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碳酰胺（尿素）和氢氧化钾蒸煮蔗渣脱木素机理及动力学研究

作　者: 曾健
导　师: 陈祖鑫
学　校: 广西大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 有机溶剂制浆蔗渣尿素氢氧化钾蒸煮脱木素反应动力学
分类号: TS713
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本论文用正交实验方法研究了碳酰胺(尿素)和氢氧化钾蒸煮蔗渣的工艺条件，然后通过两次单因素优化实验，最终得到了碳酰胺(尿素)和氢氧化钾蒸煮蔗渣的最佳工艺条件：尿素用量13％，氢氧化钾用量5％，硫化钾用量(相对氢氧化钾而言)为6％，液比1：4，最高温度150℃，保温时间45min。采用此工艺蒸煮蔗渣，然后采用0.5mm、0.3mm、0.15mm的盘磨间隙进行三次磨浆，之后控制打浆度为45°SR进行抄片，手抄纸的成纸的裂断长4.39km、环压强度指数8.06N·m／g和紧度0.59g／cm~3已经达到了瓦楞原纸国家标准(GB13023-91)中A级瓦楞原纸的要求。采用碳酰胺(尿素)和氢氧化钾蒸煮蔗渣的最佳工艺条件进行蒸煮实验，研究其脱木素规律和反应历程。结果表明，脱木素过程可分为从室温升至130℃的初始脱木素阶段，130℃至最高温度150℃下保温180min的大量脱木素阶段，其中有48.74％的木素溶解在大量脱木素阶段，以及150℃下保温180min后的残余脱木素阶段。尿素和氢氧化钾蒸煮蔗渣脱木素在动力学中表现出两个阶段，主要脱木素阶段和残余脱木素阶段。各阶段木素浓度对脱木素反应均为拟一级反应。主要和残余脱木素阶段的活化能分别为89.66kJ／mol和81.73kJ／mol。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-10
第一章前言  10-21
  1.1 有机溶剂制浆的发展  10-12
  1.2 碳酰胺(尿素)法制浆的发展  12
  1.3 氢氧化钾制浆的发展  12
  1.4 碳酰胺(尿素)蒸煮脱木素的反应机理  12-15
    1.4.1 碳酰胺(尿素)的结构性碱  13
    1.4.2 NH_3和 CO_2的脱木素作用机理  13-15
    1.4.3 碳酸铵和氰尿酸的脱木素作用  15
  1.5 尿素和氢氧化钾蒸煮半化学浆的可行性研究  15-17
    1.5.1 蔗渣原料的纤维形态、化学组成与制浆性能  15
    1.5.2 蔗渣生产半化学浆的意义  15-16
    1.5.3 环境保护方面的意义  16-17
  1.6 国内瓦楞原纸的生产和需求现状  17-20
    1.6.1 国内瓦楞原纸需求  17-18
    1.6.2 草类原料制浆生产瓦楞原纸  18-20
  1.7 本论文研究的主要内容  20
  1.8 本论文研究的意义  20-21
第二章尿素和氢氧化钾蒸煮蔗渣工艺的选取  21-32
  2.1 实验材料  21
  2.2 蒸煮实验方案的选择  21-23
  2.3 分析测定  23
  2.4 结果讨论和分析  23-28
    2.4.1 氢氧化钾和尿素蒸煮的横向分析  26-28
      2.4.1.1 氢氧化钾和尿素蒸煮对得率的影响  26
      2.4.1.2 氢氧化钾和尿素蒸煮对卡伯值的影响  26-27
      2.4.1.3 氢氧化钾和尿素蒸煮对机械强度的影响  27-28
  2.5 极差分析  28-29
  2.6 蒸煮的纵向分析—最佳工艺的确定  29-30
  2.7 验证实验  30-31
  2.8 结论  31-32
第三章尿素和氢氧化钾蒸煮工艺的优化  32-39
  3.1 硫化钾用量的选取实验  33-35
    3.1.1 蒸煮  33-34
    3.1.2 分析检测方法  34
    3.1.3 结果与分析  34-35
      3.1.3.1 实验结果  34
      3.1.3.2 实验数据分析  34-35
  3.2 减少氢氧化钾用量的实验  35-38
    3.2.1 蒸煮  35-36
    3.2.2 分析检测方法  36
    3.2.3 结果与分析  36-38
      3.2.3.1 实验结果  36
      3.2.3.2 实验数据分析  36-38
  3.3 结论  38-39
第四章尿素和氢氧化钾蒸煮蔗渣过程中脱木素溶出历程和规律研究  39-45
  4.1 材料和方法  39-40
  4.2 分析检测方法  40-41
  4.3 结果与分析  41-44
    4.3.1 蒸煮过程中木素含量的变化  41-42
    4.3.2 蒸煮过程中碳水化合物和纸浆得率的变化  42-43
    4.3.3 蒸煮过程中有效碱和pH值的变化  43-44
  4.4 结论  44-45
第五章尿素和氢氧化钾蒸煮蔗渣脱木素动力学  45-59
  5.1 实验与方法  45-48
    5.1.1 蒸煮及分析  45-46
    5.1.2 数据处理  46-48
      5.1.2.1 木素浓度对脱木素反应的反应级数及活化能的测定  46-47
      5.1.2.2 碱浓对脱木素反应级数的测定  47-48
      5.1.2.3 求硫化物浓度对脱木素的反应级数方法同5.2.2.2  48
      5.1.2.3 求 NH_3浓度对脱木素的反应级数方法同5.2.2.2  48
  5.2 结果与讨论  48-58
    5.2.1 温度对脱木素的影响  48-51
    5.2.2 [OH-]对脱木素的反应级数  51-53
    5.2.3 [S~*]浓度对脱木素的反应级数  53-55
    5.2.4 尿素对脱木素的反应级数  55-58
  5.3 结论  58
  5.4 蔗渣尿素和氢氧化钾蒸煮脱木素动力学模型为  58-59
第六章氢氧化钾和尿素蒸煮蔗渣黑液的可灌溉性研究  59-62
  6.1 材料和方法  59-60
  6.2 结果和分析  60-61
  6.3 结论  61-62
第七章总结及今后工作建议  62-64
  7.1 总结  62-63
  7.2 建议  63-64
附表1 本论文所引用的造纸标准  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间所发表的论文  69

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