杨木naoh浸渍流体传输性能分析

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1、万方数据绪论1．1选题意义木材流体传输特性研究一直是木材物理性能理论研究的主要内容，其与制浆造纸、木材干燥、胶合、软化、油漆与染色等木材加工处理，及木材阻燃、防腐、增硬等木材功能改良有密切的关系【堙】。在制浆造纸领域，预浸渍液或蒸煮药液在木材中的流体传输性能对化学浆和高得率浆的制浆过程，如成浆性能、蒸煮时间、磨浆能耗等【2，3J，均具有较大的影响。同时，就高得率浆(化机浆)生产方法而言，世界范围内主要以APMP、PRC。APMP、BCTMP为主，其基本的制浆机理均是通过化学软化及后续机械磨解使纤维分离成浆，在化学软化过程中多以氢氧化钠为基本浸渍液进行化学浸渍软化，浸渍过程中OH‘与纤维素及

2、半纤维素等发生化学反应，同时发生脱乙酰基反应，从而使木片软化、润胀，为后续的磨解分离奠定基础【4，51。由此可见，化机浆制浆机理有别于传统化学浆的脱木素理论。随着化机浆的发展，传统的以脱木素为基础的经典蒸煮理论已无法满足造纸工业的要求，急需形成一套完整的针对化机浆特点的制浆基础理论。目前化机浆的研究主要集中在原料利用领域的推广、制浆工艺优化、成浆性能分析及改性、浆料利用领域推广、漂白及废水处理等相关方面的研究【640】，而对于显著影响化机浆成浆性能的浸渍液流体传输性能的研究则较少。因此，基于化机浆的木材NaOH浸渍流体传输性能研究对于完善化机制浆基础理论具有重要意义。1．2研究现状1．2．

3、1木材浸渍流体传输特点木材是一种天然的毛细多孔有限膨胀胶体，是由不同形状、大小和各种连通通道组成的永久管状单元(大毛细管系统)和瞬时毛细管状单元(微毛细管系统)相互串并联而构成的一种复合毛细管结构系统。其中，大毛细管系统由木材细胞腔及细胞壁上的纹孔所组成；微毛细管系统主要由构成细胞壁的微晶、微纤丝和纤丝之间的空隙相互连通构成。木材一般由细胞腔与纹孔串联毛细管结构、细胞腔与非连续细胞壁瞬时毛细管串联结构、连续细胞壁瞬时串联毛细管结构三种串联毛细管结构组成。这些毛细管结构相互串并联构成木材复杂的三维毛细管系统【4l，42】。木材的串并联毛细管系统是木材浸渍过程中流体传输的主要通道。木材属于非均

4、一三相体系，浸渍液从不同方向向各向异性的木材内部浸渍需要依靠不同的传输方式来完成，通常流体在木材中的传输方式主要有两种[2,43,44]，第一种是渗透，即流体在外加压力梯度或内部毛细管压力梯度作用下沿木材中的毛细管系统移动。木材渗透是流体以分子集团的整体沿着毛细管系统流动。木材细胞腔内的流体流动主要是粘流，因此符合Darcy法则或Poiseuille法则【45】。鲍甫成等人研究发现流体通过木材毛细结构时，无论渗透阻力还是渗透流量，对于针叶材主要取决于纹孔，对于阔叶材，除纹孔外，还取决于导管中的沉积物和穿孔板等【411。第二种是扩散，即在浓度梯度或含水率梯1万方数据东北林业大学硕士学位论文度

5、或蒸汽压力梯度的作用下，浸渍药液中的溶质或木材内部水分子从高浓区向低浓区迁移。一般认为扩散过程是自发的浓度均匀化过程，遵循Fick扩散定律121。木材浸渍过程中溶剂水的扩散绝大部分是以蒸汽状态和结合液状态相互交替通过细胞腔与非连续细胞壁串联结构进行的，而溶质以水为介质在木材内部浓度梯度作用下进行分子扩散。此外研究发现，木材中对渗透过程起决定性作用的纹孔结构对扩散的影响较小【4l】。同时，反应性浸渍液在浸渍过程中会伴随众多复杂的现象，如非线性流体流动、毛细管蒸汽冷凝、气液界面张力、气体溶解与扩散、结合水迁移、木材润胀和木材与液体的非均相化学反应等f2】。在氢氧化钠溶液作为浸渍液的木材浸渍过程

6、中会伴随着碱性润胀及多种化学反应，其中主要与木材中的葡萄糖醛酸及其酯类、乙酰基等发生反应，同时会造成部分纤维素和半纤维素的溶出【51。因此，木材浸渍过程属于反应性流体传输过程。1．2．2基本理论及模型'．2．2．1渗透理论木材浸渍过程中，浸渍液在压力梯度作用下进入木材的毛细管系统。通常木材处于风干状态，属于由木材骨架、水分及气体组成的三相系统。因此，木材浸渍过程的总压由外部压力(只)、液体静压力(Ph)、毛细管压力(只)及气体压力(乓)组成，如公式1_1．凹=￡+只+只一只1．1当浸渍液向木材内部渗透时，木材毛细管中的气体被压缩，气体阻力增加，从而使液体传输减缓并最终停止。此时，只能通过增

7、加外加压力或减少内部气体阻力来实现流体的进一步传输。在高得率浆制浆浸渍过程中一般处于恒压状态，故浸渍过程外部压力恒定，液体的传输主要由气体的排出情况决定。木材内部气体主要由空气与水蒸气构成，在一定条件下水蒸气压力恒定。因此，气体压力的减少主要通过木材内部空气的去除来实现。研究表明，空气的排出主要通过向周围溶解及向外扩散实现【21。理论上，液体在木材多孔介质中的渗透包含了不同种的流体类型，人们普遍认为在木材的毛细管系统中层