制浆原理与工程第节

1、n第二章 化学法制浆(CP: Chemical Pulping) n本章学习要求：本章学习要求：n1、掌握掌握制浆有关术语、蒸煮液的组成、性质和计算n2、掌握掌握蒸煮过程的脱木素模型、传质机理、脱木素反应、碳水化合物降解反应、脱木素动力学和计算机控制方法n3、掌握掌握蒸煮工艺流程、工艺条件、蒸煮助剂(特别是AQ)的原理和应用工艺n4、掌握掌握蒸煮新技术-RDH、DDS、Lo-solids cooking、Compact cooking的过程、特点n5、掌握掌握KP木、草浆的化学组成、物理特性、用途n6、熟悉蒸煮过程n7、了解蒸煮主要设备的结构n第一节 概述n重点：重点：n1、常用术语的含义n2

2、、蒸煮过程的物料衡算n难点难点:n蒸煮过程的物料衡算n化学法制浆化学法制浆，是采用化学方法，尽可能多地脱除植物纤维原料中木素（纤维间的粘合剂），使纤维分离，成为纸浆；同时要求纤维素溶出最少；半纤维素根据需要而有相应的保留(化学浆尽可能保留，溶解浆尽可能溶出)。n一般化学浆脱木素一般化学浆脱木素90%以上，半纤维素溶出以上，半纤维素溶出约约50%，纤维素溶出约，纤维素溶出约10%，少量组分大部，少量组分大部分溶出。纸浆得率分溶出。纸浆得率40%-55%。n本章介绍蒸煮的术语、原理、工艺流程、工艺术语、原理、工艺流程、工艺参数参数、蒸煮过程和主要设备。n一、化学法制浆的分类一、化学法制浆的分类n按

3、所用化学药品不同，可分为：碱法、亚硫酸盐法、溶剂法和生物法几大类，后两类还处于实验研究阶段。n（一）碱法制浆（一）碱法制浆（alkaline pulping）n1、碱法制浆分类、碱法制浆分类n硫酸盐法硫酸盐法(KP, kraft process or sulfate process. 以Na2S和NaOH为蒸煮药品)；是目前最主要化学制浆方法（CP浆产量的95%以上）；n烧碱法(Soda process.主要蒸煮药品为NaOH，又名苛性钠法或苏打法)；主要用于草类原料生产化学浆；n还有预水解硫酸盐法（溶解浆）、多硫化钠法、氧-碱法等。n2、碱法蒸煮工艺流程、碱法蒸煮工艺流程n（二）亚硫酸盐法制

4、浆（二）亚硫酸盐法制浆(SP, sulfite pulping)n1 1、亚硫酸盐法制浆的分类、亚硫酸盐法制浆的分类n主要化学药剂是SO2及其相应盐基组成的酸式盐或正盐水溶液，根据其pH值不同分为：n碱性亚硫酸钠法(AS, alkaline sulfite pulping. Na2SO3、NaOH和Na2CO3)；n中性亚硫酸钠法(NS, neutral sulfite pulping. Na2SO3和Na2CO3为主要蒸煮药品)；n亚硫酸氢盐法(bisulfite pulping. 亚硫酸氢盐和少量H2SO3)；n酸性亚硫酸盐法(acid sulfite pulping. H2SO3和少量亚

5、硫酸氢盐)。n前二种方法草类原料CP浆、木材原料SCP浆和CMP浆；后二种方法CP浆。2、亚硫酸盐法制浆的生产流程、亚硫酸盐法制浆的生产流程nKP法特点：n（1）适用于各种植物纤维原料适用于各种植物纤维原料；n（2）蒸煮时间较短，纸浆强度好纸浆强度好，未漂针叶木浆被称为牛皮浆 Kraft pulp，纸浆颜色深；n（3）成熟、可靠的蒸煮废液回收技术可靠的蒸煮废液回收技术，可从一些木材中回收松节油和塔罗油等副产品。nSP法特点：n（1）Klason木素含量相同时，纸浆得率比碱法略高；n（2）未漂浆白度高未漂浆白度高，不用漂白就能用于制造多种纸张，且纸浆容易漂白；n（3）蒸煮废液回收没有很好解决蒸煮

6、废液回收没有很好解决。（三）（三）KP法和法和SP法制浆特点法制浆特点n二、蒸煮液的组成和性质二、蒸煮液的组成和性质n1、Soda法蒸煮液的组成和性质法蒸煮液的组成和性质n1）组成：主要成分NaOH，还有少量Na2CO3（绿液中未苛化的，以及由于NaOH吸收空气中CO2而形成的）。n2）性质：主要是NaOH的强碱性质（pH接近l4）。蒸煮时主要是NaOH起作用。n2、KP法蒸煮液的组成和性质法蒸煮液的组成和性质n1）组成：主要成分NaOH+Na2S，还有少量Na2CO3、Na2SO4、Na2SO3和Na2S2O3，甚至还可能有少量Na2Sn (多硫化钠)。n2）性质：除有NaOH的强碱性起作用

7、外，Na2S电离后的S=离子和水解后的产物离子和水解后的产物HS=离子离子也起着重要的作用。此外，Na2CO3和Na2SO4，甚至Na2Sn (多硫化钠)等成份也起一定的作用，所以蒸煮液的性质比较复杂，而且受蒸煮液pH影响很大。n不同pH时Na2S、Na2CO3、Na2SO3的电离与水解后各组分的浓度关系见图2-3。npH=14时，硫化钠水溶液以S2-离子为主；npH=13时，S2-离子和HS-离子各半；npH=12时，以HS-离子为主；npH10时几乎全部是HS-离子；npH继续下降，HS-离子浓度降低，而H2S浓度增加。 笑话 http:/ 笑话 崆銵莒n3、SP法蒸煮液组成和性质法蒸煮液

8、组成和性质npH10，SO32-离子为主，ASP法法(pH10-13.5)，蒸煮液组成：Na2SO3、NaOH、Na2CO3；npH=7左右，SO32-离子和HSO3-离子各半，NSP法法，蒸煮液组成：Na2SO3、Na2CO3；npH=4.5左右，HSO3-离子浓度到达最高点，亚硫酸氢盐法亚硫酸氢盐法，蒸煮液组成：亚硫酸氢盐为主，少量亚硫酸；npH值再下降，HSO3-离子浓度下降，而H2SO3浓度迅速增加，酸性亚硫酸盐法酸性亚硫酸盐法，蒸煮液组成：亚硫酸为主，少量亚硫酸氢盐。n三、化学制浆常用术语及有关计算三、化学制浆常用术语及有关计算n（一）碱法制浆中常用术语及有关计算（一）碱法制浆中常用

9、术语及有关计算nKP法蒸煮液中药品主要为：NaOH、Na2S，还有少量Na2CO3、Na2SO4、Na2SO3和Na2S2O3。n换算成相等换算成相等Na原子的质量原子的质量，以Na2O表示(也可以用换算成相当量的NaOH，需注明)即62gNa2O相当于80gNaOH或78gNa2S、或106gNa2CO3。P34表2-2。n浓度通常以g/L表示n1 总碱Total alkali：KP法NaOH+Na2S+Na2CO3+ Na2SO3+Na2SO4+Na2S2O3(不包括NaCl)，以Na2O或 NaOH表示；烧碱法指NaOH+Na2CO3。n2 总可滴定碱总可滴定碱Total titrata

10、ble alkali ：指碱液中可滴定的碱。KP法指：NaOH+Na2S+Na2CO3+ Na2SO3，烧碱法：NaOH+Na2CO3；以N2O或 NaOH表示。n3 活性碱活性碱 Active alkali：KP法NaOH+Na2S，烧碱法指NaOH，以N2O或NaOH表示。n4 有效碱有效碱 Effective alkali：烧碱法指NaOH，KP法NaOH+1/2Na2S，以N2O或NaOH表示。n5 活化度活化度Activity：活性碱对总可滴定碱(都以N2O或NaOH表示)百分率。n活化度(%)=活性碱100/总可滴定碱。n6 硫化度硫化度Sulfidity：在KP法蒸煮液中，Na2

11、S的量占活性碱含量的百分率：n硫化度(%)=Na2S100/(NaOH+Na2S)n计算时，需先将计算时，需先将NaOH和和Na2S换算成换算成Na2O或或NaOH相当的量。相当的量。n例1：分析得到蒸煮液中NaOH、Na2S含量分别为80g/L和20g/L，试计算该蒸煮液的硫化度。n解：硫化度n= (2080/78)/(2080/78+80)n=20.4%n或者，硫化度n=(2062/78)/(2062/7862/78+8062/8062/80)n=20.4%n7 蒸煮液蒸煮液Cooking liquor：蒸煮时所用的药液n8 黑液黑液Black liquor：原料经碱法蒸煮以后，从纸浆中分

12、离出来的残液，其颜色为黑色，叫黑液。n酸法蒸煮得到的残液，其颜色为红色，称为红液红液。n9 绿液绿液Green liquor：黑液在碱回收炉中燃烧后，以熔融物状态流出，溶解于稀白液或水中的溶液。因其中铁为Fe2+而呈绿色。n主要成分：Na2CO3+Na2S，也有一定量的Na2SO4、Na2S03、Na2S2O3、NaOH、Na2Sn。n10 白液白液White liquor：绿液用Ca(OH)2苛化所得溶液，供蒸煮用的药液。nNa2CO3+Ca(OH)2=NaOH+CaCO3n11 用碱量用碱量Alkali charge：指蒸煮时活性碱用量(重量)对绝干原料重量的百分比，要注明是以要注明是以N

13、a2O计，计，或者以或者以NaOH计计。n例例2：实验室蒸煮松木的用碱量20(以以Na2O计计)，硫化度25，装锅量1.5kg(绝干)，试计算每锅的NaOH和Na2S用量。n解：每锅活性碱量=1.5kg20=0.3kgn每锅Na2S用量=0.3kg25=75g(以Na2O计)= 75g78/62=94.355gNa2Sn每锅NaOH用量=0.3kg(1-25)=225g(以Na2O计)=225g80/62=290.323gNaOHn12 耗碱量Alkali consumption：蒸煮时实际消耗的碱量。以活性碱对绝干原料质量百分数表示。n13 13 液比液比Liquor-to-wood rat

14、io：蒸煮器内绝干原料质量(kg或t)与蒸煮总液量体积(L或m3)之比。n例如：液比为1:3，即指1kg绝干原料需3L的蒸煮总液量。n总液量包括：加入蒸煮锅的碱液（白液）量、总液量包括：加入蒸煮锅的碱液（白液）量、原料带来的水分原料带来的水分、黑液或水、黑液或水( (均以体积表示均以体积表示) )。n例例3：在例2中假设液比为1:5，木片干度为90%，NaOH药液浓度为200g/L，Na2S药液浓度为50g/L，试计算每锅需加水量。n解：蒸煮总液量=1.55L=7.500Ln木片中带的水量=1.510/90=0.167LnNa2S药液体积=94.355g/50g/L=1.887LnNaOH药液

15、体积=290.323g/200g/L=1.452Ln则，所需加水量=7.500-0.167-1.887-1.452n =3.994Ln14 绝干原料和风干原料n绝干oven dry (bone dry) 原料：指不含水分的原料。通常是指105烘干至恒重时的重量。n风干air dry 原料：通常指在室内自然干燥后的原料。没有注明时，一般是指原料的水分为10%。n15 纸浆得率纸浆得率Pulp yield：分为粗浆得率和细浆得率。n原料蒸煮后所得绝干(或风干)粗浆质量对蒸煮用绝干(或风干)原料质量百分比，称为粗浆得率粗浆得率n粗浆筛选后所得绝干(或风干)细浆质量对蒸煮用绝于(或风干)原料质量百分比

16、，称为细浆得率细浆得率n例例4：在例3中假设蒸煮纸浆经洗净后，称得湿浆重为3600g，再经筛浆后称湿浆重为3375g，又测得粗、细湿浆的干度均为20%，试分别求粗浆得率和细浆得率。n解：粗浆得率=3.60020%/1.5=48%n细浆得率=3.37520%/1.5=45%n16 纸浆硬度：纸浆硬度：纸浆中残留木素和其他还原性物质的相对量，或者说，间接地表示纸浆中木素含量。n测定方法较多，可用高锰酸钾、氯或次氯酸盐等作为氧化剂来测定。用高锰酸钾作为氧化剂测定方法最为普遍。根据测定条件不同，又可分为几种表示，常用的有：卡伯值卡伯值(Kappa number) 、高锰酸钾、高锰酸钾值值(Perman

17、ganate number) 。n纸浆Kappa值(或高锰酸钾值)与浆料中木素含量有近似线性的关系，但不同种类浆料的关系不同，因此不能用纸浆Kappa值(或高锰酸钾值)来表示纸浆中木素的绝对含量。n蒸煮工艺计算示例蒸煮工艺计算示例n某厂以芦苇为原料，采用硫酸盐法蒸煮，设备为110m3立锅，锅装锅量18t(绝干)，用碱量12%(Na2O计)，硫化度12%，液比1:4.2，药液温度80，求（1）装锅密度；（2）总碱量；(3)NaOH、Na2S用量；(4)总液量；(5)如用NaOH浓度为70g/l，Na2S浓度为9g/L的白液应如何配碱?(设芦苇水份为20%)n解：装锅密度=装锅量/设备容积=181

18、000/110=163.6（kg/m3）n总碱量=181000l2%=2l60kg(Na2O计)nNa2S=216012%=259.2kg(Na2O)=259.278/62=326kg(Na2S)nNaOH=(2160-259.2)80/62=2452.6kg(NaOH)n总液量=4.218=75.6 m3n白液体积=2452.6/70=35 m3n其中：Na2S=359=315kg 尚需补Na2S=326-315=11kgn已知芦苇水份为20%，则芦苇带来水量=1820/80=4.5(m3)n需补液量=75.6-35-4.5=36.1(m3)n即在使用35m3的白液基础上，配碱时尚须补加11kg Na2S和36.1 m3黑液。n（二）（二）SP法蒸煮常用术语法蒸煮常用术语n（1）化合酸(简写为CA：combined acid)n又称化合SO2，指与盐基(Ca2+、Mg2+、Na+、NH+4等阳离子)组成正盐(CaSO3等)的SO2，以质量/体积百分数(，即每100mL酸液中含多少克SO2)表示。n（2）游离酸(简写为FA：free acid)n又叫游离SO2，指使正盐变成酸式盐Ca(HSO3)2等的SO2、H2SO3中的SO2、以及溶解于药液中的SO2，以质量/体积百分数()表示。n（3）总酸(简写为TA：total acid)n又叫总SO