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1、职训讲义第一章 浆纸业工程说明1. 1纸的重要性：在现代生活中纸与纸产品对每个人的重要性是显而易见的，还没有哪一种制品对人类活动的各个领域比她有更深远的地作用了。纸和纸板，储存和传播信息的手段；实际上所有书写和印刷任务都是纸张承当的，它是应用最广泛的包装材料，而且是重要的建筑材料。纸和纸产品的用途实际上是无限的，新的专用产品不断地开发。与此同时，造纸工业也觉察到了来自其它方面（特别是塑料和电子媒体）对传统上由纸张占领的市场的入侵和挑战。值得提出的是，由于新技术和新方法的不断扩大造纸工业会有更大的市场。1.2纸、纸浆和纸板的定义：纸张传统上的定义是，纤维水悬浮液在一个细筛网上所形成的粘连状薄片。
2、除了大多数纸张含有非纤维性辅助（添加剂）外，目前纸产品一般与该定义是相符合的。干成型方法只用于制造少数特种纸产品。纸浆是抄纸的纤维原料。纸浆纤维通常来源与植物，其它如动物，矿物或化学合成的纤维也可以用于特定场合。用化学药品加工形成非纸张类产品的纸浆称为溶解浆。纸和纸板之间的区别主要在于产品的厚度和定量，通常将所有超过0.3mm厚度的薄片归入纸板类；但也有不少例外使这样的区别有些模糊化。1.3制浆造纸技术发展简史：古埃及人通过锤打和压合植物茎（芦苇状植物纸莎草）的薄片，制成世界上第一张书写用的材料，但它没有像真正抄纸那样完全的纤维解离作用。早在公元100年，我们的祖先首先利用竹子和桑树纤维悬浮液
3、进行了真正意义上的纸张抄造（公元105年，东汉蔡伦发明用破布，鱼网，废麻等原料造纸）。随后我们的祖先将抄纸工艺发展成为一项高度熟练的技术。在经历数个世纪后，造纸技术传入中东，稍后抵达欧洲，在欧洲，棉麻破布成了主要原料。15世纪初，在西班牙，意大利，德国和法国有许多纸厂。制浆造纸历史发展的若干重要里程碑见下表。这些发明及其研制的模型机奠定了现代造纸工业的基础。在20世纪这类早期的和相当原始的技术有了迅速的革新和改进，并开发出了诸如连续蒸煮，连续多段漂白，机内纸张涂布，双网成形等技术。因为纸浆和纸的生产需要连续运送大量的物料，物料运输的机械化往往是制浆造纸工业发展的一个重要方面。纸浆造纸工业化发展
4、里程碑（制浆部分） 1 8 4 0开 发 出 磨 石 磨 木 浆 法 （ 德 国 ） 1 8 5 4开 发 出 烧 碱 法 制 取 木 浆 （ 英 国 ） 1 8 6 7 将 亚 硫 酸 盐 制 浆 法 专 利 授 予 B e n j a m I n T I l g h m a n 1 8 7 0磨 石 磨 木 浆 工 艺 首 次 获 得 商 业 应 用 1 8 7 4亚 硫 酸 盐 法 首 次 获 得 商 业 应 用 1 8 8 4C a r l D a h l 发 明 硫 酸 盐 法 制 浆 （ 德 国 ） 1.4现代制浆造纸的生产运行：现代化制浆造纸工厂主要是以木材作为原料。生产运行高度
5、自动化，而且现在都以计算机控制。工厂的规模不断扩大，现在已经出现单线日产3000T的现代化硫酸盐浆厂，目前估计的投资要超过10亿美元。高的投资额使制浆造纸工业成为一个资金密集型工业。1.5对造纸纤维的要求及其来源：为了使纤维可以造纸，它们必须是均一的，即能够被交织和压制成一个均一的薄片。在接触处还必须有强大结合力。对于某些用途，纤维结构必须长时间地保持稳定状态。纤维一致性的程度以纸页匀度来表征和量测，而结合力的大小则以纸页的抗张或耐破强度来加以推断。纸浆纤维几乎可以从自然界所发现的任何维管植物（Vascular plant）中提取出来。但要植物具备重要的抄纸经济价值，必须要有高含量的纤维。而木
6、材是制浆造纸纤维的最丰富来源。现在我国的制浆原料尚以草类等非木材原料为主，逐步增加木材比重是我国制浆造纸工业的原料方针。1.6制浆的概念和现代化制浆的基本流程： 制浆，就是利用化学或机械的方法，或两者结合的方法，使植物纤维原料离解，变成本色纸浆（未漂白浆）或漂白纸浆的生产过程。它包括下列基本流程程： 磨浆 存浆备用 原料采存 备料 蒸煮 洗涤 筛选 漂白 蒸煮和磨浆 抄浆出售除了上述基本过程外，还包括一些辅助过程，如：蒸煮液的制备和漂液的制备，蒸煮废气和废液中化学药品的回收与综合利用及热能的回收等。对于制浆工程主要考虑的有：1.纤维原料，2.成品浆的用途，3.工艺方法，4.设备的使用和控制，5
7、.节料，节能与经济效益，6.环境保护等。1.7制浆方法的分类和纸浆品种的名称：制浆方法可分为：化学法和机械法以及处于两者之间的化学机械法，半化学法。它们还可以进一步细分如下：化学法制浆：就是用化学方法，尽可能多地脱除植物纤维原料中使纤维粘合在一起的胞间层木素，使纤维细胞分离或易于分离，成为纸浆。也必须使纤维细胞中的木素含量适当降低，同时要求纤维素溶出最少，半纤维素有相当的保留。（1）碱法：包括烧碱法（苛性钠法），硫酸盐法，预水解碱法，石灰法。（2）亚硫酸盐法：包括用不同的PH值，不同盐基（钙，镁，钠，铵）的方法。机械法：有原木磨木法和木片磨木法。化学机械法：化学热磨法，磺化化机浆等。纸浆的命名
8、，是根据所用的原料和制浆方法，如漂白硫酸盐浆。不同的原料用不同的制浆方法所得的浆，其白度相差很大，根据成品的要求来选择漂白与否。硫酸盐法制浆简介：硫酸盐法是指小木片在NaOH和Na2S的溶液中进行蒸煮。碱液的侵袭使木素分子碎解成较小的组分，木素钠盐溶解于蒸煮液中。硫酸盐法国外俗称“Kraft”，德文中是强韧的意思。Kraft纸浆可制造强韧的纸产品，但其未漂浆呈深棕色。硫酸盐法制浆有独特的臭味气体产生，主要是含有机硫化物，将会造成环境污染。在硫酸盐法的蒸煮液中，除NaOH的强碱性作用外，Na2S电离后的S2-离子和水解后的产物HS-离子有着相当重要的作用；此外，Na2CO3和Na2SO3甚至Na
9、2Sn等杂质成分也起到一定的作用。蒸煮液中含有Na2Sn（多硫化物）时，对蒸煮有益，能提高蒸煮得率，但有强烈的腐蚀作用。自从Carls.Dahl将硫酸钠引入蒸煮系统，硫酸盐法作为烧碱法（只用NaOH）的改进工艺，已经历百年以上。以后将蒸煮液中的Na2SO4改为Na2S，使得在蒸煮软木时的反应动力学和纸张性能均大为改善。因为Na2SO4曾经是传统的补充化学药品，所以称之为“硫酸盐法”。硫酸盐法制浆的参数：化学药品：NaOH，Na2S蒸煮时间：24小时药液PH值：13（强碱性）蒸煮温度：140180oC 由于在我们公司采用的是硫酸盐法制浆，故现将硫酸盐制浆的优缺点列出于下：1. 硫酸盐法制浆的优点
10、：（1）对各种木材纤维原料，如针叶木，阔叶木，竹及草类等都适用。还可以用于质量较差的废材，枝桠材，木材加工厂下脚料及树脂含量高的木材。（2）能生产很多品种的纸浆。如针叶木本色浆常用于电气绝缘纸，纸袋纸，强韧包装纸，特殊纸板及工业技术用纸；针阔叶木及草类漂白浆用于制造文化用纸及白纸板等；并生产溶解浆制人造纤维。硫酸盐法是当今化学制浆方法中广泛应用的一种。（3）纸浆强度较好。与烧碱法相比浆的得率较高。（4）对设备的腐蚀比较小，对蒸煮和洗涤设备的材料，一般采用碳钢即可，较易解决。（5）可以经济而有效地对制浆化学药品和热能进行回收。如使用树脂含量较高的针叶木制浆，还能生产出象松节油和塔罗油那样用价值的
11、副产品，使生产成本和污染负荷降低。（6）利用多段漂白方法和二氧化氯漂白剂，可以得到高强度和高白度的纸浆。2.硫酸盐法制浆的缺点是：（1）与亚硫酸盐制浆比较，硫酸盐木浆有得率稍低，原料消耗略高，纸浆颜色深，打浆漂白较困难，浆的成本高等缺点。对于多戊糖含量高的草类纤维，碱法浆的滤水性能较差，不透明度也较低。（2）制浆过程中不可避免的会产生难闻的臭气，即污染空气，有对人体健康有害。（3）不能有效地利用纤维原料的木素组成，虽然黑液中的木素在碱回收锅炉中被燃烧而回收能量，但能量的回收效率较低。第二章 木材纤维化学第一节 木材篇木材是制浆造纸所用纤维的主要来源。当前，木材提供了全世界原纤维需求量的93%左
12、右，其余则由非木材纤维原料（主要是稻草，蔗渣和竹子等）提供。树木结构一棵树可分为三个部分：.由树叶和树枝组成的树冠.树干.根部系统树叶（或树针）是通过光合作用制造养料的工厂，向树木提供能量和使其生长。光合作用是在有叶绿素和光线的情况下从树根底部吸取水分来于CO2相互作用制造出碳水化合物。虽然树冠是生成木材的营养源和调节中心，但木材不是直接由光合作用生成的，或者可以说木材是借光合作用产物派生出的能量维管形成层的细胞区生成的。在形成层细胞区后，各细胞连接扩增，使细胞壁加厚并木质化。图21显示了一个展现基本结构的树干剖面图。图22显示了一个横断面示意图。形成层由树皮与内边材之间的一个薄层细胞组织所组
13、成。形成层生长的速率随季节而变。在春季生长薄壁纤维细胞，而在秋季则生长较紧密的厚壁纤维。在每年的寒冷季节，形成层停止生长。每年生长的循环周期反映在年轮上，年轮总数则代表树龄。树皮（韧皮）是一个狭层细胞组织，在这里，富含碳水化合物的树汁，通过筛管和射线上下流动。外皮是一群死细胞，它原先存在于活的内皮中；它是由纤维素，半纤维素和木素以及许多其它成分所组成。树木的边材部分提供树冠的结构支撑，起的作用如同一个食物贮库。并起到将水分从根部向上输送的重要功能。它在生理上是活的（只是薄壁组织细胞），并通过从树冠流来的树汁不断地与形成层和韧皮进行交流。在树干中心，心材是死亡木细胞的核心部分，它的生理活动已经停
14、止。其功能只是作为结构支撑。心材由于在细胞壁和腔中沉积了含脂有机化合物，颜色一般比边材深得多。在化学法制浆时，这类沉积物使药液在心材比边材更难渗透。有少数材种（特别是云杉），心材与边材之间的颜色差别很小。在树木中心，有一个细小的软细胞组织的核心，称为木髓。木材纤维细胞壁的结构木材纤维细胞壁，按形成先后，可分为胞间层，初生壁和次生壁三部分。（1）胞间层(ML):是两相邻细胞间的一层物质，他把各个细胞间粘结起来，使植物具有一定的机械强度。细胞层主要是由果胶和木素等无定形物资组成，厚度约为0.10.2微米（针叶木胞间层），其中所含木素比率很高。化学制浆过程就是用化学药品使胞间层溶除或部分溶除，克服细
15、胞间的粘结作用，使纤维细胞解离成单个纤维的过程。（2）初生壁（P）:各种植物纤维细胞的生长都是由外到里的。最初形成的是液囊状物，称为初生壁，用P表示，与细胞层ML紧密相连。针叶木初生壁的厚度大约为0.10.2微米，含有大量的木素及半纤维素，纤维素则以微纤维的形式在初生壁上作不规则的网状排列，镶嵌在无定形物质木素和半纤维素中。在化学纸浆中，由于胞间层及初生壁上的一些无定形物被脱除，初生壁上的微纤维暴露在纤维表面。（3）次生壁外层（S1）：在初生壁内层上增生的细胞壁，称为次生壁，用S表示。根据微纤维不同的排列方式，次生壁有分为外层，中层及内层。分别以S1,S2,S3表示。S1层的厚度大约为0.51
16、.0微米，大半由纤维素及半纤维素组成，纤维素微纤维以几乎垂直于纤维轴的方向，规则地缠绕在纤维壁上，S1微纤维的结晶度较高，因此造成S1层对化学和机械作用有较大的稳定性，它犹如一个套筒，是S2层的微纤维不易显露出来，所以纤维不易分丝纵裂。一些需要较高分丝纵裂的纤维，打浆是需先下轻刀，将P层和S1层剥离掉，这样纤维才能达到充分分丝纵裂的目的。S1层越厚，对S2层微纤维的约束就越强，落叶松的P层和S1层较鱼鳞松厚，因此，落叶松纤维打浆比鱼鳞松困难；同样，杨树，桦树的S1层比针叶树的S1层厚，所以某些阔叶树纤维打浆不容易分丝帚化。S1层与P层结合较紧密，而与S2层结合较松弛，所以半化学浆在进行机械磨浆
17、时，纤维往往在S1层与S2层之间分离；在纸页形成时，S2层能提供较多的氢键结合，从而增强了纤维与纤维之间的结合力。（4）次生壁中层（S2）：S2层是纤维中最厚的一层，是纤维细胞壁的主体，针叶木S2层的厚度约为310微米，占细胞壁厚度的7080%。晚材纤维壁较早材厚，主要在于S2层较厚。S2层大部分是由纤维素和半纤维素组成，但含有一定比例的木素，因S2层较厚，故所含木素的数量为总木素的7080%。据测定：黑云杉春材中72%的木素在次生壁，而只有28%的木素在复合胞间层和细胞角胞间层，秋材中则有82%的木素在次生壁，只有18%的木素在复合胞间层和角胞间层。微纤维与纤维轴的缠绕角度随品种不同而略有差
18、异，大约是从30o40o到10o20o，直到几乎与纤维轴平行。由于微纤维排列方向的单一性，纤维容易纵向裂开；S2层微纤维纵向散开的难易程度又与微纤维缠绕纤维轴的角度有关；夹角越小，打浆时纤维越容易分丝帚化。很多品种的阔叶木纤维，S2层微纤维走向角度比针叶木大，故打浆时纤维纵向分丝帚化较难。纤维越长，S2层微纤维的方向越接近轴向，单根纤维的强度也就越大，但伸长率越小。具有理想的微纤维角度的亚麻，其拉伸强度就可达1100牛/毫米2，接近于钢的水平。（5）次生壁内层（S3）：细胞壁内层与细胞腔相连，又成为S3层，S3层比S2层薄得多，壁上的微纤维走向与S1层相近，与纤维轴的交角约为7080o，针叶木
19、S3层主要有纤维素和半纤维素组成，仅含有少量木素。木材特征按植物分类，木材可分为两大类。裸子植物通称为针叶木，又称为软木；被子植物通称为阔叶木，又称为硬木。不过软木和硬木只是习惯上的称呼，一般来说，硬木材质较硬，但我们所熟悉的杨树就比针叶木还软。每个树种的主要结构特征示于图23和图24。针叶木针叶木的直立结构几乎全部由称为管胞的长锥形细胞所组成。在有些材种中还存在垂直的树脂道（resin canal）。水平系统有狭窄的射线细胞组成，只有一个细胞宽，而常有好几个细胞高。射线细胞有两个特定形式：射线薄壁细胞存在于所有材种中，而射线管胞则只存在于某些材种中。季节性生长的特征，一般是在年轮的端部有密度
20、较大的管胞。晚材（秋材）细胞组织的性能跟早材（春材）有很大不同，后者的密度可能只有前者的1/2到1/3。细胞壁本身有相当高的密度（相对密度），约为1.5（绝干木材）。典型的管胞或“纤维”的壁由好几层组成。木素含量极高的细胞层，将两个相邻的管胞分开。每个管胞具有一个初生壁和一个三层的次生壁，由特定排列的微纤丝组成，微纤丝是成束的纤维素分子，它们的排列方向可以影响纸浆纤维的特性。管胞的结构组成列示并解释在表21或图25中注意，符号S3 和T是可以互换的。图26列出了有关微纤丝层次，排列和结构的细节。表21 软木管胞的分层（直径2040m）胞间层（ML） 一般结合在纤维之间，含有很多木素初生壁（P）
21、 一个很难渗透的薄层，厚约0.05m次生壁（S） 一个占细胞壁的很大部分；形成三个具有不同细微纤维丝排列特点 的清晰分层。 .S1是次生壁的外层（0.10.2m厚度） .S2形成纤维的主体，厚度从2m到10m .S3是次生壁的内层（厚度约0.1m）第三层壁（T） 与S3相同细胞壁 纤维的中心通道（中空）阔叶木阔叶木与针叶木不同，木质部有较多的管胞，故称为多孔木。阔叶木中含有木纤维素4370%,导管2040%，木射线1020%，薄壁细胞213%。一般而言，阔叶木纤维短，一般只有1毫米左右，其长宽比多在60以下，且含有较多的杂细胞，因而成纸强度较低，纸质比较疏松，吸收性强，不透明度高，特别适宜生产
22、印刷性的纸张。阔叶木中的木素含量较针叶木低，一般在2040%之间，其主要分布在胞间层。纤维细胞含木素较少，所以阔叶木比针叶木容易制浆，耗碱量也较低，漂白比较容易。在各软木和硬木内部，木材密度和许多纸浆性能之间存在着相互关系。例如，单位木材体积的纸张得率一般与密度成正比。高密度木材通常显示其纸浆有较慢的打浆速度，较大的松厚度和较高的抗张强度。硬木倾向于比软木有更高的密度。硬木跟软木相比，通常含有更多的综纤维素和更少的木素，而抽提物含量则较高，其平均组成和常规含量的范围示于图218。硬木的相对密度的波动从平均值的9%或10%（槭树和桦树）到23%（榆树）。硬木的特点是在歪斜树干以及树枝的上侧生成受
23、拉木（tension wood）。低密度受拉木的特征是导管相对较少以及纤维具有高结晶组成的清晰的内胶层。虽然手拉木的化学制浆得率高，纤维却不易打浆，且纤维间结合力较低。受拉木在每棵硬木中多少皆有，但其数量和严重性跟特定树木的生长习性有关。木材的一些名称早材和晚材：在我国地理，气候环境条件影响下，大多数树种每年春，夏季生长较快，这期间生长的细胞，由于水分，养分充足，生长迅速，生长的细胞较宽大，腔大，壁薄，质松，色浅，称为早材（或春材）。因为早材细胞壁较薄，容易打浆，能制出抗张强度和耐破度高的纸浆。木材在每年秋，冬季生长缓慢，这期间细胞生长和分裂较慢，细胞细长，腔小，壁较厚，形成质密色深的窄层，称
24、为晚材（或秋材）。晚材纤维壁厚，成管状，纤维挺硬不易打浆，成纸撕裂度较好，透气度大，但纤维结合强度较差。心材和边材：当树木生长到一定年龄后，树木逐渐形成色泽不同的两部分组织，中间部位色泽较深，称为心材。靠近树皮的部位色泽较浅，称为边材。心材一般含水分少，有机物质多，色泽深，质地坚硬，相对密度大，药液渗透困难，不利于蒸煮，漂白。而边材色泽浅，树脂含量少，相对密度小，结构疏松，药液较易渗透，有利于蒸煮，漂白，且成纸强度较好。从制浆造纸角度说，心材不如边材。第二节 纤维篇纤维素，半纤维素和木素都是高分子化合物，所谓高分子化合物就是具有很大的分子量，一般由108109个原子构成并含有若干规则的结构单体
25、，在自然界中产生的称天然高分子化合物如蛋白质和聚糖等是自然界中具有生命的物体；纤维素和橡胶等是许多非生命系统的结构物质。从低分子物单体如乙烯用合成法制得的高分子物如聚乙烯等，这种由单体经聚合或收缩作用而成的物质称合成高分子化合物。根据高分子化合物的化学结构及分子形状还可分为线性高分子物（如纤维素，聚脂等一般是热塑性塑料）和立体网状高分子物（如木素，酚醛树脂等是热固型的）两种，只有线型高分子物才能形成纤维。植物纤维原料中的纤维素，半纤维素和木素主要是以细胞（纤维是植物细胞中的一种主要细胞）形式存在，其中纤维素是纤维的骨骼物质，而木素与半纤维以包容物质的形式分散于纤维之中及其周围。在化学制浆中主要
26、目的是脱除木素，使纤维间木素的粘结力降低，直至分离成单纤维状纸浆称为化学浆。它的纤维素含量很高，除用作制浆造纸外，还可用于纤维化学工业中的可溶解浆。纤维素纤维素是植物细胞的基本组成，它存在于所有植物当中，包括从高等植物象针叶树和阔叶树到海藻这类都含纤维素。纤维素在自然界中是一种最丰富的可再生的有机资源。纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D葡萄糖基构成的链状高分子化合物。纤维素大分子中的D葡萄糖基之间按照纤维素二糖连接的方式连接。纤维素具有特性的X射线图。纤维素的化学结构是1，4D吡喃失水聚葡萄糖。但在自然界它的性质和功能是通过纤维素分子聚集体所形成的晶体态和细纤维结构决定的。植物纤维原料细胞壁
27、中纤维素的含量因细胞发育过程中的不同阶段和植物种类差别而有很大变化：初生细胞壁仅含110%纤维素，高等植物的次生壁约含50%纤维素；某些绿色海藻类厚壁含多于80%纤维素，棉花的次生壁几乎全是纤维素。组成每一个纤维素大分子的葡萄糖基数目称为纤维素的聚合度。棉花初生壁纤维素的聚合度为20006000，次生壁平均为1400，与木材，麻类的相同。草类的纤维素平均聚合度则稍低些。但木材所制化学纸浆，由于蒸煮与漂白过程中纤维素的降解，其聚合度降至1000左右。半纤维素半纤维素是除纤维和果胶以外的植物细胞壁聚糖，也可称为非纤维素的碳水化合物，与纤维素不同，半纤维素是由两种或两种以上的单糖基组成的不均一聚糖，
28、大多带有短的侧链。构成半纤维素线性聚糖主链的单糖主要是：木糖，葡萄糖和甘露糖。构成半纤维素短的侧链糖基有：木糖，葡萄糖，半乳糖，阿拉伯糖，鼠李糖和葡萄糖醛酸等。常见的半纤维素主要有：聚阿拉伯糖木糖，40甲基葡萄糖醛酸木糖，聚葡萄糖甘露糖，聚半乳糖葡萄糖甘露糖等等。各种植物纤维原料的半纤维素含量，组成结构均不相同，同一种植物原料的半纤维素一般也会有多种结构，因此，半纤维素是非纤维素碳水化合物这类一群物质的总称。在生产造纸用化学浆时，半纤维素是应当尽量多保留的成分，这不仅可提高制浆得率，而且对纸浆的打浆性能及纸性质有良好的影响。但在生产纤维素衍生物用的化学浆时，半纤维素应尽量除去，以免影响纤维素的
29、化学加工。木素木素一词不是代表单一的物质，而是代表植物中某些共同性质的一群物质。在植物界中，木素是仅次于纤维素的一种最丰富而重要的大分子有机物，是一种极具潜力的资源。它是复杂的的芳香族集合物，它在植物细胞壁中作为一种特性的粘结聚糖组分物质来增加木材的机械强度。这是因为维管植物需要输送水溶液及机械支持功能，木素的存在增强了机械强度性能，从而保护其维管单元抵抗被机械损坏的能力，而且还给树木以支持离地面一定高度的树干和树冠压力的强度需要。甚至可以支持高达100m以上的树木仍可亭立。另外，木素还有抵抗微生物抵抗生物腐朽的能力。木素是由苯基丙烷结构单元通过碳碳键和醚键连接而成的具有三度空间结构的高分子聚
30、合物。用硝基苯氧化或用乙醇解方法已经证明在针叶木中的木素与阔叶木中的木素其化学结构是不相同的，草类的木素与木材的木素也有所不同。所以各种植物之间甚至在同一细胞的不同壁层之间，木素的结构也有很大的差异。因此，木素一词不是代表单一的物质，而是代表植物中某些共同性质的一群物质。木素存在于植物的木化组织之中，维管植物细胞壁中含有存在木素量的大部分，而细胞间层物质的大多数则是木素，使纤维互相粘合而固结。因此，要分离纤维，就必须溶解木素，这就是化学制浆的实质。按照被保留在纸浆中木素的含量，可以将纸浆区分为软浆和硬浆。软浆木素含量在2%左右，硬浆木素含量约为8%。半化学浆木素含量高达15%。纸浆的漂白是在尽
31、可能少损伤纤维素和半纤维素的情况下进一步除去残留在纸浆中的木素。在硫酸盐法制浆中，引起脱木素反应的是硫氢根离子和羟基离子，其反应为亲核反应。反应中存在着两种竞争的作用，其一是木素的碎片化，由此引起有利于制浆中的木素降解和溶解。另一种是木素单元碎片的缩合反应，由此引起木素分子量的增加和溶解度的降低，不利于制浆过程。在漂白段中，可用碱处理使氯化后的醌型结构的木素转变成羟基化合物，从而使氯化木素形成羟氯醌化物而被溶出。棕纤维素棕纤维素是指植物纤维原料中的全部碳水化合物，即纤维素和半纤维素之总和，故又称全纤维素。第三章 制浆流程简介在金海浆厂的浆线可概述为以下几部分：1.蒸解工段（喂料系统，预浸管和蒸
32、解釜）2.筛浆，洗浆工段（粗筛，细筛和压榨洗涤器）3.氧脱木素工段4.漂白工段从备木系统输送过来的合格木片由皮带运输机送至蒸解工段。其木片依次通过木片仓，喂料计量螺旋，溜槽，低压喂料器（第一段喂料器），喂料线分离器，高压喂料器（第二段喂料器）及高压预浸管之后进入连续蒸解釜蒸煮。蒸煮后的木片由蒸解釜底部的排料装置均匀地排放到喷放锅内。浆料在经过喷浆槽的暂存后来到筛洗工段，首先是两个并列的相同的粗筛，通过粗筛后，合格浆料进入第一段细筛；从第一段细筛出来的合格浆料被送往压榨洗涤器进行洗涤，而不合格的浆料被送到第二段细筛继续循环。筛选和洗涤后的浆料送至氧脱木素工段，加入了氧化白液的浆料在于氧气混合后先
33、通过管状反应器使之充分混合反应后再加入中压蒸汽和氧气，随之浆料进入氧反应器内，在此中再对浆料中残余的木素进行脱除，反应完毕的浆料由反应器顶部的排料口排至喷浆槽，从喷浆槽出来的浆料经过一压榨洗涤器后被送至漂白工段。海南浆厂的浆线漂白工段是由四个阶段组成：热的二氧化氯漂白阶段；氧加强的碱抽提阶段；最后两段是二氧化氯漂白工段。这一漂白过程通常写作：DualD,(EO),D1,D2。各漂白段后都用一压榨洗涤器单独洗涤，这样可以将酸性漂白阶段和碱性漂白分开，以减少不明化合物的急剧生成。经过漂白后的浆料进入两个储浆塔暂存，以备抄浆使用。第四章 蒸煮部分第一节 蒸煮概念硫酸盐法蒸煮（碱法制浆）优于亚硫酸盐法
34、制浆（酸法制浆）的几个方面：1 可适合多种材种的蒸煮，范围较广。2 可允许有较多量的树皮。3 蒸煮时间较短。4 有少的树脂问题。5 浆料有好的强度。6 对制浆中产生的黑液回收较容易。7 可产生一部分有价值的产品，松节油（turpentine）和塔罗油（tall oil）。一蒸煮的专用名词术语及相关计算：（碱法制浆）用相当量的氧化钠(Na2O)为基准来表示所有钠的化合物 浓度以 g/l表示例如：100g NaOH相当多少Na2O2NaOH Na2O 80 62100g x x=100*(62/80)=?g80/62=100/x再如：100g Na2SO4相当多少Na2O则： 100*（62/14
35、2）=43g（1）总碱(TA: Total Alkali)NaOH +Na2S +Na2SO4 +Na2SO3 +Na2CO3+Na2S2O3（2） 可滴定碱(TTA: Total Titratable Alkali)指碱液中可滴定的总碱，包括有NaOH +Na2S +Na2CO3+Na2SO3 （3）活性碱(AA: Active Alkali) NaOH + Na2S （4） 有效碱(EA: Effective Alkali)NaOH +1/2 Na2S S2-+H2O=HS-+OH-活性碱与有效间转换关系：活性碱AA：20%（Na2S+NaOH） NaHS:2.5%Na2S 5% Na2S
36、+H2O= HS-+OH- + 硫化度：25% NaOH:2.5% 17.5%(EA) NaOH 15% NaOH EAAA（5）苛化度NaOH对活性碱的百分率(%)（6）硫化度白液中Na2S对活性碱的百分率(%)；在绿液中则指Na2S对总碱的百分率。（7）苛化率NaOH对白液中的NaOH, Na2CO3的百分率(%)（8）残碱（黑液）指蒸煮过后的白液，送至回收车间燃烧。（9）白液用苛化绿液制成的溶液（主要有Na2S +NaOH + Na2CO3）Na2S +NaOH + Na2CO3+Ca(OH)2 Na2S +NaOH+CaCO3（10）綠液来自燃烧工段，回收的药品溶解在水中和稀白液中，制
37、成并送苛化的溶液名称。 回收黑夜+芒硝 綠液 +蒸汽 溶解槽Na2S + NaOH + Na2CO3 +Na2SO4+C(來自有機物)= Na2S +NaOH + Na2CO3 （ 是减少的意思）11）液比绝干总质量与蒸煮液总体积的比值（L/W,M3/BDT）（12）纸浆硬度表示残留在纸浆中的木素和其他还原物质的相对量。通常用高錳酸鉀值或卡伯值表示。(13)用碱量蒸煮时活性碱用量与绝干原料的比值（14）浆得率 煮后绝干浆量与煮前绝干木片量（15）碱损蒸解后之浆料经洗涤后，残留于浆料中碱的含量（对BDT%）称为碱损。碱损愈高，表示碱的损失越大，则RB补加的硫酸钠增多，且对漂白段将增加药品用量。一
38、 蒸煮药液的组成蒸煮液的组成主要是Na2S+ NaOH,此外尚有来自碱回收系统的杂质.如: Na2SO4 Na2SO3 Na2CO3 甚至还有少量的Na2Sn.硫酸盐法蒸煮液中，除了氢氧化钠的强碱起作用外，硫化钠离解后的硫离子可水解后的产物硫氢根离子也起着重要作用，此外碳酸钠和亚硫酸钠甚至多硫化钠等杂质成分也起着一定作用，所以蒸煮也是比较复杂的，而且受PH制的影响很大。不同的PH时，硫化钠，碳酸钠和亚硫酸钠的电离与水解各级分的浓度关系图：从图上看出：PH=14时，硫化钠的水溶液的硫才是以硫离子存在PH=13时，硫离子和硫氢根离子各半。PH=12时，将以硫氢根离子为主PH=10时，几乎全部是硫氢
39、根离子PH之继续下降，硫氢根离子浓度也降低，而硫化氢浓度增加。碳酸钠的水溶液，PH12时，以碳酸根离子为主 PH=10。5时碳酸根离子与碳酸氢根离子各半 PH9时，碳酸氢根离子浓度将从最高点逐渐下降，而碳酸浓度将随之增加。亚硫酸水溶液，PH10时，以亚硫酸根离子为主PH接近7时，亚硫酸离子和亚硫氢根离子各半PH=5左右时，亚硫氢根离子浓度达到最高点PH值在下降，亚硫氢根离子浓度跟着下降，而亚硫酸浓度将不断增加。二 木片组成：木材是由纤维素，半纤维素，木素和其他化合物（含很少量）组成的复合物质。它们组分所含比例大约为纤维素：50%，半纤维素：25%，木素：25%。纤维素和半纤维素是由细长的碳水化
40、合物分子键组成的聚合物，许许多多的纤维素，半纤维素分子组成了每个纤维。许多纤维按顺序被埋嵌入在复合结构木素中，纤维有一个高的拉紧强度。而且他们也有一定的弹性和柔软性。每个纤维被木素粘合在一起，从而赋与木材有了坚硬的结构。由于木材是有颜色的，所以在生产高质量化学漂白浆时，必须去除浆料中的木素，但又要尽量减小对纤维的降解。通常这种过程叫脱木素。其实蒸煮过程就是一个深度脱木素的过程。三 蒸煮的原理在硫酸盐发蒸煮中，蒸煮液中的硫氢根离子和氢氧根离子进攻木材中的木素，使木素降解溶出。但与此同时，也会有少部分的氢氧根离子进攻木材中的纤维素，半纤维素的碳水化合物，而引起纤维素的降解，造成浆料得率的下降，粘度
41、的降低，使强度下降。所以药液中的氢氧根离子，硫氢根离子浓度是影响浆料蒸煮的一个重要因素。 在蒸煮中，不同的温度也影响到碳水化合物和木素降解反应速率。低的温度意味着碳水化合物的降解。所以在较低的温度条件下，蒸煮可以减小药液对碳水化合物的降解。然而，在低的温度下蒸煮，会降低脱木素的反应速率。 Na2S+ NaOH+ Na2CO3+木片= Na2S + NaOH + Na2CO3 +木片+木素+脂肪酸+其他化合物四 不同的制浆法对木片的浸渍情况亚硫酸盐法制浆：药液对木片的浸渍方向沿着纵向（平行于纤维的方向），长度是首要标准尺度，而厚度是次要的。硫酸盐法制浆：药液对木片的浸渍方向发生在各个方向，木片厚
42、度是重要因素，均一的木片厚度比均一的长度有更好的药液浸透和脱木素。五 蒸煮的因素影响硫酸盐蒸煮工艺的基本变数如下：木片 材种木片总质量木片水分含量蒸煮液 硫化度蒸煮控制化学品用量（对绝干木材的AA或EA）液比时间，温度曲线（H-因子）控制参数脱木素程度（以高锰酸钾值或卡伯值）残碱 （g/l）（黑液）其目的是均匀地蒸煮到规定的木素含量及低的筛渣。硫酸盐法蒸煮跟大多数化学制药法一样，必须在教低温度时有充足地时间以便在主蒸煮反应开始前药液能很好地浸渍到木片中去，浸渍的主要机理是沿着细胞腔（管胞和射线细胞），纹孔，树脂道和硬木的导管做毛细管运动，并进入各个纵向裂口。次要机理是借助扩散作用穿过细胞壁。六
43、 在碱性蒸煮中，木片规格对蒸煮过程的影响。1 过大，过厚的木片会导致化学药品不均一的预浸，影响到蒸煮的质量，导致低的得率，高的筛渣率。2 木片中混有太多的木屑(pin chip or fine chip).会阻碍药液流动，导致高的液位，还会导致网筛堵塞。3 木片的几何形状，结构会影响到木片仓和喂料器的喂料能力。4 木片的密度（bulk density）（尤其是木片的形状）会影响到蒸解釜的产能。5 过大，过小的木片也会使筛选过程中木片流失，增加了木片的成本。6 木片规格的不均一性，会导致在木片仓的木片在进入溜槽（chip chute）木片量的不稳定，而引起溜槽内液位/料位的上下波动。七蒸煮的工艺
44、条件：主要是用碱量，液比，硫化度，蒸煮的最高温度，和蒸煮的保温时间等。1。用碱量一般来说，原料组织结构紧密，木素，树脂，树皮，糖醛酸基和乙酰基含量多的原料新鲜和腐烂的原料用碱量也相对多些。因为碱除了消耗在木素溶出方面，还消耗在纤维降解产物溶出方面。还消耗在这些产物的近步分解方面。其实消耗于木素溶出的碱量并不多，大部分碱都消耗在碳水化合物的酸性降解产物上。 蒸煮终了时，在蒸煮液里还必须有一定的残碱，来维持蒸煮液的PH不低于12。若低于12，蒸煮液中的木素溶解物会逐渐沉积在纤维上，影响蒸煮液的近步反应。PH低于9时，则将有较多的木素沉积下来，而影响到纸浆的质量。2。液比 当蒸煮用碱量一定时，液比小
45、，药液浓度大，蒸煮速率快，消耗少，但液比過小，將會影響到藥液与木片混合的均勻性。但過分稀釋，會降低活性化學品的濃度，是反應速率減小蒸氣消耗增加。3。硫化度 大多数浆厂保持的白液硫化度在25%35%范围之内，硫化物的最低水平没有明确规定，可随其它的系统参数而变化。但一般认为硫化度低于15%时对蒸煮反应速度和纸浆质量有不良的影响。硫化度高一些，可提供安全度并可使用更多的含硫廉价补充化学品（NaSO4）。较高的硫化物也有利于避免在蒸煮时降低纤维素粘度。当蒸煮用量一定时，不宜有过高的硫化度，硫化度过高，意味着NaOH的降低，过低难以满足脱木素的要求。4。 蒸煮的最高温度和保温时间参考: H -因子（H-Factor）是1957年发明的蒸解技术,取蒸解时间和温度作为一个综合参数,即为相对反应速率与时间曲线所成的积分面积. H-因子是有Arrhenius方程式导出:Ln k=B-A/TK:反应速率T:绝对温度A,B:常数由上知:反应速率只与反应温度有一一对应关系此反应速率K在任何之温度可有下算式列成:ln K=43.2-16113/T例如:取t=120摄氏度则 ln k=43.20
