杨木乙醇制浆回收乙醇循环利用及对制浆性能的影响

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当今造纸业以硫酸盐法制浆、烧碱法制浆为主流,但存在空气污染严重、碱回收投资规模大、副产物木素资源浪费等特点,所以有机溶剂制浆备受关注。目前乙醇法制浆由于其乙醇的可回收利用性和废液中的木素的可资源化利用性成为有机溶剂制浆的主流。杨木自催化乙醇制浆的制浆温度较高(205℃~210℃)以及乙醇的低沸点性致使蒸煮压力超过3.0MPa,对蒸煮设备要求较高。如果在不降低浆料性能的前提下循环使用回收的乙醇并利用其中的有机酸来催化制浆过程,降低蒸煮温度对进一步改进乙醇制浆具有一定的实际意义。本文利用制浆过程中释放的有机酸为催化剂,循环利用从废液中回收的乙醇,对蒸煮液中的有机酸的含量进行了讨论,对杨木乙醇制浆的工艺条件进行优化,旨在改善蒸煮条件,降低制浆温度和压力,进而降低对蒸煮设备的要求。本实验在杨木自催化乙醇制浆蒸煮条件(液比1:10;蒸煮用乙醇浓度60%(体积分数);最高蒸煮温度205℃;保温时间150min)的基础上,循环回收利用废液中的一定体积的回收乙醇溶液及其中的有机酸来配制蒸煮液,随着蒸煮次数的增加,蒸煮液中的有机酸得到逐步积累,催化作用加强,浆料得率逐渐下降,在确保有较高得率的基础上,寻找自催化乙醇制浆蒸煮液中的最佳有机酸用量;在最佳有机酸的用量的基础上,通过降低蒸煮温度来实现浆料得率的逐步回升,回升到自催化乙醇制浆的水平。结果表明,从第三次蒸煮实验到第四次蒸煮实验,细浆得率从47.28%下降到46.34%,下降了0.94个百分点,粗浆得率从48.47%下降到48.20%,下降了0.27个百分点,而卡伯值从18.14下降到18.13,只下降了0.01个单位,所以选定第三次回用有机酸循环蒸煮实验的有机酸的用量为最佳有机酸的用量,即回用有机酸0.3458mo1/kg绝干木片。在最佳有机酸的用量的基础上,进行降温模拟蒸煮实验,在保温温度在195℃时,浆料的细浆得率最高,卡伯值较低,浆料性能较好,选定195℃为最佳蒸煮温度,而其它蒸煮条件不变。与杨木自催化乙醇制浆法相比,蒸煮温度由205℃下降到195℃,压力也从2.34MPa下降到1.47MPa,压力降为0.87MPa。在此条件下制得的粗浆得率50.22%、细浆浆料得率50.08%、卡伯值22.99,与杨木自催化乙醇制浆的浆料性能相近(细浆得率47.95%、粗浆得率49.43%、卡伯值20.59)。大大缓解了蒸煮条件,为乙醇法制浆的产业化提供部分理论依据;并且通过对两种浆料物理性能的检测,发现杨木酸催化乙醇制浆浆料的物理性能普遍好于杨木自催化乙醇制浆。通过对脱木素反应历程和反应动力学研究,确定杨木酸催化乙醇法制浆脱木素反应为一级反应,脱木素过程分为大量脱木素(90min前)和残余脱木素(90min后)两个阶段;大量脱木素阶段反应速率常数为0.0136min-1,反应活化能为68.2003kJ/mol:残余脱木素阶段反应速率常数为0.0047min-1,反应活化能为89.7745kJ/mol,高于杨木自催化乙醇制浆(大量脱木素阶段反应活化能47.9980kJ/mol,残余脱木素阶段反应活化能78.7751kJ/mol)。可见杨木酸催化乙醇法制浆脱木素比杨木自催化乙醇脱木素要难,杨木对酸催化乙醇法制浆有一定的适应性。
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