第二章2.2蒸煮原理

2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆1第二节蒸煮原理★

蒸煮过程主要是脱除木素的过程。★蒸煮的目的就是利用碱性化学药剂，根据不同类型纸浆的需要尽可能地除去纤维原料中的木素，保留纤维素和半纤维素，并使纤维离解成浆。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆2一、蒸煮液对原料片的渗透作用

主要表现在药液借毛细管作用或扩散作用把药液送入胞间层。（一）毛细管作用

主要靠外加的压力和表面张力作用浸透到纤维空隙内。毛细管渗透速率的大小，是由毛细管半径、推动力大小、蒸煮液的黏度、原料种类和水分含量等决定的。边材比心材易渗透，早材比晚材易渗透，原料水分低易渗透。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆3（二）扩散作用在原料得以充分浸渍后，扩散作用才有效地发生，它主要依靠药液浓度差造成的离子浓度梯度为推动力，使蒸煮液中的离子扩散浸透入原料切片内部。扩散的速率主要取决于离子浓度梯度和有效毛细管的截面积。一般在碱法蒸煮时，草类原料比木材容易渗透。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆4毛细管作用扩散作用阔叶木通过导管，针叶木通过管胞胞腔、纹孔发生有水、有浓度梯度就可发生适宜于较干的木片适宜于被水分饱和的木片顺木纹方向很长距离都有效仅在短距离内有效不能沿横纹方向发生能沿横纹方向发生在边材和心材、不同阔叶木品种、针叶木与阔叶木之间的速率有明显差别不同木材之间的差别不大木材相对密度对其没有影响木材相对密度对其有影响药液组成不重要药液组成有很大影响2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆5二、蒸煮过程中的脱木素化学在碱法制浆过程中，碱液中的碱主要消耗于：①与木素反应；②促使部分纤维素与半纤维素氧化或水解而发生降解；③中和原料中的有机酸以及在蒸煮过程中生成的有机酸类；④对原料中的树脂起皂化作用；⑤少量残留在纤维表面。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆6（一）碱法脱木素化学反应在蒸煮过程中，脱木素反应是最重要的反应，其结果是木素大分子断裂，生成碱木素与硫化木素，从而使纤维分离成浆。酚型α-芳基醚或α-烷基醚联接的碱化断裂酚型β-芳基醚键碱化和硫化断裂非酚型β-芳基醚键碱化和硫化断裂苯丙单元芳基-烷基或烷基-烷基C-C键断裂苯环上甲氧基的甲基断裂缩合反应（缩合导致“黑煮”现象）2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆7（二）、碱法和亚硫酸盐法蒸煮脱木素的顺序

纤维胞间层ML中木素的密度最大

纤维细胞壁S2层中木素含量最多

理论认为：纤维细胞壁S2层中木素先脱除，胞间层ML中木素后脱除。（1.半纤维素在细胞壁S2中先溶出，为木素溶出提供了“通道”；2.含紫丁香基的木素与碱反应快。）

硫酸盐法>酸性亚硫酸盐法>中性亚硫酸盐法2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆8（三）、蒸煮过程中的脱木素反应历程1.初始脱木素阶段木素含量降低约为20％，半纤维素含量降低为40％，纤维素含量降低约为10％。2.大量脱木素阶段木素溶出量约占原有木素含量的约65％。3.残余脱木素阶段最终木素的含量为4-5％（软木）和3％（硬木）左右时，停止蒸煮。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆9（四）、碱与纤维素的反应过程1.剥皮反应

在升温到100℃时就开始了。结果：纤维素聚合度变小，纸浆得率下降，碱耗增加，所以要尽量避免此反应的发生。（主要是各种聚糖的还原性末端基发生降解反应）2.终止反应

它是与剥皮反应同时发生但与其相反的反应。它是在碱性蒸煮条件下，对碱不稳定的纤维素大分子的还原性末端基--醛末端基发生异变而转变成对碱稳定的偏变糖末端基，使剥皮反应终止。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆103.碱性水解

它是选维素大分子链在高温（150℃以上）、强碱的作用下水解断裂，使一个长分子链变为两个或多个短分子链的反应。在碱法蒸煮过程中，蒸煮的最高温度和保温时间要控制适宜，以防碱性水解的过度发生。碱性水解的结果是纸浆的聚合度下降，强度降低，是一种环氧化作用。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆11（五）、碱与纤维素的反应过程半纤维素在碱法蒸煮中的主要反应变化有：1.同样发生剥皮、终止反应及碱性水解，原理与纤维素相同，但反应程度不一。2.半纤维素的乙酰基水解，甲氧基及葡萄糖尾酸基被脱除。3.溶于蒸煮液中的碳水化合物的一部分再沉淀，被纤维素所吸附。4.糖类没有化学降解的碱溶解。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆12三、影响蒸煮质量的主要因素在碱法制浆过程中，影响蒸煮质量的主要因素有：1.植物纤维原料品种、规格和质量（1）品种草类（易煮、得率低）；木材（难煮、强度高）；竹类（适宜于硫酸盐法）。（2）规格及质量木片厚度3～5mm,碎小片和细木条不宜蒸煮，树皮含量的控制。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆132.用碱量、药液浓度和液比（1）用碱量的大小主要取决于原料的化学组成及其分布情况、原料结构及对成浆质量的要求，还要考虑原料片的规格、质量、蒸煮温度和时间等。（2）药液浓度和液比当用碱量一定时，液比大则碱液浓度小，也比小则浓度大。碱液浓度大，虽然蒸煮速度快，可以增加浆产量，但对纤维素和半纤维素都有损伤，还易造成局部生煮。所以在选择时，一般还要考虑以下因素：a.蒸煮方式；b.蒸煮锅形式；c.原料品种。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆143.硫化度在用碱量一定及其他条件相同时，增加硫化度，能缩短蒸煮时间，降低木素含量及保证较高的得率，但过高时（超过40%），则会因有效碱量的下降导致作用结果下降。一般硫酸盐蒸煮时的硫化度针叶材应控制在25～35%，阔叶木为15～25%，竹材为20～30%，草类为10～20%。2023/2/24造纸工程学院－制浆原理与工程第二章化学法制浆154.蒸煮时间和温度蒸煮时间包括升温时间