造纸分析与检测A第三章制浆试验蒸煮液分析部分.ppt
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1、制浆造纸分析与检验,联系电话 授课教师 李昭成,开设本课程的目的和意义,制浆造纸分析与检验,是造纸厂技术管理工作的重要组成部分,对于控制生产过程,保证产品质量起着重要作用。也是造纸行业研究部门进行科研的必要手段。,本课程设置的目的,是为了使学生初步掌握制浆造纸分析与检验的基本原理和测定方法;熟习试验中所使用的仪器设备的结构性能及其操作方法;通过实验的各个环节,使学生得到科学研究的初步训练;并在试验中培养学生独立工作能力。,制浆造纸分析与检验的内容比较多,大致可分为三个方面:1.原材料的分析与检验 2.生产过程中的分析与检验 3.成品纸的质量性能检验,第三章 制浆试验及其检测,为了研究新工艺,新
2、理论,开发新原料和新产品,在纸厂大规模生产之前,必须在实验室进行小型试验,以避免出现不必要的浪费。另外对制浆造纸学科的学生来说,在学完制浆原理和工程课之后也必须做小型蒸煮试验和小型漂白试验,以便加深记忆和理解,做到理论联系实际。,况且通过试验能进一步提高同学们的试验操作技能,为培养同学们的科学研究能力打下良好的基础。试验内容包括:试验准备、试验设备、操作过程、工艺条件制定,工艺计算与试验检测等。,第一节 蒸煮试验及其检测,一.原料准备及水分测定(一)试样的采取与切断 实验室小型蒸煮试验所用原料试样应具有代表性。无论选用什么原料试样,,采集时均应注意其产地及采集部位的代表性。木材原料在林区取材时
3、,应采用树龄适中,树干端正的材样。,如果从造纸厂采取木材原料,应在削片、筛选后,输送至料仓前的皮带上,间隔一定时间多次取样(10次以上),收集成为全样品。合格木片的规格为:长度1520mm,厚度35mm,宽度一般不要超过20mm,木片合格率要求在85以上。应注意选用无腐朽变质和水分不过大的样品。,当从造纸厂选取草类原料样品时,应在切草、除尘及筛选之后,送去装锅的皮带运输机上,在不同时间不同地点多次取样;如果选未切好的试样,可在实验室用铡刀或剪刀剪切成2030mm长的草片,竹片长度为1015mm。,切好后的草片可用8目(筛孔1.75mm)筛子筛除尘土、砂粒、谷粒与碎片后,备用。蔗渣原料:要求确定
4、除髓率,工厂除髓率为2530左右。,为了选样更具科学性,可按“四分法”选取所需的试样。所谓“四分法”,即把选取的全部试样混合均匀后堆成圆堆形后再压平,然后划十字分成四份,取其对角两份,可多次选取。每组大约需要1000g风干原料。如做科研之用,应把原料试样装入塑料袋中,进行水分平衡,并用标签写明:原料来源、品种、贮存期及采样日期。,为了增加装锅量,使药液浸透均匀,试样长度应严格控制。在实验室做小型试验,用剪刀切草时,试样长度比较好控制。在纸厂用切草机切草时就不大容易控制,通常用测定草片长度合格率来衡量试样的长短。,(二)草片合格率测定,所谓草片合格率是指:符合要求长度的草片与所选全部草片的质量百
5、分比。用公式表示为:草片合格率 在纸厂要求草片合格率要在8085以上。草片合格率低说明30mm以上的长草片比较多,会影响蒸煮质量。,1.测定方法,在送去装锅的皮带运输机上间隔取样约500g,用天平称取20g草片,从其中挑选出超过30mm以上长度的草片并称重。2.结果计算 草片合格率 100,(三)原料水分测定,蒸煮原料水分含量是进行工艺计算的依据之一。根据水分含量计算原料加入量,以利于计算蒸煮得率及纸浆得率。测定结果准确与否,将直接影响蒸煮工艺条件的正确执行,应选取经平衡水分后的试样准确测定。,所谓平衡就是将准备好的原料试样装入试样瓶或塑料袋,密封平衡一段时间,使水分含量均匀一致,尤其是搞科学
6、研究,必须使用平衡水分后的原料。麦草原料平衡水分时间要长一些,需要几天的时间或更长一些,对纸浆来说至少要平衡24小时以上。,蒸煮原料水分测定通常采用烘干法,即用可控温烘箱或红外线干燥箱干燥。1.测定原理:试样在1052的温度下烘干至恒重,所失去的质量与试样原质量之比,即为水分含量,用质量百分数表示。,2.所用仪器,可控温烘箱或红外线干燥箱;铝合或其他玻璃容器;玻璃干燥器(内装变色硅胶);感量1/1000g天平。,3.测定方法:略4.结果计算:试样原料水分含量式中 m原料试样在烘干前的质量,g m1原料试样在烘干后的质量,g 同时测两份,取算数平均值为测定结果,准确至小数点后第二位,两次测定值间
7、误差不应大于0.2。,注意事项:1.一定要烘到恒重。前后两次称重结果误差 应控制在5/1000以内。2.前后两次冷却时间要一致。3.同时测两份,两次测定值间误差不应大于 0.2。,二.蒸煮液的配制及其测定,蒸煮是将植物纤维原料通过化学试剂解离成纸浆的一种方法。蒸煮采用的方法很多,有酸法和碱法,而不同的制浆方法所采用的蒸煮液化学组成也各不相同。我准备根据我们国家造纸的实际情况,重点介绍烧碱法、硫酸盐法和亚硫酸盐法蒸煮液的配制及其分析。测定方法采用化学分析法,如中和法、氧化还原法等。,(一)碱法蒸煮液的配制,碱法制浆主要有:烧碱法、硫酸盐法和烧碱蒽醌法三种。烧碱法蒸煮液的主要化学成分是NaOH;在
8、NaOH的生产过程或贮存过程中,往往会吸收空气中的二氧化碳,使部分NaOH转化为Na2CO3。因此,烧碱法蒸煮液的成分中,除含有NaOH以外,还常含有一定量的Na2CO3。无论使用固体烧碱或液体烧碱,一般在蒸煮前要先将烧碱溶解和稀释,配制成一定的浓度。,硫酸盐法蒸煮液的主要化学成分有NaOH和Na2S,蒸煮前按蒸煮用碱量与硫化度计算配制而成。该蒸煮液除含有NaOH和Na2S外,还含有Na2CO3、Na2SO3、Na2S2O3和Na2SO4等成分。在配碱之前,要按照蒸煮工艺条件中的用碱量、液比、碱液浓度和大致装锅量进行计算,配碱后还要测定活性碱浓度。以上这些工作均有化验人员完成。,(二)烧碱法和
9、硫酸盐法蒸煮液总碱的测定,烧碱法蒸煮液总碱量指:NaOH+Na2CO3硫酸盐法蒸煮液总碱量指:NaOH+Na2S+Na2CO3+Na2SO31.测定原理 用盐酸标准溶液与蒸煮液发生中和反应,在烧碱法蒸煮液中发生如下反应:NaOH+HCI=NaCI+H2O Na2CO3+2HCI2NaCI+H2O+CO2,在硫酸盐法蒸煮液中,除发生上述反应外,还发生如下反应:Na2S+2HCI2NaCI+H2S Na2SO3+HCINaHSO3+NaCI NaHSO3+HCINaCI+H2O+SO2,2.仪器和试剂,25ml、50ml移液管各一支;500ml容量瓶一个;300ml锥形瓶两个;50ml白色滴定管一
10、支;500ml量筒一个;1g/L甲基橙指示剂;0.5mol/L盐酸标准溶液等。,3.测定步骤,取一500ml容量瓶,预先注入新煮沸而已冷却的蒸馏水至半满。再用移液管吸取25ml蒸煮液于容量瓶中,然后加蒸馏水稀释至刻度,摇匀。用移液管吸取50ml上述制备好的稀释液于300ml锥形瓶中,加入12滴甲基橙指示剂,用0.5mol/L盐酸标准溶液滴定至恰好显橙红色。,4结果 计算,烧碱法蒸煮液总碱量计算式:总碱量(以NaOH计)g/L硫酸盐法蒸煮液的总碱量计算式:总碱量(以Na2O计),式中 v滴定时消耗HCI标准溶液量,mL cHCI标准溶液的浓度,mol/L0.04和0.031分别为与1m mol的
11、盐酸相当NaOH和Na2O质量,g 两份平行试验的误差不应超过0.15g/L.,(三)烧碱法和硫酸盐法蒸煮液活性碱的测定,烧碱法蒸煮液的活性碱指:NaOH含量。硫酸盐法蒸煮液的活性碱指:NaOH+Na2S含量。1.测定原理 在蒸煮液中先加氯化钡,使氯化钡与碳酸盐、硫酸盐和亚硫酸盐反应,生成碳酸钡,硫酸钡和亚硫酸钡沉淀,然后再用HCI标准溶液滴定蒸煮液中的活性碱,其反应是如下:,Na2CO3+BaCI22NaCI+BaCO3 Na2SO4+BaCI22NaCI+BaSO4 Na2SO3+BaCI22NaCI+BaSO3 NaOH+HCINaCI+H2O Na2S+2HCI2NaCI+H2S,2.
12、仪器与试剂,500ml容量瓶一个;300ml锥形瓶两个;25ml、50ml移液管各一支;容量50ml白色滴定管一支;500ml、100ml量筒各一支;1000ml烧杯一支;调温电炉一个;0.5mol/L盐酸标准溶液;1g/L甲基橙指示剂;100g/L氯化钡溶液等。,3测定步骤 取一500mL容量瓶,预先注入新煮沸而已冷却的蒸馏水至半满,再用移液管吸取25ml蒸煮液于容量瓶中,再加入100g/L氯化钡溶液至沉淀完全(待沉淀下沉后,用清洁玻璃棒蘸此溶液,滴于盛有稀硫酸的试管中试之,如无白色沉淀,则应再加氯化钡,直至出现白色沉淀为止),并有微过量氯化钡存在为止。,最后加水稀释至刻度,摇匀。静置,以使
13、生成的碳酸钡、硫酸钡和亚硫酸钡沉淀下降。用移液管从容量瓶中吸取50ml上层清液于300ml锥形瓶中,加入12滴甲基橙指示剂,用0.5mol/L盐酸标准溶液滴定至恰好显橙红色为止。,4.结果计算,活性碱(以NaOH计)含量=g/L 活性碱(以Na2O计)含量=,式中 v滴定时消耗HCI标准溶液量,mL cHCI标准溶液的浓度,mol/L 0.04与0.031分别为与1m mol的盐酸相当NaOH和Na2O量,g 两份平行试验,其误差不应超过0.4g/L。,(四)烧碱法蒸煮液中碳酸钠的测定,可由已测得的总碱量中减去活性碱量而求得。因总碱量包括NaOH+Na2CO3,活性碱指NaOH。于是:碳酸钠总
14、碱活性碱。同学们在这里要注意,在带入公式计算的时候,要把总碱和活性碱统一用碳酸钠表示,因我刚才讲的总碱和活性碱的测定,是用NaOH和Na2O表示的,现在要把它们统一起来,否则将会出错。,计算式为:碳酸钠(g/L)总碱活性碱(NaOH+Na2CO3)NaOH 53/31总碱(以Na2O计)53/40活性碱(以NaOH计)1.709总碱(以Na2O计)1.325活性碱(以NaOH计),(五)烧碱法蒸煮液的双指示剂法分析,以上我们所讲烧碱法蒸煮液总碱和活性碱含量测定是分别进行的,分析结果准确,但需要的时间比较长,为了缩短测定时间,可采用双指示剂法。采用双指示剂法可以同时一次测出蒸煮液中总碱、活性碱和
15、碳酸钠的含量,用酚酞和甲基橙两种指示剂进行分析,此法准确度稍差,但速度较快,如对测定结果要求不特别高时可以采用。,1.测定原理,先用酚酞为指示剂,用盐酸标准溶液滴定烧碱法蒸煮液至终点,溶液由红色退至无色(变色范围:pH=8.39.6),NaOH被全部中和,而Na2CO3则变为NaHCO3,相当于一半的Na2CO3被中和,其反应式如下:NaOH+HCINaCI+H2O Na2CO3+2HCINaHCO3+NaCI,然后加入12滴甲基橙指示剂,继续用盐酸标准溶液滴定至恰好显橙红色(变色范围pH=3.94.4)完成以下反应:NaHCO3HCINaCI+H2O+CO2设用酚酞为指示剂滴定至由红色变为无
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