蒸煮速率

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《制浆造纸手册第五分册酸法制浆》第217页（2863字）

蒸煮速率表示在亚硫酸盐蒸煮过程中木素磺酸的生成和溶解的速度。

影响蒸煮速率因素如下：

1．温度及压力的影响

1957年弗罗姆(K．E．Vroom)应用阿累尼乌斯(Arrhenius)方程式计算了硫酸盐蒸煮过程中不同温度下的蒸煮速度，提出了H因子的概念。1959年弗罗姆等人又将H因子应用于亚硫酸盐蒸煮，当最高温度为125～165℃，最高压力为3．5～9．5公斤／厘米²时，如果保持相同的H因子，9个蒸煮试验得出的浆的得率及氯价相等。

式中 K——相对反应速率；

E——活化能，卡／克分子，不同蒸煮方法的E值为：烧碱法32000；硫酸盐法28000；亚硫酸盐法20000；

R——气体常数，1．98卡／克分子；

B——常数。

酸性亚硫酸盐蒸煮的相对反应速率如表6－3－21所示，H因子的计算见碱法制浆。

表6－3－21 酸性亚硫酸盐法蒸煮的相对反应速率

如果温度不变，蒸煮速率与SO₂的分压成正比，速率用K(P_So。)ⁿ表示，试验结果证明n=0．75。我们把蒸煮反应速率对时间的积分叫做蒸煮度(CD．)。用锅后减去蒸汽压力得出SO₂分压，速率为K(Pso₂)^0．76，将不同时间的温度、压力和速率的计算结果列于表6－3－22，从而计算蒸煮度。

表6－3－22 酸性亚硫酸盐法蒸煮速率计算

在第一个小时内，每隔0．25小时观测一次。一小时以后，每隔0．5小时观测一次，然后用梯形法则在这两个时间间隔内做积分。这种计算方法虽不精确，但已能满足实验的要求，而且简单易作。积分结果如下：

从80℃升到139℃用一小时：

在140℃保温2．5小时：

蒸煮全过程的总蒸煮度为 612

图6－3－12 蒸煮温度和压力与时间的关系

Ly=(浆中木素%)×(得率%)／100

Ry=(Roe价)×(得率%)／100

将不同蒸煮测定的Ry的对数及其相应的计算蒸煮度作图(图6－3－14～6－3－15)。两组试验的结果都成直线关系。

图6－3－13 蒸煮相对速率及计算蒸煮度

Ly=(浆中木索%)×(得率%)

图6－3－14 logRy与计算蒸煮度的关系

图6－3－15 1ogRy与计算蒸煮度的关系

图6－3－14的直线方程为lgRy=1．689－0．00132(CD．)

图6－3－15的直线方程为lgRy=1．673－0．00125(CD．)

虽然两组试验所用的材种、酸液组成、温度、压力都不相同．但两组试验的曲线斜率相差不到5%。

2．化合酸的影响

总酸7．0%，化合酸0．8～3%，最高温度140℃，最高压力4．2～5．6公斤／厘米，液比6．5∶1。

酸液中C．A．从0．8上升到1．0%，蒸煮速率dlgLy／dt下降很快，以后随着C．A．的上升，速率变化减缓(图6－3－16、6－3－17)。

图6－3－16 蒸煮液中化合酸量与蒸煮速率的关系

1－5．6公斤／厘米² 2－4．2公斤／厘米²

图6－3－17 logLy的斜率CD与化合酸的关系

将直线外推(图6－3－18、6－3－19)到CD=0，Ry=30～35，亦即原木的氯价。同一蒸煮度，C．A．=1%的蒸煮液煮出的浆比C．A．=2%的浆氯价较低。

图6－3－18 logRy与计算蒸煮度的关系

图6－3－19 logRy与计算蒸煮度的关系

3．氢离子活度的影响

温度及pH值是亚硫酸盐蒸煮的两个主要动力学因素，与盐基浓度有化学及热力学的联带关系。

图6－3－20表示亚硫酸盐蒸煮黑云杉过程中热态和冷态pH值的变化。在温度为160℃，化合酸=6%时，等pH值点(冷态和热态pH值相等)为pH=6(第Ⅱ组曲线)；当pH＞6时，冷态pH比热态pH值高(第Ⅰ组曲线)；pH＜6时，冷态pH值比热态pH值低(第Ⅲ、Ⅳ组曲线)。

图6－3－20 亚硫酸盐蒸煮黑云杉过程中热态冷态pH值的变化

当其他条件相同，热态pH=7时蒸煮速度最慢(图6－3－21)。

图6－3－21 亚硫酸盐蒸点过程中热态pH与时间的关系

注：曲线中各数字含义分别为得率、温度、化合SO₂

在同一得率条件下，热态pH值在4时浆中木素含量有一高点，pH5～6时，有一低点，以后随热态pH值的上升，浆中木素含量也提高，pH＞9时，浆中木素含量最高(图6－3－22)。

图6－3－22 不同热态pH值和不同得率下浆中木索含量