硫化度对RDH蒸煮脱木素选择性的影响.doc

硫化度对RDH蒸煮脱木素选择性的影响
李友明　
H-m.Chang and H.Jameel
摘　要　研究了硫化度对RDH蒸煮成浆性能的影响。研究发现，在提高硫化度的同时分配一定量的蒸煮药液到预处理阶段可有效地提高RDH蒸煮脱木素的选择性。
关键词　硫化度　RDH蒸煮　脱木素选择性
Effect of Sulfidity on the Selectivity of RDH Delignification
Li Youming
(South China University of Technology, Guangzhou,510641 China)
H-m Chang　　H.Jameel
(Department of Wood & Paper Science, NCSU, U.S.A)
ABSTRACT　Black liquor of low effective alkali and high sulfidity is used in the pretreatment stage and cooking stage of the RDH process.With appropriate black liquor addition in the two stages, selectivity of delignification is found to have been promoted, resulting in reducing degradation of carbohydrates, hence improved pulp quality.
KEYWORDS　RDH cooking, sulfidity, selectivity of delignification
　　研究预处理黑液碱浓碱耗及预处理黑液木素对RDH蒸煮成浆性能的影响表明，增加预处理段碱浓碱耗，提高预处理黑液HS-的浓度，可增加RDH蒸煮过程脱木素效果［1，2］。研究拟通过在改变蒸煮硫化度的同时分配一定量的蒸煮液到预处理段中，达到改变预处理黑液HS-浓度和改变预处理阶段碱浓碱耗的效果，并进一步分析硫化物在预处理过程中的作用。
1　实　验
1.1　实验系统、蒸煮及其程序、蒸煮曲线及分析项目与文献［1］相同，原料为美国南方松。
1.2　蒸煮用碱量21%(活性碱，以Na2O计)，硫化度5%～45%，分别分配3个百分点用碱量到低温预处理二段(WBL2)、高温预处理一段(HBL1)和高温预处理二段(HBL2)，蒸煮段(HWL)用碱量为12%。
1.3　根据液量平衡确定各段供预处理的黑液体积，各段供预处理黑液均由上次蒸煮所得黑液调配而成。
　表1　不同硫化度和H因子下RDH蒸煮的成浆性能

序号
硫化度
/%
H-
因子
细浆得
率/%
浆渣

/%
成浆
卡伯值
粘度
/mPa.s
白度
/%ISO
1
5
1000
44.32
0.56
49.2
20.51
22.75
2
5
1500
42.32
0.26
39.8
15.35
25.10
3
5
2000
40.23
0.08
31.7
11.91
26.99
4
15
1000
43.98
0.26
44.9
21.15
24.43
5
15
1500
42.18
0.21
33.3
14.70
26.84
6
15
2000
40.65
0.04
24.2
12.16
28.96
7
25
1000
43.34
0.27
36.0
24.84
24.88
8
25
1500
41.62
0.07
24.6
17.47
27.51
9
25
2000
40.43
0.06
19.0
13.19
29.41
10
35
1000
43.19
0.40
29.7
27.29
25.99
11
35
1500
41.72
0.07
21.7
18.55
27.39
12
35
2000
40.69
0.06
17.4
15.36
28.30
13
45
1000
43.28
0.35
29.5
32.08
25.95
14
45
1500
41.66
0.16
21.5
21.26
27.00
15
45
2000
40.70
0.10
18.6
18.38
27.50

2　结果与讨论
2.1　RDH蒸煮成浆性能
　　表1所列是不同硫化度和H因子下RDH蒸煮的成浆性能。
　　图1是从表1得到的卡伯值与细浆得率关系图。由图可见，在相同的H－因子下，成浆卡伯值随蒸煮硫化度的增加而迅速下降，但细浆得率却变化不大，当H－因子高达2000时，得率反而呈上升趋势。假设成浆卡伯值相同，高硫化度蒸煮的成浆得率显然比低硫化度蒸煮要高得多。就拿35%硫化度、1000 H－因子的蒸煮序号10与5%硫化度、2000 H－因子的蒸煮序号3比较，尽管前者蒸煮段所采用的时间是后者的一半左右，成浆卡伯值不仅低2点，而且得率高近3个百分点，充分显示了高硫化度对碳水化合物的保护作用和脱木素选择性作用。但是，研究发现，当硫化度由35%增到45%时，两者之间得率以及卡伯值的差别已不大，特别是当硫化度为45%，H－因子为2000时，成浆卡伯值稍微上升，这是因为蒸煮硫化度过高，蒸煮时间长将引起蒸煮有效碱用量过低，导致有效碱消耗过大，黑液中有效碱浓度下降，脱木素速度随之下降。所以，适当增加RDH蒸煮硫化度，不但可提高成浆得率，降低卡伯值，还可在一定的成浆质量下降低H－因子，缩短蒸煮时间。

图1　卡伯值与得率的关系
　　图2是卡伯值与粘度的关系图。在相同H－因子下，尽管成浆卡伯值随蒸煮硫化度的增加呈下降趋势，成浆粘度却随之上升，并在高硫化度、高H－因子的情况下变得更为突出。图2进一步证实高硫化度RDH蒸煮对碳水化合物的保护作用。

图2　卡伯值与粘度的关系
　　结合卡伯值与得率和粘度的关系可见，要想在有效防止碳水化合物降解的同时获得深度脱木素的浆料，一定程度地提高蒸煮硫化度是很有必要的，35%或以上的硫化度可获得较好的成浆效果。
2.2　预处理和蒸煮黑液特征
　　按蒸煮要求分别分配3个百分点的用碱量到WBL2、HBL1和HBL2预处理黑液中，每一硫化度下均经两次预煮，待各段黑液碱浓平衡后测定其浓度，蒸煮前再加入所需的3个百分点的用碱量，得到供正式蒸煮时预处理黑液特征如表2。
　　由表2可见，随蒸煮硫化度增加(AA不变，EA下降)，各段供预处理的黑液中NaOH浓度下降，Na2S浓度上升，即黑液中HS-含量增加。当硫化度高达45%时，供预处理黑液硫化度便有可能高于蒸煮药液。
　　用表2的黑液进行预处理，每段结束前取液样分析，得到完成RDH蒸煮后各段黑液碱浓(残碱)特征如表3。
表2　供预处理黑液碱浓特征

序号
WBL1
WBL2
HBL1
HBL2
NaOH
/g.L1
Na2S
/g.L-1
硫化度
/%
NaOH
/g.L-1
Na2S
/g.L-1
硫化度
/%
NaOH
/g.L-1
Na2S
/g.L-1
硫化度
/%
NaOH
/g.L-1
Na2S
/g.L-1
硫化度
/%
1
12.1
0.4
3.2
17.7
0.4
2.3
18.5
0.4
3.2
27.0
0.8
2.9
2
12.4
0.6
4.6
17.7
1.0
7.4
18.1
0.8
4.2
26.5
0.8
2.9
3
12.1
0.6
4.7
17.6
0.8
4.4
18.0
0.6
3.2
27.1
1.0
3.6
4
11.9
0.4
3.6
16.6
1.4
7.8
18.0
1.4
7.2
26.7
2.6
8.9
5
12.0
0.6
4.8
16.6
1.6
8.8
18.5
1.8
8.9
26.4
2.4
8.3
6
11.8
0.6
4.8
16.6
1.4
7.8
17.5
1.4
7.4
24.9
2.4
8.8
7
11.1
0.6
5.1
15.3
2.2
12.6
16.6
2.2
11.7
23.6
4.2
15.1
8
10.9
0.8
6.8
15.1
2.4
13.7
15.8
2.6
14.1
23.5
4.8
17.0
9
10.8
1.0
8.5
15.0
2.6
14.8
15.4
3.2
17.2
22.1
4.4
16.6
10
9.3
1.4
13.1
12.9
3.6
21.8
14.1
3.8
21.2
20.5
6.6
24.4
11
9.1
1.8
16.5
12.7
4.0
24.0
14.1
3.0
17.5
20.1
7.0
25.8
12
8.5
2.4
22.0
12.3
4.4
26.3
12.9
5.0
27.9
19.3
7.8
28.8
13
6.4
3.6
36.0
9.5
6.4
40.3
9.3
7.2
23.7
13.2
13.6
50.7
14
6.3
4.6
42.2
9.5
7.2
43.1
8.7
8.0
42.3
13.2
13.6
50.7
15
5.6
5.1
48.6
8.7
7.8
47.3
8.1
9.0
47.6
11.6
14.6
55.7

　：以Na2O计，以下同。
表3　RDH蒸煮后各段残碱浓度特征

序号
WBL1
WBL2
HBL1
HBL2
HWL
NaOH/
g.L-1
Na2S/
g.L-1
硫化度
/%
NaOH/
g.L-1
Na2S/
g.L-1
硫化度
/%
NaOH/
g.L-1
Na2S/
g.L-1
硫化度
/%
NaOH/
g.L-1
Na2S/
g.L-1
硫化度
/%
NaOH/
g.L-1
Na2S/
g.L-1
硫化度
/%
1
4.3
0.2
4.4
9.0
0.2
2.2
10.4
0.4
3.7
18.1
0.6
3.2
27.0
0.8
2.9
2
4.3
0.2
4.4
10.0
0.4
3.8
10.4
0.6
5.5
18.1
0.4
2.2
25.1
0.8
3.1
3
4.4
0.2
4.3
9.7
0.4
4.0
10.5
0.4
3.7
18.1
0.6
3.2
24.4
0.8
3.2
4
3.6
0.2
5.0
9.2
0.4
4.2
10.6
0.6
5.4
17.8
1.4
7.3
24.4
0.8
3.2
5
3.8
0.2
4.8
8.8
0.6
6.4
10.2
0.6

5.6
17.4
1.2
6.1
23.9
1.8
7.0
6
3.8
0.2
4.8
8.4
0.6
6.7
9.2
1.0
9.8
16.4
1.6
8.9
21.7
2.6
10.7
7
3.6
0.2
5.3
7.8
0.8
10.3
8.7
1.4
13.9
16.1
1.6
9.0
22.5
4.0
15.1
8
3.8
0.4
9.5
8.4
1.0
10.6
8.8
1.2
12.0
16.1
1.6
9.0
21.8
3.0
12.3
9
3.4
0.6
150
8.3
0.8
8.8
8.2
1.8
18.0
14.8
2.0
11.9
19.2
3.2
13.7
10
2.9
0.8
21.6
6.4
2.0
23.8
6.6
2.8
29.8
12.4
4.8
27.9
17.5
7.8
30.8
11
2.8
0.8
22.2
5.9
2.0
25.3
6.8
1.8
20.9
11.5
5.2
31.1
15.8
9.2
36.8
12
2.4
1.2
33.3
5.8
2.4
29.3
6.1
2.4
28.2
10.8
58
34.9
15.2
9.2
37.7
13
2.1
1.2
36.4
4.2
3.6
46.2
4.0
4.0
50.0
6.7
9.0
57.3
10.7
15.0
58.4
14
2.0
2.4
54.5
4.1
4.8
53.9
2.8
5.6
66.7
6.1
9.8
61.6
9.4
15.2
61.8
15
1.2
2.6
68.4
2.6
5.8
69.0
2.0
6.2
75.6
4.8
10.8
69.2
7.8
14.8
65.5

　　完成RDH蒸煮后各段黑液残碱特征与供预处理黑液及蒸煮段药液特征相对应，有一点不同的是，预处理和蒸煮后黑液的硫化度上升，HS-浓度增加。在高硫化度高H－因子(特别是45%硫化度，1500或2000H－因子)时，黑液有效碱浓度，不管是供预处理的还是预处理和蒸煮后的，变得相当低，此时，黑液中Na2S浓度有可能比NaOH还大。
　　由表2和表3及每段置换入黑液的体积计算得到各段NaOH和Na2S消耗如表4。
　　随蒸煮硫化度增加，蒸煮有效碱减小，各段及总体过程NaOH的消耗下降，Na2S消耗上升，但是不管供预处理黑液的特征如何，各个蒸煮的活性碱(NaOH＋Na2S)消耗均在20%～21%之间。综观表2、表3和表4，不管预处理黑液Na2S浓度是否大于NaOH，预处理和蒸煮过程各段Na2S的消耗量均明显小于NaOH，NaOH的消耗速度远远大于Na2S，使完成预处理或蒸煮后各段黑液的HS-浓度增加。由此可见，Na2S的消耗可能存在一定的可逆性［3］，或碱木素的形成(反应速度)要比硫化木素来得要快些。这并不意味预处理或蒸煮过程不需要如此高的HS-浓度，而恰恰相反，较高的硫化物浓度才更有利于木素酚型结构的形成，对NaOH的进一步脱木素反应创造了良好的条件，并使供下次使用的预处理黑液保持有较高的硫化物含量，以满足RDH预处理(硫酸盐蒸煮前期)需较高HS-浓度的要求［4］。这正是RDH蒸煮所希望出现的黑液碱浓度特征［1］。
表4　各段NaOH和Na2S的消耗

序号
WBL1/%
WBL2/%
HBL1/%
HBL2/%
HWL/%
总消耗/%
NaOH
Na2S
NaOH
Na2S
NaOH
Na2S
NaOH
Na2S
NaOH
Na2S
NaOH
Na2S
1
3.12
0.10
3.48
0.10
3.24
0.10
3.56
0.10
5.76
0.45
19.10
0.85
2
3.24
0.16
3.08
0.24
3.08
0.10
3.36
0.16
6.52
0.30
19.28
0.96
3

3.10
0.16
3.16
0.16
3.00
0.10
3.60
0.16
6.78
0.45
19.64
0.93
4
3.32
0.10
2.96
0.40
2.96
0.32
3.56
0.48
4.95
1.72
17.75
3.32
5
3.28
0.16
3.12
0.40
3.32
0.24
3.60
0.48
5.60
1.42
18.92
2.70
6
3.20
0.16
3.28
0.32
3.32
0.16
3.40
0.32
6.19
1.22
1.93
2.18

7
3.00
0.16
2.60
0.56
3.16
0.32
3.00
1.04
4.59
1.86
16.35
4.43
8
2.84
0.16
2.68
0.56
2.80
0.56
2.96
1.28
4.87
2.26
16.15
4.85
9
2.96
0.16
2.68
0.72
2.88
0.56
2.92
1.00
5.54
2.29
16.98
4.73
10
2.56
0.24
2.76
0.64
3.00
0.40
3.24
0.72
4.33
2.45
15.89
4.45
11
2.52
0.40
2.72
0.80
2.92
0.48
3.44
0.72
4.76
2.09
16.36
4.40
12
2.44
0.48
2.60
0.80
2.72
1.04
3.40
0.80
4.80
2.17
15.96
5.29
13
1.72
0.96
2.12
1.12
2.12
1.28
2.60
1.84
4.23
1.97
12.79
7.17
14
1.72
0.88
2.16
1.00
2.36
1.00
2.84
1.52
4.58
2.11

13.66
6.51
15
1.76
1.00
2.44
0.80
2.44
1.12
2.72
1.52
4.85
2.56
14.21
7.00

　　　表中数据均为对绝干原料的百分数。
　　随着蒸煮硫化度的增加，有效碱浓度下降，预处理及蒸煮过程NaOH的消耗量下降，Na2S消耗增加，导致成浆得率、粘度增加，卡伯值下降的良好蒸煮效果。这种在保证有效脱木素的前提下尽可能增加蒸煮硫化度，降低有效碱用量具有在保护碳水化合物的同时选择性地脱除浆中木素的作用，这种使用较高硫化度达到方便地改变预处理和蒸煮阶段碱浓碱耗是RDH蒸煮的一大特点。
3　结　论
　　提高RDH蒸煮硫化度，降低预处理和蒸煮段有效碱用量，增加各段硫化物浓度，具有保护碳水化合物，降低成浆卡伯值，提高成浆得率和粘度或缩短蒸煮时间的选择性脱木素效果。
作者单位：李友明　(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州，510641)
　　　　　H-m.Chang and H.Jameel　(北卡罗来纳州立大学，美国)
参　考　文　献
　[1]　李友明，H-m.Chang and H.Jameel.预处理黑液碱浓碱耗对RDH蒸煮脱木素选择性的影响.中国造纸，1998；17(2)：10
　[2]　李友明，H-m.Chang and H.Jameel.预处理黑液木素对RDH蒸煮脱木素选择性的影响.中国造纸学报，1998；13(2)
　[3]　B.Vikstrom，A-M.Parming, M.S.Lindblad and D.Tormund.1998 Tappi Proceedings of Pulping Conf.,p609
　[4]　A.Teder and L.Olm. Paperi ja Pun.,1981；64(49)：315
　　收稿日期：1999-01-18(修改稿)