考研轻工技术与工程2025年制浆造纸工程理论测试试卷（含答案）

考研轻工技术与工程2025年制浆造纸工程理论测试试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在括号内）1.下列哪种制浆方法主要利用化学药品与木素发生化学反应将其脱除？(A)磨石磨浆(B)热磨机械浆(C)亚硫酸盐法化学制浆(D)蒸煮2.在纸机湿部，下列哪种添加剂主要作用是增加纤维与纤维之间的结合力，提高纸张的干强度？(A)湿强剂(B)施胶剂(C)分散剂(D)胶粘剂3.纸张的施胶度是指纸张抵抗液体（如水）渗透的能力，常用的测定方法是？(A)耐破度测试(B)撕裂度测试(C)耐折度测试(D)马丁耐热试验4.下列哪个选项不属于造纸过程中常见的物理净化方法？(A)筛选(B)洗涤(C)除渣(D)漂白5.制浆过程中，用于蒸煮木片的化学药品通常是？(A)氢氧化钠和硫化钠(B)硫酸和盐酸(C)乙酸和丙酸(D)氯气和臭氧6.纸张的干强与湿强相比，通常？(A)湿强更高(B)两者相近(C)干强更高(D)无法比较7.造纸工业中，消耗水量最大的环节通常是？(A)药品制备(B)制浆(C)纸张抄造(D)成品包装8.下列哪种纤维原料通常制成的纸张具有较好的柔软度和吸水性？(A)阔叶木(B)针叶木(C)草类纤维(D)废纸9.在流浆箱中，保持浆料流层均匀和稳定的目的是为了？(A)提高纸机运转速度(B)增加纸张厚度(C)确保纸张表面平滑(D)减少能耗10.下列哪种技术被认为是制浆造纸行业实现绿色化发展的重要方向？(A)增加化石燃料使用(B)高效化学回收(C)最大限度使用填料(D)忽视废水处理二、名词解释（每小题3分，共15分）1.脱木素2.湿部3.纤维结合力4.物料衡算5.清洁生产三、简答题（每小题5分，共20分）1.简述化学制浆过程中，化学药品（如碱液或硫化钠）脱木素的主要反应类型。2.简述造纸过程中洗涤工序的主要目的和原理。3.简述影响纸张吸水性的主要因素。4.简述制浆造纸过程中产生废水的主要原因及危害。四、计算题（每小题8分，共16分）1.某工厂采用硫酸盐法蒸煮200吨木片，蒸煮液浓度为15%（对总固体），蒸煮液循环率为80%。若每吨绝干木片理论耗碱量为150公斤（以NaOH计），试计算此次蒸煮大约需要消耗多少吨NaOH（按进入蒸煮器的蒸煮液计算）？假设蒸煮液密度为1.15g/cm³。2.在某造纸机上，纸浆通过一个长1.5米、宽0.8米的四辊压榨部。纸浆进入压榨前定量为180g/m²，离开压榨后定量为120g/m²。假设压榨区平均压榨度为0.75，试估算该压榨段的脱水率（以绝干基计）。五、论述题（每小题10分，共20分）1.论述提高化学浆得率的途径及其对浆料性能可能产生的影响。2.论述制浆造纸工业实现节能减排可以采取的主要技术措施及其意义。试卷答案一、选择题1.(C)2.(A)3.(A)4.(B)5.(A)6.(C)7.(B)8.(C)9.(C)10.(B)二、名词解释1.脱木素：指利用化学药品或物理方法将植物纤维原料中的木素溶解或分解去除的过程，以改善纤维的可得率、性质和后续加工性能。2.湿部：指造纸过程中，纸浆、水以及各种添加剂（如化学品、填料、助剂）混合、纤维结合形成纸张浆料web的区域，通常位于流浆箱之后、压榨部之前。3.纤维结合力：指造纸过程中，纤维之间通过物理作用（如范德华力、氢键）和化学作用（如作用力、湿强度剂交联）形成的结合强度，是纸张强度的基础。4.物料衡算：指在制浆造纸生产过程中，根据质量守恒定律，对某个系统（如蒸煮锅、洗涤段、筛浆机）或整个生产流程，计算输入物料与输出物料（包括产品、废液、废气、废渣等）之间数量关系的计算方法。5.清洁生产：指将综合预防的环境策略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少对人类及环境的风险。三、简答题1.简述化学制浆过程中，化学药品（如碱液或硫化钠）脱木素的主要反应类型。解析思路：化学制浆通过化学药品与木素发生反应，破坏其结构，使其溶解到蒸煮液中。主要反应类型包括：(1)亲电取代反应：碱液（如NaOH,Ca(OH)₂）中的羟基或氧负离子作为亲核试剂，进攻木素酚羟基的α-位或β-位，使木素侧链的甲氧基（-OCH₃）和羧基（-COOH）脱落。例如：Ar-OCH₃+OH⁻→Ar-O⁻+CH₃OH。(2)氧化反应：硫化钠（Na₂S）在蒸煮液中的还原性硫化物（如HS⁻,S²⁻）或连二亚硫酸钠（Na₂S₂O₄）作为还原剂，将木素结构中的某些可被氧化的基团（如共轭双键、甲氧基在某些条件下）氧化，破坏木素芳香环的稳定性，促进其降解和溶出。(3)还原反应：硫化钠也能与木素中的某些官能团发生还原反应。2.简述造纸过程中洗涤工序的主要目的和原理。解析思路：洗涤是利用水作为分散介质，将溶解在浆料中的化学药品（残留碱液或漂白剂）以及部分细小杂质从浆料中去除的过程。主要目的：(1)回收化学药品，降低生产成本，减少环境污染。(2)降低浆料中的残留化学品浓度，减少后续工序（如漂白、施胶）化学品消耗，并避免对设备、环境造成腐蚀或危害。(3)去除部分溶解性或可溶性无机盐类杂质。原理：主要基于传质原理。通过在洗涤设备（如洗涤槽、洗浆机）中，利用化学药品在水相中的浓度梯度和浆料与洗涤水之间的接触，使化学药品从浓度较高的浆料相转移到浓度较低的洗涤水中，从而实现分离。常用的有扩散传质和电渗析传质（在碱性条件下）。3.简述影响纸张吸水性的主要因素。解析思路：纸张吸水性（或润湿性）是指纸张被液体润湿的能力，主要受以下因素影响：(1)纤维性质：纤维表面的化学组成和结构是决定吸水性的基础。天然纤维表面含有亲水基团（如-OH,-COOH）和疏水基团（如-C₆H₅），纤维素本身的亲水性是主要的。纤维的细度和表面粗糙度也会影响吸水性。(2)纸张结构：纸张的孔隙结构（孔隙大小、分布、连通性）和纤维排列方式。孔隙越大、连通性越好，吸水越快；纤维取向度越高，横向吸水性通常越差。(3)化学添加剂：施胶剂（如松香、AKD、ASA）能在纤维表面形成疏水膜，显著降低纸张的吸水性。湿强剂（如EP、CP）能增加纤维间的结合力，对吸水性有一定影响，但通常不作为主要控制手段。其他助剂也可能有影响。(4)纸张水分：纸张的含水量。通常含水量越高，吸水饱和度越高，吸水能力相对越强（但吸水速率可能受阻滞）。4.简述制浆造纸过程中产生废水的主要原因及危害。解析思路：废水产生源于制浆和造纸的多个环节。主要原因：(1)制浆过程：化学制浆时，大量的化学药品（碱液、硫化物等）及其分解产物随蒸煮液排出；木素在脱除过程中部分溶解到水中；纤维及其碎片流失。生物制浆（如碱法制浆）会产生含有有机物的蒸煮液。(2)洗涤过程：洗涤过程中，为了达到洗涤要求，需要消耗大量水，并将从浆料中洗脱出来的化学药品、木素、纤维碎片等带入废水中。(3)筛选与净化：从浆料中筛除的杂质（如泥沙、未分离的纤维束、黑液等）进入废水。(4)漂白过程：使用氧化性漂白剂（如氯气、次氯酸盐、过氧化氢等）会产生大量含有机卤化物、漂白副产物（如AOX）等有毒有害物质的废水。(5)抄造过程：抄造过程中，从湿部流失的浆料（称为“压榨液”或“白水”）含有未保留的化学品、填料、助剂等。(6)化学助剂使用：施胶、染色、涂布等工序添加的化学助剂随废水排出。危害：制浆造纸废水通常具有水量大、COD（化学需氧量）和BOD（生化需氧量）高、色度深、含有毒有害物质（如AOX、重金属、酚类等）、pH值变化大等特点。若不经处理直接排放，会对水体造成严重污染，危害水生生物，破坏水生态，污染土壤，甚至威胁人类健康。同时，废水中的污染物也难以再生利用，造成资源浪费。四、计算题1.某工厂采用硫酸盐法蒸煮200吨木片，蒸煮液浓度为15%（对总固体），蒸煮液循环率为80%。若每吨绝干木片理论耗碱量为150公斤（以NaOH计），试计算此次蒸煮大约需要消耗多少吨NaOH（按进入蒸煮器的蒸煮液计算）？假设蒸煮液密度为1.15g/cm³。解析思路：计算总理论耗碱量，再根据循环率计算实际补充的碱量。(1)总理论耗碱量=木片绝干量×单位耗碱量=200吨×150kg/吨=30000kgNaOH。(2)设进入蒸煮器的蒸煮液质量为Mkg。蒸煮液中的总固体量=M×15%=0.15Mkg。(3)蒸煮过程中，部分碱随黑液排出，但主要考虑的是维持蒸煮液浓度。由于循环率很高（80%），可以近似认为进入蒸煮器的碱大部分来自于补充。(4)每吨绝干木片消耗的碱量（包括补充和循环部分）=总理论耗碱量/(1-循环率)=30000kg/(1-0.80)=150000kgNaOH/吨木片。(5)按此速率，200吨木片总需碱量≈200吨×150000kg/吨=30000000kg=30000吨NaOH。(6)考虑到循环液本身也含有碱，实际补充量会稍小于此值，但题目要求按进入蒸煮器的蒸煮液计算，通常指总需求量。若按更精确模型，需知道黑液带走碱量，此处简化计算。答案：约需消耗30000吨NaOH(按进入蒸煮器的蒸煮液总碱量计，此处简化理解)。*(注：实际补充量会因循环液带碱而小于总理论耗碱量，此简化模型结果偏大，仅供演示)*2.在纸机湿部，纸浆通过一个长1.5米、宽0.8米的四辊压榨部。纸浆进入压榨前定量为180g/m²，离开压榨后定量为120g/m²。假设压榨区平均压榨度为0.75，试估算该压榨段的脱水率（以绝干基计）。解析思路：脱水率是指压榨过程中从湿纸浆中去除的水分占湿纸浆绝干重的百分比。压榨度是压榨后纸页绝干量与压榨前湿纸页总量的比值。脱水率与压榨度的关系可以通过绝干量来计算。(1)设纸浆绝干纤维量为Fkg/m²。压榨前湿纸浆总重量G₁=F+(180/1000)F=F(1+0.18)kg/m²。(2)压榨后纸页绝干量仍为Fkg/m²。压榨后纸页湿重G₂=F+(120/1000)F=F(1+0.12)kg/m²。(3)压榨度D=压榨后绝干量/压榨前湿量=F/G₁=F/[F(1+0.18)]=1/(1+0.18)≈0.870。(4)已知平均压榨度D=0.75。此值与计算值略有差异，可能题目给定值为经验值或简化值，采用题目给定值D=0.75。(5)脱水率η=(压榨前湿量-压榨后湿量)/压榨前湿量×100%(6)η=[(G₁-G₂)/G₁]×100%=[(F(1+0.18)-F(1+0.12))/F(1+0.18)]×100%(7)η=[(1+0.18-1-0.12)/(1+0.18)]×100%=[0.06/1.18]×100%≈5.08%。(8)也可以用压榨度关系推导：压榨后湿量G₂=压榨前湿量G₁×D=F(1+0.18)×0.75。压榨去除水量ΔW=G₁-G₂=F(1+0.18)-F(1+0.18)×0.75=F(1+0.18)×(1-0.75)=F(1+0.18)×0.25。(9)脱水率η=ΔW/G₁×100%=[F(1+0.18)×0.25]/[F(1+0.18)]×100%=0.25×100%=25%。答案：脱水率约为25%。五、论述题1.论述提高化学浆得率的途径及其对浆料性能可能产生的影响。解析思路：提高化学浆得率意味着在制浆过程中尽可能多地保留纤维。主要途径及其影响如下：(1)优化蒸煮条件：提高蒸煮温度、延长蒸煮时间、精确控制化学药品浓度和用量，可以更彻底地脱除木素，同时最大限度地保留纤维。影响：得率提高通常意味着木素残留量降低，浆料颜色变浅，纯度提高，强度性能（尤其是耐破度、耐折度）可能得到改善。但过度脱木素可能导致纤维变脆，强度下降。温度过高或时间过长也可能导致纤维过度降解，细纤维化增加，影响纸张的柔软度和不透明度。(2)采用高效蒸煮设备：如强化蒸煮锅、连续蒸煮器等，可以改善化学品与木片的接触，提高传质效率。影响：有助于在相似时间内获得更高的得率和更均匀的浆料质量。(3)改进洗涤和筛选工艺：提高洗涤效率以回收更多纤维，改进筛选技术以减少纤维流失。影响：直接提高最终产品得率，降低原料消耗。高效洗涤有助于降低浆中残留化学品浓度，改善后续漂白或施胶效果。(4)选择性化学制浆：针对不同纤维原料的特性，选择或调整化学药品配方和工艺条件，实现对木素和纤维的选择性作用。影响：可以在保证一定得率的同时，获得具有特定性能（如阳离子化度、特定强度等级）的浆料，满足不同应用需求。(5)回收和再利用：如黑液碱回收、木素回收利用等，虽然不直接提高纤维得率，但提高了整体资源利用效率，间接支持了可持续生产。影响：减少化学品消耗和环境污染，降低生产成本。2.论述制浆造纸工业实现节能减排可以采取的主要技术措施及其意义。解析思路：节能减排是制浆造纸行业可持续发展的关键。