【正文】 ，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(guó)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(dòng)的作用。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(jī)物濃度也較高，很難治理，而且治理費(fèi)用對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)有時(shí)大到難以承受。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(jìn)。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(shí)間 min 60~120 助劑 % （ NaSiO MgSO EDTA） 過氧化氫強(qiáng)化的氧堿法制漿工藝中主要影響因素是 H2O2 用量、 NaOH 用量 [26]。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。下面將介紹近幾年來棉短絨制漿工藝取得的進(jìn)步。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。由于酚羥基具有弱酸性，對(duì)氫氧化鉀具有親和力，實(shí)際上是增加了木素的親液基團(tuán)，并能使反應(yīng)繼續(xù)下去。因此，為使生產(chǎn)出的棉漿粕滿足質(zhì)量指標(biāo)，必須除去棉短絨所含的木質(zhì)素 [1 18]。氧化劑與纖維素作用的產(chǎn)物成為氧化纖維素。 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(gè)個(gè)掉下來使纖維素大分子逐步降解的過程。 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(jì)論文 12 OC H 2 O HO HO HOOC H 2 O HO HO HO 圖 2 M1 177。 M1 177。失火時(shí)，可用水、干砂或二氧化碳滅火器撲救。工作接觸時(shí)要穿防護(hù)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(hù)眼鏡和面具。 ③ 過氧化氫在發(fā)生氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)時(shí)，其本身都不給環(huán)境造成雜質(zhì) 。 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 。液體產(chǎn)品用槽車裝運(yùn)，每槽車裝 。溶液或粉塵濺到皮膚上，尤其濺到黏膜，可產(chǎn)生軟痂。 計(jì)）/%≤ 硝酸及亞硝酸鹽（以 N 計(jì)） /%≤ 鈉（ Na） /% ≤ 氯酸鉀 (KClO3)/% ≤ 注：用戶對(duì)硫酸鹽和鈉兩項(xiàng)指標(biāo)無(wú)要求時(shí)，可不控制。白色斜方晶體，工業(yè)品為白色或淡灰色的塊狀或棒狀。3 二類絨的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 二類絨 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 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(xiàng)定級(jí)；低于三類的為級(jí)外。 表 2因此，研究清潔制漿新工藝，解決污染問題，對(duì)我國(guó)棉短絨制漿業(yè)的發(fā)展，環(huán)境和水資源的保護(hù)具有重要意義。 棉纖維在各種天然纖維素中，纖維素含量最高，纖維柔韌，細(xì)長(zhǎng)，彈性好，強(qiáng)度好，抗稀酸、抗堿能力強(qiáng) [2]，為優(yōu)良的紡織原料。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 第 2 章 文獻(xiàn)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(zhǎng)度與截面直徑之比較大、具有一定柔性和強(qiáng)度的細(xì)長(zhǎng)物體。 關(guān)鍵詞：棉短絨 清潔制漿 工藝設(shè)計(jì) 零排放 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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 integration 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。 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。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。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)也離不開植物纖維 [1]。但在 1949 年以前，棉籽基本上不剝絨，新中國(guó)成立后才開始仿制鋸齒剝絨機(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，棉短絨的用途越來越廣。其平均長(zhǎng)度在 2~6mm。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。二、三類棉短絨等級(jí)條件見表 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。屬?gòu)?qiáng)堿，腐蝕性強(qiáng)，吸水性極強(qiáng)。6： 表 2最高容許濃度為 。 UN ； IMDG 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 CODE8214 頁(yè)， 類。過氧化氫的化學(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。7 工業(yè)級(jí)過氧化氫質(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濃度大于 40%的雙氧水有腐蝕性。10 規(guī)定。 100 圓網(wǎng) 500 177。 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纖維素的堿性降解主要為堿性水解和剝皮反應(yīng)。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，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）。 纖維素的氧化方式有兩種：選擇性氧化和非選擇性氧化。3）聚合而成的高分子化合物。 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。 (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)。 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。其工藝條件如下： 用堿量 % 2~6 過氧化氫用量 % 1~4 液比 5:1 最高溫度 ℃ 92~120 助劑 % ~（ NaSiO MgSO EDTA） 堿 過氧化氫法制漿工藝，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]。 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，減少了過程所用能耗，減少了制漿過程中的污染，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。 (2)采用連續(xù)蒸煮工藝，提高棉漿粕的性能。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。陽(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 陰極室采用多孔碳素材料作骨架，該材料經(jīng)過特殊處理。另一部分進(jìn)入配藥罐，與藥劑混合，流 入軟水罐