蘆葦預(yù)水解硫酸鹽制備溶解漿工藝條件的研究課程設(shè)計論文

1、. . . . 課程設(shè)計（論文）題 目：蘆葦預(yù)水解硫酸鹽制備溶解漿工藝條件的研究工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文蘆葦預(yù)水解硫酸鹽制備溶解漿工藝條件的研究The study of technological conditions about preparation from sulphate to dissolving pulp after prehydrolysis of reed論文完成日期 2013 年6 月7日2013 年 6 月23 / 29摘 要本論文主要研究的是蘆葦?shù)念A(yù)水解硫酸鹽法制備溶解漿的工藝條件，著重考察了硫酸鹽蒸煮的最高溫度、保溫時間、用堿量和硫化度這四個因素對蘆葦半料漿蒸煮效果的影響

2、。在一定的液比下，通過改變蒸煮的最高溫度、保溫時間、用堿量和硫化度，使木素和灰分盡可能多的除去，同時保留盡量多的-纖維素。通過對不同最高溫度、保溫時間、用堿量和硫化度下硫酸鹽蒸煮所得漿料的化學(xué)成分含量進(jìn)行分析，探索蘆葦硫酸鹽蒸煮過程中纖維素、半纖維素、木素和灰分的溶出規(guī)律，從而得出最佳的硫酸鹽蒸煮制備溶解漿的工藝條件。分析結(jié)果表明：蘆葦預(yù)水解硫酸鹽法制備溶解漿的最佳工藝條件是液比1:8，最高溫度170，升溫時間30min，保溫時間60min，用堿量25，硫化度18。在此條件下蒸煮的蘆葦漿可除去大部分的灰分，脫去大部分木素，并保留較多的-纖維素，綜纖維素含量為96.90%，-纖維素含量為95.9

3、5%，灰分含量為0.53%，高錳酸鉀值為9.3。關(guān)鍵詞：蘆葦；溶解漿；預(yù)水解；硫酸鹽蒸煮；-纖維素AbstractThe technological conditions about preparation from sulphate to dissolving pulp after prehydrolysis of reed was mainly discussed in the paper, and influence factors on the effect of Reed pulp cooking were highlighted. The highest temperature,

4、holding time, alkalicharge andsulfidity 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 temperature, holding time, alkalicharge and sulfidity during cooking, and keeping the most of -cellulose. By

5、analyzing the chemical composition of cooked sulfate pulp under different highest temperature, holding time, alkalicharge and sulfidity, researching the degradation regularity of cellulose、hemicellulose、lignin and ash content, and consequently obtain the optimum technological conditions of preparati

6、on from sulphate to dissolving pulp.The results of analysis show that optimum technological condition ofpreparation from sulphate to dissolving pulp is solid/liquid of 1:8, maximum treating temperature for 170, The heating time for 30 min ,heat preservation time for 60 min, alkalicharge for 25，sulfi

7、dity 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% Ash content，and the K Value is 9.3。Key Words：reed; prehydrolysis; Sulfate cooking; -cellulose; Dissolv

8、ing pulp目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 研究理念11.1.1 溶解漿的概念11.1.2 溶解漿的應(yīng)用與現(xiàn)狀11.1.3 溶解漿的制備方法11.1.4 溶解漿的發(fā)展趨勢21.2 蘆葦?shù)奶匦耘c化學(xué)成分含量21.3 預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮31.3.1 預(yù)水解反應(yīng)對蘆葦?shù)挠绊?1.3.2 硫酸鹽法蒸煮對漿料的影響31.4 半纖維素對紙漿與紙性質(zhì)的影響41.4.1 半纖維素對紙漿打漿性能的影響41.4.2 半纖維素對溶解漿的影響41.4.3 半纖維素對紙物理性能的影響51.5 本課題的意義和研究容5第二章 實(shí)驗(yàn)材料和方法72.1 主要試劑72.2主要儀器與設(shè)備72.3 實(shí)驗(yàn)方

9、法82.3.1 實(shí)驗(yàn)原料化學(xué)組分分析82.3.2 對原料的預(yù)水解92.3.3 對半料漿的硫酸鹽蒸煮92.3.3.1 漿料各項(xiàng)指標(biāo)的測定92.3.4 最佳蒸煮溫度的確定102.3.5 最佳保溫時間的確定102.3.6 最佳用堿量的確定102.3.7 最佳硫化度的確定10第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析113.1 原料分析113.2 預(yù)水解后半料漿的硫酸鹽蒸煮113.2.1 各個因素對灰分的影響123.2.2 各個因素對綜纖維素的影響133.2.3 各個因素對-纖維素的影響153.2.4 各個因素對高錳酸鉀值的影響163.2.5 各個因素對得率的影響173.2.6 硫酸鹽法蒸煮最優(yōu)條件19結(jié) 論20致 23

10、第一章 緒論1.1 研究理念1.1.1溶解漿的概念溶解漿是由自然界含有纖維素的植物（如棉、木材等）經(jīng)化學(xué)加工純化而得到的一種纖維素含量相當(dāng)高，半纖維素、木素和其他成分相當(dāng)少的化學(xué)精制漿。這種漿白度高，纖維素分子質(zhì)量分布均勻，反應(yīng)性能良好，又稱為漿粕。溶解漿主要以木材和棉短絨為原料，竹、蘆葦和甘蔗渣等也有少量應(yīng)用。溶解漿主要用于生產(chǎn)粘膠纖維、硝化纖維、醋酸纖維、玻璃紙、羧甲基纖維素等產(chǎn)品。與普通的造紙用漿相比，溶解漿生產(chǎn)的得率較低，一般只有30%-35%1。1.1.2 溶解漿的應(yīng)用與現(xiàn)狀溶解漿是一類高等級的纖維素漿粕，具有半纖維素含量低、木素含量低、樹脂含量低的特點(diǎn)，適合用于生產(chǎn)多種纖維類產(chǎn)品，

11、如羧甲基纖維素、黏膠纖維、醋酸纖維素、纖維素薄膜、香腸皮衣等。紡織業(yè)和煙草制造業(yè)是溶解漿的主要應(yīng)用領(lǐng)域，比例大致是：黏膠產(chǎn)品60、香煙過濾嘴16、纖維素醚11、硝酸纖維5、醋酸纖維7、其他1。其中用量最多的是生產(chǎn)黏膠纖維。國際市場溶解漿的主要生產(chǎn)公司有天柏、瑞安、金鷹等。南非Sappi公司的SAICCOR漿廠年產(chǎn)桉木溶解漿80萬噸，是全球最大的單一溶解漿廠。2 0 0 6年全球溶解漿消費(fèi)量為410萬噸，Sappi公司預(yù)測到2012年，市場需求將超過450萬噸，現(xiàn)在主要溶解漿市場已移到亞洲。歐洲和美國主要用于特殊產(chǎn)品：Lyocell纖維和醋酸纖維。我國黏膠纖維生產(chǎn)使用的木漿，主要依靠進(jìn)口，200

12、9年進(jìn)口的溶解漿量達(dá)到85萬噸2。1.1.3溶解漿的制備方法溶解漿和紙漿的主要生產(chǎn)過程大體一樣，但由于用途不同，工藝流程的細(xì)節(jié)和工藝參數(shù)也有所差異。目前，國外制備溶解漿主要有兩種工藝方法：預(yù)水解硫酸鹽法和亞硫酸鹽法，其目標(biāo)是為了獲得高純度纖維素漿料，而木素和半纖維素作為雜質(zhì)被除去，一般來說，半纖維素含量低的原料可采用酸性亞硫酸鹽法；若是樹脂含量高的原料，則必須采用預(yù)水解硫酸鹽法3。1.1.4 溶解漿的發(fā)展趨勢溶解漿的發(fā)展趨勢很大程度上取決于溶解漿技術(shù)的發(fā)展和市場的需求。隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，溶解漿的需求量會繼續(xù)增加，尤其是對高質(zhì)量溶解漿的需求，反應(yīng)性能是溶解漿的重要性能參數(shù)，對化

13、學(xué)試劑的可與度、反應(yīng)程度、黏膠的過濾性能和產(chǎn)品強(qiáng)度與其它性能指標(biāo)影響很大。因此，溶解漿的發(fā)展趨勢主要是開發(fā)新原料應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中和利用簡單有效的方法獲得高質(zhì)量的溶解漿4。1.2 蘆葦?shù)奶匦耘c化學(xué)成分含量蘆葦在我國廣泛分布,蘊(yùn)藏量大,是一種較為重要的草類原料5。其主要產(chǎn)區(qū)有、等16個?。ㄊ小^(qū)），重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)是洞庭湖、地區(qū)和博斯騰湖等地6。由于蘆葦?shù)馁Y源優(yōu)勢和低成本優(yōu)勢，市場前景十分廣闊。近年來，國家加大力度支持造紙?zhí)J葦基地建設(shè)，堅(jiān)持科學(xué)育葦與發(fā)展優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)蘆葦原料，提高蘆葦單產(chǎn)和總產(chǎn)量。蘆葦，禾本科，一年生草本植物，生長于池沼、河岸、湖邊、水渠、路旁。在草類原料中，蘆葦是造紙工業(yè)中一種非常重要的非木

14、材纖維原料，葦漿有著較好的纖維，僅次于龍須草漿。除了非纖維細(xì)胞含量較闊葉木高外，其它性能接近或超過闊葉木7。盡管在今后，國家將不斷提高木漿比例，降低草類漿的比例，但隨著紙與紙板總產(chǎn)量的不斷提高，葦漿的絕對需求量還是很大的, 葦漿作為一種較好草類漿，在中國造紙工業(yè)發(fā)展中，將發(fā)揮重要的作用8。蘆葦莖長久以來被用作獲取植物纖維做造紙?jiān)?。蘆葦?shù)钠骄w維長度為1.12mm，平均纖維寬度是9.7m，長寬比為115，是較好的纖維原料。不同產(chǎn)地的蘆葦?shù)幕瘜W(xué)成分有一定的差別。蘆葦?shù)睦w維素含量較高（41.5%50.2%），木素含量較低（除個別外，多在20%左右），聚戊糖含量較高（2 2%2 5%），灰分含量比稻

15、麥草、龍須草等低得多，是適合制漿造紙的優(yōu)質(zhì)原料。表1.2 針葉材、闊葉材和禾本科植物纖維原料的主要化學(xué)組分含量9樹種綜纖維素 -纖維素聚戊糖Klason木素灰分/%/%/%/%/%針葉材64.5±4.643.7±2.69.8±2.228.8±2.60.3±0.1闊葉材71.7±5.745.4±3.519.3±2.223.3±3.00.5±0.3禾本科75.2±3.641.1±2.226.8±1.617.4±5.33.2±1.5表1.2列出了不同種

16、類植物纖維原料的主要化學(xué)組分含量。很明顯，禾本科植物的綜纖維素含量最高，闊葉材次之，以針葉材為最低，而-纖維素含量以闊葉材為最高，禾本科的克拉森木素的含量最低，闊葉材次之，針葉材最高。在溶解漿的制備過程中，禾本科的高綜纖維素含量和低克拉森木素含量都為制備溶解漿提供了較為有利的條件。1.3 預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮1.3.1預(yù)水解反應(yīng)對蘆葦?shù)挠绊戭A(yù)水解的主要作用是盡可能多地除去半纖維素,破壞纖維的初生壁, 增加藥液和溶出物的擴(kuò)散能力, 為后一階段制漿提供有利條件, 以獲得反應(yīng)性能較好、化學(xué)純度較高的人纖漿粕。然而, 由于原料不同, 預(yù)水解方法與工藝條件不同, 人纖漿粕的質(zhì)量也就不同。與木材相比, 蘆葦

17、中含有較多的半纖維素和灰分, 這些成分都對人纖漿粕的質(zhì)量有較大的影響。同時由于蘆葦中的木素在細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的分布與木材不同, 木素本身的結(jié)構(gòu)和分子質(zhì)量也與木材有較大的差異。所以為了掌握蘆葦在預(yù)水解反應(yīng)過程中的變化規(guī)律, 應(yīng)對葦片進(jìn)行預(yù)水解10。1.3.2硫酸鹽法蒸煮對漿料的影響硫酸鹽法蒸煮的主要目的是盡可能多的除去木素，同時保護(hù)碳水化合物不被破壞。堿法蒸煮脫木素的特點(diǎn)是木素大分子必須碎解為小分子才能從原料中溶解出來。因此脫木素反應(yīng)實(shí)際上就是木素大分子的結(jié)構(gòu)單元間各種連接鍵發(fā)生斷裂的反應(yīng)，同時，也關(guān)系到斷裂了的木素分子不再縮合變成大分子。 硫酸鹽法蒸煮的主要反應(yīng)劑除了OH- 外，還有Na2S水解產(chǎn)生

18、的HS-。燒堿法和硫酸鹽法的共性是所有的藥品都具有堿性，通過化學(xué)反應(yīng)，在木素大分子中引入親液性的基團(tuán)，使木素大分子降解，變成分子量較小、結(jié)構(gòu)比較簡單、易溶于堿液的堿木素和硫化木素3。1.4 半纖維素對紙漿與紙性質(zhì)的影響半纖維素是植物組織中與纖維素相伴生的一種低分子質(zhì)量(其平均聚合度50200)的多糖類碳水化合物，是由兩種或兩種以上的單糖組成的不均一聚糖，大多數(shù)帶有短側(cè)鏈，絕大部分位于纖維素細(xì)胞的胞間層和細(xì)胞壁上11。蘆葦?shù)陌肜w維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）苷鍵聯(lián)接成主鏈。1.4.1 半纖維素對紙漿打漿性能的影響紙漿中存留的半纖維素有利于紙漿的打漿，這

19、是因?yàn)榘肜w維素比纖維素更容易水化潤脹，而纖維的潤脹對纖維的細(xì)纖維化是十分有利的。紙漿中存留的半纖維素聚糖的種類與結(jié)構(gòu)比半纖維素的含量對打漿的影響更大，如硫酸鹽漿中的半纖維素含量不少于亞硫酸鹽漿，而其打漿卻比亞硫酸鹽漿困難。這與硫酸鹽漿的半纖維素中堿溶性聚糖較少，而亞硫酸鹽漿的半纖維素中堿溶性聚糖較多有關(guān)9。1.4.2 半纖維素對溶解漿的影響溶解漿是生產(chǎn)粘膠纖維，玻璃紙或者其它纖維素衍生物。半纖維素的存在對溶解漿的使用會產(chǎn)生不利影響，例如在生產(chǎn)粘膠纖維的溶解漿（粘膠漿粕）中，半纖維素與其它雜質(zhì)含量少，在生產(chǎn)粘膠纖維時，原料漿粕與二硫化碳的單位消耗和堿回收均比較經(jīng)濟(jì)，而且粘膠纖維的質(zhì)量也較高。漿粕

20、中半纖維素的含量增加，會使粘膠過濾困難并降低粘膠的透明度。半纖維的磺化速度快，當(dāng)漿粕中半纖維素含量高時，不僅要多耗用二硫化碳，而且會造成磺化不均勻，影響粘膠的溶解性能，簾子線的疲勞強(qiáng)度也隨之降低。所以，對溶解漿中的半纖維素含量均有一定的限制。例如生產(chǎn)醋酸纖維素的溶解漿，其-纖維素不得小于96，對于生產(chǎn)粘膠纖維的溶解漿，其-纖維素應(yīng)大于87，最高可達(dá)999。1.4.3 半纖維素對紙物理性能的影響半纖維素是木材或紙漿中的一種重要成分，它對紙的性質(zhì)有較大的影響，根據(jù)對不同紙的性質(zhì)的不同要求，在制漿時應(yīng)盡量或適當(dāng)保留紙漿中的半纖維素。半纖維素有利于紙漿的打漿，有利于纖維的細(xì)纖維化，大量研究結(jié)果表明，凡

21、是通過打漿能獲得較高強(qiáng)度紙的紙漿都有較高半纖維素的含量。對于給定的植物纖維原料來說，在蒸煮過程中半纖維素脫的越少，則單位質(zhì)量的紙漿中含有的纖維素就越少；反之，半纖維素脫得越多，則單位質(zhì)量的紙漿中含有的半纖維素就越多。從這個意義上來說，半纖維素含量高，有利于纖維素的結(jié)合，所以對提高紙的裂斷長、耐破度和耐折度等有利。半纖維素含量低，有利于一些與纖維素結(jié)合力無關(guān)的紙性質(zhì)，如不透明度和撕裂度等。在工業(yè)紙漿中，隨著半纖維素含量的增加，相對地降低了-纖維素的含量，即減少了保證纖維本身的強(qiáng)度的纖維素的含量，所以半纖維素在增加纖維結(jié)合上的積極影響在某程度上會被纖維本身強(qiáng)度降低的不利影響所降級或抵消。從邏輯上希

22、望有一個最佳的（或最適宜的）半纖維素含量，但在實(shí)際中是很難控制的，因?yàn)榘肜w維素的含量對不同紙的影響是不一樣的，如草漿的聚戊糖含量與紙的物理性能有如下關(guān)系：-纖維素/聚戊糖=2.53時，紙的裂斷長、耐破度和耐折度最大，而松厚度和撕裂度最小。當(dāng)該系數(shù)為69時，則撕裂度最大、松厚度好。木漿達(dá)到最大耐破度和抗強(qiáng)度的適宜半纖維素含量約為20%，而此時紙的不透明度和撕裂度最小9。1.5 本課題的意義和研究容目前，三大紡織材料中，天然纖維產(chǎn)量（特別是棉花）受耕種面積減少和生產(chǎn)成本增加的約束；合成纖維因其難以降解和舒適度不足，需求受限制；而全球經(jīng)濟(jì)與人口的增長又提升了對紡織材料的整體需求，這就為第三種紡織材料

23、黏膠纖維帶來了需求增長空間。有條件的造紙企業(yè)如紙業(yè)、化纖和南紙等利用溶解漿與造紙用漿的相通性，紛紛進(jìn)行改建或擴(kuò)建。根據(jù)20102012 年全球與中國溶解漿的行業(yè)報告，預(yù)計到2012 年底國溶解漿行業(yè)的生產(chǎn)能力將增長到529%，達(dá)到163.6 萬t，占全球總產(chǎn)能的26.8%。伴隨溶解漿需求增長，木材資源供應(yīng)卻處于日益緊的狀態(tài)，加之生長周期長，已經(jīng)難以滿足市場的需求。目前非木材用于制備溶解漿也倍受重視，如竹子、蘆葦、甘蔗渣、洋麻、廢黃麻等都得到了不同程度的研究與應(yīng)用，蘆葦作為重要的植物纖維原料，在造紙工業(yè)中綜合利用的社會效益和環(huán)境效益顯著。預(yù)水解處理半纖維素的溶出，造成生物資源的浪費(fèi)與高污染負(fù)荷生

24、產(chǎn)污水的高處理費(fèi)用。近幾年，IFBR(IntegratedForest Products Bio-refinery)的理念引入，將傳統(tǒng)的化學(xué)法制漿廠轉(zhuǎn)變?yōu)榱之a(chǎn)品生物質(zhì)精煉聯(lián)合企業(yè)，結(jié)合生物質(zhì)精煉(Bio-refinery)和化學(xué)法制漿的特點(diǎn)，在化學(xué)法制漿之前增加預(yù)處理段，將半纖維素以聚糖或單糖的形式提取，經(jīng)過轉(zhuǎn)化加工可生產(chǎn)燃料乙醇、生物柴油和聚合物材料等高附加值的產(chǎn)品。預(yù)處理后的纖維原料制漿后的黑液可生產(chǎn)木素產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的堿法制漿廠在堿回收將黑液中的有機(jī)物直接燃燒相比較，有望獲得生物資源綜合利用高增值的機(jī)會。使制漿原料中的纖維素、半纖維素和木素等化學(xué)組分都能獲得更加充分合理的利用12。本課題研

25、究的容主要包括以下四項(xiàng)：（1）造紙植物纖維原料的化學(xué)成分分析，包括主要成分（纖維素、半纖維素、木素）和次要成分（灰分、有機(jī)溶劑抽出物等）的分析。（2）采用熱水預(yù)處理的方式對蘆葦進(jìn)行預(yù)水解處理，在1:8的液比下，控制30分鐘的升溫時間，105分鐘的保溫時間，170的最高溫度對蘆葦進(jìn)行預(yù)水解。（3）對預(yù)水解后的蘆葦半料漿進(jìn)行硫酸鹽法蒸煮，在1:8的液比下，控制不同的最高溫度，保溫時間，用堿量和硫化度對預(yù)水解后的半料漿進(jìn)行硫酸鹽法蒸煮。對不同的最高溫度，保溫時間，用堿量和硫化度的條件下蒸煮的蘆葦漿進(jìn)行綜纖維素，-纖維素，灰分，高錳酸鉀值的測量。（4）通過分析正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，確定蘆葦?shù)念A(yù)水解硫酸鹽蒸煮

26、制備溶解漿的最佳保溫時間，最高溫度，用堿量和硫化度。第二章 實(shí)驗(yàn)材料和方法2.1 主要試劑實(shí)驗(yàn)所用的試劑見表2.1表2.1 主要試劑與來源序號名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家1苯分析純市光復(fù)科技發(fā)展2 95%乙醇分析純市科密歐化學(xué)試劑3硫酸分析純新興試劑4氫氧化鈉分析純市科密歐化學(xué)試劑5亞氯酸鈉分析純市科密歐化學(xué)試劑6冰醋酸分析純市光復(fù)科技發(fā)展7鹽酸分析純新興試劑廠8溴酸鉀分析純市科密歐化學(xué)試劑9溴化鉀分析純市科密歐化學(xué)試劑10硫代硫酸鈉分析純市試劑五廠11碘化鉀分析純市科密歐化學(xué)試劑12可溶性淀粉分析純市新西試劑廠13高錳酸鉀分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑14硫化鈉分析純市凱信化學(xué)工業(yè)15丙酮分析純市科密歐化學(xué)試劑

27、16重鉻酸鉀分析純市科密歐化學(xué)試劑2.2主要儀器與設(shè)備實(shí)驗(yàn)所用的儀器見表2.2表2.2 主要儀器與來源序號名稱型號生產(chǎn)廠家1電熱鼓風(fēng)干燥箱101-2AB市泰斯特儀器2電子萬用爐220V，2000W市泰斯特儀器3分析天平PL203梅特勒-托利多儀器（）4水浴恒溫震蕩器SHZ-A博迅實(shí)業(yè)醫(yī)療設(shè)備廠5漿料脫水機(jī)科技大學(xué)機(jī)械廠6篩漿機(jī)ICS-5000西北輕工業(yè)學(xué)院機(jī)械廠7智能油浴ZKYY-10L鞏義市予華儀器XX公司8箱式電阻爐SX2-5-12市節(jié)能電爐廠9微型植物粉碎機(jī)FZ102市泰斯特儀器10循環(huán)水式真空泵SHZ-D（）鞏義市予華儀器XX公司2.3 實(shí)驗(yàn)方法2.3.1 實(shí)驗(yàn)原料化學(xué)組分分析蘆葦經(jīng)磨

28、粉后，取4060目篩分級作為試樣，裝入玻璃瓶密封好，測定水分備用。原料的分析主要檢測了水分、灰分、木素、綜纖維素、聚戊糖等指標(biāo)，具體檢測方法如下：原料水分參照GB/T2677.2-1993的方法測定；灰分含量參照GB/T2677.3-1993的方法測定；水抽出物含量參照GB/T2677.4-1993的方法測定；1%NaOH抽出物含量參照GB/T2677.5-1993的方法測定；苯醇抽出物含量參照GB/T2677.6-1994的方法測定；綜纖維素含量參照GB/T2677.10-1995的方法測定；聚戊糖含量參照GB/T 2677.9-1994的方法測定；酸不溶木素含量參照GB/T 2677.8-

29、1994的方法測定。2.3.2 對原料的預(yù)水解取絕干量為45g的蘆葦置于中型反應(yīng)罐中，按照液比1:8加入去離子水，密封后放入油浴蒸煮鍋，按照升溫時間30分鐘，保溫時間105分鐘，最高溫度170進(jìn)行預(yù)水解。熱水預(yù)處理反應(yīng)后的半料漿用水沖洗至不呈酸性為止，然后在小布袋用離心脫水機(jī)甩干后測定水分備用。2.3.3對半料漿的硫酸鹽蒸煮取絕干量為15g的蘆葦預(yù)水解半料漿置于小型反應(yīng)罐中，按照液比1:8加入去離子水，按照表2.3.3設(shè)計的四水平三因素正交實(shí)驗(yàn)表在不同的保溫時間、最高溫度、用堿量和硫化度的條件下進(jìn)行硫酸鹽法蒸煮。表2.3.3 正交實(shí)驗(yàn)表實(shí)驗(yàn)組數(shù)保溫時間/min最高溫度/用堿量(以NaOH計)硫

30、化度(以NaOH計)160150152626015020223601502518490160201859016025266901601522712017025228120170151891201702026蒸煮后的漿料用水沖洗至中性后,在布袋用離心脫水機(jī)甩干后測定水分,計算粗漿得率,然后用篩漿機(jī)篩選細(xì)漿,測定細(xì)漿的水分,計算細(xì)漿得率。2.3.3.1 漿料各項(xiàng)指標(biāo)的測定本實(shí)驗(yàn)主要考察了預(yù)水解硫酸鹽法蒸煮對蘆葦?shù)木C纖維素含量、-纖維素、灰分、高錳酸鉀值的影響。檢測方法如下：漿料水分參照GB/T2677.2-1993的方法測定；灰分含量參照GB/T2677.3-1993的方法測定；綜纖維素含量參照G

31、B/T2677.10-1995的方法測定；-纖維素含量參照GB/T744-1989的方法測定；高錳酸鉀值參照GB/T1547-1989的方法測定。2.3.4 最佳蒸煮溫度的確定在前面初定的保溫時間的前提下，測定不同的蒸煮溫度下的粗細(xì)漿得率、綜纖維素、-纖維素、灰分、高錳酸鉀值這些指標(biāo)的含量，通過分析得率、綜纖維素、-纖維素、灰分與高錳酸鉀值的變化規(guī)律來確定最佳的蒸煮溫度。2.3.5 最佳保溫時間的確定在最佳蒸煮溫度的條件下，測定不同保溫時間下的粗細(xì)漿得率、綜纖維素、-纖維素、灰分、高錳酸鉀值這些指標(biāo)的含量，通過分析得率、綜纖維素、-纖維素、灰分與高錳酸鉀值的變化規(guī)律來確定最佳的保溫時間。2.3

32、.6最佳用堿量的確定在最佳蒸煮溫度和保溫時間的條件下，測定不同保溫時間下的粗細(xì)漿得率、綜纖維素、-纖維素、灰分、高錳酸鉀值這些指標(biāo)的含量，通過分析得率、綜纖維素、-纖維素、灰分與高錳酸鉀值的變化規(guī)律來確定最佳的保溫時間。2.3.7 最佳硫化度的確定 在最佳硫化度的條件下，測定不同用堿量下的粗細(xì)漿得率、綜纖維素、-纖維素、灰分、高錳酸鉀值這些指標(biāo)的含量，通過分析得率、綜纖維素、-纖維素、灰分與高錳酸鉀值的變化規(guī)律來確定最佳的硫化度。第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 原料分析原料化學(xué)組分分析見表3.1。表3.1 蘆葦原料化學(xué)組分灰分%冷水抽出物%熱水抽出物%1%NaOH抽出物 % 苯醇抽出物 % 綜纖

33、維素%聚戊糖%酸不溶木素%酸溶木素%2.773.285.5631.792.2276.2724.62 18.15 2.333.2 預(yù)水解后半料漿的硫酸鹽蒸煮硫酸鹽蒸煮的目的是為了脫去半料漿中殘留的木素。在實(shí)驗(yàn)中，我們把液比固定為1:8，探討其他的影響因素，主要是保溫時間，最高溫度，用堿量和硫化度。把他們定為正交實(shí)驗(yàn)的四個影響因素，根據(jù)相關(guān)資料，將保溫時間定為60min、90min、120min；最高溫度定為150、160、170；用堿量定為15%、20%、25%；硫化度定為26%、22%、18%。對預(yù)水解后半料漿的硫酸鹽蒸煮的正交實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果見3.2。表3.2 硫酸鹽蒸煮的正交實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)

34、果實(shí)驗(yàn)組數(shù)保溫時間最高溫度用堿量硫化度灰分綜纖維素-纖維素高錳酸鉀值得率/min/%/%/%/%/%/%16015015262.43 92.68 84.00 11.7 42.5626016020222.50 66.03 97.47 13.5 44.6036017025180.53 96.90 95.95 9.3 51.1249015020182.58 95.48 88.02 16.6 48.9059016025260.80 85.43 67.92 10.5 49.3069017015221.27 93.10 83.26 14.8 51.46712015025221.80 73.00 72.21

35、 14.9 47.30812016015181.46 80.36 82.02 13.5 48.97912017020262.48 84.40 77.01 12.3 48.46（注:表中的用堿量和硫化度均以NaOH計）3.2.1 各個因素對灰分的影響 各個因素對灰分的影響的極差分析見表3.3和圖3.1。表3.3各個因素對灰分的影響灰分保溫時間最高溫度用堿量硫化度/min/%/%K15.466.815.165.7K24.654.777.565.58K35.734.293.124.56k11.822.271.721.9k21.551.592.521.86k31.911.431.041.52R0.36

36、0.841.480.38主次因素C>B>D>A優(yōu)水平A2B3C3D3優(yōu)組合C3 B3 D3 A2由表3.3可以看出，各個因素對灰分的影響主要為：用堿量(C)>最高溫度(B)>硫化度(D)>保溫時間(A)。圖3.1各個因素對灰分的影響從表3.3的極差數(shù)據(jù)可以分析出，用堿量對灰分影響是最大的，用堿量從20增加到25時，灰分含量降低了1.48%，所以用堿量最佳條件為25%。最高溫度從150增加到170時，灰分含量降低了0.84%，取最高溫度的最佳條件為170。保溫時間和硫化度是次要影響因素，對灰分含量影響不大，由于實(shí)驗(yàn)考察灰分因素，而保溫時間為90min時灰分含量

37、最低，因此取最佳保溫時間為90min，最佳硫化度為18%。3.2.2 各個因素對綜纖維素的影響各個因素對綜纖維素的影響的極差分析見表3.4和圖3.2。表3.4各個因素對綜纖維素的影響綜纖維素保溫時間最高溫度用堿量硫化度/min/%/%K1255.61261.16266.14262.51K2274.01231.82245.91232.13K3237.76274.4255.33272.74k185.287.0588.7187.50k291.3477.2781.9777.38k379.2591.4785.1190.91R12.0914.26.7413.53主次因素B>D>A>C優(yōu)水

38、平A2B3C1D3優(yōu)組合B3D3A2C1圖3.2各個因素對綜纖維素的影響 從表3.4的極差分析中可以看出，各個因素對綜纖維素含量的主要影響為：最高溫度(B)>硫化度(D)>保溫時間(A)>用堿量(C)。其中，最高溫度對綜纖維素的影響最大。當(dāng)最高溫度從150增加到170時，綜纖維素含量升高了4.42%，硫化度跟最高溫度比較類似，從26%降低到18%時，綜纖維素含量升高了3.41%，因此，取最高溫度的最佳條件=170，硫化度的最佳條件=18%。保溫時間對綜纖維素的影響較大，在90min時，達(dá)到綜纖維素含量的最大值，所以最佳保溫時間為90min，用堿量對綜纖維素含量影響不是很大，為

39、次要因素，所以取用堿量的最佳條件為15%。3.2.3 各個因素對-纖維素的影響各個因素對-纖維素的影響的極差分析見表3.5和圖3.3。表3.5各個因素對-纖維素的影響-纖維素保溫時間最高溫度用堿量硫化度/min/%/%K1277.42244.23249.28224.13K2239.2247.41262.5252.94K3231.24256.22236.08265.99k192.4781.4183.0974.71k279.7382.4787.5084.31k377.0885.4178.6988.66R15.3948.8113.95主次因素A>D>C>B優(yōu)水平A1B3C2D3優(yōu)組

40、合A1D3C2B3圖3.3各個因素對-纖維素的影響 從表3.5的極差分析數(shù)據(jù)中可以看出，各個因素對-纖維素的主要影響為：保溫時間(A)>硫化度(D)>用堿量(C)>最高溫度(B)。保溫時間對-纖維素含量的影響最大，-纖維素含量隨著保溫時間的增加而降低，當(dāng)保溫時間從60min增加到120min時，-纖維素含量降低了15.39%，可以確定最佳的保溫時間為60min。硫化度從26%降低到18%時，-纖維素含量增加了13.95%，可以確定硫化度的最佳條件為18%。最高溫度和用堿量對-纖維素含量的影響不大，為次要因素，最高溫度的升高會增加能源成本，故取最高溫度的最佳條件=150，用堿量

41、的增加會增加用藥量，增加了生產(chǎn)成本，用堿量太高也會影響廢液的回收和增加對蒸煮設(shè)備的腐蝕，因此取用堿量的最佳條件為15%。3.2.4 各個因素對高錳酸鉀值的影響各個因素對高錳酸鉀值的影響的極差分析見表3.6和圖3.4。表3.6各個因素高錳酸鉀值的影響高錳酸鉀值保溫時間最高溫度用堿量硫化度/min/%/%K134.543.240.034.5K241.937.542.443.2K340.736.434.739.4k111.514.413.311.5k214.012.514.114.4k313.612.111.613.1R2.52.32.52.9主次因素D>A=C>B優(yōu)水平A1B3C3D1

42、優(yōu)組合D1A1C3B3圖3.4各個因素對高錳酸鉀值的影響 從表3.6的極差分析數(shù)據(jù)中可以看出，各個因素對高錳酸鉀值的主要影響為：硫化度(D)>保溫時間(A)=用堿量(C)>最高溫度(B)。其中，硫化度對高錳酸鉀值的影響最大。當(dāng)硫化度在26%時，高錳酸鉀值最低，因此硫化度取26%時，蘆葦漿的木素脫的最徹底，故最佳硫化度為26%。當(dāng)保溫時間從60min增加到120min時，高錳酸鉀值升高了2.5，最佳保溫時間應(yīng)取60min。最高溫度和用堿量對高錳酸鉀值影響不是很大，從生產(chǎn)成本和節(jié)約能源考慮，最高溫度的最佳條件為160，用堿量的最佳條件為15%。3.2.5 各個因素對得率的影響各個因素對

43、得率的極差分析見表3.7和圖3.5。表3.7各個因素對得率的影響漿料得率保溫時間最高溫度用堿量硫化度/min/%/%K1138.28138.76142.99140.32K2149.66142.87141.96143.36K3144.73151.04147.72148.99k146.0946.2547.6646.77k249.8947.6247.3247.79k348.2450.3549.2449.66R3.84.11.922.89主次因素B>A>D>C優(yōu)水平A2B3C3D3優(yōu)組合B3A2D3C3圖3.5各個因素對得率的影響 從表3.7的極差分析數(shù)據(jù)中可以看出，各個因素對得率的

44、主要影響為：最高溫度(B)>保溫時間(A)>硫化度(D)>用堿量(C)。其中，最高溫度對得率影響最大，當(dāng)最高溫度從150升高到170時，得率上升了4.1%，因此最高溫度的最佳條件為170。保溫時間在90min時漿料的得率最高，故保溫時間的最佳條件為90min。用堿量和硫化度對得率的影響較小，為次要因素，得率隨用堿量的升高而升高，故用堿量的最佳條件為25%，隨著硫化度的增加，得率減少，所以硫化度的最佳條件為18%。3.2.6 硫酸鹽法蒸煮最優(yōu)條件 從表3.3-3.7的極差分析數(shù)據(jù)中可以分析出，各個組分的最優(yōu)組合(見表3.8)。表3.8各個組分的最優(yōu)組合灰分綜纖維素-纖維素高錳酸

45、鉀值得率/%/%/%/%最優(yōu)組合C3B3D3A2B3D3A2C1A1D3C2B3D1A1C3B3B3A2D3C3從表3.8中可以看出，以上五個指標(biāo)單獨(dú)分析出的優(yōu)化條件不一致，必須根據(jù)因素的影響主次，綜合考慮，確定最佳條件。由于研究的是制備溶解漿的最優(yōu)條件，故優(yōu)先考慮對溶解漿的制備影響較大的-纖維素含量和灰分含量。對-纖維素影響最大的是保溫時間(A)，當(dāng)保溫時間為60min時，-纖維素的含量最高，但得率下降了3.8%，當(dāng)保溫時間為90min時，得率最高，但-纖維素含量降低了12.74%，由于保溫時間對其他指標(biāo)保溫時間的影響較小，故綜合考慮保溫時間可以取60min。硫化度(D)對-纖維素的影響排在第二位，對高錳酸鉀值的影響排在第一位，硫化度取26%時，-纖維素的含量降低了13.95%，硫化度取18%時，獲得最高的-纖維素的含量，但是高錳酸鉀值上升了1.6，硫化度對于得率、灰分和綜纖維素含量的影響較小，為次要因素，故可以取26%或者18%，由于實(shí)驗(yàn)主要考慮-纖維素的含量，綜合考慮下，硫化度的最佳條件為18%。用堿量對灰分的影響最大，對其他的指標(biāo)影響較小，所以用堿量的最佳條件為25%。最高溫度的最優(yōu)條件對以上四個指標(biāo)是一致的，所以最高溫度的最