造纸蒸煮原理.pptx
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1、 一、蒸煮液对原料片的一、蒸煮液对原料片的浸透作用浸透作用 二、蒸煮过程中的二、蒸煮过程中的脱木素化学和脱木素化学和脱木素脱木素反反 应历程应历程 三、蒸煮过程中三、蒸煮过程中碳水化合物碳水化合物降解化学及碳降解化学及碳 水化合物水化合物反应历程反应历程 四、蒸煮反应动力学四、蒸煮反应动力学 主要内容第二节 蒸煮原理第1页/共31页 碱液怎样进入纤维原料内部,与木素发生反应将其溶解出来?药液浸透作用的两个方式:(1)压力渗透 (2)扩散渗透一、蒸煮液对木片或草片的浸透作用蒸煮中强调药液的渗透!第2页/共31页1、压力渗透(毛细管渗透)途径:通过导管或管胞的胞腔或纹孔等向内部渗透。V/t:单位时
2、间通过毛细管的液体体积 n:毛细管数量;r:毛细管半径 L:毛细管长度;:液体粘度 P:压力差(外部压力和表面张力)n r4PV/t=L(1)速率遵循的原则为poiseaille 方程 产生条件毛细管作用,发生在纤维饱和点之前。推动力:P=P P1(P1主要因不凝性气体而增大)(一)药液渗透基本原理第3页/共31页影响因素(1)毛细管系统:材种及边材、心材;(2)压力差:毛细管中的空气用小放 气、预汽蒸、蒸汽装锅等办法排出;(3)药液粘度:温度。在纤维原料水分含量低而又排除了原料毛细管内的空气之后,药液对原料切片的浸透主要是毛细管作用,且浸透速度很快。第4页/共31页2.扩散渗透 扩散速率遵循
3、爱因斯坦方程 扩散是蒸煮液中的离子扩散到存在于料片的水分中。推动力:浓度梯度C(dc/dL)。产生条件:纤维饱和点之后。R:气体常数 T:绝对温度 N:阿佛加德罗常数 :药液粘度 r:药液离子半径 D:扩散系数第5页/共31页 一般蒸煮条件下药液的浸透情况一般蒸煮条件下药液的浸透情况 实际上,毛细管作用、扩散作用和化实际上,毛细管作用、扩散作用和化 学反应几乎是同时进行的,但有主次之分。学反应几乎是同时进行的,但有主次之分。蒸煮初期,毛细管作用是主要的;蒸煮初期,毛细管作用是主要的;温度超过温度超过140140,扩散作用是主要的。,扩散作用是主要的。第7页/共31页纵向渗透(纤维轴向)a.针叶
4、木:通过管胞渗透到木片中;b.阔叶木:通过导管;c.草类:通过导管;(二)渗透途径 由于横向流经许多纹孔阻力大,无论碱性或酸性蒸煮液,纤维轴向的毛细管作用总是大于横向的毛细管作用(约50倍200倍)。横向渗透(细胞壁方向)a.针叶木:通过管胞纹孔从一根纤维渗透到 另一根纤维(S3S2S1P胞间层);b.阔叶木:通过木射线管胞上的纹孔;c.草类:通过纤维上单纹孔。1、蒸煮液整体渗透途径第8页/共31页杨木导管带有小舌第9页/共31页尾叶桉导管带有小舌具有桉木导管的特点第10页/共31页针叶木纤维纹孔第11页/共31页纤维细胞在碱液中发生润胀,在酸液中发生收敛。扩散速度:碱法:纵向、切向和横向基本
5、相等 酸法:纵向、切向和横向相差很大2、扩散途径胞腔 S3 S2 S1 初生壁(P)ML胞间层(木质素含量高)总的来说,毛细管浸透比扩散浸透快,这一点不管药液PH值的大小如何,都是一样的。第12页/共31页不同的原料,蒸煮液浸透的难易程度不不同的原料,蒸煮液浸透的难易程度不同同l阔叶木较针叶木难于浸透阔叶木较针叶木难于浸透:阔叶木由阔叶木由导管导管进行纵向浸透进行纵向浸透,横向几乎没有浸透横向几乎没有浸透;组织结构较紧密组织结构较紧密。l针叶木结构疏松针叶木结构疏松,药液从木片末端,即管胞进入胞腔,然后穿过多孔性的纹孔膜浸药液从木片末端,即管胞进入胞腔,然后穿过多孔性的纹孔膜浸入相邻的细胞腔入
6、相邻的细胞腔,药液沿纵向流速比横向大药液沿纵向流速比横向大100100200200倍倍。l相同液比进行蒸煮,木材原料渗透更容易,草类则较难。相同液比进行蒸煮,木材原料渗透更容易,草类则较难。第13页/共31页焦点焦点:在尽量少损在尽量少损伤纤维素和伤纤维素和半纤维素的半纤维素的前提下加快前提下加快木素的脱除。木素的脱除。二、蒸煮过程的化学反应机理第14页/共31页Common Linkages between Phenylpropane Units针叶材:醚键 6570%,C-C键 17.520%阔叶材:醚键 7476%,C-C键 16%第15页/共31页反应历程是研究蒸煮过程中反应历程是研究
7、蒸煮过程中各阶段各阶段原料中木素和碳水化合物原料中木素和碳水化合物溶出特征及变化规律溶出特征及变化规律,特别是脱木素反应历程。特别是脱木素反应历程。即蒸煮过程中木素和碳水化合物的反应有无阶段性,以及每一阶段脱除木素的量和速度又是怎样的?(1)反应历程(蒸煮曲线)1、蒸煮过程中木素的反应历程第16页/共31页以我国马尾松硫酸盐法蒸煮时脱木素为例以我国马尾松硫酸盐法蒸煮时脱木素为例 初始脱木素阶段初始脱木素阶段 大量脱木素阶段大量脱木素阶段 残余脱木素阶段残余脱木素阶段(2 2)木材)木材KPKP法蒸煮反应历程法蒸煮反应历程 脱木素脱木素反应历程反应历程第17页/共31页t蒸煮初期从升温开始到蒸煮
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