《化学法制浆》PPT课件.ppt

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1、第三章 化学法制浆,第一节 概述,一、制浆方法简介 1、制浆方法：化学法:化学浆：4055%半化学法半化学浆：5585%化学机械法化学机械浆：8595%机械法机械浆：95%,2、制浆方法简介 化学法是指采用化学药液在高温高压下处理植物纤维原料，脱除木素，使其离解成浆的过程。半化学法：是将原料先经适当的预蒸煮，然后再撕磨成浆的方法。化学机械法：与半化学法相似，原料先用化学药液浸渍，然后撕磨成浆，但化学处理的程度比半化学法缓和。机械法制浆，是原料在磨木机或盘磨机内撕磨成浆的过程。,二、化学法制浆分类 化学法制浆的实质是通过化学药液与植物纤维原料在高温下的反应，使胞间层和细胞壁中的木素尽可能多的溶出

2、，原料离解成浆。主要方法:（一）碱法（二）亚硫酸盐法,（一）碱法制浆 石灰法 烧碱法（烧碱+蒽醌法）硫酸盐法 氧碱法、纯碱法、多硫化钠法等（二）亚硫酸盐法 酸性亚硫酸盐法 亚硫酸氢盐法 中性亚硫酸盐法 碱法亚硫酸盐法,碱法制浆分类及特点石灰法：脱木素能力较差，但脱色、去污能力强。适用于处理木素含量低的草类原料，生产箱纸板用浆；以及蒸煮破布，废棉和旧麻袋配抄特种纸。有时还配加少量碳酸钠混合蒸煮；,烧碱法脱木素能力比石灰法强，但生产化学浆时仍要加入蒸煮助剂提高脱木素能力。它的优点是成浆颜色较浅，易漂白。国内草浆厂大部分采用烧碱法蒸煮。,硫酸盐法硫酸盐法蒸煮对原料适应性强。脱木素能力强，生产的浆强度

3、高，蒸煮的针叶木浆又称为牛皮浆，适用于抄包装用的牛皮纸及纸袋纸。黑液污染重，制浆颜色深难漂白。,表4-1 不同的碱法蒸煮方法,石灰法 制浆方法：化学法 碱法 烧碱法 亚硫酸盐法 硫酸盐法 半化学法 化学机械法 机械法,图4-1 硫酸盐草浆生产流程示例,三、碱法蒸煮工艺流程,三、碱法蒸煮工艺流程,木片 蒸煮器 白液贮槽喷放锅 白液澄清器 白泥洗涤机洗涤机纸浆 苛化 白泥浓缩机 稀黑液槽 消化器 石灰窑蒸发器 绿液贮槽浓黑液槽 绿液澄清器 绿泥洗涤机回收炉 溶解槽 稀绿液贮槽,图4-2 硫酸盐木浆生产流程示例,四、制浆术语及计算（一）有关原料的术语及计算 1、绝干原料：指不含水分的植物纤维原料。2

4、、风干原料：指含水分10%的原料。,（二）有关蒸煮液的术语及计算1、总碱量：指蒸煮液中全部有活力的碱性纳化合物，烧碱法中是指蒸煮液中NaOH+Na2CO3的含量，硫酸盐法指NaOH+Na2S+Na2SO4+Na2SO3+Na2CO3+Na2S2O3含量。以Na2O计2、总滴定碱：烧碱法中是指蒸煮液中NaOH+Na2CO3的含量；硫酸盐法指NaOH+Na2S+Na2SO3+Na2CO3的含量。3、活性碱：指烧碱法蒸煮液中NaOH的含量；硫酸盐法中指NaOH+Na2S的含量，以Na2O计。4、有效碱：指烧碱法蒸煮液中NaOH的含量；在硫酸盐法中指NaOH+Na2S的含量，以Na2O计。,5、活化度

5、：活性碱与总滴定碱之比。6、白液与蒸煮液：白液是指碱回收系统回收所得色泽浅淡的 碱液。将白液或在白液中加入适当比例的 黑液配成蒸煮用的药液称为蒸煮液。7、苛化度：NaOH与NaOH+Na2CO3之比,（三）与蒸煮有关的术语及计算1、用碱量：蒸煮时活性碱用量对绝干原料重量的百分比。2、硫化度：为硫酸盐法专用的术语，表示蒸煮液（或白液）中所含硫化钠的量对其活性碱重量的百分比，以 Na2O表示。计算公式如下,3、液比：指蒸煮时总蒸煮液体积（包括原料水分、碱液中含水量、补充水量等）对绝干纤维原料重量之比。4、纸浆硬度：表明原料被蒸解的程度，亦即衡量纸浆中木素等非纤维素物质除去的程度。木浆多用贝克曼价而

6、草浆多用高锰酸钾值表示。5、得率（粗浆收获率）：指蒸煮后所得纸浆绝干重量与蒸煮前纤维原料绝干重量之百分比。6、黑液：蒸煮后浆中分离出的黑褐色废液。7、残碱：黑液中碱的浓度（g/L）。,8、用碱量及碱浓的计算：例题1.已知25m3蒸球，装球量4000千克/球，麦草水分12%，用碱量12%，硫化度15%，液比3：1求：每球装绝干草多少千克？带入水分是多少？每球应加NaOH和Na2S各多少千克？（以Na2O计）每球应加碱液多少m3？,解:每球装入绝干原料重量为：4000（110%）=3600（）每球应加活性碱的量为：360015%=540（）（以Na2O计）其中Na2S的量为：54015%=81（）

7、（以Na2O计）故NaOH的量为：54081=459（）（以Na2O计）蒸煮总液量为：36003=10800（L）应加碱液：10800-400=10400（L）,(四)有关碱回收的术语及计算1、绿液：回收炉中流出的熔融物溶入稀白液或水中产生 的黑绿色的液体。主要成分是Na2CO3+Na2S2、白液：绿液苛化后产生的色泽浅淡的液体，主要 成分是NaOH+Na2S3、苛化度：NaOH与NaOH+Na2CO3之比,第二节碱法制浆蒸煮理论,主要内容：讨论碱法蒸煮中发生的物理变化、化学变化以及脱木素反应历程。进一步讨论蒸煮中的各影响因素制订出合理的工艺条件。,（一）蒸煮中的物理变化在碱法蒸煮时，主要的物

8、理变化是：碱液与料片接触并渗透到原料内部，细胞间及细胞壁中的木素溶出，纤维之间连结减弱，相互分离。在高温的碱液中细胞壁润胀，由原料变成纸浆。,渗透,溶出,1、渗透的方法（两种方式）一种是毛细管渗透，它是由于料片中存在大量毛细管，药液通过毛细管渗入原料内部，这种作用在干料片中起主导作用。另一种是扩散作用，在水分含量较高的料片中，药液中的离子在离子浓度差的作用下扩散到料片内部。蒸煮开始至升温前对料片进行的各种预处理，都是为了加快这两种渗透。,2、药液在不同原料中的渗透植物纤维原料品种繁多，结构相差较大，渗透的途径也不一样。针叶木是由开口纤维的末端进入细胞腔，横向穿过纹孔，侧向通过木射线，在相邻的细

9、胞间流动。而阔叶木是由导管内部，通过纹孔进入纤维。草类原料除了和阔叶木一样，存在大量导管外，还有更多的薄壁细胞，结构疏松，药液很容易渗入。蒸煮中强调药液的渗透！,（二）蒸煮中的化学变化 碱法蒸煮的主要化学反应包括：原料（木素、纤维素、半纤维素、其它 少量组分）+碱（NaOH、Na2S）焦点：在尽量少损伤纤维素和半纤维素的 前提下加快木素的脱除,1、木素与碱的反应木素与NaOH的反应木素是由许多苯丙烷结构单元通过醚键、碳-碳键和其它键型联接而构成的立体网状高分子化合物。碱法蒸煮主要就是NaOH与之反应，使木素结构单元间的联接断裂并使之溶出，同时尽量防止断裂了的木素分子碎片再缩合而变成大分子。由于

10、烧碱法和硫酸盐法药液化学成分不同，在蒸煮过程中，化学反应有相同点，也有不同之处。碱法蒸煮过程NaOH与木素反应主要是酚型-烷基-芳基醚键联接经过形成亚甲基醌结构的碱化断裂反应，反应过程参见下图。,这是由于NaOH促进了酚盐结构的重排，从而使-烷基-芳基取代物在形成亚甲基醌结构的过程中从木素的大分子上断裂下来，形成断裂的木素碎片，再是酚型-烷基-芳基醚联接的碱化断裂，而非酚型的-烷基-芳基醚不能形成亚甲基醌结构，仅在位上有羟基的非酚型-芳基醚键才能进行碱化断裂。C-C键的联接比较稳定，在蒸煮后部分的断裂，从而使木素大分子逐渐变成小分子而溶解，同时在脱木素过程中所断裂的木素在碱浓低、温度高等条件下

11、，会发生相互的缩合反应变成木素的大分子，如果要把缩合了的木素再溶解出来，则需要更多的碱和更剧烈的蒸煮条件。因此碱法蒸煮的后期，要防止木素的缩合。,木素与硫化钠的反应在硫酸盐法蒸煮中还存在Na2S与木素的反应，Na2S水解生成NaOH和NaHS，蒸煮初期溶液中NaOH浓度高，使Na2S的水解受到抑制。随着蒸煮的进行，NaOH逐渐消耗，浓度降低，Na2S逐渐水解。硫酸盐法制浆中，用Na2S代替部分NaOH，相应地降低了NaOH的浓度，使蒸煮反应较缓和，从而减轻对纤维素和半纤维素的降解；同时由于Na2S水解后生成NaHS，而NaHS中的HS-离子能与木素迅速反应，特别是它能使木素大分子中存在较多的烷

12、基-芳基醚键断裂，生成硫化木素，从而使木素脱除比单一的氢氧化钠快，缩短了纤维原料与高温碱液接触的时间，有利于保护碳水化合物。因此，与烧碱法比较采用硫酸盐法蒸煮，不仅可以缩短蒸煮时间，而且还能提高成浆得率和物理强度。,另外，木素与Na2S的反应除生成硫化木素和碱木素外，木素大分子上的甲氧基可部分脱除生成甲硫醇及其钠盐。甲硫醇（CH3SH）的生成量，除了与树种有一定的关系外，与蒸煮的条件亦有很大的关系。主要表现在蒸煮用碱量及硫化度等方面。硫化度高，甲硫醇产量相对增加。在蒸煮硬浆与软浆时的情况亦有区别，煮软浆用碱量高，有较多的过剩NaOH存在，甲硫醇可变为不易挥发的甲硫醇钠盐，也有少量变成二甲硫醚：

13、,甲硫醇为具有特殊恶臭的气体，沸点5.8，易污染大气。二甲硫醚沸点为38，因在常温下是液体，臭味较甲硫醇小。因此，煮硬浆较煮软浆臭味大；蒸煮液硫化物用量高，较硫化物用量低，臭味大。不同植物原料臭味不同，其中以阔叶材臭味最大，针叶材次之，草类最小。硫酸盐蒸煮臭气除上述原因外，NaSH水解产生微量H2S也是原因之一。在很少情况下，甲硫醇经氧化后生成二甲二硫醚。,二甲二硫醚沸点112，臭味小,2、纤维素与碱的反应 一般说，在碱中纤维素比较稳定。但是，在纤维胞间层的木素已被除去，半纤维素也被溶出较多时，继续脱除细胞壁中的木素时，纤维素将受到降解，结果降低纤维素的聚合度和浆的得率，影响纸浆的物理强度。因

14、此，在蒸煮后期，要严格控制终点。NaOH对纤维素的作用主要有三个反应：剥皮反应、终止反应（即稳定反应）和碱性水解。,剥皮反应纤维素大分子的还原性葡萄糖末端基对碱不稳定，被逐个的剥离而溶于蒸煮液中，剥去的还原性葡萄糖末端基重排为异变糖酸。当纤维素大分子的一个还原性葡萄糖末端基剥去后，在大分子链上又出现另一个还原性葡萄糖末端基，继续进行剥皮反应，剥去还原性葡萄糖末端基。这种还原性葡萄糖末端基逐个剥落的反应，称为剥皮反应。,随着剥皮反应的不断进行，纤维素聚合度变小，纸浆的得率下降，碱耗增加。所以，剥皮反应是有害的。纤维素大分子剥皮反应中损失的部分，在碱液中其最终降解产物主要是葡萄糖异变糖酸及2,5-

15、二羟基戊酸，还有相当量的乳酸、甲酸、乙酸及少量乙醇酸。终止反应在剥皮反应进行的同时，还发生终止反应，即在碱法蒸煮条件下，对碱不稳定的纤维素大分子的还原性末端基，转变为对碱稳定的偏变糖酸末端基，使剥皮反应终止。,剥皮反应与终止反应在碱法蒸煮过程中是既互相对立又互相联系、互相制约的一对反应，为了增加纸浆的得率，提高纸浆质量，应设法促进终止反应的进行并抑制剥皮反应。这可以通过下面的几个主要途径来实现:将末端羰基还原为伯醇羟基；将末端羰基氧化成为羧基；加入能与羰基起反应的化合物，将还原性末端基封锁。,碱性水解纤维素大分子的苷键的碱性水解在蒸煮升温阶段，一般进行较慢，而在高温作用下，葡萄糖苷键碱性水解裂

16、开加速，使纤维素的聚合度迅速下降。碱性水解的结果增加了新的还原性末端基，为剥皮反应的进行提供了新条件，而如果碱性水解裂开的部位在靠近大分子链的端部，则水解所产生的短链分子可直接溶于碱液，可见碱性水解危害很大。,3、半纤维素与碱的反应与纤维素相似，半纤维素在碱法蒸煮中也会发生剥皮反应，终止反应，碱性水解，由于半纤维素分子链短，支链多，且为无定形结构，因此，比纤维素稳定性差，更易与碱反应，通过蒸煮，浆中半纤维素的量和结构都有较大变化。,4、少量组分与碱的反应原料中含有某些少量组分，如草类中的灰分，木材中的树脂，都能与碱反应，草类中的灰分，60%是SiO2，与NaOH 反应生成Na2SiO3溶于黑液

17、中，即造成碱回收蒸发和燃烧过程的结垢，又妨碍白液的澄清；木材中的树脂与碱反应生成皂化物，也影响黑液碱回收，因此，碱回收前黑液要除硅、除皂。另外，原料中的色素、淀粉、果胶等与碱反应生成带色物质，使浆的颜色加深，难漂白，要加强洗涤。,（三）碱法蒸煮反应历程碱法蒸煮中脱木素以及碳水化合物与碱的反应在不同时期反应速度不同，蒸煮反应历程的研究就是通过实验方法，找出脱木素及碳水化合物与碱反应的变化规律，指导生产中工艺条件的制订，生产高质量纸浆，木材和草类中不论是木素含量还是结构都有较大差异，因此，反应历程不同。1、木材碱法蒸煮反应历程研究表明木材碱法蒸煮脱木素分三个阶段,（1）初始脱木素阶段：从蒸煮开始至

18、升温到150以前，为初始脱木素阶段，溶出的木素占木素总量的26.6%，大部分为碱易溶木素。（2）大量脱木素阶段：从150175为大量脱木素阶段,木素溶出量/%（对木材）图3-3马尾松硫酸盐法蒸煮脱木素三个阶段,木素占原料中木素的63.5%到175时，大部分木素溶出，木片已经成浆。（3）残余木素脱除阶段：从175保温开始的保温期间为残余木素脱除阶段，保温100min溶出原料中木素的8%。这一阶段溶出的木素属“难溶木素”。用烧碱法蒸煮木材，在木材品,在初始脱木素阶段:碳水化合物溶出较多，升温到150，溶出碳水化合物17.5%，占原料中碳水化合物的25.16%，由于碳水化合物和木素的溶出，纸浆的得率

19、不断下降至74%。在以上脱木素过程中，碳水化合物变化规律是：在大量脱木素阶段:溶出碳水化合物8.79%，占原料中碳水化合物的12.56%，由于木素大量溶出和其他组成的溶出，纸浆得率显著下降，到175时，纸浆得率只有47%。在这个阶段中，蒸煮液中残碱浓度下降并不多，说明木素的大量溶出并不需要消耗很多碱，溶出的木素已在第一阶段和碱起反应。在残余木素脱除阶段:碳水化合物的溶出一直是直线增加，延长保温时间，碳水化合物的降解加剧，因而，虽然木素溶出很少，纸浆的得率却不断下降，保温100分钟时，纸浆得率下降到37.52%。,在残余脱木素阶段中，蒸煮液中碱的浓度继续下降，碱主要消耗于碳水化合物的溶出以及中和

20、黑液中的有机酸，因此，过分延长保温时间，不仅对纸浆质量产生不良影响，而且使碱耗增加。2、草类原料碱法蒸煮反应历程 我国近年来对芦苇、甘蔗渣和麦草等草类原料硫酸盐法和烧碱法蒸煮反应历程进行了许多研究，基于草类原料木素含量低，半纤维素含量高，组织结构疏松，因此比较容易蒸煮，其蒸煮反应历程与木材和竹子蒸煮反应历程有所不同。草类原料硫酸盐法蒸煮反应历程可以分为以下几个阶段，即主要脱木素阶段、补充脱木素阶段和残余脱木素阶段。,研究表明，麦草的主要脱木素阶段在升温到100以前，此时木素的脱除率约为总木素量的60%左右，耗碱量和碳水化合物溶出量分别为50%和45%。烧碱-蒽醌法蒸煮在主要脱木素阶段，木素脱除

21、量比烧碱法高12%，碳水化合物溶出量基本与烧碱法相同，而碱耗却少1/5。补充脱木素阶段为升温至160，此阶段木素脱除量为总木素量的25%30%，而碱耗量仅为10%15%，聚戊糖溶出量为10%左右，此阶段的脱木素速度也明显减慢。残余脱木素阶段为160后的保温阶段，此阶段脱木素量仅为总木素量的5%10%，而碱耗却为总碱耗的20%左右，此时的碱耗除继续消耗于木素和碳水化合物溶解外，主要消耗在溶出木素和碳水化合物的进一步分解。,（四）蒸煮中的影响因素如果我们把浆的质量看做函数，影响浆的质量的自变量因素有原料质量、用碱量、碱液浓度，时间温度等，这些自变量的变化对浆的质量的影响各自有一定规律，之间又相互关

22、联，讨论这些变化的规律，制订出合理工艺，并使之稳定，才能确保生产出质量高并且稳定的纸浆。1、原料的影响原料的影响主要包括材种，料片质量等。,针叶木组织结构紧密，木素含量高，且大部分分布在细胞壁中，蒸煮比较困难。阔叶木组织结构较针叶木更紧密，浸透困难，但与针叶木相比，木素含量较低，且细胞壁内较少，故比针叶木容易蒸煮。同是针叶木或阔叶木，由于树种不同，其组织结构、物理性质与化学组成不同，蒸煮条件及所得纸浆性质也有差别。草类原料组织结构疏松，木素含量低，容易蒸煮，竹子的木素含量与针叶木相似，含硅量比木材高，结构紧密，蒸煮条件介于木材和草类之间。料片的规格影响装锅量及药液的渗透，木片尺寸一般为：长20

23、25mm，宽1520mm，厚25mm，草片长2040mm，另外除尘净化的质量对浆的质量影响很大，木材要尽量除去树皮、朽木、树节等;而草类原料要尽量除硅、除草叶、节、梢等。,2、用碱量的影响用碱量的大小对蒸煮影响很大。确定用碱量的依据为原料中木素含量以及成浆的硬度要求，在实际生产中，必须加入过量的碱，用来保证蒸煮后期的反应，否则不能把料片煮成纸浆；同时还要保证后期有适当的碱，使生成的碱木素溶出。增加用碱量有利于加快蒸煮速度，降低纸浆硬度和提高纸浆的可漂性。但用碱量过高却会降低成浆得率和物理强度。但如果用碱量过低时，成浆较硬而色暗，不易漂白，而且筛渣增多，即使延长蒸煮时间，有时也难以保证脱木素反应

24、的进行，难以成浆。实际生产中，木材用碱量为1528%（硬浆为1518%；软浆为2428%）；竹材、芦苇等为1318%；蔗渣为1115%；稻麦草为815%。一般在生产纸板用浆时可取其下限值，本色浆取其中间值，漂白浆则取上限值。,蒸煮开始时碱液的浓度与用碱量和液化有关，用碱量一定，液比变小，碱浓提高，脱木素快。但液比过低，会导致蒸煮不匀的现象，如某草浆厂曾出现蒸煮粗浆得率高但细浆得率偏低的现象，原因之一是液比小，碱浓大，蒸煮不匀，粗浆筛浆渣量大。在蒸煮过程中，碱液浓度是不断地在变化着。在蒸煮初期碱液浓度变化最大，这由于大量的碱消耗于中和由蒸煮反应所生成的有机酸。因此，只有在采用最初浓度较高的碱液时

25、，碱液浓度所起的作用才会显示出，不过，要制取强度大、纯度高而易漂白的纸浆时，一般却要采用低限的碱液浓度，当然也应要求在一定的合理时间内完成蒸煮过程。否则浓度过低会延长蒸煮时间，并且增加蒸煮和碱回收的耗汽量。3、碱浓的影响,（1）原料品种：对于木材、竹材、芒秆等原料，组织紧密，吸水性差，宜用低液比高浓度的碱液，有利于渗透；而稻草、蔗渣等原料，组织疏松，可采用较大的液比，以保证蒸煮均匀。（2）生产条件：在采用回转式蒸煮器时，宜用小液比；一般为31,而立式蒸煮锅要用稍大的液比，为561。生产中，碱浓一般为，木材50 60g/L，竹、苇、芒杆40 50g/L，稻、麦草30 40 g/L。碱液浓度还与下

26、列条件有关：,4、硫化度的影响实践证明，在用碱量相同和一定的蒸煮温度条件下，采用硫酸盐法或烧碱法，其碳水化合物溶解速度基本相同，但木素的溶出速度却相差较大。一般在硫酸盐法蒸煮的整个过程中，木素的溶出速度都是很快的，而烧碱法蒸煮则在蒸煮开始时，木素的溶出速度较快，随后就大大减缓。从而说明在药液中有硫化钠时，有利于脱木素。为此，在一定范围内，提高硫化度不但可以加速木素的溶解，降低纸浆中的木素含量，并且还可以缩短蒸煮时间，有利于提高成浆得率和物理强度。,但在硫化度超过一定限度时，其效果很小。如硫化度从15.6%增至31%时，增加硫化度的意义已经不大了。如果硫化度进一步提高到40%以上，不但不能促进蒸

27、煮速度，并且开始减缓蒸煮速度。这主要是因为在活性碱用量一定时，提高硫化度意味着有效碱含量的降低，当降低到不足使硫化木素溶出时，将影响脱木素反应的进行。同时硫化度过高必将加剧药液的腐蚀性，增加操作的困难。在实际生产中，木材蒸煮采用的硫化度一般为1530%，但以2025%较为适宜；草类蒸煮常用的硫化度为1525%，但也可低至10%左右。,5、蒸煮温度和时间的影响蒸煮温度和蒸煮时间是两个互相关联的参数。蒸煮温度即指蒸煮过程最高的温度。蒸煮时间主要包括升温时间和保温时间。随着温度的升高，能加快蒸煮的反应速度，并促进木素的溶出。通常在蒸煮的最高温度范围内，随着蒸煮温度的提高，蒸煮时间也就可以缩短。随着蒸

28、煮温度的提高和保温时间的延长，虽有利于脱除木素，但也将加剧对碳水化合物的损害；因此，成浆得率低，物理强度也小，漂率也低。生产中，木材蒸煮最高温度为170180，芦苇、竹子、芒杆为160170，其它草类150160连蒸系统最高温度比间歇蒸煮高。,6、H因子H因子是表示在蒸煮过程中的相对反应速率和蒸煮时间的关系。它是以不同蒸煮温度下的反应速率对其相应的蒸煮时间所作出的曲线下面的面积，亦即反应速率与蒸煮时间的乘积。在蒸煮过程中，对应于蒸煮温度的反应速率K的计算如下式：,式中：E活化能（对于硫酸盐木浆的蒸煮，E=133760焦耳/摩尔）R气体常数（8.3焦耳/摩尔）T绝对温度（K）C反应常数。,设10

29、0时的反应速率K为1时，则上述方程式可变为：,代入上式得：,由此就可以计算出在各种不同温度时的K值，如表4-2所示,关于H因子的计算如表3-3所示。从表3-3可知，两者虽然升温和保温时间不同，而且最高蒸煮温度也不同，但总的H因子却相同，所以仍可制取木素含量和得率相同的纸浆。这从下图4-4中也可以看出，尽管蒸煮最高温度不同，但H因子相同，而成浆的得率和木素含量大致相同。为此，在生产上可以通过H因子的控制，以制取合乎质量要求的纸浆。尤其在生产过程中由于某种原因需要调整温度时，则可按照总的H因子调整蒸煮时间，而保证成浆的质量。如图4-5（）（）表示按相同H因子调整蒸煮时间来控制生产的示例。,表4-5

30、 H因子的计算,注：升温时间1.5小时；保温时间1.5小时；最高蒸煮温度为170。升温时间1.67小时；保温时间0.55小时；最高蒸煮温度为180。,图3-4 H因子与纸浆得率和木素含量的关系 1纸浆中木素含量%2纸浆得率%,图3-5 H因子调整蒸煮（速度-时间）,图4-5 H因子调整蒸煮（温度-时间）（2）,第三节蒸煮设备 按照蒸煮方式不同，碱法蒸煮可分为间歇式蒸煮和连续式蒸煮，不同的蒸煮方式采用的设备及操作过程也不一样，间歇式蒸煮设备有蒸球和立锅，连续蒸煮系统包括立式，横管式和斜管式连蒸系统。,蒸煮设备,间歇式,连续式,蒸球立式蒸煮锅,横管式连蒸系统立式连蒸系统斜管式连蒸系统,（一）蒸球蒸

31、球属回转、间歇式蒸煮器，是中小型草浆厂主要蒸煮设备。1、蒸球的结构蒸球是由球体，底座和传动系统三部分组成，如图3-6所示。,图4-6 蒸球的结构1，7进气管 2，3截止阀 4安全阀 5蜗轮蜗杆传动系统 6逆止阀 8喷放弯管 9喷放管,球体是用锅炉钢板焊成的球形薄壁压力容器，在其垂直中心线的上方开椭圆形的装料孔，在水平中心线上，球体两端通过法兰盘与两个铸钢制的空心轴颈相连，轴颈支承在两个半开式的油环轴承上，而轴承固定在铸铁式钢筋混凝土的底座上。两端空心的轴颈分别连有进气管和喷放管，进气管在传动装置一侧，轴颈内侧装有圆孔挡板，以防止浆料堵塞气管，在球外进汽管上依次装有止逆阀，安全阀压力表，截止阀，

32、止逆阀应在最靠近球体的位置，以免当球内压力高时，黑液“回窜”到主气管，进气管在球内呈十字交叉，以利均匀布气.在另一侧,轴颈与喷放弯管相连,喷放弯管在球内沿球壁延伸到球体的正下方,距球壁50mm,在球外与喷放阀相连。,有的蒸球内壁焊上若干1620mm的齿状金属棒，以利料片与碱液均匀混合，并减小球内壁的磨损，球壁外包保温层，外面用铁皮包裹，以减少蒸煮时的热损失，球壁上还有取小样管，以便取样化验。,2、特点蒸球结构简单，操作方便，相同的容积，表面积小，节省材料，热量散失少，且由于回转，碱与料片混合均匀，可采用较小的液化。但直接通汽，球内碱浓变化大，占地大产浆量低。3、蒸球操作（1）装球:装球时要求“

33、多、快、匀”。多就是要尽量多装，一般情况下，植物纤维原料、特别是草类松散，装球困难，碱法蒸煮采用装球前用碱液预浸料片或采用装球器可提高装球量。快，就是在保证料片与碱液混合均匀的前提下，缩短装球时间，尽量使料片与碱液接触时间一致。匀就是碱与料片混合要匀，最好是先装完料，用剩余的少部分碱液压料。（2）封盖空运转:封盖后升温前，使蒸球转动15分钟左右，以保证球内碱液分布均匀。,（3）升温打开进汽阀，通汽升温。当球内压力升至0.20.3MPa时，关闭进汽阀，将装料孔转到球体正下方，打开喷放阀，使球内压力降为0.05MPa，关闭喷放阀，打开进汽阀重新升温至最高温度。小放汽的目的是排除球内空气产生的假压，

34、均匀蒸煮，但浪废了蒸汽，使操作复杂化。（4）保温保温是在最高压力下保持球内反应一定时间，保证脱木素的量。以利纤维充分分离成浆，但此时，也容易导致碳水化合物降解，降低得率，因此，要视对生产浆的要求合理制订升温及保温曲浅，图4-7为生产中的三种情况：横轴表示时间，纵轴表示温度，总蒸煮时间相同，但保温时间不同。,温度,时间（a）（b）（C）图4-7 三种升温曲线,（5）化验喷放在接近蒸煮终点时，取小样化验纸浆的硬度和残碱，合格后喷放，一般草类原料采用全压喷放，它省时间，且有利于纤维分离，但如棉麻类的长纤维浆，不能采用全压喷放，而要先大放汽，再常压倒料。（二）立式蒸煮锅立式蒸煮锅按其加热方式不同，可分

35、为直接加热和间接加热强制循球两种。我国硫酸盐浆厂则多采用间接加热强制循环，并辅以直接加热的方法。,（二）立式蒸煮锅1、立式蒸煮锅的结构 立式蒸煮锅的结构主要包括锅体、药液循环系统和支架三大部分，如图4-8。,图4-8 硫酸盐法蒸煮锅及药液循环系统,锅体由圆筒部和上、下锥部组成。锅体由锅炉钢板焊接而成。上锥部的锥顶角约90，而下锥部的锥顶角大多为60。蒸煮锅的高度通常为其直径的3.03.5倍，也有达到4.0倍。锅体外表面敷设有厚度约为5075毫米的石棉保温层。在圆筒体内壁中部或底部（按其抽液部位）装设有圆筒形带状滤板，而与锅体内壁构成环状空间，并在其对应的锅壁上相对两侧开有抽液口，连接循环泵以便

36、抽液循环。,在上锥部内部设有两组锥形滤板，上组滤板供小放气时防止浆料随气排走，下组滤板则作为蒸煮液进锅的滤板。上锥部上面锅颈连有法兰盘，并装有绞链螺栓，用以固定锅盖，同时依靠推动支臂进行移开或放盖。由于这种结构操作笨重，有的工厂已改为自动开关锅盖，较为迅速方便。下锥部下锅颈内部也装有滤板，以过滤下循环进液。下锅颈另侧装有直接通汽管，以供直接加热的需要。下锅颈下端又连接着放料弯管和放料阀。,循环系统主要包括加热器、循环泵和循环管道。蒸煮药液从锅体中部或底部抽出，由循环泵送入加热器，经加热后大部分由下循环进入蒸煮锅底部，而小部分由上循环进入蒸煮锅上部。加热器多采用列管式。其加热面积应稍大些，一般要

37、达到0.70.9m2/m3锅容。循环泵应用耐碱材料制成的离心泵，其叶轮和轴等部件要用不锈钢制成。循环泵的扬程和流量应考虑在一小时内能使药液循环812次，每分钟循环量约为锅容的910%。支架,支架蒸煮锅全部重量（包括原料、药液以及蒸煮锅本身的重量）是由46个支柱支承着。蒸煮锅的托耳支座与支柱不能完全固定，以适应热胀冷缩的变化。通常在有四个托耳支座时，其中仅有一个托耳用螺栓固定在支柱上，而其他三个托耳支座则放置在滚动式托耳支柱上，使托耳支座能在支柱上移动。,2、特点 立式蒸煮锅的优点在于：锅容较大，单位产浆量大，劳动生产率高；与同产量的蒸球比较，其占地面积小。但其缺点在于：构造复杂，制造技术要求高

38、；附属设备多，动力消耗大；设备投资和维持费用大。常用立式蒸煮锅规格有75m3和110m3、220 m3,3、操作采用立锅碱法蒸煮的操作过程是：（1）装锅送液通常采用装锅器装锅，以提高装锅量，蒸汽装锅还能除去木片中的空气，有利于药液渗透。送液时要求时间短，送液量要准确，一般立锅的送液量为锅溶的4560%，采用碱回收的白液和黑液混合成蒸煮液时，一般先送白液、后送黑液。,（2）升温和保温升温操作主要是通人蒸汽使蒸煮器内的料片与药液的温度提高到蒸煮所须温度。随着温度的提高，加快了药液的渗透，加速了化学反应的进行.升温时间一般在12 小时。在升温过程中，通常在升到125130时要进行小放气。其目的在于排

39、除蒸煮器内的空气以及松节油等挥发性物质。排除锅内的假压，并能减少对纤维素的氧化。保温是指在最高温度下保持一定时间，以保证脱木素，原料离解成浆。保温时间视生产条件和浆种而定。生产本色浆为0.5小时，漂白浆须1.52.0小时，特种浆有的达6小时。（3）放汽和放锅蒸煮终点化验合格后，采用常压放锅或高压喷放。,（三）间歇式蒸煮的辅助设备1、装锅器装锅器的作用是帮助装锅，提高装料的速度和装量，常用的装锅器有蒸汽装锅器和机械装锅器，蒸汽装锅器是由弯管和环形分配室构成如图4-9。装料时将其安装在锅口，装料的同时，蒸汽通过弯管进入分配室，再经过环形分配室上的2024个小孔，沿与锅口呈22角的方向喷入锅内压缩软

40、化料片，驱赶料片中的空气。机械装锅器是利用离心力的作用，将落入装锅器上的料片甩向四周，增加料片在锅内的密度，另外，草类原料装球还广泛采用装球器或人工压料。,图4-9 蒸汽装锅器,2、喷放锅(1)锥底喷放锅：其结构如图4-10所示。浆料由喷放管沿切线方向进入喷放锅顶部喷口，锅内气体由顶端排气管排出，可送至热回收系统。在锥形底部上端的环形管上装有若干喷嘴，以便喷入黑液，供稀释浆料。在锥底下端装有螺旋式搅拌器，则改由锥底下端排浆，通过相连的螺旋输送器排出。(2)平底喷放锅：其结构如图4-11所示.由于结构简单,近年来被广泛采用.平底喷放锅圆筒体可以坐落地面，在其底部设有锥芯而构成环形浆道,并附有叶轮

41、搅拌器.浆料由环形管的黑液进行稀释,并经底部一端的出料口,用泵抽出。我国生产的ZJP-1型平底喷放锅，有效容积为80m3，其规格为335013317mm，(3)喷放仓：其结构上部为圆筒形而底部则呈锥形，锥底装有出料螺旋输送器，多为中小型草浆厂所选用。,图4-10锥底喷放锅图 4-11平底喷放锅1喷放管 2喷放锅顶部开孔 1浆料进口 2排气管 3排气管 4回流管 5环形水管 3浆料出口 4搅拌器,3、热回收系统 不论是蒸球还是立锅蒸煮，全压喷放时产生大量废汽，如果不进行回收，会造成热能的浪费并污染环境，生产中通常采用喷射冷凝器热回收系统，如图4-12所示。喷放出来的废蒸汽进入喷射冷凝器，而将冷水

42、加热至9095，顺流至冷凝水聚集槽上部。槽内具有隔板，分成两部分；热污水经过滤器滤去纸浆，用泵送至热交换器，冷污水从槽底用泵抽送至喷射冷凝器，以冷却废蒸汽。产生的污热水可用于配碱或洗浆。,图4-12 喷射式冷凝器热回收系统1，2黑液泵 3过滤器 4喷射冷凝器6、7黑液槽 8热水槽,（四）连蒸系统 连蒸是指连续进料和连续出浆的生产过程。其特点是：产量高，生产中工艺参数稳定，成浆质量均一，自动化程度高，运行费用较低，1、横管式连蒸系统（1）特点 横管式又称潘地亚式连蒸系统，它的主体部分为28根横管构成的蒸煮器，其特点是在横管内连续运动的原料被气相高温蒸煮成浆。八十年代后期，天津轻工机械厂从瑞典引进

43、了50150t/a横管蒸煮器设计制造技术，近年该系统迅速国产化。,潘地亚式连蒸系统,（2）流程 该系统流程为,料片经皮带输送机1,送入双辊计量器2,实现连续定量喂料，再落入双螺旋预浸渍器3中，在此与碱液混合；料片被浸渍，来自碱回收和洗浆的白液和黑液分别引入贮槽4和5中,在混合槽6混合后送入浸渍器或直接泵入竖管7的顶部,供蒸煮用.原料在预压螺旋8初步压实，该螺旋螺距250mm,与水平面倾斜45,可调速。原料再送进螺旋进料器9中经挤压，最后由螺旋末端挤入料塞管，形成密封料塞,以密封蒸煮空间的蒸煮压力，螺旋挤出的多余药液,由螺旋进 料器外壳上的开孔流出。螺旋末端有一实心轴延伸到料塞管中，用于消除形成

44、的料塞中央部分较软的现象，防止反喷。同时，压缩比的大小也很重要，草类原料更需要大的压缩比,一般为18,因为草类料塞要封住0.70.8MPa的蒸煮压力,需要500600kg/m3密度，而草类原料密度小,只有6080 kg/m3.芒秆为90110 kg/m3。,此外，为了防止原料打滑，螺旋外壳内表面设有防滑条。螺旋与外壳防滑条间隙通常为0.82.0mm。近来国外在料塞管上也没了防滑槽沟，据称，效果良好。在进料器料塞管对面装在气动止逆阀10，其作用是便于原料成塞，保持料塞一定的紧密度，防止螺旋进料器的反喷，当料塞过松时，螺旋进料器的电流低于限定值，装在止逆阀气缸压缩空气管路上的电磁阀，在时间继电器与

45、电流继电器的作用下关闭止逆阀。在正常生产时，止逆阀退回气功装置一侧，以使原料连续进入蒸煮管。第一根蒸煮管与竖管7之间设有补偿器11。,料塞经扩散落入蒸煮管12就开始恢复到正常密度，同时由直接蒸汽加热升温。四根蒸煮管结构相同，管内有螺旋输送器。蒸煮器的充满系数一般为0.50.7。成浆由最后一根管落入翼式出料器13，经可调节的喷放阀喷放到喷放锅。翼式出料器里面装有翼式搅拌器，转速300r/min左右，用以将浆料初步碎解并刮至喷放器。翼式出料器的外壳上装有两个喷放阀，其中一个为备用，浆料通过其闸门的可调孔口喷入喷放锅。近几年已开始采用冷喷放，这种喷放是在最后一条蒸煮管至翼式出料器之间的竖管上注入85

46、左右的稀黑液，将浆料稀释至8%左右的浓度，并保持竖管内料位稳定，利用蒸煮管压力喷放。冷喷放能提高浆料物理强度，并阻止蒸煮管内蒸汽随浆料一同喷放至喷放锅。该系统关键部件为螺旋给料器，其结构如图4-14。,图4-14 螺旋给料器1阀杆 2阀头 3料塞管 4防滑条 5锥形壳体 6进料螺旋,由进料螺旋、锥形壳体和料塞管等部件组成，螺旋进料器的作用是连续均匀地送料，并挤压多余药液，使得原料逐步压缩成密封料塞而进入蒸煮管。经验证明，调整塞管的长度和压缩比，是重要的参数，要根据不同的原料，通过实验来确定，压缩段较长的螺旋，适应性较强。压缩比的选择主要根据原料的自然堆积容重和可压缩性，即物料密度的变化率。据报

47、道，堆积容重大于170/m3的原料压缩比可采用1.81，堆积容量小于25/m3的原料可以采用3.51，介于75175/m3的原料,可用差补法确定。,(3)工艺条件:横管式连系统蒸煮草类工艺条件为：蒸煮时间1012min，蒸煮压力为0.6MPa，活性碱用量为13%(Na2O)，液比为13.5，蒸煮得率为50%，KMnO4值9.5，筛选与除渣损失大约1.52.0%.芒秆和竹子蒸煮条件如下：蒸煮用碱量15.5%(Na2O),硫化度10%16%,液化12.5,蒸煮压力0.6MPa，蒸煮时间3540min，浆料KMnO4值1418，漂白浆得率43%。,2、立式连蒸系统（1）特点：立式连蒸系统最典型的是卡

48、米尔式，该系统1950年投入工业生产，几十年来经过不断改进，目前已发展为先进、高效的木浆生产系统，如：冷喷放技术，即向蒸煮器底部注入7080左右的稀黑液使纸浆喷放时的温度降低至85，提高了浆料的强度。另外，还采用锅内高温逆流洗涤，提高了洗涤效率，简化了洗涤设备。,（2）流程：卡米尔立式连续蒸煮系统的基本流程，如图4-15。木片仓中的木片经木片计量器和低压给料器进入汽蒸管。在这里，木片受到预汽蒸，汽蒸压力4998KPa，温度100120，历时23min，以排除木片中的空气。汽蒸后的木片经高压给料器，进入蒸煮锅，木片由蒸煮锅顶部缓慢地下降到高压浸渍区，在115的温度下，浸渍约40min而进入加热区

49、。在此处，药液从滤带抽出，加热后经中心分配管送回蒸煮器内，使得在加热区木片的温度由115上升到170而进入蒸煮区，在蒸煮区木片通过的时间约为60min，根据需要调整蒸煮区的温度、药液浓度及通过的时间。通过蒸煮区后即进入热扩散洗涤区，冷却后排放。,图4-15 卡米尔连续蒸煮器系统,高压给料器是该系统关键部分如图4-16，它的作用及原理是：当高压给料器位于垂直方向时，木片借重力和循环的药液送入其空腔内，药液通过空腔底部的滤网被抽走，当高压给料器的转子旋到水平位置时，木片被顶部循环泵送来的药液送到蒸煮器的顶部分离器内，在这里大部分药液通过分离器的滤网由顶部循环泵送回高压给料器，木片和部分药液被螺旋送

50、入蒸煮器内。,图4-16高压喂料器工作原理图,扩散洗涤是该系统先进的技术木片进入扩散洗涤区时仍基本保持原状，温度为7080的稀黑液（洗液），由泵打入锅底冷却区，一部分浆料冷却至90100，从排料装置排出；另一部分由泵从锅底的滤网抽出，经加热到120130由中心分配管回到原来抽液的区段内，然后以相对于木片移动的方向上升，进行逆流扩散洗涤。当洗涤液上升到洗涤区上端的下节滤网时含固形物最高，用泵由下节滤网抽出，再经锅中心等管送到蒸煮区下端，将与浆料一起下行的浓黑液置换出来，而由上节滤网排出至闪蒸罐，扩散洗涤需时1.54h。（3）工艺条件：卡米尔连蒸系统硫酸盐法蒸煮松木工艺条件：浸渍温度105、时间2