制浆原理与工程纸浆的洗涤筛选与净化

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1/25/20231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。

1/25/202321/25/202331/25/20234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。1/25/202351/25/20236（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。1/25/20237

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。1/25/20238（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。1/25/20239这两种方法可以相互换算。1/25/2023101/7/202311（三）测测定方法法1、、洗净度度（即洗洗涤残碱碱）的测测定（（1）原原理：：基于于纸浆中中色素变变化终点点的判断断采用中中和法的的原理。。用BaCl2沉淀其碳碳酸盐后后用酚酞酞作指示示及测定定其有效效碱的含含量。反反应式如如下：Na2CO3+BaCl2＝2NaCl+BaCO3NaOH+HCl==NaCl+H2O

Na2S+HCl==NaCl+NaHS1/7/202312（2）测测定步步骤：在在洗洗料池或或真空洗洗涤机出出口取浆浆样一杯杯，用铜铜丝布挤挤压过滤滤，(弃弃去最初初的滤液液,)然然后吸取取100ml滤滤液于500ml容量量瓶中.加入10%BaCl220ml然后用用蒸馏水水稀释至至刻度，，摇匀。。

用移移液管吸吸取上述述50ml试液液于锥形形瓶中，，加入150ml蒸馏馏水和0.5%酚酞指指示剂，，用0.01mol/l标准准HCl滴定至至溶液的的红色消消失即为为终点。。1/7/2023131/7/202314NHClVHCl×0.04残碱（克/升）=××1000(以NaOH计)100×50/500式中:0.04——与1ml1N标准盐盐酸新相当当的NaOH的量（（克）。1/7/2023152置换比比1/7/2023163．稀释因子子（F）———稀释度度洗涤每吨风风干浆时用用的洗涤水水中，进入入所提取的的废液中的的水量，以以米3/吨风干浆浆或公斤水水/公斤风风干浆表示示。代表了提取取废液的稀稀释程度。。近似计算时时：以每公公斤风干浆浆为基准F＝洗涤用用水量－洗洗后纸浆含含水量＝提取的废废液量－蒸蒸煮后纸浆浆中的废液液量1/7/202317稀释释因因子子与与纸纸浆浆的的洗洗净净度度及及送送去去药药品品回回收收的的废废液液浓浓度度有有密密切切关关系系，，稀稀释释因因子子大大纸纸浆浆洗洗净净度度高高，，废废液液浓浓度度则则降降低低。。1/7/2023181/7/2023194洗洗涤涤损损失失洗涤涤过过程程的的化化学学损损失失，，一一般般用用残残留留在在每每吨吨绝绝干干浆浆中中的的溶溶质质质质量量表表示示，，即即kg溶溶质质/t绝绝干干浆浆。。F越越大大，，洗洗涤涤完完全全，，提提取取率率高高，，洗洗涤涤损损失失小小。。1/7/2023201/7/2023211/7/2023225．洗涤效率率、提取率即提取出来可可以利用的废废液中溶质的的数量和蒸煮煮后废液中所所有溶质的数数量之比。1/7/2023231/7/202324提取取率率是是提提取取出出来来送送蒸蒸发发的的黑黑液液中中溶溶质质量量对对蒸蒸煮煮后后黑黑液液中中总总溶溶质质量量的的百百分分比比。。1/7/2023251/7/2023262.洗洗涤涤效效率率、、置置换换比比例例的的测测定定都用用到到黑黑液液中中固固形形物物的的含含量量。。黑液液水水分分及及固固形形物物含含量量的的测测定定（1）测测定原理理取一定量量的黑液液经干燥燥、称重重求得全全固形物物含量。。（2）测测定步步骤用吸管吸吸取1～～2ml稀黑液液或精确确称取1克浓黑黑液于已已恒重过过的扁平平的称量量瓶中（（瓶内在在恒重前前先加5～10克通过过40～～60目目筛石英英砂和一一个短玻玻棒）和和称重,将称量量瓶置100－－105℃恒温温箱内烘烘干4小小时取出出置于干干燥器内内。1/7/202327冷却30分钟钟称重后再烘烘1小时在称称重至恒重为为止。（3）结果计计算烘前重－烘后后重水分（克/升升）=××1000样品（ml））固形物（克/升）=1000－水分分克/升（4）注意事事项：a.

石英英纱先需用6NHCl后用6NNaOH各各煮沸1小时时，洗净干燥燥后备用b.

黑液浓浓度高于20%使用称取取样品进行测测定，计算结结果以（%））表示1/7/202328二、纸浆洗涤涤的原理、方方式及影响因因素

（一））洗涤原理未经洗涤的纸纸浆中黑液存存在的部位及及形式：大部分是游离离存在于纤维维与纤维的流流动空间，一部分存在于于纤维细胞腔腔内少部分存在于于纤维细胞壁壁的孔隙之中中。1/7/2023291/7/2023301/7/202331纸浆的的洗涤涤必须须采用用多种种原理理，主主要是是扩散散、过过滤、、挤压压等。。这如如同洗洗衣服服一样样要经经过过过滤、、扩散散、挤挤压等等几个个过程程才能能洗干干净。。某一一种洗洗涤设设备往往往是是以一一种作作用过过程为为主，，其他他作用用为辅辅。：1/7/2023321.洗涤过过程中的扩扩散作用浓浓度度差是物质质进行扩散散的推动力力。任何溶解物物质都有自自行扩散最最后达到均均匀溶液的的趋势。纸浆的扩散散洗涤即蒸蒸煮后的纸纸浆要加水水就是要依依靠蒸煮废废液扩散到到清水的作作用以降低低纤维中蒸蒸煮废液的的含量，存存在于纤维维与纤维之之间的蒸煮煮废液是容容易扩散的的，存在于于纤维壁与与纤维细胞胞腔内的废废液就不大大容易扩散散。为了有效加加速扩散过过程和迅速速的替换洗洗液，故必必须搅拌。。1/7/2023331/7/202334D—扩散散系数（（㎡/h）表示物质质在介质质中的扩扩散能力力。其值决定定于蒸煮煮液的性性质、粘粘度、浓浓度和蒸蒸煮液中中可溶物物质颗粒粒的大小小。与温温度有关关，温度度每增加加1℃，，D增加加2%.F—扩散散通过的的表面面面积（米米2）1/7/2023351/7/202336扩散散速速度度与与扩扩散散面面积积和和纤纤维维内内外外黑黑液液浓浓度度差差成成正正比比，，与与浆浆层层厚厚度度成成反反比比。。为了了加加快快速速度度则则提提高高温温度度，，以以提提高高对对流流速速度度，，因因此此在在黑黑液液扩扩散散过过程程必必须须保保持持必必要要的的温温度度，，使使包包含含在在纤纤维维内内部部的的黑黑液液扩扩散散到到黑黑夜夜主主体体中中，，已已达达到到比比较较好好的的洗洗涤涤效效果果。。1/7/2023372.洗洗涤过过程中中的过过滤作作用利用有有许多多微孔孔的介介质（（浆层层）将将液体体过滤滤出，，首先先将浆浆料稀稀释到到一定定浓度度，使使其充充分混混合扩扩散，，在靠靠洗涤涤液的的静压压力（（如洗洗涤池池的液液位，，压力力洗浆浆机、、真空空洗浆浆机等等的抽抽吸力力）过过滤脱脱水来来达到到过滤滤。通通过介介质的的液体体称滤滤液。。1/7/2023381/7/2023391/7/202340由以上公式式可以看出出①过滤的的生产能力力除了与过过滤面积有有关外还与与压力差有有关，提高高压力差（（如脱水机机的压力差差，洗料池池的水位））可加快过过滤速度，，但由于浆浆层为可压压缩体，压压力太高则则η.d值值下降会增增加过滤阻阻力，因此此压力也不不能太大。。

②提提高浆浆料温度滤滤液粘度减减小从而降降低过滤阻阻力，提高高过滤速度度，这就是是最后一段段加热水的的原因所在在。1/7/202341③浆浆层厚度L与与过滤阻力R有直接关系系。因为浆层层过厚滤液所所通过的毛细细管长度增加加同时其底层层压强大，纤纤维间的孔道道被压缩，使使过滤阻力增增加，不利于于过滤速度的的提高。L还与滤网的的目数有关系系。④纸纸浆的品种均均匀性对过滤滤也有影响，，一般碱法草草浆纤维短小小，易水化，，滤水性能差差，因为木浆浆与草浆的过过滤速度差别别很大，所以以草浆洗涤时时要求的过滤滤面积较大。。1/7/2023423.洗涤涤过程中中的挤压压作用浆料的洗洗涤和提提取很多多设备如如螺旋挤挤浆机沟沟纹挤浆浆机和洗洗浆机上上的压辊辊利用机机械的方方法加大大压力可可以将纤纤维间的的蒸煮液液挤压出出来。但当增加加压力把把浆料压压倒一定定程度后后由于纤纤维被压压缩则纤纤维间毛毛吸管变变小，纤纤维间毛毛吸管压压力增加加，当外外力大于于毛吸管管压力之之前可以以分离出出黑液，，外压与与毛吸管管压力一一旦平衡衡就压不不出黑液液，因此此存在于于细胞腔腔内和细细胞壁内内的黑液液单靠挤挤压的方方法是提提取不完完的，需需要用扩扩散的方方法才能能提取出出来；1/7/2023434吸附附作用有少量的的蒸煮液液与纤维维中的分分子结合合是不能能用水洗洗的办法法提取出出来的，，因此浆总总要带走走一些废废液的，，所以单单靠挤压压方法不不能洗涤涤彻底的的，需要要与扩散散过滤作作用配合合才能达达到完全全洗涤的的目的。。1/7/202344（二））影响响洗涤涤的因因素⒈浆浆种一般长长纤维维浆滤滤水性性能好好、易易于洗洗涤，，草浆滤滤水性性能差差、比比较难难于洗洗涤。。根据原原料的的洗涤涤难易易排列列次序序如下下：稻草浆浆→麦麦草浆浆→蔗蔗渣浆浆→荻荻苇浆浆→竹竹浆→→木浆浆→棉棉浆原因：：草类类纸浆浆纤维维中含含杂细细胞较较多，，杂细细胞碎碎片致致使草草浆的的孔隙隙度和和疏松松度极极差，，影响响滤水水；另另外草草浆中中含半半纤维维素较较多，，容易易水化化，因因而滤滤水性性极差差；由由于草草浆含含硅量量高，，部分分硅量量沉积积在滤滤网管管道及及设备备上，，在洗洗浆机机的结结垢中中含71.2%总的的灰分分和28.8%有机机物，，因此此影响响洗涤涤。1/7/202345⒉纸浆硬度度同一种原料料蒸煮后硬硬度不同，，其滤水性性能也不同同。浆的硬硬度高、粘粘度小，其其开始滤水水性能好，，但最后洗洗净度比较较差。这是由于一一部分废液液存在于纤纤维内部，，硬度高的的浆料纤维维破坏少，，存在于纤纤维内部的的废液主要要是通过纹纹孔由细胞胞腔内逐渐渐向外扩散散，近于在在静态下进进行，洗涤涤速度是很很慢的。如果要求洗洗干净则要要很长的浸浸泡时间，，因此纸浆浆硬度越高高纤维表面面损伤比较较小，挺硬硬不柔软纤纤维内碱的的扩散阻力力大，不易易洗涤，浆浆中含碱就就高些。1/7/2023463.蒸蒸煮煮方方法法酸法法与与碱碱法法比比较较，，酸酸法法浆浆滤滤水水性性能能好好，，易易于于洗洗涤涤。。因因为为：：酸法法浆浆比比碱碱法法浆浆对对镁镁钠钠的的吸吸附附率率低低，，酸法法比比碱碱法法溶溶出出的的木木素素多多，，细细胞胞壁壁的的孔孔隙隙大大，，自自酸酸法法浆浆中中出出来来的的溶溶解解成成分分的的传传递递率率比比KP法法要要快快。。对草草浆浆来来讲讲，，中中性性盐盐法法较较碱碱法法浆浆容容易易洗洗涤涤。。1/7/2023474．．洗洗涤涤水水温温度度洗涤涤水水温温对对洗洗涤涤影影响响很很大大，，水水温温高高粘粘度度低低，，过过滤滤阻阻力力小小，，扩扩散散快快，，促促进进洗洗涤涤置置换换作作用用。。在较较高高的的温温度度下下洗洗涤涤有有利利于于黑黑液液的的提提取取。。这这主主要要是是因因为为降降低低浆浆料料的的粘粘度度，，相相应应的的提提高高蒸蒸煮煮废废液液的的流流动动性性。。①有有利利于于减减小小纤纤维维粘粘附附的的蒸蒸煮煮废废液液②②其其次次是是加加快快扩扩散散速速度度有有利利于于分分离离包包含含在在纤纤维维内内部部的的废废液液③③是是提提高高浆浆料料的的过过滤滤速速度度，，可可以以施施加加较较大大的的挤挤压压和和过过滤滤压压力力，，因因此此应应当当尽尽量量利用用高高温温洗洗涤涤的的有有利利因因素素。。1/7/2023485．浆浆层厚厚度和和干度度、上上浆浓浓度浆层厚厚时过过滤阻阻力大大，过过滤速速度小小，又又由于于与喷喷淋洗洗涤液液的接接触面面小，，不利利于扩扩散，，浆层层中的的残碱碱比较较高，，但浆浆层厚厚时干干度比比较小小。浆层薄薄时过过滤速速度快快，有有利于于扩散散，干干度可可提高高，残残碱少少。但但有时时由于于上浆浆不均均匀，，造成成洗鼓鼓上局局部地地方无无浆而而漏气气，使使真空空度下下降，，进而而又会会降低低干度度，因因此浆浆层不不能过过薄，，在操操作上上必须须精心心调节节上浆浆浓度度以保保证正正常操操作。。洗后浆浆的干干度越越大，，含残残碱少少，洗洗涤损损失少少，提提取率率高。。提高浆浆浓，，可增增加过过滤网网上的的浆层层厚度度。1/7/2023496．真真空度度对洗洗涤的的影响响真空度度是洗洗涤的的重要要影响响因素素之一一，真真空度度大过过滤速速度快快，浆浆层干干度大大，含含碱量量小。。但真空空度过过大会会影响响温度度，且且使浆浆料糊糊网，，进而而影响响过滤滤，因因此一一般速速度都都不超超过300～350mmHg柱（（40～46kPa）。。7．洗洗涤水水量与与洗涤涤次数数一般来来说，，每次次洗涤涤水量量愈多多，浆浆洗的的愈干干净，，提取取率愈愈高。。8.其其它方方面原料长长得较较成熟熟的比比较好好洗，，原料料贮存存时间间长的的比新新贮存存的好好洗，，新蒸蒸煮的的比贮贮存过过的浆浆容易易洗．．1/7/202350（三三））洗洗涤涤的的方方式式洗涤涤方方式式可可分分为为两两种种：：单单段段洗洗涤涤和和多多段段洗洗涤涤单段段洗洗涤涤是是单单纯纯地地用用水水置置换换蒸蒸煮煮废废液液而而将将废废水水排排出出。。这这种种洗洗涤涤方方法法用用水水量量大大，，排排出出废废液液浓浓度度低低，，多多不不回回收收，，直直接接排排至至下下水水道道，，因因此此污污染染大大，，但但设设备备简简单单。。其其图图示示如如下下：：1/7/2023511/7/202352多段段单单向向洗洗涤涤；；每每段段都都用用新新鲜鲜洗洗涤涤水水多段段逆逆流流洗洗涤涤，，逆流流洗洗涤涤与浆浆料料多多次次逆逆向向接接触触而而增增加加洗洗液液浓浓度度。。其其特特点点是是用用水水量量小小、、废废液液具具有有最最大大的的浓浓度度，，利利于于综综合合利利用用及及减减少少环环境境污污染染，，但但其其设设备备比比较较复复杂杂。。洗涤涤图图示示如如下下：：1/7/2023531/7/202354洗涤段数数的确定定洗后浆的的质量：：残碱少少，段数数多；浆的硬度度和滤水水性：硬硬浆段数数多，草草浆段数数多；设备相同同，浆种种相同，，产量高高，段数数多；废液易起起泡（针针叶木）），段数数多；提取黑液液浓，用用水量少少，段数数多。但段数多多，设备备复杂，，投资和和运行费费用高。。目前较通通用的做做法：单单机单段段设备3～4段段，一机多段段设备4～6段段。1/7/202355三、洗涤涤设备纸浆洗涤涤设备主主要有转转鼓式洗洗浆机、、水平带带式真空空洗浆机机、扩散散洗涤器器、挤压压洗涤设设备、圆圆网浓缩缩机、侧侧压式浓浓缩机、、落差式式浓缩机机（低浓浓）。1/7/202356（一）间间歇洗浆浆设备1．利用用蒸球作作为第一一段洗涤涤①蒸球带带压排液液②球内加加热水洗洗涤2.洗浆池1/7/2023571/7/2023583.真空空洗浆机机要保证真空洗浆浆机连续稳定定的运转转必须注注意以下下几点：：①喷喷放锅要要保持一一定的浆浆位和稳稳定的浓浓度；②控制黑黑液槽一一定的液液位，黑黑液槽的的作用是是贮备黑黑液并有有一定的的空间供供黑液消消泡③掌握好好洗鼓的的转速与与进浆浓浓度关系系，洗浆浆机洗鼓鼓转速与与进浆浓浓度是影影响洗浆浆机生产产能力和和洗涤效效果的重重要因素素。④掌握适适当的浆浆位低浆位，，慢转速速、高真真空、均均匀上浆浆真空1/7/202359原理图图及有有关结结构中中间槽槽流流程水水腿腿阀阀不不同阀阀位置置1、21/7/202360气液分分离器器与冷冷凝设设备一.气气液分分离器器分离原原理：：①气气液混混合物物进入入扩大大的空空间使使流速速大大大降低低。②使流流进的的液体体向下下折流流以利利用其其重力力与惯惯性③气体体与液液体的的比重重不同同，其其出管管分别别设在在容器器的上上下方方④除气气体抽抽真空空外，，必须须使液液体暴暴露在在真空空中的的液面面面积积尽量量扩大大，多多数采采用向向器壁壁或隔隔板上上喷放放液使使之产产生附附加的的液膜膜。1/7/202361二冷冷凝器器冷凝器器一般般装在在流程程的最最高位位置以以便使使冷凝凝后的的排水水靠水水腿管管落差差分离离，所所以又又称高高位冷冷凝器器。冷冷凝器器是为为了高高温洗洗浆避避免受受滤液液气化化而影影响效效率而而设的的。1/7/2023624压压力力洗洗浆浆机机压力力洗洗浆浆机机的洗洗涤涤作作用用原原理理与与真真空空洗洗浆浆机机基基本本相相同同，，在在洗洗鼓鼓上上浆浆层层所所受受到到的的压压差差的的形形成成则则有有所所不不同同压力力洗洗浆浆机机由由浆浆槽槽、、汽汽罩罩、、洗洗鼓鼓、、密密闭闭辊辊、、高高压压鼓鼓风风机机、、洗洗涤涤水水管管、、黑黑液液盘盘壳壳体体所所组组成成。。压力力洗洗浆浆机机密密封封性性好好是是真真孔孔洗洗浆浆机机或或其其他他洗洗浆浆机机所所不不及及，，因因此此工工作作条条件件好好，，基基本本上上可可以以全全部部实实现现仪仪表表自自控控操操作作简简便便操操作作条条件件及及环环境境也也较较好好。。另外外，，压压力力洗洗浆浆机机使使用用的的压压力力大大于于标标准准大大气气压压，，故故黑黑液液不不会会沸沸腾腾，，其其次次在在过过压压情情况况下下泡泡沫沫比比在在真真空空情情况况下下容容易易出出去去。。DD洗洗浆浆机机流流程程1/7/2023635螺螺旋旋挤挤浆浆机机螺旋旋挤挤浆浆机机是利利用用机机械械压压力力在在高高浓浓高高压压下下降降浆浆料料压压缩缩而而脱脱水水易易达达到到提提取取蒸蒸煮煮废废液液的的设设备备。。工作作原原理理与与结结构构螺旋旋挤挤浆浆机机主主要要由由外外壳壳和和螺螺旋旋顶顶头头、、滤滤板板等等主主要要部部分分组组成成。。螺旋旋挤挤浆浆的的优优点点：：制制造造简简单单，，造造价价低低，，目目前前用用于于木木浆浆尚尚可可，，用用于于草草浆浆困困难难较较多多。。1/7/2023646双辊沟纹纹挤浆机机和小孔孔双辊挤挤浆机双辊沟纹挤浆浆机、小小孔双辊辊沟纹挤挤浆机和和螺旋挤挤浆机一一样都是是利用机机械挤压压作用使使浆料脱脱水而增增加浓度度。流程抽提压榨榨设备1、2、3、41/7/2023657连续扩扩散洗涤器器旧式的的浆料料洗涤涤设备备除洗洗将池池洗将将机外外就是是间歇歇式的的扩散散洗涤涤器（（或称称置换换洗涤涤器、、浸出出洗涤涤器））。由由于洗洗涤时时间长长，逐逐渐为为连续续式洗洗涤设设备所所代替替。连续扩扩散洗洗涤洗涤器器段面面1/7/2023668水平带带式洗洗浆机机它是近近年来来我国国试生生产的的一种种是用用于洗洗涤草草类浆浆的洗洗涤设设备。。流程设备的的优点点：①洗洗涤过过程是是水平平式向