【正文】 程。考慮過氧化氫在制漿過程中所起的重要的氧化及漂白作用，但費用較高的因素，我們的新工藝將自己設(shè)計電化學(xué)設(shè)備，利用電化學(xué)方法，生產(chǎn)羥基自由基活性氧與堿液的混合藥液，既降低了過氧化氫原料的成本，又提高了北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 20 藥液中的藥劑電勢，在達到產(chǎn)品 質(zhì)量指標的前提下，液比減少為 1~，大大減少了蒸煮液體量，降低了該過程的能耗。針對上述間歇操作帶來的產(chǎn)品分子量分布較寬的問題，我們考慮采取平推流的模型，即連續(xù)管式蒸煮反應(yīng)器，這樣，物料在管內(nèi)所受的溫度和停留時間在理論上均完全相同（實際操作中存在很小部分的返混問題） ，就解決了產(chǎn)品分子量分布較寬的問題，實現(xiàn)了性能的均勻性。 (4)浸漬器采用帶式輸送。帶式浸漬器是濕料夾在兩個傳送帶間輸送，并經(jīng)過兩個滾輪的擠壓和輸送過程中的震蕩，大大提高了浸漬速率，并且?guī)捷斔团c螺旋輸送相比，電耗降低了 90%以上。2） ，它是利用國際上燃料電池的前沿技術(shù)制備高效電催化膜電極，該反應(yīng)器集反應(yīng)與分離為一體，工藝簡單，自動連鎖保護， 安全可靠，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物濃度在一定范圍內(nèi)可控，對環(huán)境友好，生產(chǎn)過程無三廢排放，屬于原子經(jīng)濟反應(yīng)。陽離子交換膜是反應(yīng)器的核心部件之一，其特征是對 OH－ 具有排斥作用，使之不能通過交換膜到達陰極反應(yīng)區(qū)。采用串聯(lián)電路，一塊電極板既作陰極板又北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 22 作為陽極板，節(jié)省了設(shè)備造價。 第 節(jié) 制藥工段的工藝流程設(shè)計 活性氧消毒劑的工藝流程由電催化膜反應(yīng)器和供水、供電、堿循環(huán)、產(chǎn)物回收系統(tǒng)和供電系統(tǒng)組成， 如圖 3 水經(jīng)過軟水柱 X0101A/B進行軟化處理，然后一部分直接進入軟水罐 V0102A/B，通過軟水罐中設(shè)計壓力傳感器控制截止閥，來控制進入軟水罐的水量，從而保證水罐中的液面在一定范圍之內(nèi)。 1－風機； 2－空氣緩沖罐； 3－堿吸收塔； 4－水吸收塔； 5－發(fā)生器； 7－軟水柱； 8－軟水罐； 9－水泵； 10－堿液罐； 11－堿泵 ； 6， 12－冷卻器； 13－產(chǎn)物罐 圖 3經(jīng)過上述處理的材料，有效提高了電導(dǎo)率，增加了導(dǎo)電性能，有利于降低裝置的電阻，提高了電流密度。 為了節(jié)省空間和極板材料，每個極板的兩側(cè)分別為陰陽極，每臺制藥機包括 17對電極；為了工業(yè)化方便管路布置和維修等，我們將 12 臺制藥機作為一個單元。2 電催化膜反應(yīng)器簡圖 反應(yīng)器本身是一個電解池，在電場作用， Na＋ 從一個固定負電荷向下一個負電荷遷移，以這種方式透過離子膜從電解槽的陽極室進入陰極室。年產(chǎn)三萬噸的清潔制漿工藝流程的設(shè)計，期望能夠解決現(xiàn)有工藝存在的黑液量大，有機物濃度高，難以治理；溫度高，棉漿粕質(zhì)量不均勻，能耗高等各種問題，為我國天然纖維素的清潔制漿集成技術(shù)產(chǎn)業(yè)化起到示范和帶動的作用。浸漬器的作用主要是使原料與藥劑充分混勻，及藥劑要充分的浸漬到原料中。老工藝由于液比較大和工藝不成熟等原因，產(chǎn)生的黑液量非常大，有機物濃度也較高，很難治理，而且治理費用對于生產(chǎn)企業(yè)有時大到難以承受。傳統(tǒng)棉漿粕生產(chǎn)過程均采用間歇的蒸煮工藝，出口物料是具有不同停留時間的混合物。1 制漿單元的工藝流程 本清潔制漿工藝流程與傳統(tǒng)的工藝流程相比，在產(chǎn)品性能、能耗、污染、資源利用等各方面都有很大的改進。因此，我們設(shè)計了一種清潔 制漿工藝，期望能夠解決制漿過程污染嚴重和能耗大的問題。工藝條件如下： 用堿量 % 8~12 過氧化氫用量 % 1~2 氧氣壓力 MPa 最高溫度 ℃ 120 保溫時間 min 60~120 助劑 % （ NaSiO MgSO EDTA） 過氧化氫強化的氧堿法制漿工藝中主要影響因素是 H2O2 用量、 NaOH 用量 [26]。 添加各種添加劑對棉短絨 NaOHH2O2 法制漿效果較好，白度和得率都有顯著提高，均勻度也較好，這些添加劑有 Na2SiO MgSO EDTA、 CaCl2等 [23]； 棉短絨堿 過氧化氫制漿與堿法制漿高溫蒸煮比較：紙漿得率提高 10%以上，白度增加近 20 度，蒸煮溫度低，可節(jié)省蒸汽，棉漿的柔軟性好，耐折度高，而且廢水中化學(xué)需氧量減少 80%[24]。污染程度也有很大的降低， COD 和 BOD 都降低了 50%左右， pH 也有了很大的降低。 同時，傳統(tǒng)的制漿工藝污染嚴重，黑液有機物濃度大， CODCr超過 5 104mg/L，pH 高達 13 以上，色澤深，難以治理回收。下面將介紹近幾年來棉短絨制漿工藝取得的進步。分子氧與木素的反應(yīng)，實際上都屬于游離基反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中分子氧引起對酚型 和烯醇式木素結(jié)構(gòu)單元的自動氧化所形成的負離子的親電攻擊。其反應(yīng)結(jié)果，使側(cè)鏈斷開并導(dǎo)致芳香環(huán)氧化破裂，最后形成一系列的二元羧酸和芳香酸。 (3)木素與過氧化氫的反應(yīng) 過氧化氫是優(yōu)良的漂白劑之一，其在溶液中的離解反應(yīng)為 H 2 O 2 H + + H O O 增加 pH，則 HOO增加，漂白能力增加，所以，通常過氧化氫是在堿性條件下進行。由于酚羥基具有弱酸性，對氫氧化鉀具有親和力，實際上是增加了木素的親液基團，并能使反應(yīng)繼續(xù)下去。 CCCO HO C H 3愈 瘡 木 基 丙 烷CCCO HO C H 3CCCO HH 3 C O紫 丁 香 基 丙 烷 對 羥 基 苯 基 丙 烷 圖 2因此，為使生產(chǎn)出的棉漿粕滿足質(zhì)量指標，必須除去棉短絨所含的木質(zhì)素 [1 18]。氧化纖維素按所含基團分為還原型氧化纖維素（以醛基為主）和酸型氧化纖維素（以羧基為主），其共有的性質(zhì)是：氧的含量增加，聚合度和強度降低。氧化劑與纖維素作用的產(chǎn)物成為氧化纖維素。 這樣，在單根纖維素分子鏈上大約要損失 50 個葡萄糖單元，直至纖維素末端轉(zhuǎn)化成偏變糖酸基的穩(wěn) 定反應(yīng)而終止反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ可以解釋如下： （ g）→（ h）醛式變烯醇式； （ h）→（ i）脫去一分子水，形成 C2和 C3之間的烯醇式結(jié)構(gòu)； （ i） →（ j）烯醇式變成酮式； （ j）→ (k)酮基與 H2O 加成，生成同碳二元醇后進行分子重排。 ② 剝皮反應(yīng) 剝皮反應(yīng)是指在堿性條件下，纖維素具有還原性的末端基一個個掉下來使纖維素大分子逐步降解的過程。 ① 堿性水解 纖維素的配糖鍵在高溫的條件下，尤其是大部分木素已脫除的高溫條件下，纖維素會發(fā)生堿性水解。 第 節(jié) 棉短絨制棉絨漿的反應(yīng)原理 纖維素的反應(yīng)原理 (1)纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu) 纖維素本身是一種多糖，基本基環(huán)是 D葡萄糖，精確地說是失水 D葡萄糖C6H10O5（葡萄糖殘基），基環(huán)間以β 1,4（ 半縮醛）聯(lián)接的線狀化合物，其結(jié)構(gòu)式如下圖 [16]： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 12 OC H 2 O HO HO HOOC H 2 O HO HO HO 圖 211： 表 2 M1 177。 100 注： M1 由供需雙方協(xié)商確定 表 2 M1 177。制漿過程中各種因素都會對漿粕的物理化學(xué)性能產(chǎn)生影響 [14]，因此必須嚴格執(zhí)行 FZT 510012020粘膠纖維用漿粕標準。失火時，可用水、干砂或二氧化碳滅火器撲救。 過氧化氫屬于一級無機酸性腐蝕性物品。工作接觸時要穿防護衣，帶聚乙烯或聚氯乙烯制的手套和聚合材料制的透明防護眼鏡和面具。8 過氧化氫國家質(zhì)量標準 指標名稱 % 優(yōu)等品 % 合格品 30% 35% 50% 70% H2O2/% ≥ 30 35 50 70 游離酸（以 H2SO4計） /% ≤ 不揮發(fā)物 /% ≥ 穩(wěn)定物 /% ≥ 總碳（以 C 計） /% ≤ 硝酸鹽（以 NO3）計 /% ≤ (3)過氧化氫用途 過氧化氫是重要的氧化劑、漂白劑。 ③ 過氧化氫在發(fā)生氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)時，其本身都不給環(huán)境造成雜質(zhì) 。光照、加熱及一些重金屬離子能加速它的分解。 過氧化氫介紹 (1)性質(zhì) 結(jié)構(gòu)式 H2O2，是含有極性 鍵和非極性鍵的極性分子，其結(jié)構(gòu)式為 HOOH，分子量為 。易貯放在通風、干燥庫房內(nèi)，容器要密封。液體產(chǎn)品用槽車裝運，每槽車裝 。 工作時應(yīng)防止觸及皮膚和眼睛，如不慎觸及時，可用流水洗滌受損部位，然后濕敷 5%的醋酸、酒石酸、鹽酸或檸檬酸溶液；如濺入眼內(nèi)，應(yīng)用流水或生理鹽水仔細緩慢洗滌 10~30 分鐘，然后點入 2%的奴佛卡因或 %的地卡因溶液。溶液或粉塵濺到皮膚上，尤其濺到黏膜，可產(chǎn)生軟痂。6 氫氧化鉀的化工行業(yè) 標準 指標名稱 優(yōu)等品 一等品 氫氧化鉀（ KOH） /% ≥ 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 6 碳酸鉀 （ K2CO3） /% ≤ 氯化物（以 Cl 計） /% ≤ 鐵（ Fe） /% ≤ 硫酸鹽（以 錯誤 !未找到引用源。 計）/%≤ 硝酸及亞硝酸鹽（以 N 計） /%≤ 鈉（ Na） /% ≤ 氯酸鉀 (KClO3)/% ≤ 注：用戶對硫酸鹽和鈉兩項指標無要求時，可不控制。吸收 CO2逐漸變?yōu)?K2CO3，其性質(zhì)與燒堿相似 ，是基礎(chǔ)化工原料之一。白色斜方晶體，工業(yè)品為白色或淡灰色的塊狀或棒狀。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 5 一般制造棉絨漿粕不用一道短絨，或很少用一道短絨，而用二道、三道短絨。3 二類絨的等級標準 二類絨 一級 二級 三級 成熟纖維百分率 /(%) ≥ 80 70 50 硫酸不溶物 /(%) ≤ 6 灰分 /(%) ≤ 含鐵量 /(mg/kg) ≤ 250 250 250 含脂量 /(%) ≤ 表 2表 2二、三類棉短絨根據(jù)成熟纖維百分率、硫酸不溶物、灰分、含鐵量和含脂率中最低一項定級；低于三類的為級外。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 4 棉短絨含有很多棉籽殼等雜質(zhì)，需在進行反應(yīng)前將其除去。 表 2每噸棉籽可剝?nèi)∶薅探q 35~80kg。因此，研究清潔制漿新工藝，解決污染問題，對我國棉短絨制漿業(yè)的發(fā)展，環(huán)境和水資源的保護具有重要意義。幾十年來我國化纖、造紙及纖維素衍生物等行業(yè)以及軍工部門都建立了棉短絨制漿廠。 棉纖維在各種天然纖維素中，纖維素含量最高，纖維柔韌，細長，彈性好，強度好，抗稀酸、抗堿能力強 [2]，為優(yōu)良的紡織原料。 我國森林資源豐富，森林覆蓋面積只有國土總面積的 12%，人均占有森林的面積更少。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 2 第 2 章 文獻綜述 第 節(jié) 研究棉短絨清潔制漿工藝的意義 纖維是形態(tài)學(xué)上的概念，是指一種長度與截面直徑之比較大、具有一定柔性和強度的細長物體。 通過查閱各種文獻，了解國內(nèi)外的棉短絨制漿工藝，然后與本工藝進行對比，找到本工藝的創(chuàng)新點四個，用羥基自由基活性氧和堿液的混合溶液作為藥劑，使液比減少為 1~； 用 KOH 代替 NaOH，黑液轉(zhuǎn)化為鉀肥，實現(xiàn)資源的充分利用；采用連續(xù)管式蒸煮器；浸漬機有帶式輸送代替螺旋輸送。 關(guān)鍵詞：棉短絨 清潔制漿 工藝設(shè)計 零排放 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 II An Project Design on “Annual Output of 30,000 tons of Viscose Fiber Cotton Pulp Cleaning Process” Abstract: The design on annual output of 30,000 tons of viscose fiber cotton pulp cleaning process is based on industrial test of 10,000 tons level, the design on the process has continuous, clean, low temperature, high efficiency, high yield of the product, energy and water conservation and waste reduction characteristics. The entire process with technology i