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《制浆造纸节约技术》复习思考题

绪论
1、简述节约的基本内涵。（4分）
一是杜绝浪费，即要求我们在经济运行中减少对资源消耗的浪费。
二是在生产消费过程中，用尽可能少的资源、能源，创造相同的、甚至更多的财富。
2、建设节约型企业的内涵是什么？（6分）
第一，是按循环经济原则，实现循环式生产的企业。循环经济是以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、再循环”为原则的经济增长模式。
第二，是以实现经济、生态、社会效益为目标的企业。
第三，是能承担起生态责任的企业。

第1章：中国造纸工业节能减排形势
1、简述制浆造纸企业的能源构成。（6分）
制浆造纸企业所消耗的能源分为两部分：一部分是外购能源，主要包括重油、天然气、煤、外购电、外购汽及液体丙烷等；另一部分为自产能源，主要包括蒸煮废液、树皮、废燃料及自产电、自产汽。
2、造纸工业专有节能技术主要有哪些？（10分）
（1）变频节能
（2）黑液除硅降黏
（3）传热设备强化
（4）RDH蒸煮和超级间歇蒸煮（Super-Batch）等
（5）改良连续蒸煮（MCC）、深度改良连续蒸煮（EMCC）、等温蒸煮（ITC）和低固形物蒸煮（Lo-solids®）
（6）热泵
（7）中浓制浆造纸
（8）高浓成形
（9）造纸机高效脱水
（10）热电联产节能

第2章 化学制浆节约技术
1、简述备料对节能减排的影响。（5分）
（1）原料贮存的时间（部分物质发酵有利于药液渗透）；
（2）湿法备料对节能的影响（局部能耗高，但给后续工段带来能耗低和其它经济效益）；
（3）合格料片的输送（风送→皮带输送）；
（4）木片合格率对蒸煮能耗的影响（木片合格率、木片厚度）；
（5）回收可燃物的热量（各种生物质废料）。
2、简述影响间歇蒸煮能耗的几个因素。（5分）
l 液比（液比1:2→1:3，能耗↑1/3）
l 蒸煮温度（温度↑，能耗↑）
l 蒸煮时间（时间↑，能耗↑，但幅度较小）
l 装锅量与得率（装锅量↑，总能耗↓；粗浆得率↑，能耗↓）
l 其它因素（保温层、气温）
3、化学制浆深度脱木素技术包括哪些？简述其深度脱木素基本原理。（8分）
化学制浆深度脱木素技术包括：
（1）间歇蒸煮：RDH蒸煮和超级间歇蒸煮（Super-Batch）等；
（2）连续蒸煮：改良连续蒸煮（MCC）、深度改良连续蒸煮（EMCC）、等温蒸煮（ITC）和低固形物蒸煮（Lo-solids®）等。
深度脱木素基本原理：
（1）在整个蒸煮过程中，碱浓度分布尽可能一致；
（2）保持较高的HS-浓度，特别是在大量脱木素的初始阶段；
（3）最高蒸煮温度尽可能低；
（4）蒸煮后期保持低的溶解木素和Na+浓度。
4、与RDH蒸煮系统相比，DDS蒸煮系统具有哪些优点？（6分）
（1）提高纸浆得率2-5%以上，增加产量；
（2）降低卡伯值，软木浆最低卡伯值为9；提高纸浆强度；
（3）有效利用蒸煮热能，节约蒸汽；
（4）热液槽温度稳定，浆料品质均匀；
（5）漂白药品用量减少，降低了废水处理负荷；
（6）没有传统蒸煮放锅过程的臭气，很环保。
5、紧凑蒸煮（Compact CookingTM）有哪些特点？（5分）
（1）较低的蒸煮温度；
（2）均匀蒸煮，卡伯值波动小；
（3）相同卡伯值时有较高的蒸煮得率；
（4）非常低的浆渣含量，约含0.5％的节子和细小浆渣；
（5）浆的强度高、粘度高、很好的浆料可漂性。

第3章 高得率制浆节约技术
1、简述SGW节能的工艺措施。
l 粗磨节能
l 提高磨石线速节能：转速250r/min→300r/min（线速19.6m/min→24.4m/min）
l 加压节能（PGW）：节约电能10%
l PGW+H2O2节能：节约电能30%
2、 简述TMP的热回收方式。
（1）直接加热。将TMP排出的蒸汽直接用于加热木片和白水。
（2）间接加热。①用换热器加热空气和水；②压力旋风分离器→蒸发器0.26MPa。热泵→0.41MPa。
3、简述RTS-TMP的基本概念和技术要点。
l RTS（Residence time, Temperature and Speed）技术是在原有TMP基础上进行改进，主要是提高磨浆转速。这样可使磨浆单位产量电耗节省20％左右。
l RTS的技术要点是用比较高压力的蒸汽（压力由传统的0.2-0.3兆帕提高到0.5-0.6兆帕）加热，使温度略高于木素的玻璃转化温度，并把停留时间缩短到5-20秒，即进入高速圆盘磨浆。圆盘磨的转速由传统向1500转/分提高到2800转/分。
4、比较P-RC APMP与传统APMP的不同之处。
P-RC APMP（Pre-conditioning Refiner Chemical Alkaline Peroxide Mechanical Pulp）是在APMP基础上的进一步发展，主要用于阔叶木的技术，其要点是：(1)比较缓和地预处理(P)，过氧化物药液浸渍纤维原料；(2)部分化学药品在盘磨机内进行化学处理(RC)，进行部分或大部漂白反应；(3)在第一段磨浆后设高浓停留段，完成剩余的漂白反应。P-RC浆的可漂性和光学性能优于APMP浆，并有很好的强度和厚度。

第4章 纸浆漂白节约技术
1、试将高温ClO2漂白与常规ClO2漂白的工艺条件作一比较。高温ClO2漂白有哪些特点？
工艺条件比较：
l DHT
85～90℃ , 120 ～180min
l D
50～70℃, 20 ～60min
高温ClO2漂白的特点：
l 节省25% ClO2
l 降低15% 白度返黄
l 降低～10% 黏度
2、与单段氧脱木素相比，两段氧脱木素有哪些优势？
l 第一段反应塔内保持在10 bar的压力，达到增加氧气用量的目的
l 一段氧脱木素的卡伯值降低：硬木40 %～45 %，卡伯值在9～10范围，软木45 %～50 %，卡伯值在8～13范围。而两段氧脱木素卡伯值降低：硬木45 %～50 %，软木50 %～60 %，当两段之间对纸浆进行洗涤时甚至可达70 %
l 纤维束比一段减少80 %～90 %
l 漂白化学药品消耗大大减少
l 减轻对环境的影响
3、过氧化氢漂白的改进方法有哪几种？
l 纸浆H2O2漂白的新型稳定剂
l 活化（催化） H2O2漂白（脱木素）
l 改变工艺条件的H2O2漂白
l 添加硼氢化钠的机械浆H2O2漂白（PR法）
l 改良的H2O2漂白（PM法）
l 连二亚硫酸钠辅助的螯合处理（Qy法）
l PN2法
l DTPA喷淋
l 机械浆氢氧化镁基H2O2漂白
4、何谓高浓过氧化氢漂白？高浓过氧化氢漂白有哪些优势。
高浓H2O2漂白是指浆浓为30 %～35 %的H2O2漂白。
高浓H2O2漂白有如下优势：
l H2O2耗量较少
l 能量消耗较低
l COD产量较少
5、与氢氧化钠基的高得率浆H2O2漂白相比，氢氧化镁基的高得率浆H2O2漂白有哪些优势？
l 降低漂白费用；
l 降低阴离子垃圾的形成；
l 降低漂白废水中的COD；
l 消除草酸盐结垢。
6、简述己烯糖醛酸的形成、危害及其消除措施。（12分）
己烯糖醛酸的形成：
在阔叶木中，聚-O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸基木糖是主要的半纤维素，一般约占木材总重的20%-25%，也有的高达35%。在硫酸盐法蒸煮中（在高温和高碱条件下），聚木糖4-O-甲基葡萄糖醛酸侧基发生脱甲醇基作用，在六元环上形成双键，主要产物为己烯糖醛酸，反应见下图。

阔叶木纸浆中己烯糖醛酸的含量约为50-60meq/kg，针叶木中含量约在20-30meq/kg。
己烯糖醛酸的危害：
（1）对卡伯值测定的影响：
对阔叶木纸浆来说，由于己烯糖醛酸的存在，使测得的纸浆卡伯值比实际卡伯值要高出5-6个单位。
（2）对漂白的不利影响：
– 白度返黄
– 漂白化学品的消耗
• 二氧化氯
• 臭氧
• 过氧化氢（当与臭氧漂白结合时）
• 过醋酸
– 草酸盐结垢
• 臭氧
– 螯合金属离子：由于脱甲醇作用在六元环上引入了双键和羧基，大大增加了纸浆的螯合能力，使己烯糖醛酸成为阔叶木硫酸盐浆螯合金属离子能力的主导因素，不利于在后续工段采用过氧化氢进行漂白。
己烯糖醛酸的其消除措施：
温和的选择性酸水解：选择合适的酸水解条件，例如在85-115℃，pH=3时对浆料处理60min，可以取得较好的效果，己烯糖醛酸脱除约90%，而纤维素损伤极小。

第5章 碱回收节约技术
1、何谓黑液碱回收的高浓和超高浓技术？其作用如何？实施过程中有哪些困难？ （8分）
高浓技术是指入碱回收炉的黑液浓度在70%bls以上的技术；超高浓技术是指入碱回收炉的黑液浓度在75%bls以上的技术。
其作用：（1）碱回收炉的热效率明显提高；（2）SO2和总还原硫（TRS）的排放量大大减少，芒硝还原率提高；（3）碱炉运行的稳定性、可靠性和安全性有很大提高。
实施过程中的困难有：
（1）高浓和超高浓黑液的粘度大，难以泵送、贮存和使用；
（2）生产高浓和超高浓黑液，蒸发器容易产生污垢，使蒸发能力下降，蒸发器洗煮间隔周期缩短，甚至蒸发器结垢堵塞，难以继续生产；
（3）高浓和超高浓黑液的沸点升高，传热系数低，使蒸发器系统的生产能力和热效率降低。
2、简述黑液热处理降粘的基本原理。（4分）
黑液热处理是当前广泛研究和正在进行工业试用的黑液减粘措施。许多人士认为，黑液热处理与黑液蒸发器和蒸发系统的改造相结合，生产高浓和超高浓黑液，提高进入碱回收炉燃烧的浓黑液浓度，可以改善黑液燃烧的稳定性，提高黑液燃烧的产能效率。
黑液热处理是使黑液处于较高的温度下（170 ～ 190 ℃），保持一定的时间，让黑液中的残碱与溶解在黑液中的聚糖和大分子木素发生反应，促使聚糖和大分子木素降解，从而改变黑液的流动性能，降低粘度。
3、目前，碱回收炉的黑液干固物燃烧能力已达到多少？（2分）
目前，碱回收炉的黑液干固物燃烧能力已达到：a.2600 t/d；b. 3000 t/d；c.√ 3300 t/d。

第6章 废纸制浆节约技术
1、简述废纸制浆技术的发展趋势。（9分）
（1）供料技术向自动化发展；
（2）碎浆技术向高浓连续化发展；
（3）粗选技术可由高浓连续碎浆系统组合完成；
（4）精选技术现视为废纸制浆的关键技术；
（5）净化仅留下了除砂任务，大大节约了能源；
（6）脱墨将推广酶脱墨技术；
（7）浮选设备向多级整体型浮选装置（MuST-cell）发展；
（8）洗涤采用缝隙洗涤机或动态洗涤机以提高洗涤效率；
（9）脱墨污泥向彻底资源化利用方向发展。
2、试举几个脱墨污泥资源化利用的例子（至少举3个）。（3分）
（1）脱墨污泥生产造纸用填料和涂布颜料；
（2）利用脱墨污泥生产高质量建筑板材；
（3）利用脱墨污泥制造砖瓦；
（4）利用脱墨污泥进行堆肥；
（5）利用脱墨污泥改良土壤；
（6）利用脱墨污泥生产水泥；
（7）脱墨污泥的热利用。

第7章 浆料制备节约技术
1、何谓中浓打浆？与低浓打浆相比，中浓打浆有何优势？简述中浓打浆的机理。（10分）
一般认为，中浓打浆是浓度为6％～15％的打浆操作。
与低浓打浆相比，中浓打浆有如下优势：
（1）节能（商品木浆30％～50％；草浆及废纸浆80％～120％）；
（2）改善成纸强度（15％～30％）。
中浓打浆被认为是基于“摩擦形变效应”完成，具体包括：
l 磨齿的机械剪切对小纤维网络单元的“摩擦形变效应”
l 湍流流体剪切应力对小纤维网络单元的“摩擦形变效应”
l 中浓湍流中小纤维网络单元之间的摩擦形变作用
2、何谓酶促打浆？酶促打浆有何益处？（6分）
酶促打浆是指生物酶（如纤维素酶）通过催化水解部分纤维素,并润胀纤维，从而改善纸浆的性能，达到降低打浆能耗的目的。
酶促打浆有以下益处：
（1）降低打浆能耗；
（2）改善纸浆的强度性能；
（3）改善纸浆的滤水性能；
（4）改善纸机的运行性能。

第8章 纸机节约技术
1、简述多层成形的基本概念和特点。（6分）
纸的多层成形是指在湿态条件下多层纸浆重叠成形为一层纸幅的一种抄纸方式，它与一般抄纸的最大区别在于它抄的成纸在纸的厚度方向（Z向）是由不同特性纤维的浆层组成的。
这种特殊的纸页结构具有两个显著的优点：
第一，可以通过改变不同层纸浆纤维的配比，改善和提高纸页的质量；
第二，通过在内层利用二次纤维节约纤维成本。
2、试将分层成形与混合成形作一个比较。（6分）
（1）机械性能
对于高定量的纸张来说，与同一定量下混合成形的纸张相比，分层成形在密度、耐破度、撕裂度机械指标相对不变的情况下，纸张的CD挺度表现出明显的提高。
（2）表面性能
多层成形为纸页的表面提供了一个利用短纤维和填料的机会，以提高纸张表面的平滑度、柔软度、白度和适印性等性能，同时在中间层用较长的纤维保持纸幅的运行性能。
3、何谓高浓成形？开发高浓成形技术有何意义？（6分）
高浓成形是指纸料的上网浓度为约3%的纸页成形工艺，其成形浓度高于传统的低浓成形（约0.5%）。
高浓成形的意义在经济上比在技术上的更大。高浓成形时，流程中的流量只是传统方法的15-40%，这不但意味着用水量的大大减少，而且流送系统的能耗也大大降低。用水量和能耗的节省与低浓成形时相比都在1倍以上。
4、简述高浓成形原理及成纸特性。（8分）
（此题的变种：下图显示的是两种纸页成形的机理，试指出哪种属于低浓成形，哪种属于高浓成形，并对其中的浓缩成形加以解释说明。）
纤维悬浮液由于碰撞及机械缠绕等作用而形成絮聚团，这些絮聚团是离散的，不连续的。传统的成形方法是将纤维悬浮液稀释到一定浓度（约0.5%），再依靠流体湍动产生的剪切力分散和打开絮聚团，使之成为单根或接近单根纤维，最后过滤而形成纤维均匀分布的纸。这种成形方法即过滤成形法生产的纸带有较明显的分层特性。
高浓成形方法则是把不连续的纤维絮聚团变成连续、均匀的一层纤维网络组织，脱水后成形。所以高浓成形的纸实际上在流浆箱内就完成了。这种方法生产的纸具有较明显的毯（felted）特性，也就是纤维在竖直方向（Z方向）分布的较多，具有各向同性的特点。属于较典型的浓缩成形。

5、国际上比较流行、使用较多的高浓流浆箱湍动元件的形状主要有哪两种？各有何特点？（8分）
国际上比较流行、使用较多的高浓流浆箱湍动元件的形状主要有两种：一种是弯曲流道式（北欧及北美使用较多），一种是突扩收缩流道式（日本等地使用较多）。前者主要是依靠流体急转弯产生边界层分离而产生剪力场，这种剪力场较均匀，但适应的流道高度不能太大，因此限制了产品的定量不能太高，一般在200g/m2左右。后一种流道的剪力场强度高，有时有停浆现象发生，制造难度较大。

6、干法造纸与传统的造纸工艺不同之处？（4分）
其一，制造过程用空气代替水作为分散输送纤维的介质，在成形时不是脱水而是抽吸空气，使纤维在成形网上形成纸幅；
其二，纤维之间的结合不是靠氢键结合，而是靠高分子粘合剂或热熔性纤维本身加热、熔融结合。因此，干法造纸不会对水源造成污染，这也是干法造纸近几十年得到迅速发展的重要原因。
7、提高纸幅离开压榨部干度的措施有哪些？（6分）
有三种措施可以提高纸幅离开压榨部的干度，即：a、增加压区压力；b、增加压区的停留时间；c、提高纸幅温度。
8、纸机压榨部可采取哪些节能措施？（6分）
宽压区压榨、靴型压榨、热压榨等。
9、简述热压榨的基本原理。（4分）
水的粘度与其温度呈负相关。降低水的粘度可以降低水流在压区中的阻力，从而达到较高的出压榨纸页干度，因此，纸页在压区中的温度是影响脱水效率的一个重要因素。提高纸页温度，可以明显增加纸页在压区中的脱水量。如水温在20℃时，水的粘度为1.0mPa.s，升至60 ℃时，其粘度下降至0.5mPa.s。理论上，在有效的控制下，其脱水速度可增加一倍。
10、纸机干燥系统利用热泵为什么能够节能？
蒸汽喷射式热泵是一种没有运转部件的热力压缩机，它利用高压工作蒸汽减压前后的能量差为动力，提高冷凝水二次蒸汽或废热蒸汽等低品位蒸汽的压力后再供生产使用，是一种自身不直接消耗机械能和电能的高效节能设备。用于纸机蒸汽冷凝水系统的热泵装置主要由拉伐尔喷嘴、接受室、混合室和扩压室组成。
热泵节能并不是指热泵本身消耗的能量减少了，而是指热泵利用了喷射器的原理，最大限量地将引射蒸汽的品位提升到生产工艺要求的程度之后，循环利用，从而达到节约新鲜蒸汽的目的。纸机蒸汽冷凝水系统通常以高压工作蒸汽作为引射动力源，通过热泵来提升通过各级闪蒸罐闪蒸出的二次蒸汽的压力，以循环利用。
11、简述热泵的工作原理。热泵技术在造纸工业中有哪些应用？
在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。
一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。
热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。
热泵技术在造纸工业中有以下两个方面的应用：
（1）热泵蒸发浓缩黑液节约能耗；
（2）纸机利用热泵回收热能。