制浆造纸工艺芦苇硫酸盐法浆毕业论文.doc

摘 要 本文对芦苇浆经过处理后再漂白 与常规 CEH 三段漂进行比较 探讨少 氯漂白的研究的可能性 实验结果表明 常规三段漂的适宜条件是 C 段浆浓 3 时间 60min 温度 25 pH10 H 段浆浓 6 时间 120min 温度 40 pH 值 7 5 8 0 终了 8g 绝干浆 用氯量在 8 0 C H 6 5 3 5 时白度最高 先进行 NaNO3预处理后 CEH 三段漂 能达到更好的漂白效果 NaNO3预 处理的最佳工艺条件为 浆浓 9 0 0 16mol kg水NaNO3处理量 26ml 0 2M 的 H2SO4用量 0 9 温度 90 时间 120min 卡伯值由原来的 17 506 下降到 7 128 经处理后白度在用氯量 4 升至最高为 85 3 ISO 增加 了 10 ISO NaNO3预处理后 EH 二段漂的白度达到 81 3 ISO 粘度为 700 8 氧碱漂前预处理最佳条件 酸性 H2O2的用量 0 2 浆浓 5 温度 60 时间 30min pH 值 3 氧碱漂的最佳条件 用碱量 3 最高温度 115 保 温 60min 氧压 1 0Mpa MgSO4用量 0 5 H2O2用量 0 8 浆样 20g 浓度 1 漂后的粘度下降为 682 8 卡伯值 5 113 经氧碱漂后再 CEH 三段漂的白 度在用氯量 4 0 时增加了 10 6 ISO 粘度浆至 474 6ml g CEpH 漂白的最佳条件为 C 段 E 段和 H 段的条件与前面的常规三段漂 的条件是一样的 E 段中 p 段 H2O2的用量 0 8 Na2SiO2的用量 2 MgSO4 的用量 0 05 用氯量在 8 时的白度比常规漂多 2 ISO 粘度降低到 618ml g 结果表明 经处理后在漂白的白度都有所增加 其中氧碱后处理的白度 增加最多 但粘度下降的也最多 而过氧化氢的白度虽然增加的不是最多 但粘度下降的最少 关键词 芦苇硫酸盐法浆 NaNO3 氧碱漂白 过氧化氢 少氯漂白 ABSTRACT Bleaching after reed plup has been deal with and compare with conventionality CEH three sequence bleaching the possibility of bleaching for low chlorine has been discusscd The results show that the conventionality CEH three sequence bleaching with the optimum conditions of C sequence consistency of pulp 3 time60min temperature 25 pH less then 2 E sequence consistency of pulp 10 time90min temperature 60 pH more then 10 H sequence consistency of pulp 6 time120min temperature 40 pH about 7 5to8 0 ending absolutely dry of pulp 8g use chlorine 8 C H 6 5 3 5 the brightness was the best of all If use NaNO3 deal with the CEH three sequence bleaching in advance the result will be obtain higher brightness with the optimum conditions of NaNO3 deal with in advance consistency of pulp 9 the 0 16 mol l NaNO3 of dosage 26ml the 0 2M H2SO4 of dosage 0 9 temperature 90 time 120min kappa value fall to 7 128 compare with formerly 17 506 the brightness of use chlorine 4 has been deal with attin top of 85 3 ISO add to 10 ISO EH two sequence bleaching after NaNO3 deal with the brightness reach 81 2 ISO viscosity 700 8ml g with the optimum conditions of oxygen bleaching deal with in advance acidity of H2O2 0 2 consistency of pulp 5 time30min temperature 60 Ph value 3 with the optimum conditions of oxygen bleaching alkali3 top temperature 115 heat preservation 60min oxygen press 1 0Mpa MgSO40 5 H2O2 0 8 absolutely dry of pulp 20g consistency of pulp 10 the viscosity fall to 682 8 after bleaching kappa value 5 113 CEH three sequence bleaching after oxygen bleaching has been deal with the brightness increase 10 6 ISO the viscosity fall to 474 6ml l The conventionality CEpH three sequence bleaching with the optimum conditions of C E and H sequence conditions the same as conventionality CEH three sequence bleaching E sequence contain p sequence of H2O2 0 8 Na2SiO3 2 MgSO40 05 the brightness of use chlorine 8 than conventionality CEH three sequence bleaching2 ISO the viscosity fall to 618ml g The results show that the brightness of bleaching after reed has been deal with are all increase the brightness of oxygen bleaching most increase but the viscosity fall a great many moreover thought the brightness of H2O2 bleaching increase does not many the viscosity fall a litter Key words KP reed plup NaNO3 oxygen bleaching hydrogen peroxide low chlorine bleaching 目 录 第一章 前言 I 1 1 制浆原料 芦苇 1 1 1 1 芦苇的纤维特性及形态特征 1 1 1 2 苇浆应用范围 2 1 2 制浆方法 硫酸盐法制浆 3 1 3 少氯漂白 3 1 3 1 常规 CEH 三段漂 3 1 4 氧系漂剂的应用及发展 5 1 4 1 氧碱漂白 5 1 5 过氧化氢漂白 10 1 5 1 过氧化氢与木素的化学反应 10 1 5 2 过氧化氢与碳水化合物的反应 10 1 5 3 过氧化氢漂白的改进与发展 11 1 6 硝酸钠预处理 11 第二章 实验 12 2 1 法芦苇浆的制备 12 2 1 1 原料来源 12 2 1 2 蒸煮工艺条件 12 2 1 3 蒸煮药品 12 2 1 4 蒸煮过程 12 2 1 5 浆料分析 13 2 2 漂白方法 13 2 2 1 漂白药品 13 2 2 2 氧碱漂白前的预处理 14 2 2 3 氧碱漂白 15 2 2 4 硝酸钠活化预处理设备 恒温加热水浴锅 16 2 3 浆片分析 17 第三章 结果与讨论 18 3 1 常规 CEH 三段漂白适宜条件的探讨 18 3 1 1 用氯量对白度的影响 18 3 1 2 H 段用碱量探讨 19 3 1 3 H 段时间对漂白的影响 21 3 2 酸性硝酸钠前处理效果探讨 22 3 2 1 酸性硝酸钠处理适宜条件的探索 22 3 2 2 活化剂用量的影响 24 3 2 3 时间对处理的影响 25 3 2 4 温度对处理的影响 25 3 2 5 硝酸钠处理后 CEH 常规漂 27 3 3 氧碱漂白处理后的 CEH 三段漂 29 3 3 1 氧碱漂处理 29 3 3 2 氧碱漂白后的 CEH 漂 30 3 3 3 减氯的 CEH 三段漂 31 3 4 CEPH 漂白的研究 32 第四章 结论 34 参考文献 35 致 谢 36 第一章第一章 前前 言言 20 世纪以来 随着工业的发展 污染问题逐渐成为迫切解决的问题 造 纸工业作为众多引起污染的主要工业之一 其蒸煮废液 漂白废液等已造成了 巨大的危害 受到全世界的关注 1 为了摆脱环境被污染 实现社会可持续发展 近些年人们进行大量的研究 ECF 和 TCF 的成功应用 TCF 高白度漂白系统 二氧化氯都不用 从根本上解 决氯污染 使用纸浆漂白工业进行了无污染的时代 我国是森林资源贫乏的国家 人多地少 经过多年的努力 我国的森林面 积已达 1 75 亿公顷 覆盖率增加到 18 21 森林蓄集量 124 56 公顷 不到 世界水平的 1 4 人均森林蓄集量 9 421 立方米 不到世界平均水平的 1 6 随着国民经济的发展 我国纸和纸板需求量于 2010 年将达到 8000 万吨 如果平均吨纸消耗 4 5 立方米木材 大概需要 0 3 0 37 亿公顷林地 根据国 家林业局第六次全国森林资源清查结果 目前我国人工林面积仅为 0 53 亿公 顷 目前世界造纸工业用材占总采伐量的比例为 14 4 我国可有于造纸工业的 用材量将远远不足 另一方面 我国有足够的禾草类纤维资源 长期以来积累 了丰富的禾草类纤维制浆造纸的经验 事实证明 草类纤维原料在中国纸业中 将继续发挥举足轻重的作用 为了充分利用我国草类纤维 就非常有必要进行少氯漂白研究 减轻氯漂 白污染 1 1 制浆原料 芦苇 1 1 1 芦苇的纤维特性及形态特征 芦苇 Reed 学名 Phragmites Trin 禾本科 一年生草本植物生长于池 沼 河岸 湖边 水渠 路旁 叶片广披针形 排列成两行 夏秋开花 圆锥 花序长 10 14cm 苇与荻常混生 荻分枝稍伸展 而苇的分枝较为合拢 表 1 1芦苇的纤维形态 11 长度 宽度 长宽比 单壁厚 腔径 壁腔比 杂细胞 mm um um um 平均 一般 平均 一般 1 12 0 60 1 60 9 7 5 9 13 4 115 3 0 3 4 1 77 35 5 表 1 2 芦苇纤维长度频率分布表 卡诺酸 酸 性 H2O2 亚硝酸钠 15 因此 选择哪一种试剂做为浆料的预处理试剂是要通 过实践检验的 B 过氧化氢强化氧漂过氧化氢强化氧漂 与压力高温过氧化氢漂白在实质上是一致的 氧脱木素 后的纸浆仅用 QP 进行漂白 4 小时内针叶木浆的白度可达 80 85 ISO 阔 叶木浆的白度可达 83 87 ISO 如果采用 Q PO 即在氧压下 0 5MPa 105 进 行过氧化氢漂 则 1 3 小时内阔叶木浆白度可达 88 5 91 5 IS0 过氧化氢 是一种弱氧化剂 强化过氧化氢漂白即采用更高的温度在压力 通常为氧压 下进行漂白 以增强氧脱木素能力和漂白作用是实现 TCF 漂白和达到高白度 的必经途径 4 研究结果表明 在 95 120 范围内 随着温度的升高 H2O2 和 NaOH 的消耗速率增加 浆液 pH 值下降 纸浆白度提高 卡伯值降低 相 对地 纸浆的粘度损失增加 在任一恒定温度下 随着压力的升高 纸浆卡伯 值的下降略有增加 而白度明显提高 加压能增加氧的溶解度和强化传质过程 当温度高于液相沸点时 在液浆界面会产生蒸汽泡 因而降低了液浆相间的传 质系数 将压力提高到该温度对应的蒸汽压以上 可防止蒸汽泡的形成 以维 持足够高的液浆相间传质系数 理论上 较高的氧压可以防止过氧化氢漂白时 所不希望发生的副反应 22222222 2 1 OOHOHOHOOHHOOOH 由此可见 加压可以阻止上述化学平衡向右进行 1 5 过氧化氢漂白 1 5 1 过氧化氢与木素的化学反应 过氧化氢是一种弱氧化剂 他与木素的反应主要是与木素侧链上的羰基和 双键反应 使其氧化 改变结构后将侧链碎解 木素结构单元苯环是无色的 但在蒸煮过程形成各种醌式结构后 就变成 有色体 因此 过氧化氢与木素结构单元苯环的反应 使其变为无色的其他 结构 导致笨环氧化开裂最后形成一系列的二元酸和酚香酸 过氧化氢漂白过程中形成的各种游离基也能与木素反应 例如 氢氧游离 基与浆中残余木素反应形成酚氧游离基 过氧离子游离基 O2 与酚氧游离 基中间产物反应生成有机氧化物 再降解成低分子量化合物 18 1 5 2 过氧化氢与碳水化合物的反应 在温和条件下进行过氧化氢漂白 过氧化氢与碳水化合物的反应是不重 要的 但在过氧化氢漂白过程中 H2O2分解生成的氢氧游离基 HO 和氢过 游离基 HOO 都能与碳水化合物反应 HOO 能将碳水化合物的还原性末端 基氧化成羧基 HO 既能氧化还原性末端基 也能将醇羟基氧化成羰基 形成 乙酮醇结构 然后在热碱溶液中发生糖苷键的断裂 H2O2分解生成的氧在高 温碱性条件下 也能与碳水化合物作用 因此 化学浆经过过氧化氢漂白后 纸浆粘度和强度均有所降低 若漂白条件强烈 又没有有效地除去浆中的过 渡金属离子 漂白过程中形成的氢氧游离基过多 碳水化合物会发生严重的 降解 因此 必须严格控制好工艺条件 1 5 3 过氧化氢漂白的改进与发展 1 金属离子分布的控制 4 浆中存在的金属离子对过氧化氢漂白性能有重要的影响 锰 铜 铁等过 渡金属离子会催化分解 H2O2并产生游离基有利于脱木素 但这些游离基会引 起 H2O2的无效分解 并导致碳水化合物的降解 碱土金属离子 Mg2 Ca2 能稳定 H2O2并保护碳水化合物 因此 H2O2 漂白时必须控制浆中的 金属离子分布 即尽量去除过渡金属离子而保留适量的碱土金属离子 主要 有螯合处理 酸处理等 6 2 过氧化氢的活性 有些化合物 能够活化过氧化氢 提高漂白效率 这些化合物称之为 H2 的活化剂 例如 氨基氰能与过氧化氢反应生成氨基过氧酸 1 压力高温过氧化氢漂白 过氧化氢是一种弱氧化剂 为了增强过氧化氢的脱木素和漂白作用 目前 已有许多工厂采用强化过氧化氢漂白 即在更高的温度下用氧加压的过氧化 氢漂白 称之为 PO 漂白 PO 段结合碱氧漂白和过氧化氢漂白的优点 明显改善了漂白效果 理论上 较高的氧压可以防止过氧化氢漂白是所不希 望发生的副反应 8 1 6 硝酸钠预处理 酸性硝酸钠预处理中 对残余木素起作用的是硝基阳离子 NO2 亚硝基 阳离子 NO H 等等 在用 H2SO4 调介质 pH 值时 NO2 的产生可能由下式 决定 NO3 2H2SO4 NO2 H2O 2HSO4 从式中可看出 NO2 产生与 H2SO4 和 NO3 离子的含量有关 二者之一用 不足均会造成 NO2 离子产生量的不足 从而影响对残余木素的脱除 NO2 离 子对木素的作用主要是分香环的亲电取代反应 并可使侧链断开 残余木素得 到部分降解 还可令苯环上的甲氧基脱去甲基形成甲醇 从而增加了木素分子 上的酚羟基 第二章第二章 实实 验验 2 1 法芦苇浆的制备 2 1 1 原料来源 本实验所选用的芦苇原料是由辽宁金城纸厂提供的 首先 将筛选好的芦 苇放入塑料袋中平衡水分 而后测定原料中所含水分以备用 2 1 2 蒸煮工艺条件 用 碱 量 19 5 NaOH 计 硫 化 度 17 液 比 1 5 最高温度 155 升温时间 80min 保温时间 90min 110 时小放气 前 50 分钟升温不超过 120 2 1 3 蒸煮药品 NaOH 固体 Na2S 49 73g l 2 1 4 蒸煮过程 称取绝干浆 1500g 放置于 型电热回转蒸煮锅 15 升 中 按照 制定的工艺条件将药品试剂加入到原料中 严格控制升温温度和时间 保证前 50 分钟升温不超过 120 并且在 110 时进行小放气 小放气结束后继续升 温到最高温度 开始保温 计时 保温 90 分钟后进行大放气使锅内压力降至 零 开锅取浆 将取出的浆放置于干净的布袋中 用水洗涤至洗出的水为无色 然后将洗好的浆样撕散于干净的塑料袋中 放置冰箱中平衡水分 测出水分 2 1 5 浆料分析 白度 卡伯值 粘度按国家标准方法测量计算 表 2 1未漂浆料的性质 水分 白度 卡伯值粘度 ml g 73 627 317 51853 75 2 2 漂白方法 2 2 1 漂白药品 1 氯水及次氯酸盐漂液 2 氯水和次氯酸盐的制备 把固体次氯酸盐倒入桶中 倒入自来水 使水的 量比固体量多 2 3L 然后用棒搅动 盖上桶盖静止一天 用吸管把清液吸入 两个瓶中 其中一个瓶作为次氯酸盐漂液 另一个瓶加入盐酸 使 pH 调到 2 左右 氯水制备完备 有效氯含量的测定 用移液管吸取 5ml 漂液于盛有 45ml 蒸馏水的 250ml 锥 形瓶中 加入 10ml100g l 碘化钾溶液及 20ml20 醋酸溶液 使呈酸性 用 0 1mol lNa2S2O3标准溶液滴定至浅黄色时再加入淀粉指示剂 5ml 继续滴定 至蓝的色刚好消失为至 使用以下公式计算有效氯含量 有效氯含量 式中 V 滴定用 Na2S2O3标准溶液体积 ml C Na2S2O3标准溶液 mol l 0 0355 与 1mmol Na2S2O3相当的有效氯量 g 2 过氧化氢的测定 用移液管吸取过氧化氢漂液 2ml 放入预先装有 100ml 蒸馏水的 250ml 锥 形瓶中 加入 20 硫酸溶液 10ml 100g l 碘化钾溶液 10ml 和 3 滴新配制的钼 酸铵饱和溶液 用 1mol lNa2S2O3 标准溶液滴定至淡黄色后 加入淀粉指示 剂 10ml 继续用硫代硫酸钠标准溶液滴定至蓝色刚好消失 过氧化氢的含量 式中 V 滴定时耗用 Na2S2O3标准溶液量 ml C Na2S2O3标准溶液的浓度 mol l 0 017 1mmol Na2S2O3相当的过氧化氢 g 2 2 2 氧碱漂白前的预处理 2 2 2 1 预处理剂预处理工艺条件 药剂用量 浆浓 温度 时间 minpH 值 酸性 H2O20 25 60303 H2SO4 2 2 2 2 操作过程 首先 根据原浆的水分在电子天平称取两份 30g 绝干浆料 分别放入聚乙 烯塑料袋中 根据浆浓加入蒸馏水 然后按照确定的工艺条件加入 相应的 25 1000 0355 0 CV 2 1000 017 0 CV 药品 用 NaOH 或 H2SO4调节浆料液的 PH 值 用绳将塑料袋扎紧 不断揉搓 使浆料与预处理剂混合均匀 放入水浴锅内 调节到需要的温度 到达规定的 时间后 将浆料用蒸馏水洗净 后进行氧碱漂白 以确定最佳预处理条件 2 2 3 氧碱漂白 2 2 3 1 药品 MgSO4 50g l NaOH 43 65g l 2 2 3 2 漂白设备 高压釜 型号 FYX 型 容积 1L 搅拌转速 50 1000r min 加热功率 1 5KW 设计压力 12Mpa 最高工作压力 10Mpa 设计温度 350 最高工作温度 300 水压试验压力 17 7Mpa 气密试验压力 12Mpa 爆破阀试验压力 11Mpa 2 2 3 3 操作过程 A 把预处理过的浆料装入高压釜中 用移液管量取药品 B 把药品加入高压釜中 用玻璃棒搅拌 使药品和浆料充分混合 C 安装密封锅盖 输入指定氧压 调节电压 150V 开始加热 同时开动搅 拌装置 调节转速为 250r min D 当温度达到预期温度时 停止加热 待温度达到要求时计时 开始保温 E 保温时间到达后 冷却 温度下降到 60 以下 放锅 取浆 F 将取出的浆料用布口袋洗涤 洗净后用打散器打散 用布氏漏斗抄成浆片 待浆片自然风干后用于测定浆样的白度 卡伯值和粘度 2 2 4 硝酸钠活化预处理设备 恒温加热水浴锅 型号 GSY II 电源电压 220V 功率 5 KW 温度范围 37 100 温波 1 2 2 4 1 硝酸钠活化预处理工艺条件 浆浓 9 每次取 8g 克绝干浆为固定条件 其它条件则进行条件试验 2 2 4 2 操作过程 首先将浆料放入塑料袋中 根据浆浓加入蒸馏水 而后按指定工艺条件加 入预处理剂 用绳将塑料袋扎紧 揉搓 使浆料与药液充分混合后放入事先调 好温度的水浴锅中 当温度到达时 开始计时 到时间后 将浆料放入布口袋 中 用蒸馏水洗净 用布氏漏斗抄成浆片 使浆片自然风干后 供测白度 卡 伯值和黏度 用来选择最佳预处理条件 2 2 4 3 漂白设备 恒温加热水浴锅 型号 GSY II 电源电压 220V 功率 5 KW 温度范围 37 100 温波 1 2 2 4 4 操作过程 将经预处理剂预处理后的浆料放入塑料袋中 依次向浆中加入水 硫酸镁 硅酸钠 过氧化氢溶液 用绳将塑料袋扎紧 充分揉搓 使浆料与药液混合均 匀 而后放入已调好温度的恒温水浴里 进行漂白 在漂白过程中 每过一段 时间 依次揉搓浆料 保证浆料与药液充分混合 当漂白达到规定的时间后 将塑料袋中的残余漂液挤出 测得残余漂液的 pH 值 而后将浆料洗净 用布 氏漏斗抄成浆片 使浆片自然风干后 供测白度和粘度 2 3 浆片分析 经过氧碱漂白后的浆料洗净后 用布氏漏斗抄成浆片 使浆片自然风干后 供测白度 卡伯值和粘度 浆片采用 WSB II 型 d o 白度仪测量 卡伯值和粘 度按照国家标准方法测定计算 20 第三章第三章 结果与讨论结果与讨论 3 1 常规 CEH 三段漂白适宜条件的探讨 由于多种条件的限制 使常规 CEH 三段漂仍是我国现阶段大中型纸厂主要 的纸浆漂白流程 影响化学浆 CEH 三段漂的工艺条件有许多 如总用氯量及 C 与 H 段的用碱量 H 段 pH 值 各段的浆浓温度等 由于 CEH 三段漂条件比较 成熟 所以根据有关参考文献 本文对总用氯量 H 段漂白时间等进行探 讨 其他条件为固定条件 根据有关资料的介绍 CEH 漂的固定条件为 C 段 浆浓 3 时间 60min 温度 25 pH 值10 H 段 浆浓 6 温度 40 pH 值 7 5 8 0 终了 由于本研究的目标是浆经过处理后与常规 CEH 漂达到相同的白度时 减少 用氯量 因此在衡量浆料性质的各指标中后 重点是考察浆料的白度 其次是 粘度 还有卡伯值的变化 3 1 1 用氯量对白度的影响 纸浆漂白时用氯量取决于未漂浆木素含量 浆质量的要求和氯化时其他工 艺条件 如浆浓 温度等 通常希望在氯化段尽可能除去较多的木素 减少 其后次氯酸盐漂白是有效氯用量及其对纤维的损失 14 根据本实验的纸浆卡伯值 取总用氯量 4 6 8 三个点来进行实验 C 段与 H 段有效氯用量之比为 6 5 3 5 同时 H 段用碱量分别是 0 6 0 7 0 8 以控制 H 段 pH 值 H 段漂白时间固定为 120min 分析用氯 量的变化对漂白的影响 找出适宜的用氯量 结果见表 3 1 表 3 1 不同用氯量的 CEH 常规漂白的实验结果 用氯量 C 段E 段 pHH 段白度 粘度 残氯 g l pH残氯 g l pH ISOml g 4 0 6 0 8 0 0 0464 1 82 0 155 2 10 0 155 2 03 11 05 11 53 12 05 0 186 9 3 0 619 10 3 0 248 10 4 75 7 78 0 80 8 827 75 805 34 750 29 图 3 1 用氯量对粘度和白度的影响 由表 3 1 和图 3 1 可知 随着总用氯量的增加 纸浆的白度在增加 但同 时粘度在减少 这说明用氯量增加 从纸浆中脱木素等有色物能力增大 漂白 纸浆中木素含量降低 使纸浆白度上升 但用氯量上升后 碳水化合物受到氯 化降解程度增加 从而使粘度下降 从白度看用氯量达到 8 后白度值增加比 较小 740 750 760 770 780 790 800 810 820 830 840 0246810 用氯量 粘度ml g 74 76 78 80 82 0246810 用氯量 白度 ISO 3 1 2 H 段用碱量探讨 由于在 3 1 1 的实验中表 3 1 的残余 pH 值可见 在实验中用碱量过多 使 pH 值 10 左右 从有关文献资料可知 次氯酸盐漂白段终了 pH 值在 8 左右 pH 值太高不仅浪费碱 而且有较多的残氯不能用于漂白 使成浆白度低 且 污染水资源 因此 本论文又调整 H 段用碱量 做了用总氯量 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 的实验 同时用碱量分别为 0 3 0 3 0 35 0 35 0 4 0 4 探讨用氯量对漂白的影响 结果如表 3 2 和图 3 2 表 3 2 不同 pH 值对 CEH 常规漂白的实验结果 用氯量 白度 ISO 粘度 ml g 终了 残氯 g l pH 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 75 7 81 2 82 4 83 6 85 1 84 9 827 75 824 00 791 75 778 50 743 00 716 50 0 186 9 30 0 093 8 07 0 217 8 24 0 588 8 40 0 279 8 10 0 867 8 35 图 3 2 用氯量对白度和粘度的影响 从上表 3 2 和图 3 2 中可看到 在相同的条件下 H 段用碱量的改变 可使 H 段终了 pH 值不同 对实验结果有一定影响 pH 值 10 左右时白度有一定的提 75 80 85 90 0246810 用氯量 白度 ISO 700 750 800 850 0510 用氯量 粘度ml g 高 粘度略有下降 但下降很少 可充分利用有效氯 提高会增加碳水化合物 的降解 所以 pH 值也不宜太低 这充分说明降低 H 段漂白终了 pH 漂白效果 从表 3 2 和图 3 2 可知当用氯量达到 8 时 白度达到最高值 这说明当用氯 量在 8 的效果最好 过多使用氯 不仅对白度的增加没有多大的帮助 而且 还污染环境 13 造成纸浆粘度不断下降 得率降低 温度降低 3 1 3 H 段时间对漂白的影响 漂白时间的长短 受许多因素的影响 控制漂白时间意味着要控制漂白终 点 一般根据漂液残氯和纸浆白度来确定 漂终残氯控制在 0 02 0 05g l 为 宜 本实验采用 3 1 2 的实验条件 探讨 H 段漂白的适宜时间 实验选 60min 90min 120min 表 3 3 H 段时间 60min 对漂白的影响 用氯量 终了 残氯 g l pH 白度 ISO 4 0 6 0 8 0 0 093 8 07 0 279 8 10 0 774 8 15 74 1 75 6 81 4 表 3 3 H 段时间 90min 对漂白的影响 用氯量 终了 残氯 g l pH 白度 ISO 4 0 6 0 8 0 0 093 7 80 0 314 7 85 0 371 89 49 74 3 81 5 82 3 图 3 3 用氯量对白度的影响 由表 3 3 和图 3 3 可知 H 段漂白时间越长 越可以充分利用有效氯 除 去木素越多 纸浆白度越高 但是同时碳水化合物降解也加剧 实验的结果也 与上述相符 由于本实验主要是考虑白度的变化 从白度看在较低的用氯来量 时 时间对白度的影响比较小 反之 在较高的用氯量时随时间的增加白度的 增加也很明显 H 段的时间选用 120min 后白度基本上不再变化 从节能和提 高设备生产率等方面考虑 H 段以 120min 为宜 3 2 酸性硝酸钠前处理效果探讨 在 CEH 常规三段漂白中 由于使用了大量的氯 是漂白废液中含有较多的 有机结合氯 对水资源造成极大的污染 对于某一白度要求的纸浆在采用 CEH 三段漂中 总用氯量等由未漂浆的硬度 即木素含量的多少决定的 如果能降 低未漂浆中残余木素的含量 就可以降低总有效氯用量 从而降低漂白废液对 水资源的污染 用适当的化学试剂对未漂浆进行前处理 以脱出未漂浆中的部 分残余木素是降低纸浆漂白用氯量的有效方法 其中酸性硝酸钠可作为未漂浆 前处理的有效试剂 酸性硝酸钠处理后 有大量的木素被溶出 且粘度良好 可取代传统的 CEH 段中氯化段 并且白度稳定性好 污染程度小 9 3 2 1 酸性硝酸钠处理适宜条件的探索 探索的条件是 NaNO3的用量 活化剂的用量 时间 温度等 本论文采用 条件试验的方法 对上述各因素逐一讨论 由此确定处理的最佳条件 根据有 70 75 80 85 0246810 用氯量 白度 ISO 70 75 80 85 0246810 用氯量 白度 ISO 关文献的介绍 处理的初始条件定为 浆浓 9 0 绝干浆 8g 主要衡量浆的 脱除木素量 即卡伯值 还有废液的 pH 值 3 2 1 1 适宜用量的探讨 本试验活化剂用量 0 9 温度 90 时间 150min 以探讨酸性 NaNO3用 量 实验条件及结果见表 3 4 和图 3 4 表 3 4 硝酸钠用量对脱木素的影响 NaNO3用量 ml 卡伯值残液 pH 脱木素率 6 5 13 0 19 4 22 7 26 0 29 0 39 0 16 80 16 92 9 32 8 97 7 13 5 67 6 58 2 21 1 90 1 85 1 75 1 88 1 90 1 84 4 0 3 4 46 8 48 8 59 3 67 6 62 4 注 1 本文用残余木素脱除率的大小来表示浆料中残余木素的溶解性能 木素脱除率 式中 K 卡伯值 1硝酸钠用量 mol kg 水 是指一定处理条件下 每 kg 水中的硝酸钠的量 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 01020304050 硝酸钠用量ml 卡伯值 100 始 终始 K KK 图 3 4 NaNO3用量对卡伯值的影响 由表 3 4 可知 随 NaNO3用量的增加浆料的卡伯值逐步的降低 而脱木素 则先增后降的 在硝酸钠的用量在 19 4ml 是有个明显的下降 说明硝酸钠的 用量较少时 对木素脱除的影响是很大的 根据一般文献的介绍 木素的脱除 率在 50 的效果是最好的 因此 当 0 16mol kg水硝酸钠的用量为 26ml 时效 果较好 为了进一步考察其它条件对残余木素溶出的影响 本实验采用 0 16mol kg水硝酸钠的用量为 26ml 3 2 2 活化剂用量的影响 NaNO3前处理能脱出纸浆中残余木素的有效成分为 NO3 为了增加其含量 必须使用活化剂 在此探讨活化剂使用不同用量酸性硝酸钠预处理效果的影响 固定条件为 90 处理时间 150min 硝酸钠用量 0 16mol kg水 浆浓 9 0 绝干浆 8g 活化剂的用量为 0 0 3 0 6 0 9 1 2 五个变化点来 进行研究 实验条件与结果如表 3 5 及图 3 5 所示 表 3 5 不同活化剂用量对脱木素的影响 活化剂用量 相对浆浓 卡伯值残液 pH 0 05 131 65 0 35 071 55 0 65 001 60 0 94 721 70 1 24 491 67 4 4 4 6 4 8 5 5 2 00 2 0 40 60 811 21 4 活化剂用量 卡伯值 图 3 5 活化剂用量对卡伯值的影响 由表 3 5 及图 3 5 可以看出 活化剂的加入 令酸性硝酸钠处理段的脱木 素能力大大增强 即使只加入 0 2 的活化剂 木素的脱除率也增加很多 随 活化剂的用量增至 1 2 时 木素脱除率最高 还可以看出活化剂用量超过 0 9 时 随活化剂的用量增加 脱木素率增加很少 为此 活化剂的用量宜选 0 9 3 2 3 时间对处理的影响 从理论上讲 处理时间越长 脱木素率增加 为此本实验采用活化剂用量 为 0 9 其它条件用 3 2 1 2 取处理时间为 120min 150min 180min 三个 点以探讨时间对处理的影响 实验条件与结果如表 3 6 和图 3 6 所示 时间在 150min 时 卡伯值有个最低点 脱木素率在 150min 时效果最好 但是时间在 120min 时脱木素的效果与 150min 时相差不大 考虑到能源节约问题 选用时 间在 120min 即可 表 3 6 不同处理时间对脱木素影响 时间 min 卡伯值残液 pH 值 120 150 180 4 86 4 72 4 90 1 75 1 70 1 67 0 2 4 6 050100150200 时间min 卡伯值 图 3 6 不同时间对卡伯值的影响 3 2 4 温度对处理的影响 温度的高低将会影响脱木素的速率 温度越高 脱木素率增加 但碳水化 合物降解也加剧 为此本实验采用 3 2 1 3 所确定的条件 来探讨不同温度对 前处理效果的影响 实验中取 70 80 90 95 实验条件和结果如 表 3 7 和图 3 7 所示 可以看出温度在 95 时卡伯值最低 脱木素率最高 温度在 80 和 90 时卡伯值的变化很大 增加的很多 脱木素率较低 经过 比较温度在 90 时 脱木素效果较好 表 3 7 不同前处理温度对卡伯值的影响 表 3 7 温度对卡伯值的影响 温度 卡伯值残液 pH 70 80 90 95 9 25 6 83 4 72 4 62 1 64 1 49 1 61 1 51 0 2 4 6 8 10 60708090100 温度 卡伯值 综上所述 硝酸钠预处理的适宜条件是 浆浓 9 0 26ml 硝酸钠溶液 0 16mol kg 水 活化剂 0 9 时间 120min 温度 90 绝干浆 8g 从上述卡伯值的趋势来看 可以发现 在同样条件下 白度总是和卡伯值 有着相同的变化趋势 这是因为纸浆的颜色大部分来自于木素和抽出物 如果 提高了脱木素率 使木素结构被破坏 形成无色的物质 就可以达到我们处理 的要求 3 2 5 硝酸钠处理后 CEH 常规漂 3 2 5 1 漂白条件 经上述条件的处理后 再经 CEH 三段漂 C 段 浆浓 3 时间 60min 温度 25 pH 值10 H 段 浆浓 6 时间 120min 温度 40 pH 值 7 5 8 0 终了 取用氯量 4 0 6 0 8 0 三个变化点 相对的 E 段用碱量 1 8 2 45 3 1 H 段用碱量 0 3 0 3 0 35 3 2 5 2 处理后常规 CEH 三段漂 通过 3 2 1 的实验我们已经知道 经硝酸钠前处理后浆的木素脱除较多 而粘度的浆低也很多 这为我们后续的少氯漂白创造条件 为此 采用 3 1 实 验中所确定的 CEH 三段漂白条件对经硝酸钠前处理的浆进行漂白 这表明在硝 酸钠前处理中会降低纸浆粘度外 还由于木素含量大大降低从而导致在 CEH 三 段漂中碳水化合物极大降解 由表 3 8 与表 3 3 对比可以看出经处理后浆再经 CEH 三段漂白度都有较大 的增加 即使总用氯量降低 50 以后白度仍高于未处理浆 但在实验过程中 发现漂白的最终漂液 pH 值在 10 3 左右 而残氯的含量也很多 因此 又调整 H 段的用碱量 得出在 H 段不用碱 最后的 pH 值在预定的范围 效果还是不 错的 表 3 8 硝酸钠前处理后 CEH 三段漂条件对比实验 图 3 8 用氯量对白度和粘度的影响 3 2 5 3 硝酸钠处理后 EH 二段漂 由 3 2 1 的实验可知 硝酸钠前处理后再经 CEH 三段漂后浆的粘度下降 较大 说明在 C 段时 碳水化合物降解较大 为此 本实验中去掉 C 段 以 探讨在漂白后的白度 碱性苇浆经酸性硝酸钠预处理后 有 55 左右的残余 木素得以溶出 预处理后的浆料进行碱抽提 又有大约 13 左右的残余木素 得以溶出 可见 酸性硝酸钠预处理 使浆料在保证一定粘度的基础上 具有 较强的脱木素效果 可用来代替传统 CEH 三段漂中的 C 段 经酸性硝酸钠预 处理后 再经碱抽提的浆料进行次氯酸盐漂白 期望将浆料漂至 80 以上的 用氯量 白度 ISO 粘度 ml g 终了 残氯 g l pH 4 0 6 0 8 0 85 3 85 1 87 3 567 8 613 2 479 6 0 464 7 50 0 898 7 98 1 083 7 70 0 200 400 600 800 0246810 用氯量 粘度ml g 84 5 85 85 5 86 86 5 87 87 5 0246810 用氯量 白度 ISO 白度 与氯化相比 适宜的有效氯用量是达到预期白度要求的关键 为此 在 H 段不加碱 保持 pH 在实验要求的范围 E 段 浆浓 10 时间 90min 温度 60 pH 值 10 H 段 浆浓 6 时间 120min 温度 40 pH 值 7 5 8 0 终了 选用用氯量 4 0 一点进行研究 实验结果见表 3 9 表 3 9 用氯量对白度和粘度的影响 由表 3 9 与表 3 3 进行比较 可以看出白度与常规 CEH 三段漂同样的用氯 量提高了 6 个百分点点 而粘度降低到 700 8ml g 相比较其他的处理后漂白 粘度的下降程度是很少的 而且白度的增加也比较多 其白度与 6 0 的总用 氯量的 CEH 三段漂相当 可减少用氯量 1 3 可以降低漂白用氯量 3 3 氧碱漂白处理后的 CEH 三段漂 3 3 1 氧碱漂处理 由于本实验主要是研究在传统 CEH 三段漂白中 在不降低漂后浆白度要求 的前提下 减少有效氯用量 以达到降低污染的目的 3 3 1 1 氧碱漂前预处理 氧碱漂白可以降低浆中残余木素 为少氯漂白创造条件 众所周知 浆中 存在的过渡金属离子 锰 铁 铜等 对氢氧游离基的 形成有催化作用 因 而会加速碳水化合物的分解 为了保护碳水化合物 纸浆在氧脱木素前应进行 必要的预处理以除去过渡金属离子 氧碱漂白前的预处理试剂有很多种 以前 的学友正对此进行专门的探讨 本实验只是用前人研究的 19 以被证明是较优方法的酸性 H2O2 预处理 其漂白前预处理条件 酸性 H2O2的用量 浆浓 温度 60 时间 30min pH 值 3 用硫酸调 整 处理后的浆料用除离子水洗净后 用于氧碱漂白 用氯量 白度 ISO 粘度 ml g 残氯含量 g l 4 081 3700 80 433 3 3 1 2 氧碱漂白 氧脱木素当前是已经确认的工业生产方法 氧脱木素具有成本低 漂浆清 洁高 无污染等优点 在国外化学浆漂白中广泛采用 由于本实验的目标是将 硬度较高的浆漂到高白度 因此在衡量浆料性质的各指标中 我们首要是考察 浆料的卡伯值和白度 其次是粘度 12 氧碱漂白的条件 浆样绝干 20g 浆浓 10 用碱量 3 最高温度 115 保温时间 60min 氧压 1 0MPa MgSO4的用量 0 5 H2O2的用量 0 8 表 3 10 氧碱漂后浆的物理和化学性质 3 3 2 氧碱漂白后的 CEH 漂 氧碱漂后浆的卡伯值降低了很多 原因是氧碱中加了过氧化氢 使纸浆的 硬度下降的很厉害 但是粘度下降的不是很多 16 处理后 CEH 常规三段漂的实验条件 C 段 浆浓 3 时间 60min 温度 25 pH 值10 H 段 浆浓 6 时间 120min 温度 40 pH 值 7 5 8 0 终了 用氯量 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 五个点进行实验 相应的 E 段用碱量 1 8 2 125 2 45 2 775 3 1 每次绝干浆取 8g 根据上次的经验 在 H 段不加碱 实验结果如表 3 11 和图 3 9 所示 表 3 11 氧碱漂白后的 CEH 三段漂白结果 处理后 CEH 三段漂用氯量 白度 粘度 浆料种类含水量 卡伯值粘度 ml g 氧碱漂后浆29 35 11682 8 ISOml g 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 85 9 86 6 87 0 87 1 87 4 474 6 459 8 447 8 426 6 425 4 图 3 9 用氯量对白度和粘度的影响 从 3 11 和表 3 9 的数据对比中可以看出 白度在整体上提高了许多 在 85 8 86 86 2 86 4 86 6 86 8 87 87 2 87 4 87 6 0510 用氯量 白度 ISO 420 430 440 450 460 470 480 0246810 用氯量 粘度ml g 最低的用氯量 4 0 的白度就达到 85 9 ISO 比常规的三段漂要高 10 6 个百 分点 效果提高很明显 最低也增加 2 个百分点 但是随用氯量的增加白度的 增加变的缓慢 而且粘度下降也很多 在实验过程中随用氯量的增加 残液的 有效氯的含量也不断增加 对环境污染也是很大 由于有了上次用碱量的经验 对这次 pH 值控制实验要求的范围 3 3 3 减氯的 CEH 三段漂 由于氧碱处理后 再经 CEH 三段漂 白度提高很多 我们试着减少用氯量 使纸浆在低用氯量的下进行漂白 白度仍可达到较高的要求白度话 则不仅可 减少有机氯的污染 且可以提高纸浆的粘度 因此 本论文又做了用总氯量 2 0 3 0 两点进行降氯漂白实验 C 与 H 段的用氯量比仍为 6 5 3 5 其它 条件不变 实验结果如表 3 12 所示 表 3 12 少氯的 CEH 三段漂白结果 由上表 3 12 可以看出用氯量在 2 0 与 3 0 的白度差别是很大的 可以 看出与表 3 11 相比而 3 0 与 4 0 的用氯量差别确很小 说明在用氯量 3 0 的白度提高最大 通过比较常规 CEH 三段漂的白度 处理后的用氯量在 3 0 的白度与常规用氯量 7 0 的白度相差 0 3 几乎可以相同 本实验还对 处理后的浆粘度进行测定 粘度的降低还是比较多的 但是相比较较多用氯量 的粘度 用氯量 3 0 下降的最少 综上所述 浆经过氧碱处理后 再 CEH 三段漂 相比较常规三段漂的白度 提高的幅度很大 但是粘度的降低也是很大的 用氯量 白度 ISO 粘度 ml g 2 0 3 0 72 3 83 3 516 4 534 8 3 4 CEPH 漂白的研究 为减少漂白中含氯漂剂的用量 本实验采用了再 E 段加 H2O2的强化碱处 理漂白方法 E