【正文】 動力粘度 /mPa M1 177。 甲種纖維素 /% ≧ 北京化工大學畢業(yè)設計論文 10 灰分 (725℃ )/% ≦ 鐵含量 /(mg/kg) ≦ 20 25 30 白度 /% ≧ 82 79 78 小塵埃 (～ ， 絕干量 )/(mm3/kg) ≦ 140 180 240 大塵埃 (,絕干量 )/(個 /kg)≦ 吸堿值 /% 500 480 450 反應性能 /s ≦ 100 250 定量 /(kg/m3) 長網(wǎng) 700 177。 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 [15]，粘膠纖維的物理化學性能也在逐步提高，主要粘膠纖維的物理化學性能如表 211 粘膠纖維性質(zhì) 物理化學性能 粘膠短纖維 粘膠長絲 強度（克 /旦） 干 ~ ~ 濕 ~ ~ 干濕強力比（ %） 60~65 45~55 勾結強度（克 /旦） ~ ~ 打結強度（克 /旦） ~ ~ 伸 長 率 （ % ） 干 16~22 18~24 濕 21~29 24~35 伸長彈性度（伸長 3%時， %） 55～ 80 60~80 楊氏模數(shù) 克 /旦 30～ 70 65~85 公斤 /毫米 2 400～ 950 850~1150 比 重 ~ 含水率（%） 公定 北京化工大學畢業(yè)設計論文 11 標準狀態(tài) 20℃ 65%RH ~ 其他狀態(tài) 20℃， 20%RH:~； 20℃， 95%RH:~ 熱的影響 軟化 ，不熔化。 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]。1 纖維素的分子鏈結構式 (2)纖維素的堿性降解 在一般情況下，纖維素的配糖鍵對堿是穩(wěn)定的。纖維素的堿性降解主要為堿性水解和剝皮反應。與酸性水解一樣，堿性水解使纖維素的部分配糖鍵斷裂，產(chǎn)生新的 還原性末端基，聚合度降低。當溫度較低時，堿性水解應甚微，溫度越高，水解越強烈。反應式如圖 22 纖維素的堿性降解反應 反應 I. 剝皮反應 反應Ⅱ . 終止反應 生成的異變糖酸有以下兩種構型 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 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，苷鍵斷開，脫出了一個端基； （ d）→（ e）互變異構，形成二羰基衍生物； （ e）→（ f）異構化，形成異變糖酸（ f）。 （ k）所形成的纖維素的末端基為偏變糖酸，它具有以下兩種形式 H OC H 2 O HCCCCH O HHHO HHO RHC O O HC H 2 O HCCCCH HHO HHO RHC O O H α 偏變糖酸末端基纖維素 β 偏變糖酸末端基纖維素 由于纖維素的末端基不存在醛基，不能再產(chǎn)生剝皮反應，降解因此而終止。 (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。氧化纖維素的結構與性質(zhì)和原來的纖維素不同，隨使用的氧化劑的種類和條件而定。 纖維素的氧化方式有兩種：選擇性氧化和非選擇性氧化。這兩種氧化纖維素的主要差別在于酸型氧化纖維素具有離子交換性質(zhì)，而還原型氧化纖維素對堿不穩(wěn)定。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。為此，人們進行了大量的研究以探求木素在植物生長過程中的形成機理及其與碳水化合物的結合情況。3）聚合而成的高分子化合物。3 木素結構單元 北京化工大學畢業(yè)設計論文 15 木素結構的主要鏈接方式有：縮合型和非縮合型、 β O4 連接單元、 β 5 連接、β 1 連接單元、聯(lián)苯結構、 4O5 連接單元、 β β 連接單元 、β 6 連接單元和 β 2 單元和其他連接方式。 簡單概括來說，植物纖維原料在蒸煮過程中，木素與堿反應包括： 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，非酚型結構基團在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，導致新的酚羥基的生成。 ② 上述 4 種醚鍵斷裂的同時，還伴隨著脫芳基、脫烷基、脫甲醛等反應，使木素分子逐步降解而溶出，其中以非酚型結構的 β 芳基醚鍵的斷裂的脫芳基反應為引起木素降解的主要反應。 ③ 當有蒽醌存在時， 蒽醌促進了 β 芳基醚鍵的斷裂，加速了木素的溶出，同時保護了碳水化合物。 過氧化氫的漂白作用靠 H2O2離解產(chǎn)生的 HOO使?jié){液的發(fā)色基團脫色。 木素和過氧化氫的反應 ，過氧化氫主要消耗在醌型結構的氧化和木素酚型結構的苯環(huán)及含有羰基和具有α 、 β 烯醛結構的側鏈的氧化上。同時，苯核上還發(fā)生北京化工大學畢業(yè)設計論文 16 脫甲基反應。 (4)木素與氧的反應 分子氧作為漂白劑，主要是利用分子氧的兩個未成對的電子對有機物具有強烈的反應傾向，從而發(fā)生游離基反應。在氧漂白中，木素結構的自偶氧化反應生成 HOO，作為一種親核試劑，可以被加成到羰基和共軛羰基結構上 [19]。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。 燒堿 法制漿工藝 棉短絨在蒸煮前要進行原料的凈化，原料首先進行除皮、除塵等使含雜率低于3%。 典型棉短絨燒堿法制漿工藝條件如下： 用堿量 %（質(zhì)量分數(shù)，下同） 10~15 液比 3:1~6:1 蒸煮溫度 ℃ 140~170 蒸煮時間 h 2~5 采用傳統(tǒng)的高溫、高堿和較長時間保溫的 蒸煮方法雖然能夠達到粘膠纖維用棉漿粕的質(zhì)量指標，但纖維的損失和降解嚴重，是棉漿的得率低，由于果膠與堿反應生成的物質(zhì)會吸附在纖維表面，使?jié){的白度降低。 北京化工大學畢業(yè)設計論文 17 氧堿法制漿工藝 與木片和草片相比，棉短絨的結構疏松，有利于氧氣的擴散和滲透，且氧氣容易制得，價格便宜，因此棉短絨制漿適合用氧堿法的工藝。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。氧堿法是一種低污染的棉短絨制漿工藝 [21]。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]。 北京化工大學畢業(yè)設計論文 18 過氧化氫強化的氧堿法制漿工藝 氧堿法和堿 過氧 化氫法制漿工藝，所產(chǎn)生的污染少，且能夠值得滿足質(zhì)量標準的棉漿粕，但也存在一些問題。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]。過氧化氫強化的氧堿法制漿工藝，綜合了氧堿法和堿 過氧化氫工藝的優(yōu)點，黑液有機物含量低，便于治理，漿粕的得率、白度和各項指標也有很大的提高，而且避免了上述兩種方法的不足，是棉短絨制漿工藝取得的很大的進步。 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上進行的改進，與燒堿法相比，制得的棉漿粕得率、白度和強度等質(zhì)量指標都有很大的提高；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，高溫和反應時間較長；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。 年產(chǎn)三萬噸的清潔制漿工藝流程設計，需要對該流程的各環(huán)節(jié)的安全、投資、環(huán)保等綜合考慮 [28]，再細致工藝流程所需的設備、管路、儀表控制、配件和材料，都需北京化工大學畢業(yè)設計論文 19 要我們計算、選擇和設計，各種設備的布局安排需要我們自己處理，經(jīng)過該工藝流程產(chǎn)生的棉絨漿，還必須經(jīng)過各種檢測 [29]，達到我們制備棉漿粕的標準，這整個過程的每處細節(jié)都將是對我們的一項重大的考驗。 棉短絨二次藥劑氧氣制藥機開棉機 三級旋風除皮 喂棉器 一次浸漬二次浸漬 一次催化反應移動料倉 二次催化反應連蒸器 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主要創(chuàng)新點有四個： (1)減少液比，降低了能耗。 (2)采用連續(xù)蒸煮工藝，提高棉漿粕的性能。由于藥劑與原料混合不均勻，原料在蒸煮器中的停留時間不同和原料加熱的先后順序不同，造成了生產(chǎn)的產(chǎn)品分子量分布較寬，質(zhì)量不均勻。 (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。為了解決這個問題，降低環(huán)境污染，提高資源的有效利用率，我們設想將堿液由 KOH 代替 NaOH，黑液經(jīng)過多效蒸發(fā)濃縮后，可以作為鉀肥利用，提高了資源的利用率，并且洗漿用水經(jīng)過處理后回用，實現(xiàn)了零排放的循環(huán)經(jīng)濟生產(chǎn)模式。老工藝均采用螺旋輸送機或者高效螺 旋壓榨浸漬機，輸送濕料的電耗非常大，而且浸漬速率比較慢。為了提高浸漬速率，根據(jù)速率 =推動力 /阻力，我們采用擠壓的方式提高推動力，在藥劑中加入表面活性劑減少阻力，從而提高了浸漬速率。 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? 第 節(jié) 制藥機的原理及結構 北京化工大學畢業(yè)設計論文 21 生產(chǎn)裝置的核心部分是一個電催化膜反應器（如圖 3陽極和陰極反應如下： 陽極： 2OH－ ?H2O+1/2O2+2e 陰極： H2O+O2+2e?HO2－ +OH－ 總反應： OH－ +1/2O2?HO2－ 陰極 陽極空氣軟水產(chǎn)品 + 氮氣 堿 + 氧氣堿循環(huán)離子膜K +K +K + 圖 3陰極中氧在電場和催化劑作 用下還原成羥基自由基活性氧（活性氧 ,以下同）水溶液，同時生成 OH－ 離子，得到產(chǎn)物為堿性的活性氧水溶液。 該化學過程陰極所產(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。 電極板為具有較大反應面積的 低碳波紋不銹鋼板材制作，提高了反應區(qū)氣液湍流程度，增加了有效碰撞，有利于反應進行。 陰極室采用多孔碳素材料作骨架，該材料經(jīng)過特殊處理。陽離子交換膜是反應器的核心部件之一，其特征是只允許 K+、 Na+通過，而對 OH— 具有排斥作用，使之不能通過離子膜到達陰極反應區(qū)，使反應向生成過氧化物方向進行，有效的抑制副反應，從而提高系統(tǒng)的選擇性，提高轉化率。3 所示。3 制藥單元的工藝流程示意簡圖 空氣經(jīng)過除塵器 X0102 進入羅茨鼓風機 C0101，然后進入空氣緩沖罐 V0103，緩沖罐上設有放空閥 ，保持緩沖罐壓力恒定，有利于對制藥機進氣量的控制；從緩沖罐出來的空氣進入堿吸收塔 T0102，吸收空氣中的二氧化碳，防止在制藥機中與堿液進行反應，然后進入水吸收塔 T0101，吸收從堿吸收塔帶入的堿液和其他雜質(zhì)，然后北京化工大學畢業(yè)設計論文 23 進入制藥機空氣的干管，支管，再分配管，陽極空氣管，進入制藥機陽極參與反應。另一部分進入配藥罐，與藥劑混合，流 入軟水罐