【正文】 中α纖維素含量迅速提升到將近95%。隨著預(yù)水解時間的延長，α纖維素含量繼續(xù)上升，最終能夠達到很高的水平(96%以上)。由此可知，預(yù)水解工藝能夠大幅降低紙漿中的聚戊糖含量，從而使紙漿的α纖維素含量能夠達到較高水平，這對醋酸纖維漿粕的制備極為有利。因此，預(yù)水解硫酸鹽法可作為制備醋酸纖維漿粕的蒸煮方法。 預(yù)水解硫酸鹽漿的繼續(xù)漂白實驗根據(jù)上一節(jié)的實驗結(jié)果，預(yù)水解工藝能明顯降低硫酸鹽漿的聚戊糖含量，相應(yīng)的，紙漿的α纖維素含量已達到95%，這對制備醋酸纖維漿粕而言非常有利。為了進一步研究預(yù)水解硫酸鹽樺木漿在漂白后是否能夠達到醋酸纖維漿粕的要求，本節(jié)實驗對不同預(yù)水解時間的硫酸鹽漿進行同一條件的漂白。本實驗選用選擇性較強的二氧化氯作為主要漂白試劑，配合堿處理和過氧化氫漂白，制定D1ED2P多段漂白方案，漂白工藝條件及漂白之后紙漿的性能見表35，36。表35 預(yù)水解硫酸鹽樺木漿漂白方案漂白段漂白藥品藥品用量/%反應(yīng)溫度/℃反應(yīng)時間/hD1ClO2703ENaOH602D2ClO2703PH2O2901注：每15min揉搓紙漿以使反應(yīng)均勻；藥品用量為對絕干漿質(zhì)量比。表36 預(yù)水解硫酸鹽樺木漿漂白結(jié)果編號預(yù)水解時間/h紙漿白度/%ISO特性黏度/ml*g1α纖維素含量/%126572464036644486295目標指標680注：目標指標詳見表13。圖33 預(yù)水解硫酸鹽樺木漿(14號)漂白后性能與合同指標(5號)比較從表36和圖33可以看出，預(yù)水解硫酸鹽漿漂白之后在白度與α纖維素含量上都能夠達到前文提及的指標要求(表13)。其中α纖維素含量都能接近或達到96%的標準，同時紙漿的白度也都超過了90%ISO。只是紙漿的特性黏度略顯偏低，但是仍在680177。50 ml*g1范圍內(nèi)。由此可知，以樺木為原料，采用預(yù)水解硫酸鹽法制漿，并通過常規(guī)漂白處理所得紙漿，能夠達到醋酸纖維漿粕的標準，也就是說，樺木可以采用預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮，并配合常規(guī)漂白的方法制備醋酸纖維漿粕。對于預(yù)水解工藝時間的選擇，綜合表333和36可知，不同原料的預(yù)水解效果不同。而對于樺木而言，在預(yù)水解時經(jīng)過120min升溫和4h保溫之后的硫酸鹽漿，經(jīng)常規(guī)漂白后的α纖維素含量能夠達到96%以上，因此可以選用4h作為預(yù)水解保溫時間來通過預(yù)水解硫酸鹽法制備樺木醋酸纖維漿粕。在具體生產(chǎn)中，預(yù)水解時間可以根據(jù)漿粕指標的變化進行相應(yīng)的變動。(1)從樺木的化學(xué)組成來看，樺木中綜纖維素含量在闊葉木類原料中相對較高，可以用于制備醋酸纖維漿粕。(2)預(yù)水解工藝能明顯降低硫酸鹽紙漿中的聚戊糖含量，這對制備醋酸纖維漿粕而言非常有利。通過考察一段漂白之后的紙漿中的α纖維素含量進一步證實了這一點。預(yù)水解硫酸鹽法所得紙漿的α纖維素含量能夠達到95%以上，可以用于制備醋酸纖維漿粕。(3)通過對不同預(yù)水解保溫時間的硫酸鹽漿進行同一條件的常規(guī)漂白實驗得知，預(yù)水解之后的紙漿，經(jīng)過二氧化氯和過氧化氫漂白后，在白度、α纖維素含量和特性黏度上都能達到醋酸纖維漿粕的指標要求。也就是說，樺木可以通過預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮、常規(guī)漂白的工藝制備醋酸纖維漿粕。(4)在預(yù)水解硫酸鹽法制備醋酸纖維漿粕的過程中，預(yù)水解的保溫時間直接關(guān)系到紙漿中的聚戊糖的去除程度，從而影響到最終紙漿的α纖維素含量。因此，正確選取預(yù)水解保溫時間是關(guān)系實驗成敗的關(guān)鍵。在本論文的研究中，選用升溫時間2h，保溫時間4h的預(yù)水解工藝，能夠制得在主要指標上都合格的醋酸纖維漿粕。第4章 樺木硫酸鹽法蒸煮工藝條件的研究第4章 樺木硫酸鹽法蒸煮工藝條件的研究 引言根據(jù)第3章的研究結(jié)果，以樺木為原料，采用預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮和常規(guī)漂白工藝，所得紙漿能夠達到醋酸纖維漿粕的指標要求。但是，預(yù)水解硫酸鹽法制漿也存在一定的局限性。首先是預(yù)水解工藝需要單獨的設(shè)備，不利于在中小型紙漿廠推廣應(yīng)用；其次是預(yù)水解工藝一般需要較長的保溫時間，既增長生產(chǎn)周期又增加了能耗。另外，國內(nèi)醋酸纖維漿粕的市場，需要一個靈活機動的方案來制備醋酸纖維漿粕。因此，本論文研究了在不用預(yù)水解的工藝條件下，由硫酸鹽漿制備醋酸纖維漿粕的方法。本章實驗主要研究樺木硫酸鹽漿的蒸煮條件，在正交實驗的基礎(chǔ)上優(yōu)化出合理的蒸煮工藝。 實驗原料、設(shè)備與方法 實驗原料與藥品蒸煮實驗采用樺木木片作為蒸煮原料。實驗用主要藥品：NaOH溶液、Na2S溶液同第3章；其他實驗室常用化學(xué)試劑。 實驗設(shè)備油浴蒸煮鍋：功率4000W，容積1100ml，轉(zhuǎn)速2r/min，不銹鋼材質(zhì)；電熱蒸煮鍋：ZQSZ0 15L；圓篩：瑞典Keverk公司，容積20L，振次130次/min；擠壓機：額定壓力6MPa，托盤直徑390mm；濕漿解離器等。 實驗方法(1)蒸煮正交實驗：采用油浴蒸煮鍋小罐蒸煮。根據(jù)蒸煮過程中能夠影響蒸煮結(jié)果的幾大重要因素，選定用堿量，最高溫度，保溫時間為影響因素，制定三因素三水平正交實驗，采用油浴鍋進行蒸煮，考察各因素對于蒸煮結(jié)果的影響，制定合理的蒸煮工藝。(2)蒸煮放大實驗：采用15L回轉(zhuǎn)型蒸煮鍋進行放大實驗，實驗采用正交實驗所得優(yōu)化工藝進行蒸煮，通過分析蒸煮結(jié)果，確定最佳蒸煮工藝。(3)篩漿實驗：蒸煮后的紙漿洗凈后用濕漿解離器解離，所得紙漿為蒸煮良漿。 結(jié)果與討論 第一次正交實驗本節(jié)實驗采用正交實驗考察蒸煮過程中用堿量(A)、最高溫度(B)和保溫時間(C)以及硫化度(D)這四個變量對蒸煮結(jié)果的影響。蒸煮方案設(shè)定及實驗結(jié)果見表442(蒸煮條件為：液比1:6，升溫時間120min)。表41第一次蒸煮實驗方案實驗編號用堿量(A)/%最高溫度(B)/℃保溫時間(C)/min硫化度(D)/%114160601521416590203141751202541616512015516175602061616090257181759015818160120209181656025表42第一次正交實驗蒸煮結(jié)果實驗編號得率/%卡伯值殘堿/g*L1123456789表 43 第一次正交實驗細漿得率結(jié)果因素ABCD均值1均值2均值3極差由細漿得率結(jié)果分析可知，細漿得率的因素影響水平為ADBC,并可得出對細漿得率的優(yōu)化工藝為A1D2B3C3。[55]表44 正交實驗卡伯值結(jié)果分析因素ABCD均值1均值2均值3極差由卡伯值的結(jié)果分析可知，卡伯值的因素影響水平為BDAC，并可得出對卡伯值的優(yōu)化工藝為B3D1C1A1。在第一次蒸煮實驗中，有些方案粗渣特別多，其中實驗一未分散成漿。這很有可能是用堿量過低造成的。根據(jù)正交實驗分析結(jié)果，用堿量A和最高溫度B的影響比較明確，而對于保溫時間C和硫化度D，在各個水平上都有最佳值。在第一次正交實驗的基礎(chǔ)上，將硫化度固定在25%，重新設(shè)計第二次正交實驗方案，進行第二次正交實驗。 第二次正交實驗重新設(shè)定用堿量后進行第二次正交實驗，實驗方案及實驗結(jié)果見表45，表46。表45第二次正交實驗方案實驗編號用堿量(A)/%最高溫度(B)/℃保溫時間(C)/min硫化度/%116165602521617090253161751202541816590255181701202561817560257201651202582017060259201759025注：液比1:6，升溫時間120min表 46 第二次正交實驗結(jié)果實驗編號細漿得率 /%卡伯值殘堿/g*L1聚合度1 1855215423 12884 169351574615237 1516816669 1521表 47 正交實驗細漿得率結(jié)果分析因素ABC均值1均值2均值3極差由細漿得率結(jié)果分析可知，細漿得率的因素影響水平為ACB,并可得出對細漿得率的優(yōu)化工藝為A2C3B2。表48 正交實驗卡伯值結(jié)果分析因素ABC均值1均值2均值3極差由卡伯值結(jié)果分析可知，卡伯值的因素影響水平為BCA，并可得出對卡伯值的優(yōu)化工藝為B2C3A2。表 49 正交實驗聚合度結(jié)果分析因素ABC均值1156116881681均值2159715941585均值3156814441459極差36244122由聚合度結(jié)果分析可知，聚合度的因素影響水平為BCA，并可得出對聚合度的優(yōu)化工藝為B1C1A2。綜合以上分析可知：表 410各指標優(yōu)化工藝考察指標因素影響優(yōu)化組合細漿得率ACBA2C3B2卡伯值BCAB2C3A2聚合度BCAB1C1A2根據(jù)正交試驗的結(jié)果分析，可知：(1)對于用堿量A：在蒸煮過程中，堿的主要作用是與木素反應(yīng)，脫除木材原料中的木素。NaOH中電離出的大量OH離子能夠與木素中的各類醚鍵發(fā)生反應(yīng)，使木素高分子變小溶出，從而達到蒸煮過程去除木素、使木材原料分散成漿的目的。因此，用堿量是蒸煮實驗是否能夠成功的關(guān)鍵，用堿量過低，如本章實驗第一次正交實驗中的實驗一，由于沒有足夠的堿與木素發(fā)生反應(yīng)，纖維未能分離。但是，用堿量并不是越高越好，蒸煮過程中不僅發(fā)生木素的降解反應(yīng)，碳水化合物的降解反應(yīng)也同樣發(fā)生。木材碳水化合物(纖維素和半纖維素)與蒸煮液的反應(yīng)，對藥品的消耗和紙漿的得率以及成漿的物理性能都有重要的影響。用堿量過高，無疑會增加與碳水化合物反應(yīng)的藥液量，會使紙漿得率嚴重降低，并影響紙漿的質(zhì)量，同時也增加生產(chǎn)成本和堿回收的負擔(dān)。根據(jù)正交實驗結(jié)果，受用堿量A影響最大的是細漿得率，對于其他指標，雖然也有影響，但是影響較小。因此，選用A2(用堿量18%)作為硫酸鹽蒸煮的優(yōu)化條件。(2)對于最高溫度B：在蒸煮時木素與堿液的化學(xué)反應(yīng)過程中，較高的反應(yīng)溫度，不僅能夠為脫木素反應(yīng)提供足夠的能量，還能夠加快藥液的浸透并加快反應(yīng)速率，使得木素脫除更為徹底。另一方面，最高溫度又不能過高。因為堿法蒸煮中存在碳水化合物的降解反應(yīng)——剝皮反應(yīng)和堿性水解反應(yīng)。剝皮反應(yīng)在溫度上升至100℃之后就已經(jīng)開始，堿性水解反應(yīng)在升溫至150℃時開始，堿性水解的結(jié)果是使紙漿平均聚合度下降，強度降低，同時得率下降。目前，降低堿性水解反應(yīng)的唯一辦法就是降低最高溫度，減少堿性水解反應(yīng)發(fā)生的機會。從實驗結(jié)果可知，對卡伯值而言選用B2最佳，而對聚合度而言更適合選用B1，考慮到B2和B1對聚合度的影響差異較小，本實驗選用B2(即最高溫度170℃)為最優(yōu)條件，同時選用B1作為備用方案，以備放大實驗時就行對比。(3)對于保溫時間C：根據(jù)H因子控制蒸煮終點的方法，保溫時間與最高溫度密不可分。在蒸煮藥液充足的條件下，保溫時間越長，脫木素反應(yīng)就越徹底，卡伯值也就越低。但是，延長保溫時間同樣會帶來碳水化合物降解的問題。從正交試驗結(jié)果來看，保溫時間對于卡伯值和聚合度的影響恰好想反，保溫時間越長，紙漿的卡伯值越低；反之，紙漿的聚合度越高。為了保證所得紙漿能夠保持較高的聚合度，同時卡伯值有不至于太高，本實驗選用C2(即保溫時間90min)為蒸煮條件。綜上所述，最終優(yōu)勢組合為A2B2C2，即用堿量18%，最高溫度170℃，保溫時間90min，硫化度25%（方案一）。另外，單從最高溫度B考慮，B2對于紙漿得率和卡伯值而言為優(yōu)勢組合，但是對于紙漿的聚合度這一指標，采用B1為蒸煮最高溫度比較合適，因為紙漿的聚合度是影響漿粕質(zhì)量的關(guān)鍵，因此考慮選定另外一個組合A2B1C2用堿量18%，最高溫度165℃，保溫時間90min，硫化度25%（方案二）為備用方案。 15L蒸煮鍋放大實驗根據(jù)正交實驗結(jié)果，采用15L蒸煮鍋對篩選出的兩個方案進行放大實驗，即方案一：用堿量18%，最高溫度170℃，保溫時間90min，硫化度25%；方案二：用堿量18%，最高溫度165℃，保溫時間90min，硫化度25%，實驗結(jié)果見表413?？紤]到醋酸纖維漿粕的制備過程在蒸煮之后還需進行漂白，因此對于其α纖維素含量這一重要指標的檢測上，同樣考慮將兩種方案所得紙漿進行一段試驗性漂白處理(DE)，漂白試劑采用二氧化氯，并配合一段堿抽提，然后考察所得紙漿的α纖維素含量，并以此作為選定蒸煮方案的依據(jù)之一。表411 15L蒸煮鍋放大實驗蒸煮結(jié)果實驗方案粗漿得率/%細漿得率/%特性黏度/ml*g1聚合度高錳酸鉀值α纖維素含量/%19731457210471580注：放大實驗升溫時間90min，