制浆造纸工艺毕业论文芦苇硫酸盐法浆.docx
《制浆造纸工艺毕业论文芦苇硫酸盐法浆.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制浆造纸工艺毕业论文芦苇硫酸盐法浆.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
制浆造纸工艺毕业论文芦苇硫酸盐法浆
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25C、pH<2,E段浆浓10%时间90min、温度60C、pH值>10,H段浆浓6%时间120min、温度40C、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NaNO预处理后CEH^段漂，能达到更好的漂白效果，NaNO预处理的最佳工艺条件为：
浆浓9.0%、0.16mol/kg水NaNO处理量26ml,0.2M的HzSQ用量0.9%，温度90E，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规至最高为85.3%ISO,增加了10%ISONaNQ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H2C2的用量0.2%，浆浓5%温度60C,时间30min,pH值3。
氧碱漂的最佳条件：
用碱量3%最高温度115C，保温60min,氧压1.0Mpa,MgSO用量0.5%,H2Q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^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HzQ的用量0.8%,Na2SiO2的用量2%MgSO的用量0.05%,用氯量在8%寸的白度比常规漂多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
Bleachingafterreedpluphasbeendealwith,andcomparewithconventionalityCEHthreesequeneebleaching,thepossibilityofbleachingforlowchlorinehasbeendiscusscd.
Theresultsshowthat:
theconventionalityCEHthreesequeneebleachingwiththeoptimumconditionsofCsequeneeconsistencyofpulp3%,time60min‘temperature25°C,pHlessthen2.Esequenceconsistencyofpulp10%,time90min‘temperature60C,pHmorethen10.Hsequenceconsistencyofpulp6%,time120min,temperature40C,pHabout7.5to8.0（ending）.absolutelydryofpulp8g,usechlorine8%,C:
H=6.5:
3.5thebrightnesswasthebestofall.
IfuseNaNO3dealwiththeCEHthreesequencebleachinginadvance,theresultwillbeobtainhigherbrightness.withtheoptimumconditionsofNaNO3dealwithinadvance:
consistencyofpulp9%,the0.16mol/lNaNQofdosage26ml,the0.2MH2SO4ofdosage0.9%,temperature90C,time120min,kappavaluefallto7.128comparewithformerly17.506,thebrightnessofusechlorine4%hasbeendealwithattintopof85.3%ISO,addto10%ISO.EHtwosequencebleachingafterNaNO3dealwith.,thebrightnessreach81.2%ISO,viscosity700.8ml/g.
withtheoptimumconditionsofoxygenbleachingdealwithinadvance:
acidityofH2O20.2%,consistencyofpulp5%,time30min‘temperature60S,Phvalue3.withtheoptimumconditionsofoxygenbleaching.alkali3%,toptemperature115C,heatpreservation60min,oxygenpress1.0Mpa,MgSO0.5%,H2O20.8%,absolutelydryofpulp20g,consistencyofpulp10%,theviscosityfallto682.8afterbleaching,kappavalue5.113.CEHthreesequencebleachingafteroxygenbleachinghasbeendealwith,thebrightnessincrease10.6%ISO,theviscosityfallto474.6ml/l.
TheconventionalityCEpHthreesequencebleachingwiththeoptimumconditionsof:
C、EandHsequenceconditionsthesameasconventionalityCEHthreesequencebleaching.EsequencecontainpsequenceofH2O20.8%,Na2SiO32%,MgSO40.05%,thebrightnessofusechlorine8%thanconventionalityCEHthreesequencebleaching2%ISO,theviscosityfallto618ml/g.
Theresultsshowthat,thebrightnessofbleachingafterreedhasbeendealwithareallincrease.thebrightnessofoxygenbleachingmostincrease,buttheviscosityfallagreatmany.moreover,thoughtthebrightnessofH2O2bleachingincreasedoesnotmany,theviscosityfallalitter.
peroxide,
Keywords:
KPreedplup,NaNO3,oxygenbleaching,hydrogen
lowchlorinebleaching
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
2.1KP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
17
2.3浆片分析
第三章结果与讨论
18
3.1常规CEH^段漂白适宜条件的探讨18
3.1.1用氯量对白度的影响18
2.2.4.3H段用碱量探讨19
2.2.4.4H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
3.1.2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CEHE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CEF三段漂31
3.4CEpH漂白的研究32
第四章结论34
参考文献35
致谢36
第一章前言
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⑴。
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PhragmitesTrin,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
mmumumum%
平均一般平均一般
1.120.60-1.609.75.9-13.41153.03.41.7735.5
表1—2芦苇纤维长度频率分布表
<0.5mm0.5-1.0
1.0-1.5
1.5-2.02.0-2.5
2.5-3.0
3.0-3.5
3.5-4.04.0-4.5
6%
41%
34%
10%6%
2%
0%
0%
1%
表1—3
芦苇的化学分析
抽出物（%）
木素（%）
原
水分
灰分
冷水
热水1%NaOH
苯-
Kiason
酸溶
总
料
%
%
乙醇
木素
木素
木
素
芦
6.93
4.81
4.62
6.8934.85
2.60
19.46
1.98
21.44
苇
1.1.2苇浆应用范围
荻苇浆是一种比较好的非木材纤维原料，除非纤维细胞含量较阔叶木高外，其他生物学数据均接近或超过阔叶木浆，只要是可用阔叶木浆的纸产品，均可使用苇浆，它不仅可用一般文化用纸，LWC还可用于生活用纸，纸板等的生产。
1.2制浆方法-硫酸盐法制浆
硫酸盐法是烧碱法的产物，当用硫酸钠代替碳酸钠来补充烧碱中损失的碱时，在废液燃烧时硫酸盐还原成硫化钠，因而得名。
硫酸盐法也叫Kraft法（kp）是因为高强度纸用的未漂纸浆，而术语硫酸盐浆指可以漂白的纸浆，现在这个名词可以互换使用，就制浆速率、纸浆得率，纸浆质量和生产成本而论，硫酸法优于烧碱法。
1.3少氯漂白
少氯漂白有多种方法，众所周知，漂白就是用漂剂与蒸煮后残留在纸浆中的木素等有色物质反应，将其除去而使纸浆变白的，所以纸浆中残留木素的多少将决定在一定的纸浆白度下需要漂剂用量的多少，因此，要减少漂白时有效氯的用量，一般可以采用两种方法，一种方法是采取多种方法在尽量不降低成浆强度的前提下，尽量降低纸浆中残留的木素含量；另一种方法可以在漂白流程中采用适当段落的无氯漂剂，本论文主要采用前者，这种方法的最主要方法有氧碱脱木素、在碱抽提加过氧化氢强化处理、硝酸钠预处理脱木素等，有些方法在工厂取得很好的效果，大大降低了污染。
1.3.1常规CEH三段漂
次氯酸盐漂液因其价廉，制备容易，使用方便，广泛用于纸浆的漂白。
但次氯酸盐漂白无法达到高白度，而且纤维强度损失大。
如何进一步提高白度而不过分损伤纤维？
经过试验发现，元素氯对木素有选择性作用，并易生成可溶于碱的氯化物，于是出现了氯、碱和次氯酸盐相结合的典型的三段漂白：
CEH^
段漂。
几十年来，漂白技术不断发展，无元素氯和全无氯等低污染、无污染的漂白方法在国外许多先进国家得到了广泛的采用，但是，在我国由于材料和机械加工工业的限制，无元素氯和全无氯等低污染、无污染的漂白生产设备无法实现国产化，若从国外引进生产设备，费用很高，对于国内现有的纸厂大多无财力购买进口设备，所以CEHE段漂至今仍是我国众多纸厂广泛采用的多段漂
白的主要流程。
本文研究的主要目的是在国内现有众多纸厂广泛采用的CEH多
段漂白的基础上，在不降低成浆白度的前提下尽量减少有效氯的用量，以便降低对环境的污染。
131.1氯化
把氯气直接通入纸浆与浆中残余木素作用的过程叫氯化。
氯化后，木素降解成为溶于水或稀碱液的碎片，经洗涤除去。
从经济上来说，氯化除去木素要比用其他漂白剂便宜和方便，但近年发现氯化废水中含有致癌性和致变性的二英等有机氯化物而引起人们普遍的关注。
1氯与木素的反应
氯化时氯与木素的反应主要有：
A.酚环取代；B.亲电置换；C.氧化反应。
分子氯产生的正氯离子是亲电攻击剂，易与木素发生氯化取代，用表示苯环任意位置上的取代。
若苯环上C醚化，按取代反应定位规律，C先进行氯化。
实际上，由于C醚化使C钝化，而C又受空间阻碍的影响，C和C的氯化取代较为困难。
氯化取代的结果，木素大分子有可能变成小一些的分子，同时,苯环上的氯水解后形成羟基，增加了亲水性，这些都对浆中残留木素的溶出有利。
2氯与碳水化合物的反应
纸浆氯化的脱木素选择性是有一定限度的，氯化后纸浆粘度的降低，表明氯化过程中碳水化合物受到某种程度的降解。
氯化过程中氯与碳水化合物的反应。
氯对聚糖配糖键的断裂，生成醛糖和糖醛酸末端基，导致纸浆粘度降低，形成的已醛糖被氧化成相应的糖醛酸，继而变成戊醛糖和戊糖酸。
在氯化过程中还可能使伯醇基和仲醇基分别氧化为醛基和酮基。
虽然这类反应不会直接导致聚糖链的断裂，但产生的羧基会根据位置的不同使配糖链活化，从而易受酸或碱水解。
131.2碱处理
氯化木素只有一部分能溶于氯化是形成的酸性溶液，还有一部分难溶的氯化木素需在热碱溶液中溶解。
碱处理主要是除去木素和有色物质，并溶出一部分树脂。
在温和的碱处理条件下，对纤维素无影响，并纤维素溶解也不多。
对于某些特殊要求的纸浆，如溶解浆，碱处理的条件要强烈些，以除去半纤维素,提高纤维素含量和平均聚合度。
热碱处理对降低溶解浆中类型的灰分也十分有效。
131.3次氯酸盐补充漂白
纸浆经氯化和碱处理后，大部分氯化木素已经溶解，但还有一部分需经氧化漂白剂氧化破坏并溶出，才能进一步提咼白度。
因此，必须进行补充漂白，常用的方法有次氯酸盐漂白和二氧化氯漂白，近些年又发展了用过氧化氢、过氧酸和臭氧等含氧漂剂的漂白。
1.4氧系漂剂的应用及发展
我们知道，全无氯漂白已成为一种必然的趋势，而发展至今，全无氯漂白主要可以分为两大类，一类是氧系漂剂，以含氧为主的氧化型漂剂，主要有氧碱漂白，过氧化氢漂白，臭氧漂白等；另一类为非氧系漂剂，多为还原型漂剂，主要有连二亚硫酸盐、过硼酸钠等。
考虑到石岘白麓纸业公司现有的CEH漂白现状以及实验室中现有条件，选择氧系漂剂中的氧碱、过氧化氢以及过醋酸等进行TCF漂白的研究探索。
研究的过程中，以尽可能少的改造纸厂原有的漂白生产线路为准则而进行。
下面就对一些主要的氧系漂剂进行简要的了解。
1.4.1氧碱漂白
1.4.1.1氧脱木素的应用
1956年，苏联学者尼基金（Nikitin）和阿基姆（Akim）开始研究用分子氧在碱性条件下对溶解浆进行漂白与精制。
1964年法国学者罗伯特（Robert）等人发现氧碱漂白时添加镁盐可以使纸浆在氧漂中保持它原有的强度。
目前，全球已有204套氧脱木素系统正在运行，并仍有更多系统正在建造[16]。
目前，氧脱木素工艺在生产上已采用的主要是高浓度氧碱漂白技术，一般的浆浓为25-35%。
但是高浆浓漂白时，由于残留的萜烯类化合物和氧碱漂白时形成的CO甲醇，丙酮等挥发性气体会引起操作上的困难（因为这些化合物与氧混合后在很大浓度范围内会发生爆炸）。
曾经进行过低浆浓（4-5%）的中间实验，但由于蒸汽消耗大，出现易起泡和漂后浆质量低等原因，现在是趋向发展中浓（9-15%）的氧碱漂白技术。
使浆浓降低，由高浓（30%降到中浓（7-15%）,可以减少投资费用40-50%,减少一些设备，如脱水设备，高浓泵，疏松机以及压力反应器等。
中浓氧漂可以使反应器的设计简化，减少对设备的腐蚀，减少爆炸性气体的产生［16］。
1.4.1.2氧脱木素的反应机理
1）碱在氧脱木素中的作用：
A.碱可以破坏木素与多糖之间的化学联结，并能渗入到纤维结构的内部使纤维
发生润胀，为氧气氧化漂白创造有利条件；B.木素及其降解产物以及其它有色物质，在碱的作用下能够产生颜色较深的醌式结构。
这种结构易被氧化成简单的物质而溶出；C.在90-95C左右，碱可以溶解部分单宁、木素、多糖醛酸，以及多分子的纤维素和半纤维素，从而可以达到部分降解的目的；D.木素和纸
浆中的其它不纯物，经氧化后生成芳香酸及脂肪酸。
这些物质可被碱中和而失去反应能力。
因此，氧和碱是被同时消耗的。
NaOH被消耗尽后，氧化作用也即
停止。
2）氧和木素的反应
分子氧作为漂白剂，主要是利用分子氧的两个未成对电子对有机物具有强
烈的反应倾向，从而发生游离基反应。
氧以氢氧根自由基（OH）和过氧化氢
自由基（HOO）的形式与木素起反应。
在碱性溶液中，氧的反应为：
0202HOOOHOH2OH
氧化过程中产生许多的中间产物，除过氧化物外，过氧化氢游离基和氢氧游离基都不是对木素的选择性氧化剂，因此，要控制这些中间产物的形成从而避免纤维素等碳水化合物遭受强烈的降解。
分子氧与木素的反应，实际上都属于游离基反应。
也可以说是在一些场合下是对负碳离子进行亲电攻击。
上述反应并没有使木素结构发生很大的改变或使大分子变小。
但是进一步氧化就会发生较大的变化。
其中有苯环的氧化改变木素的结构或者使侧链氧化消除等。
A.环的氧化改变木素结构的反应
Q'O
ch3oh
（a）形成氧伍环结构的反应
（b）形成糠酸衍生物的反应
（C）形成醌式结构的反应
由上图可知，酚型木素结构单元的苯环在分子氧漂白时，首先是对负碳离子进行亲电攻击转变为环氧化合物或羧酸（如粘糠酸衍生物），并进一步形成各种内酯或醌式结构。
B侧链氧化消除反应
具有双键，a-羟基和羰基的木素结构单元的侧链以及亚甲基醌结构，在进
行分子氧氧化时，侧链都能断裂或消除，这些断裂或消除也都是亲电攻击和分子内亲核攻击的结果。
此外，由于日光中紫外线的照射，空气中的氧也能对木素进行氧化。
木素在日光的照射下进行氧化时，木素结构单元的侧链会断裂，但也会形成一些有色基团如醌式结构。
3）碳水化合物的降解化学反应
氧脱木素过程中，纤维素和半纤维素也会受到氧碱作用而降解，发生的反应主要是碱性氧化降解反应，其次是剥皮反应、还原性末端基氧化等。
其中，
半纤维素如聚木糖在氧碱漂白时，还原性末端基能氧化为多种糖酸，并能进一步从半纤维素大分子上脱落下来。
故碳水化合物还原性末端基在氧碱漂白时如能先进行一系列的氧化反应（其产物是多种糖酸末端基），即可避免进一步的剥皮反应，从而保护纤维素、半纤维素不受降解，提高漂白效率［15］。
1.4.1.3氧脱木素技术的最新发展
氧脱木素已被实践证明是TCF漂白不可缺少的组成部分，也是大多数ECF漂白流程的重要组成部分。
由于氧脱木素技术使得50%木素脱除率成为可实现的目标，使得氧脱木素生产可以满足ECF和TCF的要求。
但是，氧脱木素的选择性不够好，对于化学浆来说，单段氧脱木素率不宜超过50%，否则会引起
碳水化合物的严重降解。
为了提高氧脱木素效率，改善脱木素选择性，主要采取化学预处理和过氧化氢强化两种途径［15］。
A活化预处理采用某些亲电或氧化性试剂对浆料进行预处理可以改善后续
氧脱木素的选择性和脱木素程度，常用预处理试剂主要有含氮类化合物、含氯类化合物、含硫化合物、甲醇等有机化合物、过氧酸盐类以及酸类等。
这些试剂加入浆中后可以活化纸浆中的残余木素，提高木素与氧气的反应性能，从而提高氧脱木素的能力。
各类试剂对于不同浆料表现出不同的活化性能，对于马尾松硫酸盐浆而言，各试剂预处理的效果为：
AO试剂、氯气>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,105C）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%ISO。
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
升级会员 