一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法。通過1）樣品準(zhǔn)備與檢測、2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計與統(tǒng)計分析、3）模型的建立和統(tǒng)計分析、4）試驗(yàn)結(jié)果分析與優(yōu)化、5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性驗(yàn)證和6）各響應(yīng)值綜合優(yōu)化的操作步驟從而得到最佳紙漿二氧化氯漂白的目的。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是：1.提供一種減少AOX形成量、提高漂白過程二氧化氯的利用率、提高化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定性的紙漿二氧化氯漂白方法。2.本發(fā)明降低了有效氯用量，節(jié)約了能源；提高了反應(yīng)速率，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制漿造紙企業(yè)紙漿漂白清潔化生產(chǎn)的方法，具體是一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國是世界紙張和紙板生產(chǎn)與消費(fèi)大國，總生產(chǎn)量和總消費(fèi)量居世界第一。中國又是世界最大的發(fā)展中國家，人口眾多，隨著國民經(jīng)濟(jì)形勢的發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活日益豐富和提高，對紙和紙板的需求十分旺盛。如此大的需求增長，為造紙工業(yè)提供了十分難得的發(fā)展機(jī)遇。我國造紙企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小，清潔化生產(chǎn)水平相對落后，廢水排放量大，污染負(fù)荷高。對于被污染的廢水，一直以來工廠把重點(diǎn)放在優(yōu)化廢水處理方法上，盡管一些解決廢水污染的方法取得不錯的效果并已經(jīng)成功推廣應(yīng)用，但這些方法終歸是治標(biāo)不治本?？晌接袡C(jī)鹵化物(AOX)被視為表示和測試紙漿漂白廢水對環(huán)境影響的最普遍有效參數(shù)，隨著社會對環(huán)境要求的提高，紙漿漂白廢水的污染問題日益突出，引起了社會的廣泛重視，國家已對制漿造紙廢水的AOX指標(biāo)調(diào)整為強(qiáng)制性考核指標(biāo)。關(guān)于減少漂白過程排放廢水中AOX的技術(shù)國內(nèi)外已有一些研究，但大多數(shù)都是采取添加其他化學(xué)藥品的方法來抑制AOX的形成。
[0003]對于紙漿生產(chǎn)，ECF漂白過程中企業(yè)關(guān)注的最主要的三個目標(biāo)是AOX排放量，紙漿的白度和粘度。最新國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對AOX排放限制有了明確規(guī)定，要求制漿廠廢水排放AOX濃度少于12mg/L。考慮到各個制漿廠漂白過程中總用水量的不同，國標(biāo)并沒有嚴(yán)格要求二氧化氯漂白段AOX的排放濃度小于12mg/L。白度是紙張最重要也是最直觀的性能參數(shù)，因?yàn)樗苯記Q定了紙張的質(zhì)量和造紙廠的經(jīng)濟(jì)效益，因此造紙廠對于紙張最后的白度都有嚴(yán)格的要求。第一段二氧化氯漂白的主要目的是脫木素，以便于殘余木素在隨后的堿抽提階段被去除。真正提高紙張白度的還是在第二甚至是第三段二氧化氯漂白段，所以第一段二氧化氯漂白段對白度沒有嚴(yán)格限制。紙漿黏度表示纖維素降解的程度，能直接影響紙張的物理性質(zhì)。由于二氧化氯脫木素的高選擇性，對纖維影響相對較小，在第一段二氧化氯漂白段合適的反應(yīng)條件下粘度不可能下降過快。
[0004]目前降低紙漿ECF漂白過程中AOX形成的途徑很多，主要是在漂白過程中添加化學(xué)藥品為主，包括添加過氧化氫、亞氯酸鈉、氨基磺酸、硫化鈉和二甲亞砜(DMSO)等，這些方法雖然能有效降低漂白廢水中AOX含量，保證紙張質(zhì)量，但消耗了化學(xué)品增加了工廠的額外投入。也有研究者通過采取分次添加二氧化氯的方法，但效果也不是十分理想，因此，尋找一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保，確保紙張白度和粘度的前提下，控制AOX形成的方法迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種減少AOX形成量、提高漂白過程二氧化氯的利用率、提高化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定性的一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:[0007]一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法，操作步驟如下:
[0008]1.樣品準(zhǔn)備與檢測
[0009]將紙漿與二氧化氯在塑料袋中混合均勻后，置于水浴鍋中調(diào)節(jié)溫度為30°C?90°C，每隔IOmin揉搓一次，反應(yīng)結(jié)束時將漿料洗凈，同時檢測漂白廢水中AOX含量及漂后漿白度和粘度。
[0010]2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計與統(tǒng)計分析
[0011]改變有效氯用量為1%?5%，反應(yīng)溫度為30°C?90°C、反應(yīng)pH值為I?9進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，測定漂白后廢水中AOX含量及漂后漿白度和粘度。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取AOX含量及漂后漿白度和粘度影響較顯著的有效氯用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值這三個因素，并對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)因素與水平的設(shè)定，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0012]3.模型的建立和統(tǒng)計分析
[0013]根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到響應(yīng)變量(有效氯用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值)與響應(yīng)值(Α0Χ含量、白度、粘度)之間的多元二次回歸方程:
[0014]Y=a+bX1+cX2+dX3+eX1X2+fX1X3+g X2X3+hX12+iX22+jX32
[0015]4.試驗(yàn)結(jié)果分析與優(yōu)化
[0016]根據(jù)回歸方程進(jìn)行繪圖分析，得到回歸方程的響應(yīng)面三維圖，響應(yīng)值由此得到優(yōu)化，根據(jù)模型分析可分別得到AOX含量、白度和粘度的最優(yōu)化工藝參數(shù)。
[0017]5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性驗(yàn)證
[0018]為確保統(tǒng)計模型的有效性，按照上述優(yōu)化條件重復(fù)進(jìn)行3?5組實(shí)驗(yàn)。
[0019]6.各響應(yīng)值綜合優(yōu)化
[0020]對AOX含量、白度和粘度這三個響應(yīng)值的最優(yōu)條件進(jìn)行平衡處理，以盡可能保證三個響應(yīng)值都取得理想的優(yōu)化值，從而得到最佳漂白條件。
[0021]上述步驟2實(shí)驗(yàn)設(shè)計與統(tǒng)計分析中響應(yīng)面分析得到的漂白條件為:有效氯用量為
3.6?3.9%，反應(yīng)溫度為75?77°C，pH值為8.5?9.0。
[0022]上述步驟3模型的建立和統(tǒng)計分析中在有效氯用量為3.6?3.9%，反應(yīng)溫度為75?77°C，pH值為8.5?9.0條件下檢測到的AOX含量為14.51?5.0mg/L,白度為52.0?53.1%IS0，粘度為 920 ?930mL/g。
[0023]所述響應(yīng)面方法通過優(yōu)化設(shè)計找到一種保證紙張白度和粘度滿足工廠要求的前提下，盡可能低的減少AOX形成的方法，既節(jié)約了工廠的投入成本，又減小了環(huán)境的污染。
[0024]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.應(yīng)用本發(fā)明響應(yīng)面分析法優(yōu)化紙漿ECF清潔化漂白方法。只通過17組實(shí)驗(yàn)就可以對紙漿ECF漂白工藝進(jìn)行優(yōu)化。
[0026]2.當(dāng)漂白條件為有效氯用量為3.6?3.9%，反應(yīng)溫度為75?77°C，pH值為8.5?9.0。時，AOX含量為14.5?15.0mg/L，而白度和粘度可以達(dá)到生產(chǎn)基本要求。本發(fā)明降低了有效氯用量，節(jié)約了能源；提高了反應(yīng)速率，提高了生產(chǎn)效率。
[0027]綜上所述，本發(fā)明采用的響應(yīng)面分析法，用三個變化因子，只用五個水平，和正交優(yōu)化分析法相比，極大的減少了實(shí)驗(yàn)組數(shù)，并得出滿意的結(jié)果，同時所得到的最佳條件并不是原來設(shè)定的值而是在設(shè)定條件的范圍之內(nèi)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明廢水中AOX含量預(yù)測值與實(shí)際值的關(guān)系圖。
[0029]圖2為本發(fā)明AOX形成量響應(yīng)面三維圖。
[0030]圖中，(a)為有效氯用量-pH圖、(b)為反應(yīng)溫度-pH圖、(c)為有效氯量-反應(yīng)溫度。
[0031]圖3為本發(fā)明紙漿白度預(yù)測值與實(shí)際值的關(guān)系圖。
[0032]圖4為本發(fā)明紙漿白度響應(yīng)面三維圖。
[0033]圖中，(a)為有效氯用量-pH關(guān)系圖、(b)為反應(yīng)溫度-pH關(guān)系圖、(C)為有效氯用量-反應(yīng)溫度關(guān)系圖。
[0034]圖5為本發(fā)明紙漿粘度預(yù)測值與實(shí)際值的關(guān)系圖。
[0035]圖6為本發(fā)明紙漿 粘度響應(yīng)面三維圖。
[0036]圖中，(a)為有效氯用量-pH關(guān)系圖、(b)為反應(yīng)溫度-pH關(guān)系圖、(C)為有效氯用量-反應(yīng)溫度關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和實(shí)施對本發(fā)明方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0038]一.樣品準(zhǔn)備與檢測
[0039]紙漿與二氧化氯在塑料袋中混合均勻后，置于水浴鍋中調(diào)節(jié)溫度為30°C~90°C，每隔IOmin揉搓一次，反應(yīng)結(jié)束時將漿料洗凈。紙張白度按Tappi標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定，紙漿粘度根據(jù)GB/T1548-2004測定。漂白廢水中的AOX的檢測是使用德國耶拿公司的Multi X2500型鹵化物分析儀。Multi X2500型鹵化物分析儀測量AOX的基本方法和過程是:先將漂白廢水通過活性炭柱進(jìn)行吸附，將廢水中的有機(jī)氯化物吸附到碳柱上，將吸附后的活性炭柱經(jīng)過NaN03溶液進(jìn)行洗滌，以洗掉吸附著的無機(jī)氯化物。然后將洗滌后的活性炭柱經(jīng)過燃燒，最后經(jīng)過微庫侖滴定法來得出AOX的量。
[0040]二.實(shí)驗(yàn)設(shè)計與統(tǒng)計分析
[0041]1.單因素實(shí)驗(yàn)
[0042]改變有效氯用量為1%~5%，反應(yīng)溫度為30°C~90°C、反應(yīng)pH值為I~9進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，測定漂白后廢水中AOX含量及漂后漿白度和粘度。每次處理三次重復(fù)。
[0043]2.響應(yīng)面法優(yōu)化設(shè)計
[0044]根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取AOX含量及漂后漿白度和粘度影響較顯著的有效氯用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)PH值這三個因素，并對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)因素與水平的設(shè)定，設(shè)定結(jié)果見表1。
[0045]表1實(shí)驗(yàn)因素與水平設(shè)定

[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法，其特征在于，操作步驟如下: 1)樣品準(zhǔn)備與檢測 將紙漿與二氧化氯在塑料袋中混合均勻后，置于水浴鍋中調(diào)節(jié)溫度為30°C~90°C，每隔IOmin揉搓一次，反應(yīng)結(jié)束時將漿料洗凈，同時檢測漂白廢水中AOX含量及漂后漿白度和粘度； 2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計與統(tǒng)計分析 改變有效氯用量為1%~5%，反應(yīng)溫度為30°C~90°C、反應(yīng)pH值為I~9進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，測定漂白后廢水中AOX含量及漂后漿白度和粘度，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取AOX含量及漂后漿白度和粘度影響較顯著的有效氯用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)PH值這三個因素，并對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)因素與水平的設(shè)定，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)； 3)模型的建立和統(tǒng)計分析 根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到響應(yīng)變量:有效氯用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)PH值與響應(yīng)值:Α0Χ含量、白度、粘度之間的多元二次回歸方程:
Y=a+bX1+cX2+dX3+eX1X2+fX1X3+g X2X3+hX12+iX22+jX32 4)試驗(yàn)結(jié)果分析與優(yōu)化 根據(jù)回歸方程進(jìn)行繪圖分析，得到回歸方程的響應(yīng)面三維圖，響應(yīng)值由此得到優(yōu)化，根據(jù)模型分析可分別得到AOX含量、白度和粘度的最優(yōu)化工藝參數(shù)； 5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性驗(yàn)證 為確保統(tǒng)計模型的有效性，按照上述優(yōu)化條件重復(fù)進(jìn)行3~5組實(shí)驗(yàn)； 6)各響應(yīng)值綜合優(yōu)化 對AOX含量、白度和粘度這三個響應(yīng)值的最優(yōu)條件進(jìn)行平衡處理，以盡可能保證三個響應(yīng)值都取得理想的優(yōu)化值，從而得到最佳漂白條件。
2.根據(jù)權(quán)力要求書I所述一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法，其特征在于，所述步驟2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計與統(tǒng)計分析中響應(yīng)面分析得到的漂白條件為:有效氯用量為3.6~3.9%，反應(yīng)溫度為75~77°C，pH值為8.5~9.0。
3.根據(jù)權(quán)力要求書I所述一種通過響應(yīng)面法優(yōu)化紙漿二氧化氯漂白方法，其特征在于，所述步驟3)模型的建立和統(tǒng)計分析中在有效氯用量為3.6~3.9%，反應(yīng)溫度為75~77°C, pH值為8.5~9.0條件下檢測到的AOX含量為14.51~5.0mg/L,白度為52.0~53.1%IS0，粘度為 920 ~930mL/g。
【文檔編號】D21C9/14GK103469663SQ201310351023
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】聶雙喜, 王雙飛, 覃程容, 吳正梅, 劉新亮 申請人:廣西大學(xué)