第六章纸浆的漂白课件.ppt
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1、,章纸浆的漂白,. 漂白目的:白度洁净度纯度(对溶解浆). 漂白分类:溶出木素式漂白保留木素式漂白,第一节 概论,. 漂白历史: 太阳光 乳酸() 瑞典人发现氯 漂白粉漂白 机械浆连二亚硫酸盐漂白 漂和碱抽提 多段漂 机械浆漂白 漂白 氧脱木素 氧强化的碱抽 无元素氯 全无氯漂白 无废水排放漂白,. 主要考虑因素:成本 投资段数 运行成本化学品,能量环境 废水量 污染物负 废水封闭循环,. 国际纸浆漂白的新特点:()漂白技术的先进性()漂白流程的多样性 () () () ()漂白工艺的灵活性()对环境的友好性 浆 浆 漂白废水量 浆,第二节 纸浆的颜色、白度、发色基团与漂白原理,一、颜色、白读
2、与亮度、色度学的基本原理 纸浆的颜色是由纸浆对可见光的反射决定,纸浆中的木素是颜色的主要来源。 纸浆的亮度() 是指浆张在波长处的反射率。(物理现象,因仪器不同而不同)。 纸浆的白度 () 是从浆片反射出来的光使人眼产生的印象。(生理现象),二、纸浆的光学性质(一)光的散射和吸收.光散射系数( ) 表示散射能力的大小,由纤维与空气界面引起。.光吸收系数( ) 表示吸光能力的大小,取决于浆中发色基团的数量与性质。,(二) 方程( ) 或 纸浆的白度(反射率),(三)不透明度()单张浆片在黑背景上的反射率与无限厚层的反射率之比 ( ,以百分数表示)。光散射系数 ,吸光系数 ,定量 ,不透明度 。(
3、四)纸浆与纸张白度的区别纸浆白度 未加任何物料和打浆处理的纸 浆纤维的白度,主要取决于浆中 发色基团的多少。,纸张白度 主要取决于浆的白度,并受打浆、 施胶、加填、染色、压榨、干燥的 影响。三、纸浆的发色基团与漂白基本原理(一)纸浆的发色基团发色基 助色基团 , , , , ,等,双键 羰基 羰基双键 对醌 邻醌(二)漂白的基本原理 破坏或改变发色基团的结构(溶出木素或改 变木素的结构) 防止或消除发色基团与助色基团之间的联合, 阻止发色基团的共轭 防止产生新的发色基团漂白化学反应亲电反应:促使木素降解亲核反应:进改羰基和共轭羰基结构,改变木 素结构,也会发生木素降解亲电剂: 阳离子和游离基(
4、, 等)亲核剂: 阴离子和少许游离基(, 等),第三节 化学浆的含氯常规漂白,含氯漂剂主要有氯、次氯酸盐和二氧化氯。一、名词术语.有效氯 有漂白作用的那一部分氯,以氧 化能力的大小表示,或。.有效氯用量 加入有效氯量对纸浆绝干质 量的百分率。.漂率 将浆漂到一个指定的白度所需要的 有效氯量对纸浆绝干质量的百分率。,.卡伯因子( ) 施加的有效氯用 ()与含氯漂白前纸浆卡伯值之比.残氯 漂白终点时,尚残存(未消耗)的有效氯 通常以或表示。,二、次氯酸盐单段漂白优点 漂剂来源丰富,设备、操作简单,使用方便缺点 漂浆质量差(白度低、纤维降解、易返黄)。(一)次氯酸盐漂液的组成与性质生成反应 此反应是
5、一个非均相反应,的氧化电势最大,故氧化能力最强 为主,(二)次氯酸盐漂液的制备制备流程,.制备化学反应石灰乳吸收氯气,放热反应若温度过高,导致次氯酸盐分解通氯过多会产生过氯化,上述反应中由于的产生,值进一步降低,分解增加直到全部生成()、。.制备方法 间歇法 连续法,(三)次氯酸盐漂白原理和影响因素.次氯酸盐与木素的反应 与木素的亲核加成 次氯酸盐阴离子对酮型或其它烯酮形结构的亲 核加成,随后进行重排和氧化,使木素溶解.次氯酸盐与碳水化合物的反应 与纤维素的反应:某些羟基变为羰基 羰基氧化成羧基 聚合度降低,次氯酸盐与木素发色基团的降解反应,次氯酸盐漂白时与纤维素的氧化反应,漂后纤维素含量下降
6、,粘度下降,强度下降,返黄增加,铜价上升,热碱溶解度增加。 值高时值低时()位置上的伯醇基氧化成醛基,继而氧化成 羧基。()、上形成酮基,继而氧化开环生成二元 羧酸。()配糖键断裂,还原性末端基被氧化为羧基。()处开环,在处生成碳酸酯,在处 生醛基,进而氧化成羧基。,.次氯酸盐漂白的影响因素()有效氯用量 视未漂浆浆种、硬度、漂白的白度、强度 而定,用氯量过多,不但浪费,而且破坏 纤维强度。()值 初始值,漂白过程产生、 和有机酸,下降,要求漂终不低于。()浆浓 浆浓增加,单位容积产量上升,漂白有效 浓度上升,蒸汽用量下降。,()温度 温度每提高,漂白的速度加快倍,但 漂液分解加快,纤维降解增
7、加。漂白温度 一般控制在 。 但提高值,可提高温度。()时间 关键是确定漂白终点 漂终残氯 洗后残氯 为省时可添加脱氯剂:,三、常规的三段漂(一)氯化从经济上来说,氯化除木素最经济、方便,但近年来在氯化废水中发现二噁英()。.氯化体系的性质氯水系统 ,.氯与木素的反应 取代反应 氧化反应 .氯与碳水化合物的反应 氯化脱木素有一定的选择性。 但氯化后,粘度下降,说明碳水化合物降解。 氯对配糖键的攻击,键断裂生成醛糖和糖醛酸末端基。 伯醇醛、仲醇醛可能氧化成醛基和酮基,但不直接导致断裂。,氯与木素模型物有代表性反应,氯与碳水化合物的反应,.影响氯化的因素()用氯量总用氯量视浆种、硬度和要求白度而定
8、,氯化用量占总的()()值由于生成,值很快降至,无需调节()温度氯化反应速度很快,一般在常温下进行()浆浓一般,浓度太高,不易混合均匀,浓度太低,用水量增加,污染增加,设备大,电耗高,()时间常温下内已耗氯一般 木素 木素 草浆木素 ()混合氯气水浆 系统的非均一性,因此混合很重要静态浆氯混合器,浆流通过扭曲时发生分支,转向,(二)碱处理(碱抽提)制溶解浆,碱处理条件要强烈些(称为碱精制)。.主要反应()氯化木素的溶解水解氯醌上的氯原子,使其具有酸性羟基,进而碱溶。溶解苯核和侧链断裂产生的二元酸提高纤维润涨能力,使木素碎片从胞壁中扩散出来,()树脂酸和脂肪酸的皂化()碱精制时,半纤维素去除,纤
9、维素含量上升,碱处理后要洗涤,以除去溶出的木素和碳水化合物。.工艺参数()用碱量 视用氯量而定。()值 终点 氯化木素不能溶出()温度 温度上升,扩散增加。()浆浓 一般,浆浓上升,化学品浓度增加,反应加快,药耗降低,能耗下降,生成能力上升。,()时间 ,温度上升,时间下降(),(三)次氯酸盐补充漂白原理与次氯酸盐单段漂相同,常用方法为次氯酸盐和二氧化氯,近年来又发展了过氧化氢、过氧酸和臭氧等。三、含漂段的常规多段漂白 高效、氧化当量,选择性好。(一) 的性质与制备.性质 有刺激性气味、有毒、腐蚀性和爆炸性,易溶于水 。,.制备 共同点:氯酸钠为原料,强酸性条件下,采用、等还原剂,将氯酸钠还原
10、成。() 还原法( )()甲醇还原法( )() 还原法( ),() 还原法( )() 还原法( )(二)与木素的反应是一种游离基,易进攻木素的酚羟基使之成为游离基,然后进行一系列氧化反应。,酚型木素结构的氧化反应,与环共轭双键的反应,(三)与碳水化合物的反应氧化后出现少量的糖酸和糖醛酸, 漂白比起次氯酸盐对碳水化合物的降解少,漂白选择性高。(四)影响漂白因素用量视浆种、白度要求而定,一般。值碱性条件下酸性条件下,亚氯酸盐 其反应性迅速降低 在纸浆悬浮液中稳定一般值 .温度对纤维破坏效,温度可高些或更高一些。.时间开头消耗很快,消耗,一般(时)。,.浆浓一般,由于漂白温度较高,溶解度有限,转入气
11、相,浆浓升高,并不意味着漂剂有效浓度上升,但可节约用汽,增加产能,减少漂白废水。(五)含漂段的常规多段漂 () ()()等,第四节 化学浆的无元素氯和全无氯漂白,一、氧脱木素年 苏联学者和用分子氧漂白溶 解浆年 法国学者发现保护作用年 高浓漂白南非和瑞典年代 中浓氧漂,(一)氧脱木素的化学反应.氧与酚型木素结构的反应,氧与酚型木素的反应,.氧与环共轭羰基的反应在碱性条件下,氧与木素结构中环共轭羟基反应是分步的,最终导致联接断裂。(二)碳水化合物的降解反应.碱性氧化降解,氧与环共轭羰基的反应,.剥皮反应由于氧脱木素是在碱性介质并在左右或以进行的,因此碳水化合物或多或少会发生一些剥皮反应,氧化降解
12、产生新的还原性末端基,也能开始剥皮反应。.还原性末端基的氧化在氧碱系统中,碳水化合物还原性末端基氧化成羧酸不是直接的,而是复杂的系列反应。,纤维素仲醇基的氧化,还原性末端基的氧化,(三)氧脱木素的影响因素.用碱量提高用碱量,脱木素加快,但碳水化合物降解液加快。用碱量应视浆种和氧脱木素的其它条件而定。.反应温度和时间温度一般在时间一般在小时以内.氧压氧压越高,脱木素率越大,但碳水化合物降解液越大,生产上一般。,.纸浆浓度生产上均采用高浓或中浓氧脱木素.添加保护剂工业上最重要的保护剂是镁的化合物,如、()、或镁盐络合物等。(四)氧脱木素的工艺流程.高浓氧脱木素.中浓氧脱木素二、氧强化的碱抽提就是在
13、碱抽提时加氧,以强化碱抽提作用,降低纸浆卡伯值,并且对粘度影响小。,(),()()() ( ),三、臭氧漂白(一)臭氧的性质臭氧浅蓝色有刺激性臭味气体,有毒,是一种强的氧化剂,其氧化电势为。(二)臭氧与木素的化学反应臭氧与木素反应,引起苯环裂开,侧链烯键和醚键的断裂。(三)臭氧和碳水化合物的反应臭氧氧化碳水化合物,使还原性末端基氧化成羧基,醇羟基氧化成羰基,配糖键发生臭氧解而断裂。,臭氧的降解,臭氧与芳环的反应机理,臭氧与碳水化合物的反应,(四)臭氧漂白的影响因素.纸浆浓度臭氧应采用较高浓度,通常臭氧高浓漂白的浓度在之间。由于高强度混合器的出现,在建的臭氧漂白项目多采用中浓。.臭氧用量臭氧用量
14、增加,卡伯值下降,粘度也随之下降,一般来说一段臭氧漂白其用量一般不超过。值臭氧漂白需要在酸性介质中进行,有研究认为最佳值为。,.温度高温会加速臭氧的分解,降低脱木素效率,因此,臭氧漂白通常在常温下进行。.助剂臭氧漂白前除去过渡金属离子、用酸调节值、增加臭氧的稳定性和溶解性,都能改善臭氧的脱木素效率。(五)臭氧漂白流程臭氧漂白有高浓、中浓和低浓三种流程。,四、过氧化氢漂白.过氧化氢的性质()基本性质无色透明液体,有轻微的刺激气味。工业品一般为()、和水溶液。: 相对密度 () 凝固点 分压 () 沸点 易溶于水、乙醇、乙醚纯净的稳定,但遇过渡金属和紫外光、酶等易分解。稳定剂: 乙酰苯胺,乙酰乙氧
15、基苯胺,()在水中的离解 水溶液呈弱酸性时,若有一半离解,则时,若为,则仅有离解成,()在不同温度和值条件下的电离度,温度愈高,电离度愈高在间,值越高,电离度越大。,过氧化氢在不同温度和值条件下的电离度,的制备()蒽醌法以烷基蒽醌作为载体,经甲基偶氮苯等催化加氢变为烷基蒽氢醌,加空气氧化,用去离子水萃取,再经纯化,浓缩变成产品。()电解法可生产溶液,碱性大,. 过氧化氢与木素的反应()与酮反应()与酮反应,()与侧链双键反应()开环反应,分解产生的游离基(, 等)也会与木素反应,漂白的影响因素()材种、材质和浆种主要与浆中抽出物含量有关,要解决树脂分离与去除问题阔叶木浆比针叶木浆易漂亚硫酸盐浆
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