浆料白度返黄值与漂白段序优化设计计算书

PAGE1浆料白度、返黄值与漂白段序优化设计计算书工程编号：ZL-BLE-2026-001工程阶段：初步设计阶段文件类型：工艺专业设计计算书编制单位：××纸业有限公司技术中心编制：____________审核：____________批准：____________日期：2026年10月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 11.1项目背景 11.2设计目的 11.3设计范围 12设计依据与标准引用 23浆料基础参数与原料条件 23.1原料浆种与基础参数 23.2产品质量要求 34白度计算 34.1白度测定原理 34.2各段漂白后白度计算 34.3白度提升率计算 45返黄值（PC值）计算 45.1测定原理与方法 45.2Kubelka-Munk方程 45.3热老化条件 55.4PC值计算公式与计算 56漂白段序优化设计 66.1典型漂白段序概述 66.2各段药剂用量计算 66.3段序方案技术经济比选 76.4推荐段序工艺参数 77安全核验 87.1药剂用量安全校核 87.2设备能力校核 87.3环保排放校核 88结果分析 99工程指导意义 9免责声明 11PAGE11概述1.1项目背景本计算书针对某化学浆生产线漂白工段的工艺优化需求，系统开展浆料白度提升、返黄值控制与漂白段序优化设计计算。随着市场对纸张光学性能要求的不断提高以及环保法规对漂白废水负荷的日趋严格，传统单段或两段漂白工艺已难以同时满足高白度、低返黄、低AOX排放和低成本等多重目标。本项目以硫酸盐法桉木化学浆为研究对象，基于现行国家标准和行业通用设计规范，通过定量计算各段漂白后的白度提升效果、热老化返黄倾向以及不同段序组合的药剂消耗与环保负荷，提出技术经济最优的漂白段序配置方案，为工程设计和生产运行提供理论依据。1.2设计目的（1）明确各漂白段的白度贡献量与累计白度提升幅度，建立白度提升率与药剂用量的定量关系；（2）基于Kubelka-Munk光散射理论计算浆料返黄值（PC值），定量评估不同漂白段序对浆料白度稳定性的影响；（3）对比D₀-EOP-D₁、D₀-EOP-D₁-E-P、O-D₀-Eop-D₁等典型段序的技术经济指标，筛选最优漂白流程；（4）完成药剂用量、设备能力与环保排放的安全核验，确保设计方案在工程上安全可靠、经济合理。1.3设计范围本计算书涵盖从洗涤后未漂浆进入漂白工段至最终漂后浆出漂白工段的全部工艺计算，包括各段漂白反应条件参数计算、白度与返黄值计算、段序方案比选以及安全校核。不包括漂白工段前后的洗涤、筛选、浓缩等辅助设备的详细选型计算。2设计依据与标准引用本计算书的编制依据以下现行国家标准及行业技术规范：表2-1设计依据标准一览表序号标准编号标准名称实施年份1GB/T7974-2013纸、纸板和纸浆蓝光漫反射因数D65亮度的测定（漫射/垂直法，室外日光条件）20142GB/T26459-2011纸、纸板和纸浆返黄值的测定20113GB/T1546-2018纸浆卡伯值的测定20194GB/T1547-2004纸浆高锰酸钾值的测定20045GB/T1548-2016纸浆铜乙二胺（CED）溶液中特性粘度值的测定20176GB/T464-2008纸和纸板的干热加速老化2008除上述国家标准外，本计算书还参考《制浆造纸工程设计手册》（第二版）、《纸浆漂白技术》以及TAPPIUsefulMethodUM200等行业通用技术资料，结合工程实际经验进行计算与比选。3浆料基础参数与原料条件3.1原料浆种与基础参数本设计对象为硫酸盐法桉木化学浆，经蒸煮和洗涤后送入漂白工段。未漂浆的主要工艺参数经实测如下表所示：表3-1未漂浆基础工艺参数表序号参数名称数值1浆种硫酸盐法桉木化学浆2未漂浆卡伯值16.53未漂浆粘度（CED）28.5mPa·s4未漂浆白度（ISO）36.2%5未漂浆浓度12.0%6生产规模（绝干浆）500t/d7设计目标白度≥88%ISO3.2产品质量要求根据下游文化用纸产品质量标准，漂后浆料应满足以下光学性能要求：白度≥88%ISO，白度稳定性（PC值，105℃×3h热老化）≤1.5，铜价≤5.0，漂后浆粘度≥18.0mPa·s（保证纤维强度）。4白度计算4.1白度测定原理浆料白度（亮度）按照GB/T7974-2013规定的漫射/垂直法（d/0几何条件）测定，以D65光源条件下主波长457nm蓝光漫反射因数表示，单位为%ISO。白度值反映浆料对蓝光的反射能力，数值越高表示浆料越白。4.2各段漂白后白度计算基于硫酸盐桉木浆的漂白特性，结合各段漂剂的脱木素和脱色效率，按以下递推模型计算各段出浆白度。第i段出浆白度按下式计算：B式中：B_i——第i段出浆白度，%ISO；B_{i-1}——第i段进浆白度，%ISO；ΔB_i——第i段白度提升幅度，%ISO。各段漂白的白度提升幅度ΔB_i根据该段漂剂用量和反应效率经验模型确定。以推荐段序D₀-EOP-D₁为例，各段白度计算结果如下表：表4-1D₀-EOP-D₁段序各段白度计算结果段序漂剂进浆白度

(%ISO)出浆白度

(%ISO)本段提升

(%ISO)累计提升

(%ISO)未漂浆——36.2——D₀段ClO₂36.268.532.332.3EOP段NaOH+H₂O₂+O₂68.578.39.842.1D₁段ClO₂78.389.611.353.4合计——89.653.453.44.3白度提升率计算各段白度提升率定义为该段白度提升幅度占进浆与理论最高白度（100%）差值的百分比，按下式计算：η式中：η_i——第i段白度提升率，%；ΔB_i——第i段白度提升幅度，%ISO；B_{i-1}——第i段进浆白度，%ISO。表4-2各段白度提升率计算结果段序进浆白度

(%ISO)本段提升

(%ISO)白度提升率

(%)D₀段36.232.350.6EOP段68.59.831.1D₁段78.311.352.1由表4-2可知，D₀段和D₁段的白度提升率较高（分别为50.6%和52.1%），说明二氧化氯漂白在脱除残余木素、提高白度方面效率显著；EOP段主要承担碱抽提脱除降解木素和过渡金属离子的作用，白度提升率相对较低但对白度稳定性贡献重要。5返黄值（PC值）计算5.1测定原理与方法浆料返黄值（PostColorNumber，简称PC值）按照GB/T26459-2011规定的方法测定，基于Kubelka-Munk双常数光散射理论。该理论认为，当纸页厚度足够大（不透明度近似100%）时，浆料的光吸收系数K与光散射系数S之比K/S仅取决于纸页的光学性质，与厚度无关。5.2Kubelka-Munk方程当纸页达到不透明状态（内反射因数R∞）时，Kubelka-Munk方程表达为：K式中：K——光吸收系数，m²/kg；S——光散射系数，m²/kg；R∞——无限厚纸页的蓝光漫反射因数（即白度/100）。5.3热老化条件按照GB/T464-2008及TAPPIUM200的规定，将抄好的浆片置于105±2℃的鼓风干燥箱中进行干热加速老化，老化时间为3小时。老化前后分别测定浆片的蓝光漫反射因数（白度），用于计算返黄值。5.4PC值计算公式与计算返黄值PC定义为热老化前后K/S值之差乘以100，按下式计算：PC=[展开为白度直接表达式：PC={式中：PC——返黄值；R∞前——老化前浆片蓝光漫反射因数（白度/100）；R∞后——老化后浆片蓝光漫反射因数（白度/100）。以D₀-EOP-D₁段序漂后浆为例，老化前白度为89.6%ISO，老化后白度降至87.2%ISO。代入公式计算如下：老化前：R∞前=0.896，(1-R∞前)²/(2·R∞前)=(1-0.896)²/(2×0.896)=0.010816/1.792=0.006036老化后：R∞后=0.872，(1-R∞后)²/(2·R∞后)=(1-0.872)²/(2×0.872)=0.016384/1.744=0.009395PC值=(0.006036-0.009395)×100的绝对值=0.336≈0.34表5-1不同漂白段序PC值计算对比段序方案漂后白度

(%ISO)老化后白度

(%ISO)K/S

(老化前)K/S

(老化后)PC值D₀-EOP-D₁89.687.20.006040.009400.34D₀-EOP-D₁-E-P90.889.10.005400.006950.16O-D₀-Eop-D₁90.288.00.005670.008230.26D₀-E-D₁-E-D₂91.588.30.005100.007880.28由表5-1可知，D₀-EOP-D₁-E-P段序的PC值最低（0.16），白度稳定性最好，这是因为末段H₂O₂（P段）具有还原性保护作用，可有效抑制残余木素和己烯糖醛酸（HexA）的热氧化返黄。D₀-EOP-D₁基础段序PC值为0.34，也满足≤1.5的设计要求。6漂白段序优化设计6.1典型漂白段序概述现代无元素氯（ECF）漂白工艺中，典型的段序组合包括D₀-EOP-D₁（三段漂）、D₀-EOP-D₁-E-P（五段漂）、O-D₀-Eop-D₁（加氧脱木素的四段漂）等。各段代号含义如下：D——二氧化氯段；E——碱抽提段；EOP——加氧和过氧化氢强化的碱抽提段；O——氧脱木素段；P——过氧化氢段。6.2各段药剂用量计算二氧化氯用量通常以有效氯（aCl₂）占绝干浆质量的百分比表示。根据未漂浆卡伯值16.5和目标白度88%ISO，各段药剂用量按经验公式计算：D₀段有效氯用量按下式估算：ClO式中：ClO₂(D₀)——D₀段二氧化氯用量（以有效氯计），%（对绝干浆）；K₀——未漂浆卡伯值，本设计取16.5。代入计算：ClO₂(D₀)=0.25×16.5=4.13%（对绝干浆），工程取4.0%。D₁段二氧化氯用量根据D₀-EOP后残余卡伯值（约2.5~3.0）确定，按卡伯值的0.8~1.0倍估算：ClO₂(D₁)≈0.9×2.8=2.52%，工程取2.5%。表6-1推荐段序各段药剂用量计算表段序药剂名称用量

(%对绝干浆)反应温度

(℃)反应时间

(min)D₀段ClO₂（以有效氯计）4.05545EOP段NaOH1.87560EOP段H₂O₂0.37560EOP段O₂0.67560D₁段ClO₂（以有效氯计）2.570120合计ClO₂总用量（有效氯）6.5——6.3段序方案技术经济比选对四种典型漂白段序方案进行技术经济综合比选，评价指标包括漂后白度、PC值、ClO₂总用量、废水负荷（AOX估算）、投资估算和运行成本。表6-2四种漂白段序方案综合比选表方案

编号段序组合漂后白度

(%ISO)PC值ClO₂总用量

(%)相对投资

(%)综合评分方案AD₀-EOP-D₁89.60.346.510082方案BD₀-EOP-D₁-E-P90.80.166.811591方案CO-D₀-Eop-D₁90.20.265.212588方案DD₀-E-D₁-E-D₂91.50.288.213079综合比选结论：方案B（D₀-EOP-D₁-E-P）综合评分最高（91分），虽然投资比基础方案A增加约15%，但白度稳定性最优（PC值仅0.16），且白度可达90.8%ISO，能够满足高白度文化用纸和生活用纸的质量要求，适合作为本工程推荐方案。方案C（O-D₀-Eop-D₁）药剂消耗最低，但需新增氧脱木素系统，投资较高，适合大规模生产线。6.4推荐段序工艺参数推荐采用D₀-EOP-D₁-E-P五段漂白流程，各段关键工艺参数如下表所示：表6-3推荐段序（D₀-EOP-D₁-E-P）工艺参数表参数项目D₀段EOP段D₁段E段P段漂剂用量(%绝干浆)ClO₂4.0NaOH1.8

H₂O₂0.3

O₂0.6ClO₂2.5NaOH0.5H₂O₂0.8

MgSO₄0.05反应温度(℃)5575707080反应时间(min)45601203090浆浓(%)1010101010终点pH2.5~3.010.5~11.03.5~4.010.0~10.510.0~10.57安全核验7.1药剂用量安全校核二氧化氯漂白中，有效氯用量过高会导致纤维素降解加剧、浆料粘度下降。本设计D₀段有效氯用量为4.0%，相对于卡伯值16.5，单位卡伯值有效氯负荷为：单位卡伯值有效氯负荷行业经验表明，D₀段单位卡伯值有效氯负荷应控制在0.20~0.30范围内，本设计0.242处于安全区间内，既保证脱木素效率，又避免纤维素过度降解。漂后浆粘度预计为19.5~21.0mPa·s，满足≥18.0mPa·s的设计要求。7.2设备能力校核以日产量500t绝干浆、年操作330天计，小时产量为：Q=按各段停留时间和浆浓10%计算，各段漂白反应器有效容积需满足浆料停留要求。以D₁段停留时间120min、浆浓10%计算，反应器内浆料体积为：V=式中：V——反应器有效容积，m³；Q——绝干浆流量，kg/h；t——停留时间，h；c——浆浓，%；ρ——浆料密度，取1000kg/m³。设计选用D₁段反应器容积500m³（含20%富余系数），满足工艺要求。其余各段反应器容积按同理校核，均留有15%~20%的富余能力。7.3环保排放校核ECF漂白工艺中AOX（可吸附有机卤化物）排放量与二氧化氯用量直接相关。本设计ClO₂总用量为6.8%（以有效氯计，对绝干浆），按ECF漂白AOX生成系数约0.08~0.12kgAOX/kg有效氯估算：AOX该排放量约为6.8kg/t浆，经过碱回收蒸发站和废水处理站的二级生化处理后，总排放口AOX浓度可控制在1.5mg/L以下，满足《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544）的排放要求。8结果分析（1）白度方面：推荐方案D₀-EOP-D₁-E-P段序漂后白度可达90.8%ISO，超过88%的设计目标值2.8个百分点，白度裕量充足。D₀段贡献最大白度提升（32.3个百分点），占总提升量的约60%，是漂白流程中的核心脱木素段。（2）返黄值方面：推荐方案PC值为0.16，远优于≤1.5的控制要求，说明末段P段（H₂O₂）的还原性保护作用显著，可有效抑制浆料在后续抄造和储存过程中的热氧化返黄，有利于提高纸张的白度稳定性和保质期。（3）药剂消耗方面：推荐方案ClO₂总用量为6.8%（以有效氯计），与传统CEH三段漂（氯耗约12%~15%）相比减少约50%以上，大幅降低了AOX生成负荷和漂白废水的处理难度。（4）强度保持方面：预计漂后浆粘度为19.5~21.0mPa·s，较未漂浆（28.5mPa·s）下降约26%~32%，处于ECF漂白的正常强度损失范围内，能够满足文化用纸和生活用纸的强度要求。9工程指导意义本计算书的工程指导意义主要体现在以下几个方面：（1）段序选型指导：对于新建或改造的化学浆漂白生产线，推荐优先采用D₀-