【正文】 ntegration and ecological industry chain can solve the difficult problem of pulping black liquor governing and realize zeroemission cycle model of economic development. The design is divided into two units of the pharmaceuticals and pulp. The pharmaceutical unit has pleted the process design, material balance, and some of the heat balance calculation and selection of equipment and piping design, the drawing of process flow diagram with a control point and the floor plan。 3．主要參考文獻(xiàn) [16] [蘇 ] A. T. 謝爾柯夫 . 粘膠纖維 [M]. 北京：紡織工業(yè)出版社， 1985： 24. [19] 詹懷宇 . 纖維化學(xué)與物理 [M]. 北京：科學(xué)出版社， 2020： 8283， 132137， 301307. [24] 陳嘉川，等 . 棉短絨低污染制漿工藝的研究 [J].中國(guó)造紙， 1999,（ 3）： 4146. [28] 唐宏青 . 工藝包設(shè)計(jì)編寫(xiě)提綱探討 [J]. 化工設(shè)計(jì)， 2020， 11（ 6）： 1113. 4．進(jìn)度安排 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I “年產(chǎn)三萬(wàn)噸粘膠纖維用棉漿粕清潔工藝”項(xiàng)目設(shè)計(jì) 摘要： 年產(chǎn)三萬(wàn)噸粘膠纖維用棉漿粕清潔工藝是在萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，該工藝設(shè)計(jì)具有連續(xù)、清潔、低溫、高效、產(chǎn)品收率高，節(jié)能節(jié)水減排的特點(diǎn)，整個(gè)工藝流程利用技術(shù)集成和生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計(jì)思維，解決了該行業(yè)制漿黑液難以治理的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了零排放的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。 2．設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容 （ 1）確定整個(gè)生產(chǎn)工藝的流程及操作條件， 進(jìn)行整個(gè)過(guò)程的物料衡算； （ 2）制藥部分進(jìn)行詳細(xì)的物料、能量衡算，根據(jù)相關(guān)手冊(cè)和經(jīng)驗(yàn)，確定管徑大小和設(shè)備的選型，繪制出設(shè)備的平面布置圖和帶控制點(diǎn)的工藝流程圖； （ 3）制漿部分進(jìn)行簡(jiǎn)要的物料衡算和設(shè)備尺寸的確定，繪制出簡(jiǎn)要的設(shè)備平面布置圖和工藝流程圖。本工藝流程的設(shè)計(jì)是對(duì)我所學(xué)的化工單元操作基本知識(shí)的應(yīng)用和提升，使我對(duì)實(shí)際工藝流程設(shè)計(jì)中的優(yōu)化選擇和經(jīng)濟(jì)效益有了深刻的認(rèn)識(shí)。因此，科技部在十二五期間，提出了天然纖維素清潔制漿集成技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及示范的項(xiàng) 目，本文主要是對(duì)該項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)，期望能夠?yàn)檎w項(xiàng)目提供參考。由于時(shí)間和能力的限制，本工藝包只是初步的設(shè)計(jì)，期望能夠?yàn)樘烊焕w維素的清潔制漿集成技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供初步的 參考。植物纖維是造紙工業(yè)的主要原料，許多植物纖維（如棉、麻類）也是紡織工業(yè)的重要原料，革制品工業(yè)也離不開(kāi)植物纖維 [1]。我國(guó)禾草類制漿在世界上占有重要的地位，但其纖維較短，不能滿足一些高級(jí)紙張的要求。但在 1949 年以前，棉籽基本上不剝絨，新中國(guó)成立后才開(kāi)始仿制鋸齒剝絨機(jī)，并逐步在全國(guó)各棉區(qū)推廣使用，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，棉短絨的用途越來(lái)越廣。目前國(guó)內(nèi)棉短絨制漿采用傳統(tǒng)的高溫、高堿的蒸煮和含氯漂白工藝，制漿得率低，纖維降北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 解嚴(yán)重，且污染嚴(yán)重，黑液色澤深，有機(jī)物濃度大， COD 達(dá) 5 104mg/L， pH 高，治理困難，嚴(yán)重制約了我國(guó)棉短絨制漿的發(fā)展。其平均長(zhǎng)度在 2~6mm。棉短絨是輕工業(yè)、軍工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工 業(yè)的重要物資 [8]。棉短絨纖維粗短，成熟度比長(zhǎng)纖維好，理化性能與細(xì)絨棉相同。各級(jí)實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)為各級(jí)的最低限，對(duì)照時(shí)如低于上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)定為下一標(biāo)準(zhǔn)；低于三級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)的為級(jí)外。二、三類棉短絨等級(jí)條件見(jiàn)表 22 一類絨的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 色澤 剝工質(zhì)量 一級(jí) 乳白色，稍帶有灰白或陰黃，稍有污染 棉結(jié)、索絲較少 二級(jí) 色黃白或灰白，污染較多 棉結(jié)、索絲較多 三級(jí) 黃白帶灰暗，夾有糟片，污染較多 棉結(jié)、索絲較多 表 2包裝用棉布或麻布，每包重量 75kg~100kg；棉包密度為 250kg/m3~400kg/m3，搬運(yùn)存放必須保持清晰完整，防止混類、混級(jí)、混批。 氫氧化鉀介紹 (1)性質(zhì) 氫氧化鉀，化學(xué)式為 KOH，分子量為 。屬?gòu)?qiáng)堿，腐蝕性強(qiáng)，吸水性極強(qiáng)。5 氫氧化鉀國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 固體Ⅰ類 固體Ⅱ類 液體 優(yōu)等品 一等品 一等品 合格品 一等品 合格品 氫氧化鉀（ KOH） /% ≥ 碳酸鉀（ K2CO3） /% ≤ 氯化物（以 Cl 計(jì)） /%≤ 鐵（ Fe） /% ≤ 硫酸鹽（以 錯(cuò)誤 !未找到引用源。6： 表 2 (4)安全性 對(duì)組織有燒灼作用，可溶解蛋白，形成堿性變性蛋白。最高容許濃度為 。固體產(chǎn)品，每桶凈重 50kg、100kg 或 150kg。 UN ； IMDG 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 CODE8214 頁(yè)， 類。失火時(shí)，宜用砂土撲救，防止用水直沖物品 [13]。過(guò)氧化氫的化學(xué)性質(zhì)有： ① 弱酸性 N a 2 O 2 2 H C l H 2 O 2 2 N a C l（ 強(qiáng) 酸 制 弱 酸 ） ② 氧化性（還原產(chǎn)物為 H2O，不會(huì)引入新的雜質(zhì)）； ③ 還原性（氧化產(chǎn)物為 O2）； ④ 不穩(wěn)定性 有資料顯示，純的過(guò)氧化氫相當(dāng)穩(wěn)定， H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90%的濃雙氧水在 500℃時(shí)每小時(shí)僅有 %的 H2O2分解。遇到強(qiáng)還原劑時(shí)，發(fā)生還原反應(yīng)。7 工業(yè)級(jí)過(guò)氧化氫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 指標(biāo)名稱 %規(guī)格 30%規(guī)格 35%規(guī)格 50%規(guī)格 H2O2/% ≥ 30 35 50 游離酸（以 H2SO4計(jì)） /% ≤ 不揮發(fā)物 /% ≥ 穩(wěn)定物 /% ≥ 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 總碳（以 C 計(jì)） /% ≤ 硝酸鹽（以 NO3）計(jì) /% ≤ 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB16162020 表 2 25%以上則引起疼痛和形成水泡而發(fā)生劇烈化學(xué)燒傷，進(jìn)入眼中則引起劇烈疼痛，損傷角膜，嚴(yán)重時(shí)甚至失明，吸入 260mg/m3濃度的過(guò)氧化氫蒸汽引起支氣管炎，肺氣腫甚至死亡，車間允許最高濃度為 3mg/m3。濃度大于 40%的雙氧水有腐蝕性。本品不宜久貯，平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)檢查，發(fā)現(xiàn)漏桶及時(shí)更換，如遇墊倉(cāng)北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 木冒煙，應(yīng)立即將冒煙物搬出倉(cāng)外，或用水澆。10 規(guī)定。 s M1 177。 100 圓網(wǎng) 500 177。 M1 177。 100 注： M1 由供需雙方協(xié)商確定 粘膠纖維的用途及性質(zhì) (1)粘膠纖維的性質(zhì) 隨著粘膠纖維制造工藝的改進(jìn) [15]，粘膠纖維的物理化學(xué)性能也在逐步提高，主要粘膠纖維的物理化學(xué)性能如表 2 粘膠長(zhǎng)絲在國(guó)外主要用于服裝夾里布，在國(guó)內(nèi)主要用于服裝夾里布、被面等各種綢緞 [11]。纖維素的堿性降解主要為堿性水解和剝皮反應(yīng)。當(dāng)溫度較低時(shí)，堿性水解應(yīng)甚微，溫度越高，水解越強(qiáng)烈。2 纖維素的堿性降解反應(yīng) 反應(yīng) I. 剝皮反應(yīng) 反應(yīng)Ⅱ . 終止反應(yīng) 生成的異變糖酸有以下兩種構(gòu)型 C H2 O HC O O HCCCC H 2 O HO HHHO HHH OC O O HCCCC H 2 O HHHO HHH O H 2 C α 異變糖酸 β 異變糖酸 反應(yīng) I 的解釋如下： （ a） →（ b）醛酮糖互變； （ b）→（ c）酮式變成烯醇式； （ c）→（ d）β 烷氧基消除反應(yīng)，苷鍵斷開(kāi)，脫出了一個(gè)端基； （ d）→（ e）互變異構(gòu)，形成二羰基衍生物； （ e）→（ f）異構(gòu)化，形成異變糖酸（ f）。 (3)纖維素的氧化降解 纖維素葡萄糖基環(huán)的 C C C6位的游離羥基以及 C1位的還原性末端基易被空氣、氧氣、漂白劑等氧化劑所氧化，在分子鏈上引入醛基、酮基或羧基，使功能基改變。 纖維素的氧化方式有兩種：選擇性氧化和非選擇性氧化。其與以半纖維素為主的碳水化合物生成木素 碳水化合物綜合體存在于 植物細(xì)胞壁中，給造紙工業(yè)的制漿和漂白帶來(lái)很大的難度。3）聚合而成的高分子化合物。 簡(jiǎn)單概括來(lái)說(shuō)，植物纖維原料在蒸煮過(guò)程中，木素與堿反應(yīng)包括： ① 通過(guò)木素大分子中酚型α 芳基醚鍵的斷裂，酚型α 烷基醚鍵的斷裂，非酚型結(jié)構(gòu)基團(tuán)在α 碳原子上連有 OH 基的 β 芳基醚鍵的斷裂和苯環(huán)上芳基甲基醚鍵的斷裂，導(dǎo)致新的酚羥基的生成。 ③ 當(dāng)有蒽醌存在時(shí)， 蒽醌促進(jìn)了 β 芳基醚鍵的斷裂，加速了木素的溶出，同時(shí)保護(hù)了碳水化合物。 木素和過(guò)氧化氫的反應(yīng) ，過(guò)氧化氫主要消耗在醌型結(jié)構(gòu)的氧化和木素酚型結(jié)構(gòu)的苯環(huán)及含有羰基和具有α 、 β 烯醛結(jié)構(gòu)的側(cè)鏈的氧化上。 (4)木素與氧的反應(yīng) 分子氧作為漂白劑，主要是利用分子氧的兩個(gè)未成對(duì)的電子對(duì)有機(jī)物具有強(qiáng)烈的反應(yīng)傾向，從而發(fā)生游離基反應(yīng)。制漿工藝主要出現(xiàn)了氧堿法、堿 過(guò)氧化氫法、過(guò)氧化氫強(qiáng)化的氧堿法和連續(xù)法制漿等低污染的制漿工藝，對(duì)于解決棉短絨制漿過(guò)程中存在的得率低、污染嚴(yán)重等問(wèn)題取得了很大的進(jìn)步。 典型棉短絨燒堿法制漿工藝條件如下： 用堿量 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） 10~15 液比 3:1~6:1 蒸煮溫度 ℃ 140~170 蒸煮時(shí)間 h 2~5 采用傳統(tǒng)的高溫、高堿和較長(zhǎng)時(shí)間保溫的 蒸煮方法雖然能夠達(dá)到粘膠纖維用棉漿粕的質(zhì)量指標(biāo)，但纖維的損失和降解嚴(yán)重，是棉漿的得率低，由于果膠與堿反應(yīng)生成的物質(zhì)會(huì)吸附在纖維表面，使?jié){的白度降低。與傳統(tǒng)的燒堿法相比，氧堿法在得率、白度和聚合度方面都有了很大的提高，尤其白度達(dá)到了 %，無(wú)需用氯漂白。其工藝條件如下： 用堿量 % 2~6 過(guò)氧化氫用量 % 1~4 液比 5:1 最高溫度 ℃ 92~120 助劑 % ~（ NaSiO MgSO EDTA） 堿 過(guò)氧化氫法制漿工藝，得到的黑液中 CODCr 含量為 104~ 104mg/L，有機(jī)物含量明顯減少， pH 值 ~12，黑液為棕 黃色，容易治理，產(chǎn)生的棉漿白度高，后續(xù)可采用過(guò)氧化氫漂白，避免了用含氯物質(zhì)漂白產(chǎn)生二噁英等致癌物 [22]。綜合這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，研究出了過(guò)氧化氫強(qiáng)化的氧堿法制漿工藝 [25]。 棉短絨紙漿工藝的比較 上述清潔制漿工藝都是在傳統(tǒng)的燒堿法工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，與燒堿法相比，制得的棉漿粕得率、白度和強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)都有很大的提高；蒸煮溫度降低，減少了過(guò)程所用能耗，減少了制漿過(guò)程中的污染，降低了黑液中的有機(jī)物含量，并且降低了黑液治理的難度；但制漿工藝為間歇操作，存在棉漿粕質(zhì)量不均勻，液比較大，高溫和反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)；產(chǎn)生大量黑液，且黑液的 COD 較高；次氯酸鈉漂白，產(chǎn)生高致癌物二噁英。 棉短絨二次藥劑氧氣制藥機(jī)開(kāi)棉機(jī) 三級(jí)旋風(fēng)除皮 喂棉器 一次浸漬二次浸漬 一次催化反應(yīng)移動(dòng)料倉(cāng) 二次催化反應(yīng)連蒸器 干燥、打包濾塵器氣水堿一次藥劑洗漿多效蒸發(fā)濃縮 鉀肥圖 3 (2)采用連續(xù)蒸煮工藝，提高棉漿粕的性能。 (3)黑液得到充分利用，實(shí)現(xiàn)了零排放的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。老工藝均采用螺旋輸送機(jī)或者高效螺 旋壓榨浸漬機(jī)，輸送濕料的電耗非常大，而且浸漬速率比較慢。 通過(guò)上面四處的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)的改進(jìn)，新工藝的液比從 3~5 降低到 1~，蒸煮溫度從 165℃ ~170℃降低到 120℃ ~140℃，蒸煮時(shí)間從 7h~8h 減少到 ，難以治理且量很大的黑液變?yōu)榭梢岳玫拟浄?。?yáng)極和陰極反應(yīng)如下： 陽(yáng)極： 2OH－ ?H2O+1/2O2+2e 陰極： H2O+O2+2e?HO2－ +OH－ 總反應(yīng)： OH－ +1/2O2?HO2－ 陰極 陽(yáng)極空氣軟水產(chǎn)品 + 氮?dú)?堿 + 氧氣堿循環(huán)離子膜K +K +K + 圖 3 該化學(xué)過(guò)程陰極所產(chǎn)生的羥基自由基活性氧和堿液的混合液即為浸漬棉短絨的藥劑，陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣也會(huì)回收利用在后續(xù)的蒸煮器中。 陰極室采用多孔碳素材料作骨架，該材料經(jīng)過(guò)特殊處理。3 所示。另一部分進(jìn)入配藥罐，與藥劑混合，流 入軟水罐