【正文】 3 所示。 該化學(xué)過程陰極所產(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，陽極產(chǎn)生的氧氣也會回收利用在后續(xù)的蒸煮器中。 通過上面四處的主要創(chuàng)新點的改進，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玫拟浄省? (3)黑液得到充分利用，實現(xiàn)了零排放的循環(huán)經(jīng)濟模式。 棉短絨二次藥劑氧氣制藥機開棉機 三級旋風(fēng)除皮 喂棉器 一次浸漬二次浸漬 一次催化反應(yīng)移動料倉 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綜合這兩種方法的優(yōu)缺點，研究出了過氧化氫強化的氧堿法制漿工藝 [25]。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，尤其白度達到了 %，無需用氯漂白。制漿工藝主要出現(xiàn)了氧堿法、堿 過氧化氫法、過氧化氫強化的氧堿法和連續(xù)法制漿等低污染的制漿工藝，對于解決棉短絨制漿過程中存在的得率低、污染嚴重等問題取得了很大的進步。 木素和過氧化氫的反應(yīng) ，過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。 簡單概括來說，植物纖維原料在蒸煮過程中，木素與堿反應(yīng)包括： ① 通過木素大分子中酚型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。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 植物細胞壁中，給造紙工業(yè)的制漿和漂白帶來很大的難度。 (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。當溫度較低時，堿性水解應(yīng)甚微，溫度越高，水解越強烈。 粘膠長絲在國外主要用于服裝夾里布，在國內(nèi)主要用于服裝夾里布、被面等各種綢緞 [11]。 M1 177。 s M1 177。本品不宜久貯，平時應(yīng)加強檢查，發(fā)現(xiàn)漏桶及時更換，如遇墊倉北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 9 木冒煙，應(yīng)立即將冒煙物搬出倉外，或用水澆。 25%以上則引起疼痛和形成水泡而發(fā)生劇烈化學(xué)燒傷，進入眼中則引起劇烈疼痛，損傷角膜，嚴重時甚至失明，吸入 260mg/m3濃度的過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。遇到強還原劑時，發(fā)生還原反應(yīng)。失火時，宜用砂土撲救，防止用水直沖物品 [13]。固體產(chǎn)品，每桶凈重 50kg、100kg 或 150kg。 (4)安全性 對組織有燒灼作用，可溶解蛋白，形成堿性變性蛋白。5 氫氧化鉀國家質(zhì)量標準 項目 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） /%≤ 鐵（ Fe） /% ≤ 硫酸鹽（以 錯誤 !未找到引用源。 氫氧化鉀介紹 (1)性質(zhì) 氫氧化鉀，化學(xué)式為 KOH，分子量為 。2 一類絨的等級標準 項目 色澤 剝工質(zhì)量 一級 乳白色，稍帶有灰白或陰黃，稍有污染 棉結(jié)、索絲較少 二級 色黃白或灰白，污染較多 棉結(jié)、索絲較多 三級 黃白帶灰暗，夾有糟片，污染較多 棉結(jié)、索絲較多 表 2各級實物標準為各級的最低限，對照時如低于上一級標準的應(yīng)定為下一標準；低于三級標 準的為級外。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]。目前國內(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)計論文 3 解嚴重，且污染嚴重，黑液色澤深，有機物濃度大， COD 達 5 104mg/L， pH 高，治理困難，嚴重制約了我國棉短絨制漿的發(fā)展。我國禾草類制漿在世界上占有重要的地位，但其纖維較短，不能滿足一些高級紙張的要求。由于時間和能力的限制，本工藝包只是初步的設(shè)計，期望能夠為天然纖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。本工藝流程的設(shè)計是對我所學(xué)的化工單元操作基本知識的應(yīng)用和提升，使我對實際工藝流程設(shè)計中的優(yōu)化選擇和經(jīng)濟效益有了深刻的認識。 3．主要參考文獻 [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].中國造紙， 1999,（ 3）： 4146. [28] 唐宏青 . 工藝包設(shè)計編寫提綱探討 [J]. 化工設(shè)計， 2020， 11（ 6）： 1113. 4．進度安排 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 I “年產(chǎn)三萬噸粘膠纖維用棉漿粕清潔工藝”項目設(shè)計 摘要： 年產(chǎn)三萬噸粘膠纖維用棉漿粕清潔工藝是在萬噸級工業(yè)試驗基礎(chǔ)上進行設(shè)計的，該工藝設(shè)計具有連續(xù)、清潔、低溫、高效、產(chǎn)品收率高，節(jié)能節(jié)水減排的特點，整個工藝流程利用技術(shù)集成和生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計思維，解決了該行業(yè)制漿黑液難以治理的問題，實現(xiàn)了零排放的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式。 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。 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。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。每噸棉籽可剝?nèi)∶薅探q 35~80kg。 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 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。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。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。 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。易貯放在通風(fēng)、干燥庫房內(nèi)，容器要密封。光照、加熱及一些重金屬離子能加速它的分解。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。 過氧化氫屬于一級無機酸性腐蝕性物品。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。 100 注： M1 由供需雙方協(xié)商確定 表 211： 表 2 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。 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。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。 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 (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。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。 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。 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]。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。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。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。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。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。 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)。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。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)。 (4)浸漬器采用帶式輸送?？紤]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。 連續(xù)法制漿工藝 近幾年，我國在連續(xù)蒸煮漂白工藝上取得了一些成就，經(jīng) Bivis 處理所得的棉漿粕的質(zhì)量能夠達到標準要 求，提高了產(chǎn)量，降低了能耗，且減少了污染 [27]，是清潔制漿工藝的發(fā)展趨勢。 堿 過氧化氫法制 漿工藝 20世紀 80年代，保定鈔票廠首家引進棉短絨堿 過氧化氫法制漿技術(shù)和相關(guān)設(shè)備。然后用堿液進行浸漬，濾去過量的堿液，再裝入蒸煮器中進行蒸煮。反應(yīng)過程中，木素中一些帶色的基團如對醌、鄰醌和側(cè)鏈的共軛雙鍵等被氧化斷裂而成為無色基團，從而使?jié){液漂白。但此反應(yīng)只是在α 位有醇羥基的情況下才出現(xiàn)。到目前為止，大多數(shù)研究者認為木素主要是由愈瘡木基型、紫丁香基型和對羥苯基型結(jié)構(gòu)單元（如圖 2在大多數(shù)情況下，隨著羥基的被氧化， 纖維素的聚合度下降。2 反應(yīng) I CCCCC H 2 O HH O HHHO HHO RC H OCCCCC H 2 O HH HHO HHO RH O H OC H 2 O HO CCCCC H 2 O HHO HHO RH OC H 2 O HO H CCCCC H 2 O HHO HHH O