制浆原理与工程3ppt课件.ppt

第二章化学法制浆第一节化学法制浆的分类与基本概念一 化学法制浆 ChemicalPulping 的分类碱法 AlkalinePulping 烧碱法 硫酸盐法 其它药剂为碱性的制浆方法 2 亚硫酸盐法 SulphitePulping 酸性亚硫酸氢盐法亚硫酸氢盐法微酸性亚硫酸盐法中性亚硫酸盐法碱性亚硫酸盐法 二 碱法制浆流程示意图 松节油回收系统 松木 热回收系统热水纸浆筛选系统合格原料片蒸煮器喷放装置洗浆与黑液提取系统预浸装置蒸煮药液碱回收系统 四 蒸煮液的组成 碱法 烧碱法 NaOH 硫酸盐法 NaOH Na2S亚硫酸盐法 五 碱法制浆常用专业术语 活性碱 A A ActiveAlkali 烧碱法中指NaOH 硫酸盐法中指NaOH Na2S 通常以Na2O 或NaOH 表示 有效碱 E A EffectiveAlkali 烧碱法中指NaOH 硫酸盐法中指NaOH 1 2Na2S 通常以Na2O 或NaOH 表示 硫化度 Sulfidity 指碱液中Na2S含量占活性碱NaOH Na2S含量的百分比 即 硫化度 Na2S NaOH Na2S 100 用碱量 指蒸煮时活性碱用量 重量 对绝干原料重量的百比 液比 指蒸煮时绝干原料重量 kg或t 与蒸煮液总液量体积 L或m3 之比 纸浆得率 Yield 1 粗浆得率 蒸煮后所得绝干粗浆重量对蒸煮前绝干原料重量的百分比 2 细浆得率 粗浆经筛选后所得绝干细浆重量对蒸煮前绝干原料重量的百分比 卡伯值 Kappanumber 表示蒸煮或漂白后残留在纸浆中的木素及其它还原性物质相对含量的一种指标 其它还原性物质包括己烯糖醛酸基 聚木糖中的4 O 甲基葡萄糖醛酸基在碱性高温下的产物等 采用高锰酸钾作氧化剂进行测定 另一种指标为高锰酸钾值 卡伯值和高锰酸钾值过去均称为纸浆硬度 纸浆卡伯值与残余木素含量之间的关系随原料种类和制浆方法的不同而有差别 可通过实验确定 TheKraftProcessBenefits Allwoodspeciescanbeusedasrawmaterial Theprocessisrelativelyinsensitivetobark Cookingtimesarerelativelyshort Problemswithpitchinthepulparerelativelysmall Thepulpismuchstronger Regenerationofchemicalsandenergyisefficient Side productssuchasturpentineandtall oilarevaluable KraftCookingLiquorswhiteliquor stronglyalkalinesulution pH 14 mainactivecompounds NaOHandNa2Ssmallamounts Na2CO3 Na2SO4 Na2S2O3 NaCl CaCO3 etc mainequilibriaprevailinwhiteliquor NaOH H2ONa OH H2ONa2S H2O2Na S2 H2OS2 H2OHS OH Totalalkali AllNa compoundsNaOH Na2S Na2CO3 Na2SO3 Na2SO4 Na2S2O3 etcActiveAlkali AA NaOH Na2SEffectiveAlkali EA NaOH Na2SSulfidity Na2S NaOH Na2S 100 TheinterdependenceofthemaincomponentsinKraftwhiteliquor 3 6 7 2 NaSHNa2S H2O3 6 NaOHNa2S Sulfidity 30 NaOH AA 24 16 8 20 4 16 8 3 6 NaOH NaOH EA 第二节蒸煮原理一 蒸煮液对原料片的浸透作用主要表现在两个方面 毛细管作用和扩散作用毛细管作用 主要靠外加的压力和表面张力产生的压力作用浸透 通过导管 管胞 纤维的胞腔进行 影响因素 纹孔的多少及其大小 原料品种 边材与心材 毛细管浸透速率与毛细管半径的四次方成正比 水分含量 适宜于较干的原料片 但需排除原料毛细管内的空气 压力差 毛细管浸透速率与压力差成正比 无论碱性或酸性蒸煮液 纤维轴向的毛细管作用总是大于横向的毛细管作用 约50 200倍 2 扩散作用 主要靠药液浓度差造成的离子浓度梯度的推动力使蒸煮液中的离子扩散浸透入原料切片内部 通过导管 管胞 纤维的胞腔和细胞壁进行 影响因素 原料密度 水分含量 适宜于水分饱和的原料片 蒸煮液组成 影响大 扩散作用主要取决于有效毛细管截积 当蒸煮液pH 13时 纤维轴向的扩散作用与横向的扩散作用比较接近 约为1 0 8 润胀作用的效果 当蒸煮液pH 13时 纤维轴向的扩散作用比横向的扩散作用大得多 使浸透作用顺利的重要前提 药液与原料片的均匀混合 二 蒸煮过程中的脱木素 Delignification 和碳水化合物降解 CarbohydrateDecomposition 自己复习植物纤维化学课程有关化学内容 脱木素作用导致 1 木素结构单元之间联结键断裂木素大分子降解2 木素分子内引进亲液基团提高溶解性总的结果 木素脱除 纤维分离成浆纤维素与半纤维素降解作用导致 糖基之间的苷键断裂大分子聚合度降低纸浆得率与强度降低 三 蒸煮过程脱木素局部化学的研究研究蒸煮过程纤维细胞中木素的脱除顺序 有助于进行蒸煮过程的脱木素反应历程和动力学研究 对制定正确的蒸煮工艺条件有指导意义 植物纤维的组织结构 ML P ML P CML S1S2S3木素的分布 密度ML 胞间层 最大含量S2层最大据有关研究 目前认为脱木素顺序 硫酸盐法和酸性亚硫酸盐法 S层先于ML层中性亚硫酸盐法 ML层先于S层 四 蒸煮过程脱木素反应历程针叶木硫酸盐法脱木素反应历程美国辐射松 马尾松 针叶木硫酸盐法脱木素反应历程 以马尾松为例 第一阶段 初始脱木素阶段 升温至150oC以前 碱浓下降快 木素溶出少 30 第二阶段 大量脱木素阶段 从150oC升温至最高温度Tmax 碱浓下降变慢 木素溶出多 60 70 第三阶段 残余木素脱除阶段 Tmax下保温 碱浓下降率有所增加 木素溶出10 以下其它针叶木与阔叶木硫酸盐法蒸煮的脱木素反应历程同上规律可分为上述三个阶段 但具体温度等随原料不同而有所差别 2 草类原料碱法蒸煮脱木素反应历程 1 大量脱木素阶段 开始升温到100OC 竹160OC 左右 木素脱除60 以上 2 补充脱木素阶段 100OC左右继续升温至最高温度 150 160OC 木素总的脱除率达90 以上 原料分散成浆 3 残余木素脱除阶段 保温阶段 木素脱除5 以下正确的工艺操作 药液与料片混合均匀 预浸 升温前空运转 慢升温 1 2小时 短保温或不保温 五 蒸煮过程脱木素化学反应动力学研究结果影响碱法蒸煮的主要参数 蒸煮时间与蒸煮温度在一定范围内 提高温度可以缩短时间 温度降低则必须延长时间 即 一定范围内温度和时间可以互为补偿 1957年加拿大制浆造纸研究所K E Vroom提出了H factor的概念 把蒸煮温度与时间作为单一变数考虑 用以控制蒸煮终点 从而稳定蒸煮后纸浆的质量 促进蒸煮过程的自动化控制 建立数学模型 H 因子 H factor KR T dtKR 相对反应速率常数对一定的原料 蒸煮后浆料中的残余木素含量 与纸浆卡伯值成线性关系 可由蒸煮时的H 因子控制 H 因子增大 卡伯值降低 因此可以利用H 因子确定蒸煮终点 灵活调节生产 根据蒸煮温度的波动调节蒸煮时间 减少卡伯值波动范围 稳定纸浆质量 卡伯值 得率 强度 第三节蒸煮方法与蒸煮技术一 碱法蒸煮 一 蒸煮操作 间歇式蒸煮 1 装料 送液 1 提高单位容积装料量 木片蒸汽装锅器 草片机械装料器 2 药液与料片混合均匀 预浸 3 装料送液时间不宜太长 4 送液液温要恰当 5 料片 药液必须计量准确 2 升温 小放气升温时间宜稍长 均匀升温 升温到一定温度或压力时需进行小放汽 以排除空气 避免假压 松木原料在小放汽时可以回收松节油 3 最高温 Tmax 下的保温视原料品种与浆料要求而定4 喷放配合碱回收 浆料温度与黑液浓度都要高 二 蒸煮工艺条件的确定 间歇式蒸煮 1 用碱量的确定根据 1 原料种类与质量 2 纸浆要求 3 残碱要求 蒸煮终点pH值不低于12 2 液比的确定用碱量一定时 液比的大小影响 1 药液的浓度 2 药液与原料的混合 3 蒸煮锅内药液的循环一般采用的液比 蒸球1 2 1 3立锅1 4 1 5 3 硫化度的确定取决于原料种类 木素含量 组织结构等 和成浆要求 卡伯值 一般 针叶木25 30 草类原料15 左右阔叶木一般处于两者之间深度脱木素蒸煮的硫化度要提高一些4 升温时间取决于原料种类 木素含量 组织结构等 和成浆要求 卡伯值 5 最高温度与保温时间取决于原料种类 木素含量 组织结构等 和成浆要求 卡伯值 二 亚硫酸盐法蒸煮 一 蒸煮操作1 碱性亚硫酸盐法与中性亚硫酸盐法 与碱法蒸煮操作基本相同2 酸性亚硫酸盐 钙 法 1 装锅 送液控制木片水分40 45 有利于药液渗透和增加装锅量 采用蒸汽装锅器 提高木片温度 使木片在锅内分布均匀 初步排除空气和挥发性树脂 有利于药液渗透和增加装锅量 先装锅 后送液 装锅完毕盖上锅盖后 从锅体下部泵入蒸煮液 使药液中逸出的SO2气体为木片所吸收 在送液后期 将锅上部排出的气体导入气体回收系统 含较多SO2 2 第一段升温和第一段保温连续而细微的小放汽 避免假压 回收SO2 到达 临界温度 开始第一段保温 使药液充分渗透到木片中去 有利于木素磺化 避免木素缩合 临界温度 与原料品种有关 据工厂经验 白松酸性亚硫酸钙蒸煮 105oC 110oC 马尾松酸性亚硫酸钙蒸煮 117oC左右 3 第二段升温与药液回收在第一段浸透和磺化较充分的前提下 第二段升温可以加速进行 在升温到130oC以前 回收多余的药液 继续升温到最高温度 一般不超过150oC 4 最高温度下的保温根据蒸煮终点确定保温时间 5 大放汽和放锅大放汽 回收SO2 至一定压力时喷放浆料 三 添加助剂的蒸煮技术添加蒸煮助剂的目的 加速脱木素速率 减少纤维素和半纤维素降解 11 氧化性助剂 氧化碳水化合物的还原性醛末端基 使之变成羧基从而避免剥皮反应 1 无机氧化性助剂 多硫化钠Na2Sn 亚硫酸钠 通氧 尚在研究中 2 有机氧化性助剂 蒽醌及其衍生物2 还原性助剂 1 无机还原性助剂 硼氢化钠 使碳水化合物的还原性醛末端基还原为羟基 从而避免剥皮反应 成本高 2 有机还原性助剂 胺类化合物 促进脱木素作用 缩短蒸煮时间 未工业化 四 深度脱木素原理与技术1 深度脱木素技术的产生含有机氯化物漂白废水的污染性低卡伯值纸浆与无 少 污染漂白2 硫酸盐法蒸煮深度脱木素的基本原理在深度脱木素的同时必须尽量减少碳水化合物的降解 1 蒸煮全过程碱浓尽量均匀 2 大量脱木素阶段HS S 2浓度要高 3 黑液 指蒸煮器内 中的固形物含量尽可能低 特别蒸煮后期 4 采用较低的最高温度 3 深度脱木素技术CK ConventionalKraftPulping常规硫酸盐蒸煮MCC ModifiedContinuousCooking改良连续蒸煮EMCC ExtendedModifiedContinuousCooking延伸 进一步 改良连续蒸煮ITC Iso ThermalCooking等温蒸煮Lo solidsCooking 低固形物蒸煮RDH RapidDisplacementHeating快速置换加热蒸煮Super Batch 超级间歇蒸煮 二 第四节蒸煮设备一 间歇蒸煮 BatchCooking 蒸煮锅 碱性条件 酸性条件 蒸球 碱性条件 蒸煮锅和蒸球 二 连续蒸煮 ContinuousCooking 立罐式连续蒸煮器 卡米尔连续蒸煮器 Kamyrcontinuoussystem P83 ESCO P90 低固形物蒸煮示意图 横管式连续蒸煮器 潘迪亚连续蒸煮器 PandiacontinuousDigester P88 斜管式连续蒸煮器 BauerM D P90 三 纸浆喷放与废热回收系统喷放锅 P91 热回收系统 P92 斜管式蒸煮器 第五节化学浆的质量标准 性质与用途一 质量标准国家标准 GB 企业标准 QB 工厂自定指标如 GB13507 92为本色亚硫