1、课 程 设 计 （ 论 文 ）题 目：芦苇预水解硫酸盐制备溶解浆工艺条件的研究专 业： 轻化工程 指导教师： 石海强学生姓名： 王骁翀 班级学号： 092-302013 年 6 月 7 日大连工业大学本科毕业论文芦苇预水解硫酸盐制备溶解浆工艺条件的研究The study of technological conditions about preparation from sulphate to dissolving pulp after prehydrolysis of reed论文完成日期 2013 年 6 月 7 日2013 年 6 月大连工业大学 2013 届本科生毕业论文I摘 要本论文
2、主要研究的是芦苇的预水解硫酸盐法制备溶解浆的工艺条件，着重考察了硫酸盐蒸煮的最高温度、保温时间、用碱量和硫化度这四个因素对芦苇半料浆蒸煮效果的影响。在一定的液比下，通过改变蒸煮的最高温度、保温时间、用碱量和硫化度，使木素和灰分尽可能多的除去，同时保留尽量多的 -纤维素。通过对不同最高温度、保温时间、用碱量和硫化度下硫酸盐蒸煮所得浆料的化学成分含量进行分析，探索芦苇硫酸盐蒸煮过程中纤维素、半纤维素、木素和灰分的溶出规律，从而得出最佳的硫酸盐蒸煮制备溶解浆的工艺条件。分析结果表明：芦苇预水解硫酸盐法制备溶解浆的最佳工艺条件是液比1:8，最高温度170，升温时间30min，保温时间 60min，用碱
3、量25，硫化度18。在此条件下蒸煮的芦苇浆可除去大部分的灰分，脱去大部分木素，并保留较多的-纤维素，综纤维素含量为96.90%，-纤维素含量为95.95%，灰分含量为0.53%，高锰酸钾值为9.3。关键词：芦苇；溶解浆；预水解；硫酸盐蒸煮；-纤维素大连工业大学 2013 届本科生毕业论文IIAbstractThe technological conditions about preparation from sulphate to dissolving pulp after prehydrolysis of reed was mainly discussed in the paper, and
4、 influence factors on the effect of Reed pulp cooking were highlighted. The highest temperature, holding time, alkali charge and sulfidity was considered as influence factors in this paper. Under the certain solid/liquid, removing the most of lignin and ash content by changing the highest temperatur
5、e, holding time, alkali charge and sulfidity during cooking, and keeping the most of -cellulose. By analyzing the chemical composition of cooked sulfate pulp under different highest temperature, holding time, alkali charge and sulfidity, researching the degradation regularity of cellulose、hemicellul
6、ose、lignin and ash content, and consequently obtain the optimum technological conditions of preparation from sulphate to dissolving pulp.The results of analysis show that optimum technological condition of preparation from sulphate to dissolving pulp is solid/liquid of 1:8, maximum treating temperat
7、ure for 170, The heating time for 30 min ,heat preservation time for 60 min, alkali charge for 25，sulfidity for 18. In the above technological conditions, cooked reed pulp was removed the most of Ash content and lignin, kept the major - cellulose，having 96.90% holocellulose， 95.95% -cellulose， 0.53%
8、 Ash content，and the K Value is 9.3。Key Words：reed; prehydrolysis; Sulfate cooking; -cellulose; Dissolving pulp大连工业大学 2013 届本科生毕业论文III目 录摘 要 .IAbstract.II第一章 绪论 .11.1 研究理念 .11.1.1 溶解浆的概念 .11.1.2 溶解浆的应用及现状 .11.1.3 溶解浆的制备方法 .11.1.4 溶解浆的发展趋势 .21.2 芦苇的特性及化学成分含量 .21.3 预水解硫酸盐法蒸煮 .31.3.1 预水解反应对芦苇的影响 .31.3.
9、2 硫酸盐法蒸煮对浆料的影响 .31.4 半纤维素对纸浆及纸张性质的影响 .41.4.1 半纤维素对纸浆打浆性能的影响 .41.4.2 半纤维素对溶解浆的影响 .41.4.3 半纤维素对纸张物理性能的影响 .51.5 本课题的意义和研究内容 .5第二章 实验材料和方法 .72.1 主要试剂 .72.2 主要仪器与设备 .72.3 实验方法 .82.3.1 实验原料化学组分分析 .82.3.2 对原料的预水解 .92.3.3 对半料浆的硫酸盐蒸煮 .92.3.3.1 浆料各项指标的测定 .92.3.4 最佳蒸煮温度的确定 .102.3.5 最佳保温时间的确定 .102.3.6 最佳用碱量的确定
10、.102.3.7 最佳硫化度的确 定 .10大连工业大学 2013 届本科生毕业论文IV第三章 实验结果与分析 .113.1 原料分析 .113.2 预水解后半料浆的硫酸盐蒸煮 .113.2.1 各个因素对灰分的影响 .123.2.2 各个因素对综纤维素的影响 .133.2.3 各个因素对 -纤维素的影响 .153.2.4 各个因素对高锰酸钾值的影响 .163.2.5 各个因素对得率的影响 .173.2.6 硫酸盐法蒸煮最优条件 .19结 论 .20致 谢 .23大连工业大学 2013 届本科生毕业论文1第一章 绪论1.1 研究理念1.1.1 溶解浆的概念溶解浆是由自然界含有纤维素的植物（如棉
11、、木材等）经化学加工纯化而得到的一种纤维素含量相当高，半纤维素、木素和其他成分相当少的化学精制浆。这种浆白度高，纤维素分子质量分布均匀，反应性能良好，又称为浆粕。溶解浆主要以木材和棉短绒为原料，竹、芦苇和甘蔗渣等也有少量应用。溶解浆主要用于生产粘胶纤维、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素等产品。与普通的造纸用浆相比，溶解浆生产的得率较低，一般只有30%-35%1。1.1.2 溶解浆的应用及现状溶解浆是一类高等级的纤维素浆粕，具有半纤维素含量低、木素含量低、树脂含量低的特点，适合用于生产多种纤维类产品，如羧甲基纤维素、黏胶纤维、醋酸纤维素、纤维素薄膜、香肠皮衣等。纺织业和烟草制造业是溶解浆
12、的主要应用领域，比例大致是：黏胶产品60、香烟过滤嘴16、纤维素醚11、硝酸纤维5、醋酸纤维7、其他1。其中用量最多的是生产黏胶纤维。国际市场溶解浆的主要生产公司有天柏、瑞安、金鹰等。南非Sappi公司的SAICCOR浆厂年产桉木溶解浆80万吨，是全球最大的单一溶解浆厂。2 0 0 6年全球溶解浆消费量为410万吨，Sappi公司预测到2012年，市场需求将超过450万吨，现在主要溶解浆市场已移到亚洲。欧洲和美国主要用于特殊产品：Lyocell纤维和醋酸纤维。我国黏胶纤维生产使用的木浆，主要依靠进口，2009年进口的溶解浆量达到85万吨 2。1.1.3 溶解浆的制备方法 溶解浆和纸浆的主要生产
13、过程大体相同，但由于用途不同，工艺流程的大连工业大学 2013 届本科生毕业论文2细节和工艺参数也有所差异。目前，国内外制备溶解浆主要有两种工艺方法：预水解硫酸盐法和亚硫酸盐法，其目标是为了获得高纯度纤维素浆料，而木素和半纤维素作为杂质被除去，一般来说，半纤维素含量低的原料可采用酸性亚硫酸盐法；若是树脂含量高的原料，则必须采用预水解硫酸盐法 3。1.1.4 溶解浆的发展趋势溶解浆的发展趋势很大程度上取决于溶解浆技术的发展和市场的需求。随着工业的发展和人们生活水平的提高，溶解浆的需求量会继续增加，尤其是对高质量溶解浆的需求，反应性能是溶解浆的重要性能参数，对化学试剂的可及度、反应程度、黏胶的过滤
14、性能和产品强度及其它性能指标影响很大。因此，溶解浆的发展趋势主要是开发新原料应用于工业生产中和利用简单有效的方法获得高质量的溶解浆 4。1.2 芦苇的特性及化学成分含量芦苇在我国广泛分布,蕴藏量大,是一种较为重要的草类原料 5。其主要产区有辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、湖北、湖南、安徽、新疆、河北、山东、江苏、江西、青海、宁夏、上海、天津等16个省（市、区），重点产区是湖南洞庭湖、辽宁盘锦地区和新疆博斯腾湖等地 6。由于芦苇的资源优势和低成本优势，市场前景十分广阔。近年来，国家加大力度支持造纸芦苇基地建设，坚持科学育苇与发展优质高产芦苇原料，提高芦苇单产和总产量。芦苇，禾本科，一年生草本植物，生
15、长于池沼、河岸、湖边、水渠、路旁。在草类原料中，芦苇是造纸工业中一种非常重要的非木材纤维原料，苇浆有着较好的纤维，仅次于龙须草浆。除了非纤维细胞含量较阔叶木高外，其它性能接近或超过阔叶木 7。尽管在今后，国家将不断提高木浆比例，降低草类浆的比例，但随着纸及纸板总产量的不断提高，苇浆的绝对需求量还是很大的, 苇浆作为一种较好草类浆，在中国造纸工业发展中，将发挥重要的作用 8。芦苇茎长久以来被用作获取植物纤维做造纸原料。芦苇的平均纤维长度为1.12mm，平均纤维宽度是9.7m，长宽比为115，是较好的纤维原料。不同大连工业大学 2013 届本科生毕业论文3产地的芦苇的化学成分有一定的差别。芦苇的纤
16、维素含量较高（41.5%50.2%），木素含量较低（除个别外，多在20%左右），聚戊糖含量较高（2 2%2 5%），灰分含量比稻麦草、龙须草等低得多，是适合制浆造纸的优质原料。表1.2 针叶材、阔叶材和禾本科植物纤维原料的主要化学组分含量 9树种 综纤维素 -纤维素 聚戊糖 Klason木素 灰分/% /% /% /% /%针叶材 64.54.6 43.72.6 9.82.2 28.82.6 0.30.1阔叶材 71.75.7 45.43.5 19.32.2 23.33.0 0.50.3禾本科 75.23.6 41.12.2 26.81.6 17.45.3 3.21.5表1.2列出了不同种类植
17、物纤维原料的主要化学组分含量。很明显，禾本科植物的综纤维素含量最高，阔叶材次之，以针叶材为最低，而-纤维素含量以阔叶材为最高，禾本科的克拉森木素的含量最低，阔叶材次之，针叶材最高。在溶解浆的制备过程中，禾本科的高综纤维素含量和低克拉森木素含量都为制备溶解浆提供了较为有利的条件。1.3 预水解硫酸盐法蒸煮1.3.1 预水解反应对芦苇的影响预水解的主要作用是尽可能多地除去半纤维素,破坏纤维的初生壁, 增加药液和溶出物的扩散能力, 为后一阶段制浆提供有利条件, 以获得反应性能较好、化学纯度较高的人纤浆粕。然而, 由于原料不同, 预水解方法及工艺条件不同, 人纤浆粕的质量也就不同。与木材相比, 芦苇中
18、含有较多的半纤维素和灰分, 这些成分都对人纤浆粕的质量有较大的影响。同时由于芦苇中的木素在细胞结构中的分布与木材不同, 木素本身的结构和分子质量也与木材有较大的差异。所以为了掌握芦苇在预水解反应过程中的变化规律, 应对苇片进行预水解 10。1.3.2 硫酸盐法蒸煮对浆料的影响硫酸盐法蒸煮的主要目的是尽可能多的除去木素，同时保护碳水化合物大连工业大学 2013 届本科生毕业论文4不被破坏。碱法蒸煮脱木素的特点是木素大分子必须碎解为小分子才能从原料中溶解出来。因此脱木素反应实际上就是木素大分子的结构单元间各种连接键发生断裂的反应，同时，也关系到断裂了的木素分子不再缩合变成大分子。硫酸盐法蒸煮的主要
19、反应剂除了 OH- 外，还有 Na2S 水解产生的 HS-。烧碱法和硫酸盐法的共性是所有的药品都具有碱性，通过化学反应，在木素大分子中引入亲液性的基团，使木素大分子降解，变成分子量较小、结构比较简单、易溶于碱液的碱木素和硫化木素 3。1.4 半纤维素对纸浆及纸张性质的影响半纤维素是植物组织中与纤维素相伴生的一种低分子质量(其平均聚合度50200)的多糖类碳水化合物，是由两种或两种以上的单糖组成的不均一聚糖，大多数带有短侧链，绝大部分位于纤维素细胞的胞间层和细胞壁上 11。芦苇的半纤维素主要是聚阿拉伯糖-4-O-甲基-葡萄糖醛酸木糖，由 D-木糖基以（14） 苷键联接成主链。1.4.1 半纤维素
20、对纸浆打浆性能的影响纸浆中存留的半纤维素有利于纸浆的打浆，这是因为半纤维素比纤维素更容易水化润胀，而纤维的润胀对纤维的细纤维化是十分有利的。纸浆中存留的半纤维素聚糖的种类与结构比半纤维素的含量对打浆的影响更大，如硫酸盐浆中的半纤维素含量不少于亚硫酸盐浆，而其打浆却比亚硫酸盐浆困难。这与硫酸盐浆的半纤维素中碱溶性聚糖较少，而亚硫酸盐浆的半纤维素中碱溶性聚糖较多有关 9。1.4.2 半纤维素对溶解浆的影响溶解浆是生产粘胶纤维，玻璃纸或者其它纤维素衍生物。半纤维素的存在对溶解浆的使用会产生不利影响，例如在生产粘胶纤维的溶解浆（粘胶浆粕）中，半纤维素及其它杂质含量少，在生产粘胶纤维时，原料浆粕及二硫化碳的单位消耗和碱回收均比较经济，而且粘胶纤维的质量也较高。浆粕中半纤维素的含量增加，会使粘胶过滤困难并降低粘胶的透明度。半纤维的磺化速度快，当浆粕中半纤维素含量高时，不仅要多耗用二硫化碳，而且会造
