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制浆造纸课后题答案第四章纸浆的洗涤、筛选与进化 1、什么叫做稀释因子，稀释因子的大小对洗涤效率和提取的废液浓度有何影响？ 稀释因子表示洗涤每吨风干浆时进入所提取的废液中的水量。可由下式计算： DFV-VO(m3/t风干浆)或DFVW-VP (m3/t风干浆) 式中 V-提取的废液量，m3/t风干浆；V0 蒸煮后纸浆中的废液量，m3/t风干浆；VW-洗涤用水量，m3/t风干浆；VP-洗后浆带走的液体量，m3/t风干浆。 稀释因子大，说明洗浆用水量多，提取废液的浓度低，但废液的提取率高，纸浆洗得干净。 2、什么叫做逆流洗涤？试说明多段逆流洗涤的特点及影响因素。 逆流洗涤：浆料由第一段依次通过各段，从最后一段排出；洗涤水则从最后一段加入，稀释并洗涤浆料，该段分离出来的稀温废液再用于前一段的浆料，此段分离出来的浓一些的废液再送往更前一段，供浆料洗涤之用，如此类推，在第一段能够获得浓度最高的废液，送往碱回收或进行综合利用。多段逆流洗涤的特点：在各段中始终保持着洗涤液与浆中废液之间的浓度差，从而充分发挥洗涤液的洗涤作用，并达到废液增浓的目的。影响因素：浆料与洗涤液之间的接触面积段数；为提高洗涤效果，增大浆料与洗涤液的接触面积，段与段之间设置了带有搅拌设备的中间槽，使浓度较高、较紧密的浆料在槽中被打散和稀释；在洗浆机浓缩程度和洗涤用水量一定时，段数越多，最后一段送出的浆料越干净。但考虑到设备费用和操作费用等因素，多数不宜过多，一般在35段为宜。 3、反映洗涤用水量、洗涤程度及洗涤效率的参数有哪些？试说明它们的意义 参数有：洗净度，表示纸浆洗涤后的干净度。置换比，表示洗涤过程中可溶性固形物实际减少量与理论最大减少量之比。DR=(wo-wM)/(w0-ww) w0-洗涤前浆内废液所含溶质质量分数，%；wM-洗涤后浆内废液所含溶质质量分数，% ；wW-洗涤液所含溶质质量分数，%；稀释因子洗涤损失，指洗涤过程的化学损失，一般用残留在每吨绝干浆中的溶质表示。洗涤效率，指浆料通过洗涤系统后提取出的固形物占总共固形物的百分比。黑夜提取率，碱法制浆的黑夜提取率是指每吨浆提取出来送蒸发的黑夜溶质量对蒸煮后每吨浆黑夜总溶质量的百分比。 4、试论述过滤、挤压、置换洗涤方式的原理和特点。 过滤，指用具有许多微细孔道的物质作介质，在压差的作用下，固体被截留，而液体滤出的过程。浓度低于10%时，经常采用过滤的方式来洗涤纸浆并提取废液。 挤压，指用机械设备对高浓浆料进行过滤的操作。特点：可将未被稀释的废液分离出来，因而对废液回收和综合利用有利。 扩散，指传质的过程，其推动力是浓度差。纸浆的扩散洗涤是利用浆中残留的废液溶质浓度大于洗涤液溶质浓度这一浓度差，使细胞腔和细胞壁中的废液溶质想洗涤液转移，直达到平衡。 5、试论述影响洗涤的因素对洗涤效果的影响。 温度的影响。太高的温度会使滤液沸腾，从而破坏真空度，使洗浆效率下降压差的影响。压力过高，浆层被压紧，会使毛细孔阻力增加，而过滤速度增加并不明显，同时容易损坏滤网，使纤维流失增加，洗涤效率下降将层厚度、上浆浓度及出浆浓度的影响。浆层厚度的增加会使过滤阻力增大，过滤速度减慢，洗涤液与浆料的接触面积减少，不利于扩散；但是会增加生产能力。若其他条件不变，提高上浆浓度会使过滤网上的浆层厚度增加，生产能力提高；但同时会使洗涤质量和废液的提取率下降，洗涤效果下降。出浆浓度越大，洗涤损失越小，提取率越高。蒸煮方法、浆的种类及纸浆硬度的影响。酸法浆由于对镁、钠等离子吸附率低，在得率相同时溶出的木素多，细胞的孔隙大，所以比碱法浆滤水性好，易于洗涤；木浆中由于杂细胞少，比草浆滤水性好，易于洗涤；硬浆比软浆滤水性好，但由于细胞壁孔隙少，扩散效果差。洗涤用水量与洗涤次数的影响。在相同的情况下，洗涤用水量越多，浆会洗得越干净，提取率也会越高。但同时也会导致所提取的废液浓度低，从而增加蒸发废液时的耗气量。当洗涤水量一定时，洗涤次数越多，洗涤效果越好。 6、中浓洗浆机和高浓洗浆机各举一例，并简述其工作原理及优缺点。 中浓洗浆设备鼓式真空洗浆机；工作原理：当小室1向下逐渐浸入稀释的浆中时，经过的是与大气相同的自然过滤区，此时靠浆液的静压使滤液进入小室，排除小室的空气，同时网面上形成了浆层；当小室1继续转动到真空过滤区时，在高压差下强制吸滤，浆层的厚度进一步增加，并在转出液面后被逐步吸干；当它继续向上转入真空洗涤区时，鼓面上的浆层被喷淋、洗涤，洗液被吸入鼓内，完成置换洗涤操作；小室继续转动，再经过剥浆区时，小室与大气相通或导入压缩空气，浆料就很容易地从网上卸下来。这样周而复始，连续进行洗涤和浓缩的操作。 优缺点：操作方便，成熟可靠，洗浆质量好，废液提取率较高，还可以直接观察浆料上网、洗涤、卸料等情况，新的机型自动化程度高，并设有自动保护系统，整机性能稳定。但是它存在结构相对复杂，多台串联时占地面积大，易产生泡沫，安装楼层的标高要求高，稀释洗涤所用废液泵扬程高，洗涤温度不能过高，投资较大等缺点。 高浓洗涤设备双网挤浆机。工作原理：浆料以一定的浓度和速度从网前箱喷射上网，现在网上利用自身重力进行脱水，然后进入由双网逐渐合拢的楔形区，在上网和下网的挤压和真空箱抽吸力的作用下双面脱水，并利用网在导辊的包绕段上的张力，在S形的回转区逐渐增大挤压力脱水，最后通过数对压辊或由强力挠性带动压辊形成宽压区压榨脱水。 优缺点：该设备结构简单，占地面积小、造价低不需要高位安装，建筑费用较低。但浆中如有硬杂物容易损坏滤网和压辊，所以未洗的浆料需要预先进行高浓除渣和筛选等处理。 7、泡沫的形成原因是什么？如何预防和减少泡沫形成？消泡的方法有哪些？ 泡沫形成的原因很多。一方面是原料本身含有很多分子量大的有机物，如表面活性较大的树脂、脂肪及皂化物等，它们溶出易产生稳定的泡沫。另外，浆料输送、机械搅拌和稀释混合等操作以及强烈的冲击喷射使空气混入，以及温度、粘度、PH等条件变化也是形成泡沫的外因。碱法制浆由于会形成许多皂化物而非常容易产生泡沫。 预防和减少泡沫形成的措施：尽量使用贮存时间较长的原料，因为贮存可以降低易产生泡沫的有机物含量。尽量避免或减少空气混入浆和废液中。真空洗浆机中间槽的搅拌器应淹没在浆液内部，并控制搅拌速度，避免浆料翻腾剧烈；尽可能建立封闭系统，浆管出口也要深入浆层以下足够的深度。尽可能地使废液保持较高的温度，这样不仅对碱回收有利而且难以形成稳定的泡沫。 消泡方法：静止消泡机械消泡抽吸消泡高压蒸汽消泡消泡剂消泡 8、筛选和进化的基本原理及目的是什么？ 基本原理：筛选是利用粗筛中杂质与纤维的几何尺寸大小和形状不同，利用带有孔或缝的筛板，在一定的压力下使细浆通过筛板。杂质被阻留在进浆侧，从而和纤维分离的过程。去除的杂质主要是化学浆中未蒸解的纤维束以及磨木浆中的粗木条、粗纤维束等。净化是利用杂质和纤维的密度不同来分离的。去除的杂志主要是砂石、金属杂质、橡胶、塑料等。 目的：一是满足纸浆的质量要求；二是保护后续设备不因浆中含有杂质而被损坏。 9、什么是筛选效率？什么是排渣率？什么是浆渣中的好纤维率？ 筛选效率:指浆料中含有的杂质被去除的百分率，通常用尘埃度来代表杂质的含量。筛选(进化)效率=(进浆尘埃数-良浆尘埃数)/进浆尘埃数×100% 排渣率:指筛选后排出的浆渣占进浆的百分比。 浆渣中的好纤维率:浆渣中能通过40目网的好纤维量占总渣浆量的百分率。 10、试述高频振框式平筛及ZSL14型离心筛的工作原理及优缺点。 高频振框式平筛的工作原理：未选浆料从进浆箱流入筛框内，在压力差和筛板振动作用下，纤维通过筛孔，进入混凝土槽。槽内设有浆位调节板，控制良浆位略淹没筛板，使其既作为阻力使筛框振幅保持稳定，又起到淘洗筛板上附粘于粗渣上的好纤维的作用。未通过筛板的浆渣，逐步向前移动，直到筛板的未端，落入粗节槽内。在浆渣出口上方装有高压喷水管，冲洗筛板上的粗渣，以防浆渣带走合格纤维。优缺点：除节能力强，动力消耗低，占地面积小，对浆料适应能力强，生产能力大，操作简单，维护容易。但是喷水压力要求较大；而且由于不封闭，操作环境较差。 ZSL14 的工作原理：纸浆从离心筛的一端进入，在具有3个区德转子叶片作用下，在筛板内做旋转运动，离心力大于重力时，在筛鼓内形成略带偏心的环流，上部浆环较薄，下部浆环较厚。好纤维由于比重较大，迅速靠近浆环的外圈随水穿过筛孔。粗渣因比重较轻、尺寸较大，悬浮于浆环的内层。从空心轴的两头向区和区送入稀释水，通过叶片夹层喷到筛板上，对筛板进行冲洗，并使鼓内的浆层保持适当的浓度和厚度，避免浓度过大而糊筛板和排渣量过大。良浆穿过筛板后从筛浆机底部侧管流出；粗渣从另一端的下部流出。优缺点：生产能力好，筛选效果好，电耗低，占地小，设备重量轻，筛选浓度高，尾渣量少，浆渣中好纤维率低，结构简单、维修方便，运行平稳等优点。 11、简述压力筛的工作原理及影响因素。 压力式筛浆机简称压力筛。工作原理：压力筛是全封闭的，未筛选的浆料在一定压力下切向进浆，良浆在压力作用下通过筛板，粗渣被阻留在筛板表面，并向下移动排出。筛板的清洗是靠压力脉冲来实现的，当旋翼旋转时，其前端与筛板的间隙很小，将浆料压向筛板外；随着旋翼的后部分与筛板的间隙逐渐增大，在高速下出现局部的负压，使筛板外侧的浆液反冲回来，粘附在筛孔上的浆团和粗大的纤维就被定时冲离筛板。旋翼经过后恢复正压，良浆又依靠压力差及另一个旋翼的推动，再次向外流，开始下一个循环。影响因素：筛板的形式筛孔大小、形状与间距进浆浓度与进浆量稀释水量与水压压力差转速排渣率 12、试述锥形除渣器的工作原理。影响其操作的因素有哪些？ 高压差涡旋除渣器也称锥形除渣器。影响因素：进浆浓度；当压差一定时，进浆浓度增加，会使净化效率下降压力差；指进浆口压力与量将出浆口压力之差。在其他条件不变时，增大压力差能提高净化效率和生产能力，同时使排渣率减小，从而使纤维损失率减少。排渣率提高排渣率，会使杂质顺利地由排渣口排出，所以净化效率将提高。但另一方面，好纤维的损失率也必然会增加。通过量；通过量小，表明设备个数过多，动力消耗大，通过量过大会降低除渣效率，增加纤维损失率。 13、洗涤、筛选与进化工艺流程的组合原则是什么？ 洗涤、筛选与净化工艺流程组合的原则是：在满足产品质量的前提下，选择效率高、占地小、纤维损失小、动力消耗小、操作管理方便、建筑费用低、水耗低的设备。流程的设计应该兼顾产品质量、生产规模和经济状况、碱回收等废液处理要求以及对渣浆处理的要求等诸方面综合考虑。 14、什么叫做筛选净化的“级”和“段”，为什么要采用多级？为什么要采用多段？ “级“是指良浆经过筛选或净化设备的次数。级数越多，良浆经过的筛选或净化的设备次数越多，处理后的纸浆质量就越好。所以，多级筛选或净化的目的是提高良浆的质量。 “段“则是指尾浆经过筛选或净化设备的次数。当通过一次筛选或净化后的尾浆中含有较多的好纤维时，将这些尾浆再进行一次筛选或净化时，叫二段筛选或净化。所以，多段筛选或净化的目的是为了减少好纤维随浆渣流失。 15、常用的浓缩设备有哪些？简述其结构和工作原理。 常用的浓缩设备有：圆网浓缩机、侧压浓缩机和鼓式真空浓缩机等。 圆网浓缩机结构简单，主要由圆网槽和转动的圆网笼组成，并分为有刮刀和无刮刀两种。工作原理：当低浓的浆料进入网槽后，由于网内外的液位差，而使浆料中的水滤入网笼内，从一端或两端排出。浓缩后的纸浆附在网上，随网笼转出浆面，并转移到压辊上，然后由刮刀刮下或由喷水管的水冲下，并排出。 侧压浓缩机又称加式脱水机，它有一个在进浆侧形成高浆位的浆槽浆位的浆槽，而在出浆侧的下方低液位处，借一个压辊来封闭浆槽与网鼓之间的缝隙。网鼓和压辊具有相同的速度。工作原理：被浓缩的浆料沿网鼓的转动方向由上而下，经脱水和压辊压干后用刮浆刀从压辊上刮下来。包胶压辊的两侧装有杠杆加压装置，可以调节压辊的压力，以控制出浆浓度。 鼓式真空浓缩机，该机与洗涤和提取废液用的鼓式真空洗浆机的工作原理和结构基本相同。 16.纸浆贮存的目的是什么？常用的贮浆池有哪几种？简述其结构特点。 纸浆贮存的目的： 满足连续性生产的需要 保证前后工段的生产正常进行 稳定酱料浓度、质量，减少波动的作用 常用的贮浆池有贮浆池和贮浆塔 按贮浆的浓度课分为低浓贮浆设备和中浓贮浆设备两类。低浓是指纸浆浓度一般在5%以下；中浓是指纸浆浓度一般在8%-15%之间。 低浓贮浆设备分为卧式和立式两类。常用设备有卧式贮浆池和立式方浆池两种。中浓贮浆设备是立式贮浆塔，可分为带稀释装置的低浓泵送浆和不带稀释低浓泵送浆两种。 贮浆池体一般为钢筋混凝土结构，贮存质量要求高的纸浆时，浆池内壁要加铺一层水磨石或上釉瓷砖，以减少纸浆附粘于池壁；贮浆塔一般由碳钢制造，内壁可以砌上釉瓷砖，也可以由不锈钢制造。纸浆贮存设备的底部一般设有推进器，以保持纸浆的浓度均匀，并使纤维保持悬浮状态。 17.根据本章知识，试拟出200t/d漂白硫酸盐苇浆洗涤、筛选和净化流程，并说明理由。 第五章 纸浆的漂白 1、 试述纸浆漂白的目的和漂白方法的分类。 漂白的主要目的是提高纸浆的白度和白度稳定性。改善纸浆的物理化学性质，纯化纸浆，提高纸浆的洁净度，也是漂白的目的。 纸浆漂白的方法可分为两大类。一类称“溶出木素式漂白”，通过化学品的作用溶解纸浆中的木素使其结构上的发色基团和其他有色物质受到彻底的破坏和溶出。常用于化学浆的漂白。另一类称“保留木素式漂白”，在不脱除木素的条件下，改变或破坏纸浆中属于醌结构、酚类、金属螯合物、羰基或碳碳双键等结构的发色基团，减少其吸光性，增加纸浆的反射能力。这类漂白方法常用于机械浆和化学机械浆的漂白。 2、 什么是纸浆的亮度和白度？纸浆的亮度和白度有何区别？ 亮度：是指浆张对波长457nm的光的反射率。 白度：是从浆张反射出来的光使人眼产生的印象。 区别：纸浆的亮度是一种物理现象，使用不同的仪器测定的结果有所不同。纸浆的白度是一种生理现象，是指纸浆对可见光谱中七种单色光全反射的能力。 3、 纸浆中主要有哪些发色基团和助色基团？纸浆漂白的基本原理是什么？ 纸浆中最重要的发色基团是木素侧链上的双键、共轭羰基以及两者的结合，使苯环与酚羟基和发色基团相连接。如CO,CC,CS,NN等。醌结构对纸浆的白度有重要的影响。此外，纤维组分中的某些基团与金属离子作用也可形成具有深色的络合物。浆中抽出物和单宁也有着色反应。 助色基团是含有未共享电子对的OR、COOH、OH、NH2、NR2、SR、Cl和Br等。 原理：有色物质的脱色或者说漂白是通过阻止发色基团间的共轭，改变发色基团的化学结构，消除助色基团或防止助色基团和发色基团之间的联合，防止产生新的发色基团等途径来实现。 4、 什么叫有效氯？什么叫有效氯用量？以Cl2和ClO2为例，说明之。什么叫漂率、卡伯因子、残氯、漂损？ 有效氯：指含氯漂白剂中能与未漂浆中残余木素和其他有色物质起反应，具有漂白作用的那一部分氯，以氧化能力的大小表示。通常用碘量法测定，有效氯浓度用g/L或%表示。 有效氯用量：施加的有效氯的质量对纸浆绝干质量的百分率。 Cl2 +2KI I2 + 2KCl 2ClO2 +10 KI +4 H2SO4 5I2 +2KCl + 4K2SO4 + 4H2O 71 135 71×51352.63 1Kg ClO2的氧化能力相当于2.63Kg Cl2。 漂率：将浆漂到一个指定的白度所需的有效氯量对绝干质量的百分率。 卡伯因子：施加的有效氯用量与含氯漂白前纸浆卡伯值之比。 卡伯因子=Cl2与ClO2施加量含氯漂白前纸浆卡伯值 残氯：漂白终点时，尚残存的有效氯，其含量通常用g/L或%表示。 漂损：漂白过程中纤维的损失，用%表示。 漂损=×100%漂前纤维质量 5、 试述次氯酸盐漂液的组成与性质。 次氯酸盐漂液具有氧化性，在不同的PH值下，漂液的化学组成不同，因而漂液的氧化能力也不同。次氯酸盐漂液是由氯气与氢氧化钙或氢氧化钠的作用而得。当PH2时，溶液成分主要为Cl2，PH9时主要成分为OCl。PH值不仅影响溶液的组成，对其氧化性也有影响，HOCl的氧化电势最大，氧化能力最强。Cl2次之，OCl最小。 6、 试述次氯酸盐漂白的原理和影响因素。 原理：次氯酸盐与木素的反应：次氯酸盐在漂白的过程中，主要是攻击苯环的苯醌结构，也攻击侧链的共轭双键，OCl与木素的反应是亲核加成反应，即次氯酸盐阴离子对醌型和其他烯酮结构的亲核加成，随后进行重排，最终被氧化降解为羧酸类化合物和二氧化碳。 次氯酸盐与碳水化合物的反应：次氯酸盐是强氧化剂，如在中性或酸性条件下，则形成的次氯酸是更强的氧化剂，对碳水化合物有强烈的氧化作用。次氯酸盐漂白时纤维素的氧化反应：在碱性介质中，C2、C3和C6上的羟基氧化成羰基后，很快继续氧化为羧基，但在酸性介质中，C2和C3上形成羰基的速率比羰基氧化成羧基的速度大得多。同时，在酸性和中性介质中，糖苷键易氧化断裂形成具有葡萄糖酸末端基和阿拉伯糖末端基的纤维素。 影响因素：有效氯用量；PH；一般控制漂初PH在1112，漂终PH应在8.5以上。浆浓；约6%20%。温度；一般控制在3540。时间；次氯酸盐单段漂时间一般为13h。 7、 纸浆次氯酸盐漂白时为何PH值要控制在碱性范围内？试从纤维素的氧化反应说明之。 次氯酸盐与纤维素的反应，一般说有三种：一是纤维素的某些羟基氧化成羰基，二是羰基进一步氧化成羧基，三是降解为含有不同末端基的低聚糖甚至单糖及相应的糖酸和简单的有机酸。三种氧化反应的速度取决于PH。PH高些，羰基氧化成羧基的速度大于羰基形成的速度，PH为67时，羰基形成的速度快于被氧化成羧基的速度。纤维素氧化降解的结果，导致漂白浆纤维素含量减少，黏度下降，铜值和热碱溶解度增加，致使纸浆强度下降和返黄。在酸性和中性条件下，形成的羰基多，易造成纸浆的返黄。因此，应绝对避免在中性条件下进行漂白。 8、 试述氯水体系的性质与组成。 氯与水接触后，首先是溶解于水中，然后进行可逆的水解反应：Cl2+H2OHOCl+H+Cl25时，平衡常数K1=3.94×10-4。次氯酸只能部分电离：HOClH+ + OCl，25时，平衡常数K2= 5.6×10-8。 组成：PH2时，氯水体系以Cl2为主，随着PH值的提高，逐渐以HOCl为主，随后以OCl为主。 9、 试述氯与木素和碳水化合物的反应。 氯与木素的反应主要有：A.芳环取代；B.亲电置换；C.氧化反应 分子氯Cl2产生的正氯离子Cl+是亲电攻击剂，易与木素发生氯化取代。用Clx表示苯环任意位置上的取代。若苯环上C4醚化，按取代反应定位规律，C5先进行氯化，然后是C6和C2进行氯化。实际上，由于C4醚化使C5钝化，而C2又受空间阻碍的影响，C5和C2的氯化取代较为困难。氯化取代的结果，木素大分子有可能变成小一些的分子，同时，苯环上的氯水解后形成羟基，增加了亲水性，这些都对浆中残留木素的溶出有利。侧链碳原子上有适当的取代后，可能进一步被氯亲电置换，导致木素侧链的断裂，木素大分子溶解。侧链断裂后进一步氧化成为羧酸也是通过亲电加成和水解反应进行的。苯环烷氧基的脱甲基过程，是一种氯化取代或氯化加成的过程，脱下来的佳绩形成了甲醇。木素在氯化的同时，还存在氧化的作用。氧化反应促进醚键的断裂，出现邻苯醌的结构，并进一步氧化为己二烯二酸衍生物，最后氧化裂解成为二元羧酸的碎片。 氯与碳水化合物的反应：纸浆氯化的脱木素选择性是有一定限度的，氯化后纸浆黏度的降低，表明氯化过程中碳水化合物受到某种程度的降解。氯化过程中氯与碳水化合物的反应为：氯与聚糖配糖键的攻击，导致这些部位上链的断裂，生成醛糖和糖醛酸末端基，致使纸浆黏度降低，形成的己醛糖被氧化成相应的糖醛酸，继而变成戊醛糖和戊糖酸。在氯化过程中还可能使伯醇基和仲醇基分别氧化为醛基和酮基。虽然这类反应不会直接导致聚糖链的断裂，但产生的羰基会根据位置的不同使配糖链活化，从而易受酸或碱水解。 10、氯化后的纸浆为何要进行碱处理？影响碱处理的工艺因素有哪些？ 原因：氯化木素只有一部分能溶于氯化时形成的酸性溶液，还有一部分难溶的氯化木素需在热碱溶液中溶解。碱处理主要是除去木素和有色物质，并溶出一部分树脂。 影响因素：用碱量、温度、时间和浆浓。用碱量。用碱量取决于制浆方法、未漂浆的硬度和氯化用氯量等。一般NaOH用量为1%5%，终PH值在9.511之间。根据实验数据，在充分洗涤的情况下，针叶木硫酸盐浆碱处理段NaOH用量为氯化段用氯量的一半加0.3%，阔叶木硫酸盐浆按用氯量的一半加0.2%掌握。温度。一般碱处理温度为6070。时间。氯化后的碱处理时间一般为6090min。浆浓。碱处理纸浆浓度一般为8%15%，但趋向于上限浓度。碱处理时，添加助剂可以减少碳水化合物降解反应的发生。可以添加的助剂有KBH4、Na2SO3或H2O2，其作用是还原或氧化碳水化合物的羧基末端基，减少剥皮反应，有些还有加强脱木素的作用。 11、试述二氧化氯脱木素原理。 ClO2与木素的反应：ClO2 是一种游离基，很容易攻击木素的酚羟基使之成为游离基，然后进行一系列的氧化反应: ClO2 酚型木素结构反应；与非酚型的木素结构单元反应；与环共轭双键反应。ClO2与碳水化合物的反应：酸性降解和氧化反应。 12、试述氧脱木素的原理。 (1)氧与木素的反应：氧与酚型木素结构的反应、氧与环共轭羰基的反应。氧与碳水化合物的反应：碱性氧化降解反应、剥皮反应、还原性末端基的氧化。 13、两段氧脱木素与一段氧脱木素的工艺条件有何区别？ 两段氧脱木素：一般第一段加化学药品，第二段加氧压。 优点：两段氧脱木素的脱木素率可达67%-70%，且脱木素选择性好，漂白浆的强度高，化学品的耗用量减少，漂白废水的COD负荷降低。 14、试述高得率纸浆漂白的特点。 采用保留木素的漂白方法；适应多种漂白工艺；对纸浆原料材种和材质有选择性；对金属离子的敏感性强；漂白废水污染少。 15、试述高得率浆过氧化氢漂白的原理及其影响因素。 原理：过氧化氢漂白机械浆和化学机械浆主要是靠H2O2离解生成的氢过氧阴离子，使纸浆中的发色基团退色，从而提高浆料的白度。 提高白度的原理：破坏或减少双键和羰基等发色基团。 影响因素：制浆方法：SGW>PGW>CTMP>TMP>RMP。H2O2用量：1%-3%。NaOH、Na2SiO3用来控制合适的PH值，初始PH：10.5-11,终点PH：9.0-9.5。(4)漂白浓度：4%-35%,浆浓升高，漂白剂浓度相应增大，反应速度加快，节约蒸汽，提高白度。机械浆多用高浓,化学浆多用中浓。螯合剂预处理：EDTA,DTPA,STPP。漂白温度和时间：低温，中或高碱度，长时间；中温，中等碱度，中等时间；高温，低碱度，短时间。 16、试述高得率浆连二亚硫酸盐漂白的原理及其影响因素。 漂白原理：连二亚硫酸盐能还原纸浆木素中的苯醌结构、松柏醇结构，使之变成无色的产物。本身氧化成亚硫酸盐，亚硫酸氢盐本身也能破坏与苯环共轭的双键。 影响因素：Na2S2O4用量：0.25%-1.0%。PH值：4.5-6.5之间。浆浓：3%-5%。温度：45-60。时间：30-60min。螯合剂：STPP,EDTA,DTPA。 17、试述过氧化氢、连二亚硫酸盐、甲脒亚磺酸在废纸浆漂白中的应用。 废纸浆的过氧化氢漂白：H2O2广泛用于废纸浆的漂白。H2O2漂白废纸浆的方法有多种，方便灵活，可以把H2O2漂液加入水力碎浆机中，也可在漂白塔或分散机中进行。在中浓或低浓水力碎浆机中进行H2O2漂白，加入H2O2、NaOH和Na2SiO3等化学品，有时也加DTPA和表面活性剂。通常PH值控制在10.0-10.5，反应温度45-50 ，时间约30min。 硅酸钠的作用是：过氧化氢的保护剂，减少H2O2的无效分解。H2O2助漂剂，加 Na2SiO3后，浮选后废纸浆的白度明显比补加Na2SiO3的高。油墨收集剂，防止油墨重新沉积在纤维上，并防止油墨聚集成大的粒子。 废纸浆的连二亚硫酸盐漂白：连二亚硫酸盐是一种还原性漂白剂。由于其还原电势高，能脱除废纸浆中的染料和其他有色物。用于漂白含机械浆的脱墨浆时，能提高纸浆的白度，所用的条件与漂白TMP时相似，但PH值稍高，一般为5.5-7.5。连二亚硫酸盐比氧化性漂白剂能更有效地将废纸浆脱色。 废纸浆的甲脒亚磺酸漂白：甲脒亚磺酸，也称二氧化硫脲，分子式为H2N(NH)CSO2H。是一种很有效的还原剂，它在碱性溶液中生产次硫酸和次硫酸钠。次硫酸和次硫酸钠均具有强还原性，能改变纸浆中的发色基团结构，减轻对光的吸收，提高白度。甲脒亚磺酸的脱色效果特别好，对空气的氧化和过度金属离子的催化分解不敏感，使用时也不必酸化，而且无毒无味，使用方便，易生物降解。其主要缺点是价格较高。 18、化学浆与高得率浆返黄机理有哪些主要的不同？减轻化学浆与高得率浆返黄有哪些措施？ 返黄机理：木素含量高的机械浆、化学机械浆和其他高得率浆的返黄是由光和热的诱导引起的，但光诱导返黄比热诱导返黄更重要，或者说，光化学氧化是高得率浆返黄的主要原因。 化学浆的返黄也是热和光的诱导产生的。但是化学浆的光诱导返黄不如机械浆那样重要。影响高纯度漂白化学浆返黄的原因，主要是由于：不恰当的生产工艺条件使纤维素和半纤维素受到氧化产生了各种形式的羰基和羧基造成的，其中羰基的影响最大。浆料中的树脂。过度金属离子。 措施：提高未漂纸浆的质量；选用合适的漂白剂和漂白方法；采用合理的漂白工艺；掌握合理的浆板干燥和贮存条件；抑制高得率浆的光诱导返黄。 第七章制浆废液和固体废弃物的回收和利用 1、叙述黑液的化学组成、物化性能及其对蒸发的影响。 黑液的固形物可分为由无机物和有机物。碱法黑液：其无机物约占30%-35%，有机物约占65%-70%。酸法红液：其无机物约占10%-15%，而有机物约占85%-90%。 无机物主要是蒸煮废液中残余的化学药品；蒸煮过程中发生化学反应而产生的无机产物；和制浆原料中的有机物化合的金属盐基；制浆原料本身带来的无机物成分，如硅的化合物等。无机物是燃烧法回收废液过程中再生蒸煮液的主要化学药品来源。 有机物主要包括制浆原料在蒸煮过程中降解产物、溶出物等，如木素、纤维素、半纤维素、淀粉、树脂、色素及有机酸等。有机物是燃烧法回收蒸煮废液时产生热值的主要来源。 废液的性质及其对蒸发的影响：浓度：废液的浓度表示废液中固形物的含量，可以相对密度、波美度以及质量分数表示。黏度：黏度在废液进行蒸发增浓过程中是一项很重要的物理指标，它与废液的流送性能和蒸发效率具有密切的关系。影响废液黏度的因素很多，比如制浆方法、制浆原料、废液浓度和温度等。其中，温度和浓度对废液黏度的影响最大。一般黏度值随温度的升高而下降，所以在生产过程中适当提高废液温度，有助于提高废液的提取率和蒸发浓缩效率。在温度一定的条件下，黏度一般随浓度的提高而增加。当废液浓度较低时，其黏度随浓度变化的幅度不是太大，但当浓度提高到某一个值时，废液黏度就会骤然上升，习惯上把这一浓度值叫做“临界浓度”。“临界浓度”值的高低，在一定程度上反应了一种废液的黏度性能，进一步反应了废液的蒸发增浓性能。通常草浆黑液由于硅含量较高等原因，其“临界浓度”较木浆黑液低，这就使得草浆黑液的蒸发增浓较木浆黑液难度大，从而在一定程度上也影响了草浆黑液的碱回收过程。降低废液黏度较常用的办法是在黑液中添加NaOH。沸点升高：废液由于含有一定的无机盐成分，所以其沸点通常较水高，这种性质叫做沸点升高，它影响着废液的蒸发增浓效率。沸点升高随废液浓度、黏度的增加而增加。燃烧值：单位质量的废液固形物燃烧时产生的热量叫做废液的燃烧值，用MJ/kg表示。废液固形物中有机物含量越高，其燃烧值也就越高，越有利于回收。木素含量高的废液的燃烧值较木素含量低的废液高。起泡性：制浆原料中的木素、脂肪以及树脂等成分在碱法蒸煮过程中会形成碱木素和皂化物等物质存在于蒸煮废液中，这些物质一般具有较强的表面活性，在空气中一经搅拌便会形成泡沫。泡沫的产生对废液回收会造成不利的影响，因此，生产上采取一定的消泡措施是很必要的。腐蚀性：黑液对金属设备的碱性腐蚀很小，而酸性腐蚀比较严重。红液一般对金属设备的酸性腐蚀性较黑液强得多。胶体性：黑液中存在多种胶体物质，所以黑液具有胶体的性能。表面活性及黏结性：废液中的木素化合物通常具有一定的表面活性，同时，红液又具有黏结性能。可发酵性：红液中通常含有一定量的还原性糖分，可以产生发酵反应，在采用特定工艺处理后，可以制取酒精和酵母等产品。草浆黑液的特性：1）浓度低；2)SiO2含量高；3）黏度大，相同波美度下，草浆黑液黏度比木浆黑液高2-3倍；4）同一波美度下，沸点升高低于木浆黑液；5）细小纤维含量多；6）除含有木素胶体外，还含有水玻璃胶体,PH降低或浓度增大时易沉淀，水玻璃胶体对CO2非常敏感，经短时间贮存，黑液内就会生成分布极细的沉淀。 2、影响多效蒸发站的蒸发强度和蒸发效率的主要因素有哪些？ 蒸发效数：每千克新蒸汽从黑液中蒸发的水量叫做蒸发比。蒸发效数越多，其蒸发比越大，热效率越高。常用4-6效。效数=蒸发比/0.8。总温差：总温差即所用新蒸汽的温度与末效黑液温度之差。总温差与传热量之间的关系为：Q=KAt 。总温差与进入系统的蒸汽压力、冷凝温度、系统真空度等因素有关。一般控制冷凝器排水温度为40左右，而末效真空度以不超过91.2kPa为宜。供液温度：供液温度过低，黑液不易沸腾，单向液流增加，传热系数减小，从而影响蒸发效率；供液温度过高，进入蒸发器后会产生骤然蒸发现象，对蒸发系统造成脉动影响。要求供液温度比器内的黑液沸腾温度低2-3。供液浓度：供液浓度过高，黏度较大，传热条件较差；供液浓度过低时，达不到出效黑液浓度的要求，含皂化物量较高的黑液还会产生大量的泡沫，对蒸发造成不利。可用浓黑液或半浓黑液来调节进效黑液的浓度。供液流量：决定流速。还应做到供液量稳定，若不稳定则会结垢。黑液的性质：黑液的黏度、比热、沸点、胶体性、起泡性等，都会影响到蒸发强度和蒸发的进行情况。冷凝水的排除：冷凝水膜越薄，传热系数K越大，反之，则K越小。蒸发设备蒸发器的结垢不凝结气体的排除。 3、简述总传热系数的概念，它包含哪些因素？ 因为有Q=KAt，K即为总传热系数，单位为kJ/(m2h). 4、蒸发器运行中有哪些不凝性气体？它的来源？如不及时排出对蒸发有哪些危害？ 在不凝结气体中通常含有一些诸如H2S、RSH等臭气。黑液中的Na2S，在蒸发、燃烧过程中，容易生成H2S,即：Na2S+2H2O2NaOH+H2S。 5、黑液燃烧过程分哪几个相关的阶段？这几个阶段主要的反应是什么？ 硫酸盐法黑液的燃烧过程可分为三个阶段：黑液蒸发干燥阶段；有机物的热裂解和炭化以及无机物的硫酸盐化阶段；无机物熔融以及补加芒硝的还原阶段。 在第一阶段中，入炉黑液在热炉气的作用下进一步干燥至水分含量达10%-15%时，形成黑灰。烟气中所含的SO2、SO3以及CO2与黑液中的活性碱及有机结合钠等起化学反应；黑液中的游离NaOH和大部分的Na2S都转变为Na2CO3、Na2SO3、Na2SO4和Na2S2O3等。 在第二阶段中，黑灰最后剩下的水分逐渐被蒸发掉，温度迅速升高到400左右时，有机物快速分解为CH3OH、CH3COOH、CH3SH、H2S、酚、低分子的醛酸以及结构复杂的烷基硫化物等有机气体，并与进入炉膛的二次风和三次风混合后发生气相燃烧，生成CO2、H2O、CO、H2S、SO2、SO3等气体。还有一部分有机物发生碳化作用，变成元素碳，供芒硝还原用。另外，与有机物结合生成的钠化合物也发生分解反应，生成Na2CO3。热解后的剩余无机物中主要成分是Na2CO3和Na2S，部分有机物结合钠和硫经反应后变成Na2S、Na2SO3 和Na2S2O3等。燃烧过程中，即使操作工艺条件控制合适，也约有50%的有机物结合硫可能在热分解时转化为无机硫化物，所以燃烧过程中硫损失量很大。 在第三阶段中，在高温下无机物熔融，同补加的芒硝发生的主要反应是：Na2SO4+4C=Na2S+4CO。足够高的温度和足量的元素碳存在，是保证芒硝还原反应顺利进行的重要条件。 6、绿液苛化的原理是什么？影响绿液苛化的因素有哪些？ 燃烧黑液产生的无机熔融物溶解于稀白液或水中，形成的溶液由于含有少量的Fe(OH)2而成绿色，成为绿液。苛化过程分为两步进行：第一步为石灰的消化：CaO+H2OCa(OH)2 。第二步为Na2CO3的苛化，生成NaOH：Ca(OH)2+ Na2CO32NaOH+CaCO3。苛化的基本原理是：CaO+H2O+Na2CO32NaOH+CaCO3。 影响绿液苛化的因素：1）绿液浓度和组成：绿液浓度通常以绿液中总碱量或碳酸钠含量的多少来表示。随着绿液浓度的增加，苛化率出现下降趋势。浓度过高，对苛化过程不利；浓度过低，制得的白液浓度也低，对蒸煮不利。生产过程中一般控制绿液总碱浓度为100-110g/L(NaOH计)。2）温度：温度影响石灰的消化和苛化反应的进程，石灰消化时要求较高的温度，以获得较高的消化率和消化速度，通常要求绿液温度达到85-90。一般苛化温度控制在90-100。3）时间：石灰消化所需时间与石灰的质量有关。石灰质量好则消化时间只需1-2min,质量不好则需10min以上。所以，选用的石灰消化器在使用时应该保证有20min左右的消化时间。苛化反应时间与温度的关系较大，如苛化温度在100左右时，苛化时间为90min左右即可。4）石灰质量及其用量：石灰中CaO含量越高，杂质含量越少，对苛化越有利。石灰用量适当过量，略高于理论计算值，这是因为苛化反应不仅在溶液中进行，而且在固相即在Ca(OH)2 颗粒表面上进行。一般认为采用过量5%的石灰即可。5）搅拌：适当的搅拌，对于苛化反应的充分进行具有重要的意义。但是搅拌不易过分剧烈，否则会造成苛化产生的CaCO3颗粒过小而影响白液的澄清。