加压，压力较为灵敏、稳定，浆料质量也容易控制。卡米尔磨木机两个料袋能独立连续工作，原木与磨石的有效接触面积也较大，因而生产能力较高，但由于其自动化程度高，构造复杂，各阀门与水压缸容易磨损漏水，维修工作量大，此外磨浆时产生的蒸汽由装料口排出，影响操作。大北式磨木机由于间歇操作，电机负荷变化大。环式磨木机结构紧凑，设备安装占地面积小;所有轴承和轴郡能自动润滑，并设有通风机以排除蒸汽，但刻石机位于环内，更换刻石轮与磨石不方便;需人工装木，并注意保持木库中原木量稳定，以免引起负荷与浆料质量的波动。 (二)磨石的种类与性能 磨石是磨木机的基本组成部分，磨木浆的质量和磨木机的生产能力、动力消耗等，在很大程度上取决于磨石的质量、工作层组成的均一性和机械强度。磨石是在圆周速度高、负荷大、温度变化大的条件下运转的，因此，磨石的制造，需要适应上述工作条件及磨浆质量的要求。 磨石分为天然磨石与人造磨石两类，人造磨石又分水泥磨石和陶瓷磨石两种。随着磨木机向大型、高转速和大动力发展，现均采用强度高而耐热性能好的陶瓷磨石。 人造磨石，主要由磨料粒子与粘合剂两种物料组成，磨石的性能主要取决于磨料粒子的形状、粒度、磨石的气孔率和硬度。图3-6所示为陶瓷磨石的结构。磨料粒子的度与形状，不仅影响磨石的生产能力，而且影响纸浆的质量。磨料粒度大的磨石，磨出的浆粗劣，但生产能力大；粒度大小的磨石，磨出的浆料粒子过于锋利时，磨碎时切割作用剧烈，得到的是含大量短纤维的粗浆，反之，如过于圆钝，则浆料纤维细小，生产能力低，只有在经常刻石物情况下，才能正常生产。最适宜的磨料粒子应呈多角形，棱角较平钝。用途不同的纸浆对磨料粒子度要求知表3-2所示。磨石的气孔率和硬度，了决于粘合剂的性质及磨料粒子的配比。粘合剂的粘结强度小，制取的磨石软，磨料粒子易磨脱，磨纹很快磨损；反之，磨石硬度大，刻石较困难，刻石后磨纹在很长时间内保持尖锐的锐角，使磨出的浆料质量粗劣，理想的粘合剂，应可与磨料粒子同时磨掉，或比磨料粒子磨掉的时间稍快，这样可以使磨石表面不断暴露出新的磨料粒子，并长时间保持磨石粗糙的表面。陶瓷磨石分软、中、紧三级，以磨料率（磨料在磨石中所占的质量分数）表示。通常采用的陶瓷磨石属中级68号，磨料率50%46%。磨石表面应具有带刻纹的粗糙表面，刻石装置是装在磨石的一侧，一般是用水力推动刻石刀沿两条与磨石主轴平行的导轨移动，刻石刀架可以在平面上旋转，并能使刻石刀进退活动。图3-7所示为水力刻石装置。磨石表面的刻纹形式、粗细和深浅，由所用刻石刀的纹型、刀号和刻石操作决定，是影响纸浆产量与质量的重要因素。刻石刀是用无缝钢管经过车、铣、热处理加工的挫轮。刀纹有直纹、斜纹、菱纹和针形等形式，如图3-8所示。斜纹与针形一般用于找平磨石，斜纹用于磨浆。刀纹的粗细用刀号表示，即每英寸刀辊周长上的刀纹数目，斜纹的还注明角度。刀的目数越大，刻出磨纹越细，不耐磨，浆中细小纤维多，反之亦然;选用的刻石刀的刻纹司距约为磨石磨料粒子直径的5倍。用于抄造新闻纸和书写纸、印刷纸的浆料，一般选用的刻百刀为8目、10目，角度为20一30的斜纹。二、磨浆原理及其影响因素(一)磨浆原理现代磨木浆的磨浆理论，是压力脉冲理论，根据这个理论，磨木过程中纤维的离解，分为3个阶段：由于磨石对原木周期性的压力脉冲作用，使木材加热，木素软化。在剪切力的作用下离解纤维。分离下来的纤维与纤维束进行复磨和精磨。这个磨浆理论将磨浆过程看作一个能量传递和转换的过程，能量以摩擦能与振动能两种形式表现出来。摩擦能的作用，主要取决于磨石的表面结构、磨料粒子的状况及磨碎面积等；而振动能的作用，主要由磨石刻纹，在通过木材某点前后，使木材表面产生一次压力脉冲，从而将能量传输给木材。在磨浆的第一阶段，由摩擦及压力脉冲产生的能量被木材吸收后，转化为热能，使木材温度升高，引起胞间层木素的软化。据认为，木材表面的升温，足以软化木材贴近石面约10层纤维的厚度。而木素的软化为下一步纤维的完整离解，创造了必要的条件；反之若未经充分软化的木材，在磨浆中会在细胞壁任意处破裂，导致碎片的增多，或产生破损了的纤维或粉状细料。经软化的纤维在摩擦力及剪切力的作用下，可由木材表面剥离下来，这种剥离作用，通常由纤维一端开始，纤维通常以严格的次序和同样的方向剥离，如图3-9所示。剥离下来的纤维物料，聚集在磨石刻纹的沟槽中，在由磨碎下移出的过程中，经受精磨与复磨。“比磨碎时间ts”与“比磨层度ds”两个概念，用以解释纤维离解进程，前者表示磨石转动一个磨纺间距（相邻两磨纹的间距）的时间，即：式中 ts比磨碎时间，sa相邻两磨纹间距，mmu磨石圆周速度，mm/s比磨层厚度是指在比磨碎时间内的喂料料进度，即： 当喂料速度、磨石圆周速度和磨石刻纹间距在极限值以内时，ds介于0.70.2pm之间，例如云杉管胞直径为204Om，则磨石每转动1个刻纹间距，木材向磨石喂送的料层厚度，只约为l根纤维直径的1/600一1/100，换言之，要使喂料的厚度达到1根纤维的直径，则磨石需转动100个到600个刻纹间距的距离，即1根纤维要受到100一600个刻纹的作用。 喂料速度增大，比磨层厚度ds成正比例增大，纤维离解显著加快，获得的浆较粗糙；当磨石圆周速度减少时，比磨碎时间ts成比例增加，即戈亦成比例增加，磨出的浆纤维束较多，质量粗糙。可以通过调节ds，在一定程度上改进浆的质量。 （二） 影响磨浆质量的工艺因素在磨木浆生产中，影响磨浆的因素很多，主要包括原料、设备、工艺操作几个方面，而且各因素间往往存在相互影响。 1. 原木的质量 原木的质量包括木材水分、密度、材种及木材状况等。 根据我国的生产实践经验，原木含水量以40%45%最为适宜。当木材水分低于20%30%时，成浆产量低，质量差，动力消耗也大，而木材水分超过50%，也会使产量下降。图3-10表明了磨木浆质量与木材水分含量的关系。 用于生产磨木浆的材种，针叶材有鱼鳞松、沙松、臭松、冷杉和马尾松;阔叶材有杨木、桦木。鱼鳞松、沙松与冷杉都是生产磨木浆的好材种，磨出的浆料色白，纤维细长，电耗较低，产量也高;马尾松细胞壁厚，磨浆电耗高，浆料较粗，滤水性差，且略带灰黄色，但它生长速度快、密度大、吨浆所用木材量少;青杨密度与硬度和白松相近，但其纤维较短，浆质量仍较差，白度也较低;白杨木密度较青杨和白松大些，其纤维更短，浆质量差，但白度较高。2.磨石的表面状态磨浆性能与磨石表面状况关系很大，刚刚刻石后，磨石纹锋锐利，因而在开始磨木的一段时间内，以切割纤维为主，产量较高，单位电耗较低，但浆料多短硬纤维与碎料，故刻石后要进行去锋，以改善磨石表面的粗糙度;经过一段时司磨浆后，磨石的纹锋变为钝圆，可以得到质量适宜的浆料;在磨石纹锋完全变钝后，