化學法製漿是指用化學藥劑對原料進行處理而製造紙漿的方法。工業生產上常用的有鹼法製漿及亞硫酸鹽法製漿兩大類。80年代世界紙漿約70%是採用此法生產的。
基本介紹
- 中文名：化學法製漿
- 外文名：chemical pulping
- 分類：鹼法製漿及亞硫酸鹽法製漿
- 用途：製造紙漿
正文,
正文
用化學藥劑對原料進行處理而製造紙漿的方法。此法以纖維植物（主要是木材和草類莖桿）為原料，利用某種能與原料中所含木素髮生選擇性化學反應的化學藥劑脫除大部分木素，並使原料中的單根纖維充分疏鬆分離為纖維素純度較高的紙漿。工業生產上常用的有鹼法製漿及亞硫酸鹽法製漿兩大類。80年代世界紙漿約70%是採用此法生產的。
沿革 中國在東漢時期已開始利用木素含量很低的破布及舊繩頭銼搗成紙漿。約自晉代，原料擴大到稻草、桑皮及嫩竹等，並採用石灰及草木灰（主要成分為碳酸鉀）醃漬或蒸煮以製取紙漿，這是最早的化學法製漿。這類以草本植物為原料，使用簡單生產工具進行手工操作的製漿方法延續一千多年之久，直至19世紀才有了較大變革。1839年德國人P.皮耶特利用球形蒸煮器，在一定壓力下蒸煮破布製漿，是設備的一大改進。1851年英國人H.伯格斯和美國的C.瓦特發明用燒鹼為藥劑蒸煮木材製漿。1866年美國人B.C.蒂爾曼發明用酸性亞硫酸鹽法蒸煮木材製漿，使製漿原料從草本植物擴大到木材。19世紀後期，酸性亞硫酸鹽法製漿因生產成本低，紙漿色澤淺而占有重要地位，但此法對原料選擇較嚴，且有製漿蒸煮廢液污染嚴重的缺點。1937年以後，硫酸鹽法製漿技術發展較快，逐步取代亞硫酸鹽法，成為最重要的化學製漿方法。由於木材成為最重要的製漿原料，並利用較低廉的化學品作為化學藥劑和高效率的機械設備取代手工操作，為現代化學法製漿奠定了基礎。紙漿漂白技術和從紙漿蒸煮廢液中回收化學品及熱能等技術的發展，使化學製漿方法逐步完善，基本工藝（見紙漿）已比較穩定。
製漿工藝 化學法製漿包括備料、蒸煮和淨化三個基本工藝過程，以及輔助工藝過程。
①備料：將木材剝皮並削成木片或將草類莖桿切成草段，再經過篩選除雜，使原料比較潔淨，大小規格比較整齊均一，以利於下一步蒸煮過程中物理化學反應的順利進行。
②蒸煮：使原料轉變成為化學紙漿的基本過程。將合格的料片或料段和適量的化學藥劑裝入蒸煮器中，按嚴格控制的溫度、壓力、時間與藥液組成，使藥液滲入原料並與原料中的木素髮生化學反應，從而使單個纖維疏鬆分離成為紙漿，蒸煮所成紙漿稱為粗漿。在多數情況下纖維細胞的初生壁也被破壞，在較強烈的蒸煮反應情況下,也有一部分木素從纖維的次生壁中被溶出,其他碳水化合物、樹脂、無機鹽類等組分也被部分除去，因而化學法所製得的紙漿，通常纖維素含量較高。
蒸煮器是化學法製漿蒸煮過程的基本設備，按工藝過程分為間歇蒸煮器（圖1）和連續蒸煮器（圖2 ）兩大類。常用的間歇蒸煮器有能旋轉的蒸球和固定的立式蒸煮鍋。設備比較簡單，所需投資較低，操作維修較容易，較適合於中小型製漿工廠採用,但其加熱用汽負荷不均衡,廢熱回收較困難，所製漿料均勻性較差。連續蒸煮器按設備主體的布置方式分為立式、橫管式及斜管式幾種。各種蒸煮器的主體部分均為容積較大的金屬耐壓容器，蒸煮過程的化學反應即在此容器內進行。連續蒸煮器設備複雜，投資高，操作管理水平要求也高，但加熱用汽負荷均衡，廢熱回收較易，所製紙漿均勻性好，適合於大型紙漿廠採用。70年代後世界上新建紙漿工廠所採用的蒸煮器，按生產能力計，大約間歇蒸煮器與連續蒸煮器各占一半左右。80年代有些間歇蒸煮器在採用了電腦程式控制和節能新工藝後，其各項技術經濟指標均可接近甚至優於連續蒸煮器。 ③淨化：經蒸煮製成的粗漿，經過適當淨化才能成為可用的紙漿。紙漿的淨化一般包括洗滌、篩選、漂白等過程。洗滌是使紙漿與蒸煮廢液分離，為了以最少的水洗淨紙漿並得到濃度較高的蒸煮廢液以便於綜合利用，一般多採用3、4台真空或壓力轉鼓式洗滌機進行串聯逆流洗滌；篩選是將洗滌後紙漿中所含的粗大料片與纖維束，利用帶有細孔或窄縫篩板的篩漿機加以篩除，並利用各種類型的水力旋流器（錐形除砂器）除去漿料中所含的泥沙等較重雜物，使紙漿得到進一步淨化；漂白的作用是減少或脫除紙漿中的殘餘木素或其所含的發色基團（紙漿中主要的有色物質），使紙漿達到較高的白度。化學漿常用的漂白劑為次氯酸鹽及液氯，其他用量較少的漂白劑為氧、二氧化氯、燒鹼和過氧化氫。在漂白過程中一般產生兩種主要化學反應：一種化學反應是有色物質（如木素）與漂白劑反應而被溶解除去。另一種化學反應是有色物質的發色基團與漂白劑反應而不再顯色。漂白工藝可分為單段漂和多段漂。對一些木素含量很低或對白度要求不太高的紙漿，只需採用次氯酸鹽進行單段漂即能滿足對漂白的要求。對木素含量較高、較難脫色或對白度要求較高的紙漿則需要採用各種不同的漂白劑進行多段漂白，例如最常用的有氯化處理，鹼處理和次氯酸鹽處理的三段漂白，或在三段漂白的基礎上增加二氧化氯等漂白段的更多段漂白。一般在每段處理之間都要進行一次洗滌，處理的段數愈多，並使用高效漂白劑（如二氧化氯）時，所制的紙漿質量較好，也能達到較高的白度，但設備投資和運行成本都高。漂白過程的溫度、pH值、紙漿濃度、漂白劑用量和漂白時間對紙漿質量影響很大，需嚴格控制。
④輔助工藝：包括蒸煮液製備、製漿蒸煮廢液的化學品及熱能回收等工藝（見製漿黑液鹼回收、亞硫酸鹽法製漿）。
發展趨勢 預計今後相當長一段時間內硫酸鹽法製漿仍將占主要地位，其主要原因是：①硫酸鹽法對原料的適應性最強，幾乎各種植物原料均可用此法製漿。而且硫酸鹽紙漿的物理強度較高，既能用以生產強度較高的紙張，也更適應高速造紙機的抄造要求；②漂白技術的發展，使色澤較深的硫酸鹽紙漿可以漂至很高的白度，能滿足生產高白度紙張的要求;③鹼回收技術的發展,大大減輕了這種製漿蒸煮廢液的污染，同時回收了化學品與熱能，生產成本大為降低。亞硫酸鹽法製漿中傳統的酸性亞硫酸鈣法已趨於衰落，但鹼性亞硫酸鈉法則被部分製漿工作者認為仍是較有發展前途的一種化學製漿方法。在各種鹼性法製漿中，除硫酸鹽法取得最重要的發展外，燒鹼法製漿由於發展了在蒸煮液中添加微量蒽醌類化學品而可以取得較高的紙漿收得率和物理強度，又可避免硫酸鹽法蒸煮過程中所產生的惡臭物，仍為許多工廠樂於採用。石灰法製漿已逐漸減少。在化學法製漿的技術發展上，現有方法的蒸煮廢液污染負荷很大，處理污染的設施投資很高，因此，發展較完善較簡單的廢液回收利用技術，以及發展無污染或低污染的化學製漿新工藝將是科研工作的一個重點。近年來出現的氧鹼法製漿，利用弱鹼低溫蒸煮，及氧與臭氧漂白脫木素等製漿工藝，以及對溶劑法製漿的重新重視，都反映了這種趨勢。此外，由於纖維原料的日益短缺和所占成本很高，提高化學紙漿對原料得率，並發展相應的漂白技術，也是一項重要的課題。
參考書目
天津輕工業學院等合編，隆言泉主編：《製漿造紙工藝學》，上冊，輕工業出版社，北京，1980。
沿革 中國在東漢時期已開始利用木素含量很低的破布及舊繩頭銼搗成紙漿。約自晉代，原料擴大到稻草、桑皮及嫩竹等，並採用石灰及草木灰（主要成分為碳酸鉀）醃漬或蒸煮以製取紙漿，這是最早的化學法製漿。這類以草本植物為原料，使用簡單生產工具進行手工操作的製漿方法延續一千多年之久，直至19世紀才有了較大變革。1839年德國人P.皮耶特利用球形蒸煮器，在一定壓力下蒸煮破布製漿，是設備的一大改進。1851年英國人H.伯格斯和美國的C.瓦特發明用燒鹼為藥劑蒸煮木材製漿。1866年美國人B.C.蒂爾曼發明用酸性亞硫酸鹽法蒸煮木材製漿，使製漿原料從草本植物擴大到木材。19世紀後期，酸性亞硫酸鹽法製漿因生產成本低，紙漿色澤淺而占有重要地位，但此法對原料選擇較嚴，且有製漿蒸煮廢液污染嚴重的缺點。1937年以後，硫酸鹽法製漿技術發展較快，逐步取代亞硫酸鹽法，成為最重要的化學製漿方法。由於木材成為最重要的製漿原料，並利用較低廉的化學品作為化學藥劑和高效率的機械設備取代手工操作，為現代化學法製漿奠定了基礎。紙漿漂白技術和從紙漿蒸煮廢液中回收化學品及熱能等技術的發展，使化學製漿方法逐步完善，基本工藝（見紙漿）已比較穩定。
製漿工藝 化學法製漿包括備料、蒸煮和淨化三個基本工藝過程，以及輔助工藝過程。
①備料：將木材剝皮並削成木片或將草類莖桿切成草段，再經過篩選除雜，使原料比較潔淨，大小規格比較整齊均一，以利於下一步蒸煮過程中物理化學反應的順利進行。
②蒸煮：使原料轉變成為化學紙漿的基本過程。將合格的料片或料段和適量的化學藥劑裝入蒸煮器中，按嚴格控制的溫度、壓力、時間與藥液組成，使藥液滲入原料並與原料中的木素髮生化學反應，從而使單個纖維疏鬆分離成為紙漿，蒸煮所成紙漿稱為粗漿。在多數情況下纖維細胞的初生壁也被破壞，在較強烈的蒸煮反應情況下,也有一部分木素從纖維的次生壁中被溶出,其他碳水化合物、樹脂、無機鹽類等組分也被部分除去，因而化學法所製得的紙漿，通常纖維素含量較高。
蒸煮器是化學法製漿蒸煮過程的基本設備，按工藝過程分為間歇蒸煮器（圖1）和連續蒸煮器（圖2 ）兩大類。常用的間歇蒸煮器有能旋轉的蒸球和固定的立式蒸煮鍋。設備比較簡單，所需投資較低，操作維修較容易，較適合於中小型製漿工廠採用,但其加熱用汽負荷不均衡,廢熱回收較困難，所製漿料均勻性較差。連續蒸煮器按設備主體的布置方式分為立式、橫管式及斜管式幾種。各種蒸煮器的主體部分均為容積較大的金屬耐壓容器，蒸煮過程的化學反應即在此容器內進行。連續蒸煮器設備複雜，投資高，操作管理水平要求也高，但加熱用汽負荷均衡，廢熱回收較易，所製紙漿均勻性好，適合於大型紙漿廠採用。70年代後世界上新建紙漿工廠所採用的蒸煮器，按生產能力計，大約間歇蒸煮器與連續蒸煮器各占一半左右。80年代有些間歇蒸煮器在採用了電腦程式控制和節能新工藝後，其各項技術經濟指標均可接近甚至優於連續蒸煮器。 ③淨化：經蒸煮製成的粗漿，經過適當淨化才能成為可用的紙漿。紙漿的淨化一般包括洗滌、篩選、漂白等過程。洗滌是使紙漿與蒸煮廢液分離，為了以最少的水洗淨紙漿並得到濃度較高的蒸煮廢液以便於綜合利用，一般多採用3、4台真空或壓力轉鼓式洗滌機進行串聯逆流洗滌；篩選是將洗滌後紙漿中所含的粗大料片與纖維束，利用帶有細孔或窄縫篩板的篩漿機加以篩除，並利用各種類型的水力旋流器（錐形除砂器）除去漿料中所含的泥沙等較重雜物，使紙漿得到進一步淨化；漂白的作用是減少或脫除紙漿中的殘餘木素或其所含的發色基團（紙漿中主要的有色物質），使紙漿達到較高的白度。化學漿常用的漂白劑為次氯酸鹽及液氯，其他用量較少的漂白劑為氧、二氧化氯、燒鹼和過氧化氫。在漂白過程中一般產生兩種主要化學反應：一種化學反應是有色物質（如木素）與漂白劑反應而被溶解除去。另一種化學反應是有色物質的發色基團與漂白劑反應而不再顯色。漂白工藝可分為單段漂和多段漂。對一些木素含量很低或對白度要求不太高的紙漿，只需採用次氯酸鹽進行單段漂即能滿足對漂白的要求。對木素含量較高、較難脫色或對白度要求較高的紙漿則需要採用各種不同的漂白劑進行多段漂白，例如最常用的有氯化處理，鹼處理和次氯酸鹽處理的三段漂白，或在三段漂白的基礎上增加二氧化氯等漂白段的更多段漂白。一般在每段處理之間都要進行一次洗滌，處理的段數愈多，並使用高效漂白劑（如二氧化氯）時，所制的紙漿質量較好，也能達到較高的白度，但設備投資和運行成本都高。漂白過程的溫度、pH值、紙漿濃度、漂白劑用量和漂白時間對紙漿質量影響很大，需嚴格控制。
④輔助工藝：包括蒸煮液製備、製漿蒸煮廢液的化學品及熱能回收等工藝（見製漿黑液鹼回收、亞硫酸鹽法製漿）。
發展趨勢 預計今後相當長一段時間內硫酸鹽法製漿仍將占主要地位，其主要原因是：①硫酸鹽法對原料的適應性最強，幾乎各種植物原料均可用此法製漿。而且硫酸鹽紙漿的物理強度較高，既能用以生產強度較高的紙張，也更適應高速造紙機的抄造要求；②漂白技術的發展，使色澤較深的硫酸鹽紙漿可以漂至很高的白度，能滿足生產高白度紙張的要求;③鹼回收技術的發展,大大減輕了這種製漿蒸煮廢液的污染，同時回收了化學品與熱能，生產成本大為降低。亞硫酸鹽法製漿中傳統的酸性亞硫酸鈣法已趨於衰落，但鹼性亞硫酸鈉法則被部分製漿工作者認為仍是較有發展前途的一種化學製漿方法。在各種鹼性法製漿中，除硫酸鹽法取得最重要的發展外，燒鹼法製漿由於發展了在蒸煮液中添加微量蒽醌類化學品而可以取得較高的紙漿收得率和物理強度，又可避免硫酸鹽法蒸煮過程中所產生的惡臭物，仍為許多工廠樂於採用。石灰法製漿已逐漸減少。在化學法製漿的技術發展上，現有方法的蒸煮廢液污染負荷很大，處理污染的設施投資很高，因此，發展較完善較簡單的廢液回收利用技術，以及發展無污染或低污染的化學製漿新工藝將是科研工作的一個重點。近年來出現的氧鹼法製漿，利用弱鹼低溫蒸煮，及氧與臭氧漂白脫木素等製漿工藝，以及對溶劑法製漿的重新重視，都反映了這種趨勢。此外，由於纖維原料的日益短缺和所占成本很高，提高化學紙漿對原料得率，並發展相應的漂白技術，也是一項重要的課題。
參考書目
天津輕工業學院等合編，隆言泉主編：《製漿造紙工藝學》，上冊，輕工業出版社，北京，1980。
