制浆原理与工程-纸浆的洗涤、筛选与净化（PPT96页）

2019/8/71制浆原理与工程主讲人：刘书钗张素风纸浆的洗涤、筛选与净化2019/8/72第一节纸浆的洗涤与废液的提取一、概述植物纤维原料经过化学蒸煮以后,得到50%～85%的纸浆,有近15%～50%左右的物质溶解于蒸煮液中,蒸煮终了排出的蒸煮液统称废液。2019/8/732019/8/742019/8/75如果纸浆带有超过一定量的废液，给下一道工序带来困难。①在筛选时有泡沫影响筛选质量易糊网。②在漂白时，增加漂液量或降低白度。③在打浆施胶中多费松香胶，抄成的纸发脆。④在纸机上难以上网，断头多，易形成纸病。⑤腐蚀设备和管道。浆料的洗涤和蒸煮废液的提取是原料成为纸浆后的第一道工序，这一个工序的主要任务是将纸浆和蒸煮废液尽量分开。2019/8/762019/8/77•（一）、洗涤的目的与要求目的：得到干净的纸浆的同时，①降低消耗。蒸煮中消耗的化学药品是制浆主要成本开支之一，若能提取废液，回收大部分药品，则可减少物料消耗和供应；②减少污染。碱性或酸性药品与植物中非纤维素反应，产生的化合物残碱或残酸若作为废液不加处理直接排入江河任其流失则将对环境造成污染。③回收热能。化学制浆只利用了植物原料中大约一半的成份，被化合或溶解的成分中尚有供综合利用制造其它副产品的价值，其中有些成分还有较大的发热量，可供作为回收时的燃料。④减少对设备管道的腐蚀。2019/8/78•总之纸浆洗涤的目的：尽可能完全地分离出废液，得到比较干净的纸浆。•废液提取的目的是提取废液，经济地回收蒸煮废液。•这两个目的必须兼顾。•要求：•在洗涤及提取过程中要求在尽量满足洗净度下，少用洗涤水量，得到较高浓度和较高温度的蒸煮废液，以便于药品的回收或综合利用。2019/8/79•（二）常用术语•1．洗净度：表示纸浆洗净的程度。•碱法浆有以下两种表示方法：•①以洗后浆中所带的残碱含量表示（Na2Og/lorNa2O公斤/吨风干浆）。•如木浆带走残碱含量1kgNa2O/t风干浆•②以洗后浆所带废液中的残碱量表示（Na2Og/lorNa2O公斤/吨风干浆）。•如木浆所带废液中要求残碱量小于0.05g/l,草浆废液中残碱含量为0.25～0.5g/l。2019/8/710这两种方法可以相互换算。2019/8/7112019/8/712（三）测定方法1、洗净度（即洗涤残碱）的测定（1）原理：基于纸浆中色素变化终点的判断采用中和法的原理。用BaCl2沉淀其碳酸盐后用酚酞作指示及测定其有效碱的含量。反应式如下：Na2CO3+BaCl2＝2NaCl+BaCO3NaOH+HCl==NaCl+H2ONa2S+HCl==NaCl+NaHS2019/8/713（2）测定步骤：在洗料池或真空洗涤机出口取浆样一杯，用铜丝布挤压过滤，(弃去最初的滤液,)然后吸取100ml滤液于500ml容量瓶中.加入10%BaCl220ml然后用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。用移液管吸取上述50ml试液于锥形瓶中，加入150ml蒸馏水和0.5%酚酞指示剂，用0.01mol/l标准HCl滴定至溶液的红色消失即为终点。2019/8/7142019/8/715NHClVHCl×0.04残碱（克/升）=×1000(以NaOH计)100×50/500式中:0.04—与1ml1N标准盐酸新相当的NaOH的量（克）。2019/8/7162置换比2019/8/7173．稀释因子（F）——稀释度洗涤每吨风干浆时用的洗涤水中，进入所提取的废液中的水量，以米3/吨风干浆或公斤水/公斤风干浆表示。代表了提取废液的稀释程度。近似计算时：以每公斤风干浆为基准F＝洗涤用水量－洗后纸浆含水量＝提取的废液量－蒸煮后纸浆中的废液量2019/8/718稀释因子与纸浆的洗净度及送去药品回收的废液浓度有密切关系，稀释因子大纸浆洗净度高，废液浓度则降低。2019/8/7192019/8/7204洗涤损失洗涤过程的化学损失，一般用残留在每吨绝干浆中的溶质质量表示，即kg溶质/t绝干浆。F越大，洗涤完全，提取率高，洗涤损失小。2019/8/7212019/8/7222019/8/723•5．洗涤效率、提取率即提取出来可以利用的废液中溶质的数量和蒸煮后废液中所有溶质的数量之比。2019/8/7242019/8/725提取率是提取出来送蒸发的黑液中溶质量对蒸煮后黑液中总溶质量的百分比。2019/8/7262019/8/727•2.洗涤效率、置换比例的测定•都用到黑液中固形物的含量。•黑液水分及固形物含量的测定•（1）测定原理•取一定量的黑液经干燥、称重求得全固形物含量。•（2）测定步骤•用吸管吸取1～2ml稀黑液或精确称取1克浓黑液于已恒重过的扁平的称量瓶中（瓶内在恒重前先加5～10克通过40～60目筛石英砂和一个短玻棒）和称重,将称量瓶置100－105℃恒温箱内烘干4小时取出置于干燥器内。2019/8/728•冷却30分钟称重后再烘1小时在称重至恒重为止。（3）结果计算烘前重－烘后重水分（克/升）=×1000样品（ml）固形物（克/升）=1000－水分克/升（4）注意事项：•a.石英纱先需用6NHCl后用6NNaOH各煮沸1小时，洗净干燥后备用•b.黑液浓度高于20%使用称取样品进行测定，计算结果以（%）表示2019/8/729•二、纸浆洗涤的原理、方式及影响因素（一）洗涤原理•未经洗涤的纸浆中黑液存在的部位及形式：•大部分是游离存在于纤维与纤维的流动空间，一部分存在于纤维细胞腔内少部分存在于纤维细胞壁的孔隙之中。2019/8/7302019/8/7312019/8/732•纸浆的洗涤必须采用多种原理，主要是扩散、过滤、挤压等。这如同洗衣服一样要经过过滤、扩散、挤压等几个过程才能洗干净。某一种洗涤设备往往是以一种作用过程为主，其他作用为辅。：2019/8/7331.洗涤过程中的扩散作用浓度差是物质进行扩散的推动力。任何溶解物质都有自行扩散最后达到均匀溶液的趋势。纸浆的扩散洗涤即蒸煮后的纸浆要加水就是要依靠蒸煮废液扩散到清水的作用以降低纤维中蒸煮废液的含量，存在于纤维与纤维之间的蒸煮废液是容易扩散的，存在于纤维壁与纤维细胞腔内的废液就不大容易扩散。为了有效加速扩散过程和迅速的替换洗液，故必须搅拌。2019/8/7342019/8/735•D—扩散系数（㎡/h）•表示物质在介质中的扩散能力。•其值决定于蒸煮液的性质、粘度、浓度和蒸煮液中可溶物质颗粒的大小。与温度有关，温度每增加1℃，D增加2%.•F—扩散通过的表面面积（米2）•2019/8/7362019/8/737•扩散速度与扩散面积和纤维内外黑液浓度差成正比，与浆层厚度成反比。•为了加快速度则提高温度，以提高对流速度，因此在黑液扩散过程必须保持必要的温度，使包含在纤维内部的黑液扩散到黑夜主体中，已达到比较好的洗涤效果。2019/8/738•2.洗涤过程中的过滤作用•利用有许多微孔的介质（浆层）将液体过滤出，首先将浆料稀释到一定浓度，使其充分混合扩散，在靠洗涤液的静压力（如洗涤池的液位，压力洗浆机、真空洗浆机等的抽吸力）过滤脱水来达到过滤。通过介质的液体称滤液。2019/8/7392019/8/7402019/8/741•由以上公式可以看出•①过滤的生产能力除了与过滤面积有关外还与压力差有关，提高压力差（如脱水机的压力差，洗料池的水位）可加快过滤速度，但由于浆层为可压缩体，压力太高则η.d值下降会增加过滤阻力，因此压力也不能太大。②提高浆料温度滤液粘度减小从而降低过滤阻力，提高过滤速度，这就是最后一段加热水的原因所在。2019/8/742•③浆层厚度L与过滤阻力R有直接关系。因为浆层过厚滤液所通过的毛细管长度增加同时其底层压强大，纤维间的孔道被压缩，使过滤阻力增加，不利于过滤速度的提高。•L还与滤网的目数有关系。•④纸浆的品种均匀性对过滤也有影响，一般碱法草浆纤维短小，易水化，滤水性能差，因为木浆与草浆的过滤速度差别很大，所以草浆洗涤时要求的过滤面积较大。2019/8/743•3.洗涤过程中的挤压作用•浆料的洗涤和提取很多设备如螺旋挤浆机沟纹挤浆机和洗浆机上的压辊利用机械的方法加大压力可以将纤维间的蒸煮液挤压出来。•但当增加压力把浆料压倒一定程度后由于纤维被压缩则纤维间毛吸管变小，纤维间毛吸管压力增加，当外力大于毛吸管压力之前可以分离出黑液，外压与毛吸管压力一旦平衡就压不出黑液，因此存在于细胞腔内和细胞壁内的黑液单靠挤压的方法是提取不完的，需要用扩散的方法才能提取出来；2019/8/744•4吸附作用•有少量的蒸煮液与纤维中的分子结合是不能用水洗的办法提取出来的，•因此浆总要带走一些废液的，所以单靠挤压方法不能洗涤彻底的，需要与扩散过滤作用配合才能达到完全洗涤的目的。2019/8/745（二）影响洗涤的因素⒈浆种一般长纤维浆滤水性能好、易于洗涤，草浆滤水性能差、比较难于洗涤。根据原料的洗涤难易排列次序如下：稻草浆→麦草浆→蔗渣浆→荻苇浆→竹浆→木浆→棉浆原因：草类纸浆纤维中含杂细胞较多，杂细胞碎片致使草浆的孔隙度和疏松度极差，影响滤水；另外草浆中含半纤维素较多，容易水化，因而滤水性极差；由于草浆含硅量高，部分硅量沉积在滤网管道及设备上，在洗浆机的结垢中含71.2%总的灰分和28.8%有机物，因此影响洗涤。2019/8/746⒉纸浆硬度同一种原料蒸煮后硬度不同，其滤水性能也不同。浆的硬度高、粘度小，其开始滤水性能好，但最后洗净度比较差。这是由于一部分废液存在于纤维内部，硬度高的浆料纤维破坏少，存在于纤维内部的废液主要是通过纹孔由细胞腔内逐渐向外扩散，近于在静态下进行，洗涤速度是很慢的。如果要求洗干净则要很长的浸泡时间，因此纸浆硬度越高纤维表面损伤比较小，挺硬不柔软纤维内碱的扩散阻力大，不易洗涤，浆中含碱就高些。2019/8/7473.蒸煮方法酸法与碱法比较，酸法浆滤水性能好，易于洗涤。因为：酸法浆比碱法浆对镁钠的吸附率低，酸法比碱法溶出的木素多，细胞壁的孔隙大，自酸法浆中出来的溶解成分的传递率比KP法要快。对草浆来讲，中性盐法较碱法浆容易洗涤。2019/8/7484．洗涤水温度洗涤水温对洗涤影响很大，水温高粘度低，过滤阻力小，扩散快，促进洗涤置换作用。在较高的温度下洗涤有利于黑液的提取。这主要是因为降低浆料的粘度，相应的提高蒸煮废液的流动性。①有利于减小纤维粘附的蒸煮废液②其次是加快扩散速度有利于分离包含在纤维内部的废液③是提高浆料的过滤速度，可以施加较大的挤压和过滤压力，因此应当尽量利用高温洗涤的有利因素。2019/8/7495．浆层厚度和干度、上浆浓度浆层厚时过滤阻力大，过滤速度小，又由于与喷淋洗涤液的接触面小，不利于扩散，浆层中的残碱比较高，但浆层厚时干度比较小。浆层薄时过滤速度快，有利于扩散，干度可提高，残碱少。但有时由于上浆不均匀，造成洗鼓上局部地方无浆而漏气，使真空度下降，进而又会降低干度，因此浆层不能过薄，在操作上必须精心调节上浆浓度以保证正常操作。洗后浆的干度越大，含残碱少，洗涤损失少，提取率高。提高浆浓，可增加过滤网上的浆层厚度。2019/8/7506．真空度对洗涤的影响真空度是洗涤的重要影响因素之一，真空度大过滤速度快，浆层干度大，含碱量小。但真空度过大会影响温度，且使浆料糊网，进而影响过滤，因此一般速度都不超过300～350mmHg柱（40～46kPa）。7．洗涤水量与洗涤次数一般来说，每次洗涤水量愈多，浆洗的愈干净，提取率愈高。8.其它方面原料长得较成熟的比较好洗，原料贮存时间长的比新贮存的好洗，新蒸煮的比贮存过的浆容易洗．2019/8/751•（三）洗涤的方式•洗涤方式可分为两种：单段洗涤和多段洗涤•单段洗涤是单纯地用水置换蒸煮废液而将废水排出。这种洗涤方法用水量大，排出废液浓度低，多不回收，直接排至下水道，因此污染大，但设备简单。其图示如下：•2019/8/7522019/8/753•多段单向洗涤；每段都用新鲜洗涤水•多段逆流洗涤，逆流洗涤与浆料多次逆向接触而增加洗液浓度。其特点是用水量小、废液具有最大的浓度，利于综合利用及减少环境污染，但其设备比较复杂。•洗涤图示如下：2019/8/