全 文 ：西北轻工业学院学报
JO U R N A LO F N O R T H WE S T I N T IT U T E O F LI G H T I N D U S T R Y
Ma r
.
19 9 4
V o l
。
2 1
麦草碱法蒸煮参变数的定量关系
数学模型研究
田红光 赵怀礼 吴养育
(造纸工程系 )
摘 `要
本文用计算机辅助对麦革硫酸盐法 ( p K )和 烧城葱酸法 ( so da 一A Q )蒸煮过程
中纸 桨得率和木素含童 ( 或硬度 )随蒸煮药品 用 黄 ( N a 0 H 及 A Q )、 蒸煮温度 和升 、
保 温时间及蒸煮液 N o 0 H 浓度变化 的定 黄关系进行 了研究 。 两 种方法各得到 7 个
数学模 型 ( 共 4 1个 )。 这些定量规律既通过 了数学检验 , 又 符合前人的定性研究结
果 。
研 究表明 , 两种方法蒸煮过程的定量规律很不相同 , 与过去报道过的中性亚钠
法 ( N s ) 的定童规律差别更大 。 衬 K P 法蒸煮影响最大的是蒸煮温度 ; 衬 s od 瓦一 A Q
法的 是蒸煮盔度和 N a o H 用 童 ; 而对 N s 法的则是蒸煮液 N a Zs 0 3 浓度 . 本丈的数
学模型亦定堂描述 了各 因素的协 同影响作用 。
关键词 : 麦草 ;碱法蒸煮 ,参变数定贵关系 ;数学模型 ;计算机研究
中图法分类号 : T s 了J 3 ( T s 7 1 )
本文分别对麦草烧碱葱醒法蒸煮 (S od a一 A Q )和硫酸盐法蒸煮 (K P )的条件参数与蒸煮
结果的定量关系用计算机进行辅助研究 , 并将这两种方法的结果与 卜 S 法 〔 , 〕进行对 比分析 。
! 实验
研究所用原料为咸阳 麦.草 , 蒸煮方法为硫酸盐法蒸煮 (K )P 和烧碱葱酿法蒸煮 (S od , 一
A Q )
。 两种方法所选蒸煮参变数和结果列于表 1 。
对表 l 参数按正交法安排试验 , 蒸煮及测试结果的各项数值范围分别列于表 2 和表 3 。
收稿 口期 : 19 , 3一 12一 2 3
第 , 期 田全, _光等 :麦草碱法燕煮参变数的定量关系数学模型研究
表 、 蒸煮参变教表
序 项 K P S团 a一 A Q
了丫6训丫了有效碱甩量
A Q 用量
蒸煮温度
蒸煮时间
保温时间
蒸煮液 N a 0 H 浓度
参变数总数
结果 ( l) 纸浆得率 (粗 )
(2 ) 纸浆木素含量
(3 ) 纸浆硬度
丫
了 ( K las o n )
了 ( K M n O . )
注 : K P 法硫化度 1 0环~ 1 1% .
表 2 K P 法蒸煮参数数值范围
称
N a Q甘用量 (N a: O 计 )
; 戴煮温度
燕煮总时间
保温时间
蒸煮液碱浓度 ( N a 20 )
纸浆得率 (粗 )
纸浆木素含量 ( K七四 o n )
试验数据
硫化度
单 位
纬 (对原料 )
℃
数 值 范 围
m l n
g / l
%
% (对原料 )
组
纬
1 1~ 7 0
7 0~ 160
1 0e 2 4 5
0~ 12 0
0e 3 5
4 0~ 10 0
0~ 10
.
8 7
6 0
10~ 1 1
表 3 s od a一 A Q 法蒸煮参数数值范围
项 单 位 数 值 范 围
N a o H 用量 ( N a : o 计 )
蒸煮温度
蒸煮总时间
保温时间
蒸煮液 N aO H 浓度 ( N a o H )
^ Q 添加量
纸浆得率 (粗 )纸浆硬度 ( K凡t n o ; )
试验数据
% (对绝干原料 )
℃
n l I n
n、 I n
g / l
% (又寸绝干原料 )
%
火卜I n o ` 俏
组
8
.
5一 1 6
7 0~ 16 5
35~ 22 3
0~ 1 20
5~ 1 8
0~ 1
.
0
4 3~ 62
6~ 2 3
5 0
2 数据处理
编制了多元统计分析计算机处理程序 ,对所得数据进行处理 , 并进行结果的相关性和显
著性检验 ,计算残养干方和及剩余标准差 ,评价统计模型的精确度 . 对于多元方程难于直观
性图示 (四维以 上 ) , 现从上述四个方面对统计模型进行检验和评价 , 以求结果准确可靠 。
·
63二 西北轻工业学院学报 第 21 卷在进行数据处理时 , 既考虑了表 1 所列每个单独因素 , 也考虑了这些因素的协同作用 ,即交互项和非线性问题 。 有关参数代号及意义如下 :月一 N a o H 用量 ( N a Z o 计 ) , 8 / 1 0 08 绝干原料 ,刀一 ^ Q 用量 , 8 / 10 09 绝干原料 ; ? 一蒸煮温度 , ℃ ; t一蒸煮总时问 , m in ; ` 一保温时间 , m m ; c 一蒸煮液 N a o H 浓度 , N a 2 0 5/ 1或N a o H 叮 l ;乙一纸浆木素含量 , 8 / 1 0鲍 绝干原料 ; Y一纸浆粗浆得率 , % ; `一纸浆硬度 ,K M n 0 4 值 ; N ? 一 N 与 T 的交互项 , 乘积关系 (余类推 ) ; F一显著性 水平 ; Q一残差平方 和 ;
刀一相关系数 ;习一剩余标准差 。
计算机处理结果 , 分别得到如下模型 ’ 。
2
.
1 麦草 K P 法蒸煮
2
.
1
.
1 纸浆得率变化
Y = 1 8 3
.
5 3 8 一 2 7 . 3 4 l ln T `一 1 9 . 1 6 7些
T
一 5 . 13 4 水 1 0一 4`圣
+ 4
.
; 1 : 沐 1。一 ; : `一 1 0刁. : : 黔丁’ ( l )
检验结果 : 尸 ~ 6 1 . 8 5 , 口 = l刁5 . , , s = 2 . 1 3 6 , 刀 ~ 0 . , 5 3刁。 模型中各项对得率 y 的影
响程度及其 F 检验 值为 : ( I’ ( 、、 为第一自变量项的贡献对数值 ,余类推 ;本文的 “ 项 ” 均为含
自变量项 ; 为了简化篇幅 ,本文中各模型只列三项的 v 及 F 值 , 即第一项 (最大项 ) , 最后项
(最小项 )和简化方程的最后一项 。 )
V ( l ) = 0
·
5 1 2摇 , F ( , ) = 3 6 . 7 8 ; V ( 5 ) = 0 . 0 1 39 , F ( 5 ) = 刁. 7 3
对 y 取对数 ,方程的各检验值均好 :
In y = 10
.
2 0 3 9 少 0 . 0 3 6 1 2切少 一 月. 42 3I n乃 + 2 . 5 5 1 6了了 一 。一 1。; n ` + ; : 。。 6寥 ( 2 )泣
检验值 : 尸 = 8 7 . 9 , Q = 0 . 0 3 3 , 尽= 0 . 0 3 2 , n ~ 0 . 9 6 6 5 , 毛尸 ( , ) ~ 0 . 5 1 3 5 , 尸 ( , ) = 3 6 . 9 5
卜’ ( 5 ) = 3 . 8 9 X l o一 3 , r ( 5 ) = 1 . 8 3 。
么 1 · 2 纸浆木素含量变化
一 in 乙,L = 4 1 . , 4 2 7 一 3 . 刁日 15 召 T 一 3 8 . 4 2 2 .二二 一 8 . 0 5 6 X 1 0一 。刁乙
J
+ 2
.
0 1只 10一 ` T ’ + 0 . 3 3 4 3一n z Z一 1 . 3 5 6 In C一 10 8 . 8 3掣
T
一 。 . : 8 8。六 + 3 . 5 2 5沐 1 0一 5` 2+ ! . : 2 7 6
各检验值为 尸一 刁2 2 . ] , (t , = 5 . 2 1沼 = 0 . 3 2 ,’ R一 0 . 9 9 4 2 ,
2
.
6 沐 1 0一 3 , 尸 ~ 1 1 . 17 。
简化后的五项式模 型为 :
寸万
t l )一
( 3 )
0
.
7 8 5 1
, 尸 ( : ) ~ 2 1 2 . 0 , 不’ ` 1 0 ,
_
_
_ _ _ _ _ _ _ _
_
_ _
_
In 几 _ _ _ _ _ _
L = 4 ,
.
4 U b 一 甘. 4 b , In 了, 一 b l . 7 5 4 二二 一 Z . U甘3 X I U一 ’ A 乙健 ’
+ 0
.
2 6 2 7 In 乙2 + 0 . 仑2 3 8 In C
5 5 6
.
8
, 口 = 8 . 6 4 , 夕 = 0 . 3 9 6 , R = 0 . 9 9 0 4 , 不’ ( 1)
( 4 )
检验值为 : F -
` 5 )
= 2
·
1 X 1 0一 3 ,
= 0
.
7 8 3 3
,
F = 2 0 9
.
7
,
F 一 .6 0 。 对 L 取对数后模型变为 :
第 l 期 田红光等 :麦草碱法蒸煮参变数的定量关系数学模型研究 3 7
n I L = 1
.
6 73 1一 1 .3 3 沐 10 一`T Z 一 0 .3 16 9而 一 9 . 73 9 X 10 一 `犷 C
+0
.
0 1一2 ? +0 .5 6 08 `了万 +刁 .5 3 10 加 ` :少 + 4
.
6 9 9 只 10 一 5艺2
一 l , 13 9 火 1 0一 弓T ` 十 0 . 1 5 8 7
+ 3
. :
0 6 5 沐 10 一 `A T 一 3 6 . 4 5
勺厂了 一 8 , 0 2月 x l o一 5刁 `
掣
T
( 5 )
检验结果 : F , ] 5 1· , , 心 = 1 . 刁0 , S 一 0 . 17 , R = 0 . 9 8 7 4 , V ( , , = 0 . 8 0月6 , 尸 。、 : 二 2 3 , . 8
` ( 5、 = 5
.
6 7 X 10一 3 , F ( 、、 ~ 6
.
6 6
,
V (一2 ) = 2
.
7 7 X 10 一 3 , 尸 ( 1: ) 一 5 . 1 8 0
将该模型简化后得到两个五项式 :
L 。 = 1
.
3 0 5 1 一 1 . 9 5 4 X 1 0一 ` T Z 一 0 . 0 7 6 8
+ 0
.
0 2刁7少 + 0 . 1 9 5 9 ,了万 而 一 .29
6 2
xl
” 一 ,T `
( 6 )
其检验值为 r 二 2 2 4 . 2 , Q = 2 . 5 5 , S = 0 . 2 2 , R = 0 . 9 7 67 。
坑 L 飞= 2 . 4 49 一 1 . 6 2 8 只 一。一 ` T Z 一 0 . 0 23 12: 一 5 . 5 1 5 沐 10 一 5月 ,
十 5 . 75 2 汉 10一 s t若十 0 . 01 3 6 , . , 一 ( 7 )
其检验值为 F = 2 13 · 5 , 。 ~ 2 · 6 7 2 , S = o · 2 2 , R = 0· 9 7 5 6 , V 、 , ) “ 0 · 8 0 4 6 , F ( , 〕 =
2 3 8
.
7 9
, 犷 (。 ) ~ 2 . 8 1 入 1 0一 3 , 尸 ( s ) = 3 . 1 5 .
2
.
2 麦草 s o d a 一 ^ Q 蒸煮
2
,
2
.
1 纸浆得率变化
Y ~ 7
.
9 6 9 3 + 0
.
0 7 3 3少 一 0 . 0 6 0 8 t : 一 0 . 0刁9 3C 2
十 5 12 . 8 6 I
n C
T
一 0 . 0 1 5 1月 T 十 2 4 . 2 7 8in A + 6 1 ` 2 0 6 I
n D
少
+ 1
.
6 8 8 X 1 0一` 2 一 0 . 0 3 6 6 t 一 0 . O1 2 3T D ` ( 8 )
检验值为 : 尸 二 月尽. 2 , Q ~ 7 2 . Za , s ~ 2 . 3 4 , 左 ~ 0 . 9 6 0 5 , 犷 ( 1 , = 0 . 6 0 8 1 , 尸、 ; ) 二 7刁, 月9 ,
V 。` ) = 0
.
0刽 3 , F (、 ) = 8 . 6峨 , V ( 1 0 ) = 4 . 4 x 一0一 3 , F ( 1仍 = 2 . 2 1 。
简化模型为 :
Y , 二 6 0 . 4 5 8 一 0 . 0 5 4 9 T 一 0 .
丁几 + 5 1D, 3 4 8 一 2 . 4 2 9 沐
0 5 8 7` 2 一 0 , 0月0 1 C 2
1 0一冬月 T -C一
,加一少
检验结果 : 尸 = 6 2 . 3 8 , Q = 1 1刁. 8 , s ~ 1 . 6 0 , 刀 ~ 0 . 9 3 6 1
欺
对 Y 取对数 ,模蟹精度大大提高 :
I n y “ 9 . 9 1 ] 0 一 4 , 9 2 X 10 一 `T Z + 2 . 2 6刁 x ] 0一 ST t Z 一 0 . 0 2 7 5 A
一 1. 3 9 9 入 10 一 7 `2 十 1 .
,
「
+ 7
· 匹3 沐 10 一摊 一 .6
检验值为 : 尸 二 续6一 l , 心 = 0 . 0 3 0 , s
2 4 2 8 A 一 5 . 月0 4 X 1 0一 3` 2 + 8 , 6 8 2
8 6 1 4 In万
in t
T
( 9 )
( 1 0 )
69
.
8 3
, 护 (。) = 0 · 0 4 4孙,知驴 、 1 1· 6 8 , V ( , ) 产
0
.
0 2 7
, 左 = 0 . 9 5 5 p , V ( : ) = 0 · 5 9 2 7 , F , 1) ~
6
.
9 5 沐 1 0一 3 , F ( , ) 一 3二 1 8 。
将模型简化为四项 ,摄到模型 ( 1 ) :
In y ; “ 刁· 2 0娜竹卜 Q咯· X l o , 5 , 2 一 1. 0 7 6 丫 10一夸T ` 2 一 3 . 1 5 2 x 10一 `片 2
8 3
·
+ 2
.
4 0X 21 0 一 6` 2
检验值为 :F 一 5月·8 9,口 ~ .0
西北轻工业学院学掖 第 12 卷
( 1 1 )
58
,
S = 0
.
3 6
,
R ~ 0
.
9 1 1 1
.2 2
.
2 纸浆硬度变化
、 一 0 . 2 5 。 : 一 2 . 20 1 沐 一。一 3 , : + 0 . 。 ; 1 s 7 ln ` , + 3 6 00 . 、 李
J
’
一 月7 7 . 6 7哥 _ ` * ! n 艺 _ ` 、 . _ _ _ _ . _ 、 _ 加 `b 4 . b U U : 二尸 一 U . U l l匕匕 J ’ IJ 一 1 1乙 . 日匕 = 一了, 了’
止 2
检验值为
= 0
.
0 1 8 4
,
F ( 5 )
简化为 :
: F 一 9 9
.
0 8 8 只 1 0一 4T t Z ( 1 2 )
.
8 0
,
Q = 4 6
.
9 0
,
s = 1
.
0 6
,
R = 0
.
9 7 5 3
,
V (
l ) = 0
,
6 7 1 5
, 矛’ . ; ) “ , 8 . 13 , V ( s )
= 1 1
.
8 一, F ( s ) = 8 . 1 0X 1 0一 3 , 尸 ( a ) = 6 . 8
万 ; = 刁. 6 3 2 8 一 2 . 9 9 0 X 1 0一 3月 T 一 0 . 5 2 7 8 In ` 2 + 3 7 8 8 . 0 7基
4 9 4
.
5 7 7留一 2 1。· 9“ 2罕 ( 13 )
检验值为 : 尸 。 1 19 . 4 7 , Q = 6 5 . 8 7 , s = 1 . 2 1 , R = 0 . 9 6 5 1
对 K 取对数 ,模型检验值均更好 :
坑 K = 3 . 7 3 5 8 一 8 . 6 9 X 1 0一 ` A T 一 2 . 0 4 3 沐 1 0一 3 In t Z 一 3 . 6 2 7
一 3 . 8 8 6 x 1 0一 ` T t Z + 5 . d 6 6 x 10一 t Z + 2 . 6 8 1 x 1 0一 3刀 2
In D
少
一 .0 1 11 3 l r i C
( 1 4 )
检验结果为 : 尸 = 9 2 . 3 6 , 。 ~ 0 . d l , S = 0 . 0 9 8 , R = o · 6 9 9 0 , V ( , 。 一 o · 6 8 3 9 · F 。: ) ~
1 0 3
.
8 3
,
V (
7 ) = 飞 0 1刁9 , F ( 7 ) = 1 0 · 2 8 。
3
.
1
分析讨论
数学模型的可靠性
3
.
1
.
1 可靠性检验
做了四个方面的检验计算 : 相关性检验 、 显著性检验 、 计算残差平方和及剩余标准差 ,分
别得到相关系数 R 、 显著性水平 F 检验值 、 残差平方和 Q 及剩余标准差 夕 . R 值愈接近于 1 ,
数学模型的相关性愈好 ; 尸值愈大 ,模型的相关性愈显著 ;口值和 s 值愈小则模型的精确性
愈高 。
实践中 ,某一个检验值很好 ,但模型不一定理想 ,有时甚至与实际情况相 反 ,这里采用四
个检验值 , 只有所得模型的四个检验值都取得最佳值时 , 模型才能入选 .
相关系数 R 和显著性水平 F , 可以查表得到在某一置信度水平下的临界值 。本文取置信
水平 0 . 0 1 ,即可靠性 9 环时 ,查表知 F 检验临界值为 :
尸。 . 。 , ( l , 6 1 ) = 7 . 0 , 尸。. 。 , ( 5 , 6 2 ) = 3 . 3 , 尸。 。 , ( 2 0 , 4 7 ) 二 2 . 2 9置信水平 0 . 0 5 时 , F 。 . 。 5 ( 1 ,
6 1 ) = 4
·
0
,
F ( 0
. 。。 ) ( 5
,
6 2 ) = 2
·
4
, 尸在 肠 ( 2 0 , 4 7 ) ~ 1 . 8 .
置信水平 0 . Ol( 可靠性 · 9 % )时 , 多变量模型的相关系数临界值为 :
刀让 0 1 = 0 . 3 1 一 0 . 5 5
当数学模型的 刀 值高于 R 。. 。 : ,该模型就有 9 %的可靠性在本实验条件 卜是相关的 ,是
第 1 期 田红光等 :麦草碱法蒸煮参变数的定量关系数学模型研究
可 用的 ; F值高于 几 , 。 , ,该模型亦有 ” % 的把握肯定有显著相关关系 。 下面分别对三种方法
的模型进行讨论 。
.3 .1 2 渡 P 法蒸查 .
表 3条件范围内 ,得到 7 个关于麦草 K P 法蒸煮的纸浆得率和木素含量与蒸煮 N a 0 H
用量 , N a o H 浓度 、 温度 ,升温 、 保温时间相互关系的数学模型 。 它们的 F 值都远高于 F 。. 。 : 临
界值 , R 接近于 l , Q 值和 S 值比较小 ,对 Y 取对数时 , Q 值缩小一千多倍 , S 值缩小了一百多
倍 。 F 、 R 值提高 ,说明该模型 2 更能反映得率与这些参数的变化关系 。 与之相反 ,对 L 取对
数时 ,则模型的 F 和 R 值减小 , F 由 妊 2 和 5 57 减为 2 1 4 , R 由大于 .0 ” 减为 .0 9 76 ,口和 S
值只稍稍变小刀 从 5 . 12 和 8 . 6手减为 2 . 67 , s 由 0 . 32 和 0 . 拍 减为 0 . 2 ,这说明模型 3 和
4 更适于描述纸浆木素含量与参变数的定量关系 。 模型 6 和 7 的变量项数相同 , 四个检验值
接近 , 但变量的成份略有不同 , 所以都予以保留 。 这部分的 7 个模型中 ,除 3 和 5 有 10 个以
上变量项外 , 其它都只有 5 个 自变量项 ,可以用于生产过程计算机控制 ,也可以人工使用 。
3
·
1
·
3 s od a 一 A Q 蒸煮
对于麦草 s od 。一 ^ Q 蒸煮 , 在表 4 范围内得到 7 个数学模 型 ,这些模型的检验情况与
N s山及 K P法的规律相同 ,也是显著相关的 ( F 、 R 值远大于 F 。. 。 1和 R。 . 。 , )和精度较高的 ( Q 、
s 较小 ) , , 般地 ,对结果取对数时 ,模型精度大大提高 。 但是与模型 1一 7 相 比 ,这部分 7 个
模型的 F 和 左 值稍小 , Q 值的跳跃稍大 , 显得略有逊色 , 总的来看 , 本文 14 个模型都是可
靠 、 精度较高和显著相关的 。
3
,
2 各参数对蒸煮结果的影响程度
3
. 么 l 变量的排列顺序
文中 v 值表示某一项对函数值的贡献大小 。 v 越大 ,该项对函数的影响越大 。 各数学模
型中的项都是按它们对函数贡献大小排列的 , 靠前的项贡献最大 ,其对结果的影响最大 , 以
后依次递减扩从这些夕 值 , 可以知道一些关于它们对于蒸煮结果 影响程度的信息 , v 值越
大 ,该项对函数值的影响越大 , 对相应的蒸煮结果影响也就越大 。 下面对各因素分别予以讨
论 。
3
.
2
.
2 麦草 K P 法蒸煮
(l ) 蒸煮温度 T
与 N s 法不同 〔1 , ,麦草 K P 法的 7 个模型中 ,第一自变量项为 T 的非线性函数 ,其 v 值
大于 0 . 5 , 比其它各项的 v 值都大得 多 ,而且 7 个模型中含 T 的项都比较多 , 说明蒸煮温度
无论对纸浆得率变化还是脱木素都有相 当大的影响 , 其定性结果 已早有报道以 入 `〕 , 本文的
定量关系研究结果与之吻合 ,亦从实践角度证明了模型的可靠性 。
少 (2 ) 用碱量 A
打 ;以纸桨得率为函数的模型 1 和 2 中 ,含 A 的项列于第二 自变量项 ,说明它对纸浆得率
变化的影嘀权次于 T ,而高于其它因素 ,如升 、 保温时间 ,药液浓度等 。 对于纸浆木素含量变
化 , 即脱木柔伺俪灌型 3一 7 中含 A 的项非常靠后 ,且为交互项 , 或没有含 A 项 ,表 明在本
文条件下 ,然锹翔碱量的变化对蒸煮脱木素没有太大影响 。 因为本文 K P 法蒸煮最低用碱量
为 1 % ( N 为。 计 ) ,对麦草已经不低 , 完全可以保证脱木素达到成浆要求 , 所以 , 研究认为 ,
过高的用碱量对于提高脱木索速度并无多大帮助 ,反而会影响纸浆得率变化 ,增加用碱量 只
·
40
· 西北轻工业学院学报 第 2 1卷
是增加了促进纤维降解的物质 ,加大纤维素降解速度和程度 ,使得率降低 . 前人关于提高用
碱量可以提高脱木素速度的观点 〔么 `〕 ,一是因为用碱量范围低于本文范围 ,二是因为增加用
碱量加速了碳水化合物的降解 ,从而为脱木素提供方便 。 当然 ,前人同时指出增加用碱量要
增加碳水化合物的降解 , 降低得率和纸浆强度 ,这点与本文的结果也是一致的 。
( 3) 蒸煮时间 t , ` 2
蒸煮时间分为总时间 t 和保温时问 t : 两项 , 在得率变化的两个模型 l 和 2 中 , ` : 只在 l
中出现两次 , 在木素变化的 5 个模型 中 , 含 `: 的项均在模型的第二 自变量项 ,且含 `: 的项较
多 。 各模型中含 ` 的项均较少 , 且位次偏后 , 说明在麦草 K P 蒸煮中 ,保温时间对于脱木素作
用相当重要 ,对纸浆得率变化仅略有影响 ,而总时间对两者的作用均很小 . 这里的保温时间
不是纯粹的最高温度 ( 1 60 ℃ )的保温时间 ,而是从 70 ℃至 160 ℃之间各温度保温时间之总
称 。 这一保温时间实际是达到使木素或得率发生变化的温度起始到蒸煮结束的总时间 。 本
文结果说明这一时间对充分脱木素是必要的 ,仅仅延长时间对得率变化不会 产生太大影响 。
这一点已为前人所证实〔 3〕 ,这一结果亦与亚钠蒸煮很不相同 d 飞。
(们 蒸煮液 N a 0 H 浓度
与中性亚钠蒸煮非常不同 〔 , 〕 , K P 法的药液浓度对纸浆得率没有太大影响 , 对脱木素 也
为次要影响因素 。 得率变化的两个模型中没有含 c 项 ,但出现了含 A 项 。 由于 A 只影响蒸
煮初期的 c ,所 以本文再次证 明蒸煮用碱的大部分消耗在碳水化合物的降解上 〔2〕 . 但是模型
3一 7 是含有 c 项的 , 只是靠后些罢了 。 就是说 ,蒸煮液 N a o H 浓度对脱木素是必要的 ,蒸煮
过程需要保持一定的 N a o H 浓度 , 才有利于脱木素作用二 。
本文定量关系研究表明 ,麦草 K P 蒸煮与 N S 蒸煮非常不同 ,对脱木素和得率变化影响
最大的是蒸煮温度 , 它占有十分重要的地位 ,用碱量对纸浆得率变化亦有相 当影响 ,而对脱
木素帮助不很大 , 蒸煮液 N a o H 浓度和蒸煮时间的长短亦对得率变化影响不大 ,但对脱 木
素影响较大 。 足够的 N a o H 浓度和达到脱木素温度后的时间对脱木素作用影 响较大 。
3
.
2
.
3 麦草 s od a 一 A Q 蒸煮
( l) 蒸煮温度 T
模型 8一 l 刁中 ,含 T 项很多 ,第一 自变量项均含 T , 以 ? 、 T ’ 、 A T 形式 出现 ,其它项多为
倒数形式 . 这说明麦草 s do a 一 A Q 蒸煮温度变化对得率和硬度变化影响很大 ,本文的这一结
果与 K P 法相似 , 亦与前人的定性研究结果吻合 〔么 几 `〕 。
( 2 ) 用碱量 A
麦草 S od a 一 A Q 蒸煮的模型中 , 月 的位次及出现频率相当高 , 特别对于脱木素的方程
中 , A 更显得重要 ,说明它对该蒸煮的影响 ,尤其是对于脱木素的影响很大 ,这一点与 K P 法
正好相反 。 对此 , 有两个原因 : 第一 , K P 法加了 10 一 1 1%的 N a Z s , 它是脱木素的强亲核试剂
和催化剂印 , 因此削弱了 N a 0 H 的作用 , 减少了其对脱木素的影响 ;第二 , s od a 一 A Q 法最低
用碱量为 8 . 5% ( N a Z o 计 ) , 在一般用碱量的下限附近 ,而前文 K P 的远高于一般用碱量的下
限 `么 ` , , 因此本文中用碱量的变化就可能对 s od a 一 A Q 蒸煮作用有如模型 8一曰 所示的显著
影响 。 总之用碱量对 s od a 一 A Q 蒸煮是有很大影响的 , 尤其对脱木素作用更为重要 。
( 3 ) 其它参变数 ( t 、 `: 及 c )
模型 8~ 14 中 ,含蒸煮总时间 ` ,保温时问 `: 及蒸煮液 N a 0 H 浓度 c 的项均 比较靠后 , l’
第 l 期 田红光等 :麦草碱法蒸煮参变数的定量关系数学模型研究 · 们 ·
值较小 ,且伯仲不一 (当然就某个模型来讲 ,他们是有明确的先后次序的 ) ,一般 ` : 较 。及 c
略为主要些 . 这说明适当的保温时间是必要的 , 而升温时间不很重要 ,蒸煮要求一定的初始
N a o H 浓度 , 而其变化则对结果影响不大 。
( 4 ) ^ Q 添加量 D
模型 8 、 12 、 14 中含.有 D 项 ,纸浆硬度对数关系模型 l月中 ,含 D 项在第 3 位 , 其他模型
中在第 6 、 7 位 ,说明 D 对加速脱木素的作用远大于提高得率的作用 。 D 对得率为正效益 ,对
纸浆硬度变化为负效应 ,说明增加 D 可提高得率 ,降低木素含量 、 这点亦与过去的定性研究’
相吻合 之4: 。
含 D 项均为与 T 的交互项 ,说明 D 与 T 有较强的协同作用 , 且 D 不为独立因素 。 但总
的来说 , A Q 添加量 D 对蒸煮结果并无举足轻重的影响 ,或者说它必须在保证其他条件满足
的前提下才有作用 。
3
.
3 N s
、
K P
、
s o d 踌一 ^ Q 的比较
前面分别对 N cS ” 、 K P 、 s od a 一 A Q 法作了讨论 ,从定量关系发现它们有共同点更有不同
之处 . 纸浆得率与木素含量 (或硬度 )变化的对数与蒸煮条件的关 系模型一般相关性较好 ,精
确度较高 ,这是它们的共同规律之一 ;第二是模型第一项对结果的影响最大 , 占绝对优势 ,其
余项要小得多 ;第三是 K P 与 so da 一 A Q 的相似处较多 ,各变量对 它们的结果影响 比较相
似 , T 最重要阴 次之 。
三种方法亦存在明显的不同点 ,这表明它们有着十分不同的特征和规律 。 第一 ,是首要
影响因素不同 , K P 和 s od a 一 A Q 法的首要影响因素为温度 ,足够的温度对 K P 和 s od a 一 A Q
脱木素至关重要 , 而对得率变化同样室关重要 ,高温加速脱木素 , 同时加速碳水化合物的降
解 ;而 N s 法为 N a Zs o 3 浓度变化 。 第二个不同点是主要药品用量的影响不同 ,用碱量对 s od a
一 A Q 法的影响软为大 ,对 K P 法次之 ,而受蒸煮液碱浓度变化的影响则很小 ; N s 法中 ,
N 。声 0 3用量的影响较小 , 而其浓度变化影响较大 。 这些说明虽然 N s 法 , K P 法和 s od a 一 A Q
法的蒸煮 p H 都高于 合, 但它们的蒸煮规律十分不同 ’ , 因此 ,对其采用不同的生产控制方法 ,
才能达到优化生产的 自的 。
4 结论
( l) 麦草硫酸盐法和烧碱蕙醒法蒸煮过程的纸浆得率和木素含量 (或硬度 )变化与蒸煮
药品用量 、 药液浓度 、 蒸煮温度和时间有着比较明显的相关关系 ;本文建立了它们定量关系
的 月 个数学模型 ,在本文试验条件下 ,这些模型的相关性 、 相关显著性和精度均较高 , 同时
“娜忱较符合前人的定性研究结果 ,是可靠的 。
(2 ) 用计算机进行辅助研究 , 可以比常规研究获得更多 、 更明确及定量的信息 . 本文得
到了各因素间交互协同作用的定量关 系 ; 研究表明这两种蒸煮方法有着不同的特征和定量
规律 。
(3 ) K P 法蒸煮中各因素的影响顺序为温度 T 、 用碱量 A 、 保温时间 ` 2 (及蒸煮总时间 约
和 N a 0 H 浓度 c ;少 一对纸浆得率和木素含量变化都有很大影响 ; 在本文条件下 , A 对得率的
影响强于对脱木素的影响 ,过高的用碱量只会过多地降低得率而非加速脱木素 。
( ,1) 烧碱蕊醒法蒸煮温度 T 对结果的影响极为显著 ,其次是用碱量 A , 其他因素的影响
·
2 4
· 西北轻工业学院学报 第 2 1卷
较小 。 蒸煮用碱量尤其对该法脱木索影响较大 ,这与 K P 法不同 . 葱酿 只有在满足其他条件
下才能对蒸煮发挥作用 ,它加速脱木素的作用远大于提高得率的作用 。
参 考 文 献
1 田红光等 . 西北轻工业学院学报 , 1 9 92 ; 2 : l] 一 17
2 隆言泉主编 . 制浆造纸工艺学 (上 ) . 北京 : 轻工出版社 , 1 9 8 0
3 曹光锐等 . 中国造纸 , 1 9 8 3 ; 6 : l 一 9
4 陈嘉翔主编 . 制浆原理与工程 . 北京 : 轻工出版社 , 1 9 9 0
Q U A N T I T A T I V E R E L A T I O N S H I P S O F C O O K I N G
R E S P O N S E S W I T H V A R I A B L E S I N K P A N D oS d
a 一 A Q
C O O K I N G O F 、 VH E A T S T R A 、 V
T 似 , H o 忍 9 g . a 泥 9 Z h a o H “ a 以诬 W “ Y a 忍 g 犷赵
A B S I
,
R A C T
T h e q u an t i t
a t i V e r e la t io n s h i p o f p u lp y ie l d o r r e s i d u a l l绝n in c o n t e n t s Wi t h som 性V ar 该b le s ,
e
·
8
·
e o o k in g t e m P e r a t u r e
,
t i工1飞e t o an d a t t e m P e r a t u r e
,
N a 0 H e h ar g
e
an d A Q
a d d i t io n as w e ll
as N a o H e o n e e n t r滋io n in t h e e o o k讥 5 li q u o r d u r i n s k r a ft p u l p in 名 ( K P ) an d s o d a 一 ^ Q p u lp m s
o f w h e a t s t r a w w e r e s t u d ie d o n a la b o r a t o r y s ca l
e
.
S e鸭 n m u l t i v a r ia t e 一 m a t h e m a t i e a l m o d e ls
f o r e a c h m e t h o d s w e r e d e v e lo Pe d w it h a m ie r e o m P u t e r
·
T h e r es u l t s w e r e als
o e o m Par ed w i t h
N S m
e t h od
s
·
h r e ve a l e d t h a t t h
e q u an t i t
a t iv e la w s o f t h r e e m e t h od
s d if 介 r r记 斤 o m e a e h o t h e r
m u c h m o r e ; eS Pe c i a l ly
,
t h e N S m e t h o d s
·
T h e m o s t 如 Po r t an t v a r 纽b les o f e f犯 c t o n c o o k in g
P r o e e s s w e r e e o k i
n s t e m P e r a t u r e fo r K P e o o k in g an d e o o k in g t e m Pe ar t u r e an d N
a 0 H c h ar g e
f o r s o d a 一 A Q co o k in g Pr o e e s s e s as w e l l二
A 15 0 , t h e m a t h e m a t i e a l m o d e ls d e s e r i b e d t h e s y n e r g i sm o f t h e fa e t o r s q u an t i t
a r i
v e ly
·
K e y w o r d s : w h e a t s t r a w
,
K P an d s o d a 一 A Q e o o k in s s q u an t i t a t i ve r e al t io n s h i P m o d e ls ,
c o m P u t e r U s e