年产三万吨粘胶纤维用棉浆粕清洁工艺项目设计.doc

北京化工大学毕业设计论文设计（论文）题目：“年产三万吨粘胶纤维用棉浆粕清洁工艺”项目设计 学院： 化学工程学院 专业： 化学工程与工艺 班级： 学生： 指导教师（含职称）： 专业负责人： 1设计（论文）的主要任务及目标 设计年产三万吨的棉短绒清洁制浆工艺流程，主要包括物料衡算、能量衡算、简单设备选型、复杂设备的尺寸确定和工艺流程图的绘制，主要集中在制药部分的详细的设计计算和工艺流程、平面布置图的绘制。2设计（论文）的基本要求和内容（1）确定整个生产工艺的流程及操作条件，进行整个过程的物料衡算；（2）制药部分进行详细的物料、能量衡算，根据相关手册和经验，确定管径大小和设备的选型，绘制出设备的平面布置图和带控制点的工艺流程图；（3）制浆部分进行简要的物料衡算和设备尺寸的确定，绘制出简要的设备平面布置图和工艺流程图。3主要参考文献16 苏 A. T. 谢尔柯夫. 粘胶纤维M. 北京：纺织工业出版社，1985：2-4.19 詹怀宇. 纤维化学与物理M. 北京：科学出版社，2005：82-83，132-137，301-307.24 陈嘉川，等. 棉短绒低污染制浆工艺的研究J.中国造纸，1999,（3）：41-46.28 唐宏青. 工艺包设计编写提纲探讨J. 化工设计，2001，11（6）：11-13.4进度安排63“年产三万吨粘胶纤维用棉浆粕清洁工艺”项目设计摘要：年产三万吨粘胶纤维用棉浆粕清洁工艺是在万吨级工业试验基础上进行设计的，该工艺设计具有连续、清洁、低温、高效、产品收率高，节能节水减排的特点，整个工艺流程利用技术集成和生态产业链的设计思维，解决了该行业制浆黑液难以治理的问题，实现了零排放的循环经济发展模式。本设计主要分为制药和制浆两个单元。制药单元完成了流程的设计，物料衡算和部分热量衡算，设备和管路的设计计算及选型，带控制点的工艺流程图及平面布置图的绘制；制浆单元完成了物料衡算，设备尺寸的确定，工艺流程图和平面布置图的绘制。本工艺流程的设计是对我所学的化工单元操作基本知识的应用和提升，使我对实际工艺流程设计中的优化选择和经济效益有了深刻的认识。关键词：棉短绒 清洁制浆 工艺设计 零排放 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 zero-emission cycle model of economic development. The design is divided into two units of the pharmaceuticals and pulp. The pharmaceutical unit has completed 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; pulp unit has completed the material balance, determination of the size of equipment, the drawing of process flow diagram and the floor plan. The design of this process with the application and upgrading of basic knowledge of the chemical unit operations makes me have a deep understanding of the selection and economic benefits of the actual process design optimization.Keywords: cotton linter clean pulping process design zero-emission目录第1章 前言1第2章 文献综述2第2.1节 研究棉短绒清洁制浆工艺的意义2第2.2节 棉短绒制浆的原材料介绍32.2.1棉短绒介绍32.2.2 氢氧化钾介绍52.2.3过氧化氢介绍7第2.3节 产品棉绒浆介绍及应用92.3.1 粘胶纤维用棉浆粕的质量指标92.3.2粘胶纤维的用途及性质10第2.4节 棉短绒制棉绒浆的反应原理112.4.1纤维素的反应原理112.4.2 木素的反应原理14第2.5节 棉短绒制浆工艺的研究现状162.5.1 烧碱法制浆工艺162.5.2 氧碱法制浆工艺162.5.3 碱-过氧化氢法制浆工艺172.5.4过氧化氢强化的氧碱法制浆工艺172.5.5 连续法制浆工艺182.5.6棉短绒纸浆工艺的比较18第3章 粘胶纤维用棉浆粕清洁工艺的设计19第3.1节 棉短绒清洁制浆工艺设计19第3.2节 制药机的原理及结构20第3.3节 制药工段的工艺流程设计22第3.4节 制浆工段的工艺流程设计23第4章 棉短绒制浆工艺计算25第4.1节 物料衡算254.1.1 原料平衡计算254.1.2水的平衡计算254.1.3蒸汽的平衡计算254.1.4化学品的平衡计算264.1.5物料平衡数据表284.2标准设备计算及选型294.2.1各种容器体积的计算及选择294.2.2泵的选择304.2.3风机的选择314.2.4换热器的选择31第5章 主要设备的设计和计算34第5.1节 制药单元的设备设计和计算345.1.1制药机的设计计算345.1.2吸收塔的设计计算34第5.2节 制浆单元的主要设备设计和计算365.2.1制浆单元设计计算365.2.2原料准备阶段设备的介绍365.2.2浸渍机的设计及计算375.2.3催化反应器设计及计算375.2.4移动料仓设计及计算385.2.5连续管式反应器设计及计算38第5.3节 设备一览表395.3.1制药单元的设备一览表395.3.2制浆单元的设备一览表41第5.4节 管道系统425.4.1管径选择425.4.2管径表42第5.5节 自控仪表45第6章 操作规程48第6.1节 制药机的操作规程486.1.1制药机的操作规程486.1.2.仪表控制说明50第6.2节 标准设备简单操作规程516.2.1泵的操作规程516.2.2罗茨鼓风机的操作规程526.2.3换热器的操作规程53参考文献56符号说明58致谢59附录60RRF-290型罗茨鼓风机介绍60板式换热器介绍61第1章 前言国家十二五规划明确指出要加快节能减排新技术、新装备的产业化研发和应用，推广棉浆粕黑液治理，加大对粘胶废水的治理和回收。目前，国内外的制浆工艺主要存在氧碱法、碱-过氧化氢法、过氧化氢强化的氧碱法和连续法制浆等低污染的制浆工艺，对于解决棉短绒制浆过程中存在的得率低、污染严重等问题取得了很大的进步，但仍存在制浆得率低，纤维降解严重，且污染严重，黑液色泽深，有机物浓度大，治理困难，治理费用较高等问题。因此，科技部在十二五期间，提出了天然纤维素清洁制浆集成技术产业化及示范的项目，本文主要是对该项目的初步设计，期望能够为整体项目提供参考。 通过查阅各种文献，了解国内外的棉短绒制浆工艺，然后与本工艺进行对比，找到本工艺的创新点四个，用羟基自由基活性氧和碱液的混合溶液作为药剂，使液比减少为11.2；用KOH代替NaOH，黑液转化为钾肥，实现资源的充分利用；采用连续管式蒸煮器；浸渍机有带式输送代替螺旋输送。查阅粘胶纤维用棉浆粕的标准，提供评价本工艺产品是否能够合格的标准；查阅各种原料的介绍，提供原料的物化性质和质量指标，为使用者提供方便；查阅各种化工设计手册，设计标准和市面上的各种设备，为本工艺初步选择合适经济的设备；查阅各种工艺流程图设计标准和规范，提供细致准确的工艺流程图；通过经常向老师请教，了解实际生产中的应注意的各种问题，学习实际生产设计的各种经验数值和实际生产中的优化选择及经济效益。通过一个学期的查阅文献和设计标准手册，参观中试实验室和老师的各种指导，初步完成了年产三万吨的棉短绒清洁制浆的工艺包设计，即设计说明书的书写，工艺流程图，带控制点的工艺流程图，平面布置图的绘制。由于时间和能力的限制，本工艺包只是初步的设计，期望能够为天然纤维素的清洁制浆集成技术的产业化提供初步的参考。第2章 文献综述第2.1节 研究棉短绒清洁制浆工艺的意义纤维是形态学上的概念，是指一种长度与截面直径之比较大、具有一定柔性和强度的细长物体。按原料进行分类，纤维素通常可分为天然纤维（包含植物纤维和动物纤维）和化学纤维（包括人造纤维和合成纤维）。植物纤维素原料品种繁多，大体上可分为两类：木材纤维素原料（针叶木、阔叶木）和非木材纤维原料（竹类、禾草类、韧皮类、籽毛类等）。植物纤维是造纸工业的主要原料，许多植物纤维（如棉、麻类）也是纺织工业的重要原料，革制品工业也离不开植物纤维1。我国森林资源丰富，森林覆盖面积只有国土总面积的12%，人均占有森林的面积更少。世界总计纸浆产量中木浆占95%以上，而我国只占26.14%。商品浆更少，而且纸浆技术发展缓慢，难以满足国内需求。我国禾草类制浆在世界上占有重要的地位，但其纤维较短，不能满足一些高级纸张的要求。棉纤维在各种天然纤维素中，纤维素含量最高，纤维柔韧，细长，弹性好，强度好，抗稀酸、抗碱能力强2，为优良的纺织原料。各种棉渣、纱头、地弄花、棉短绒、破布等纺织行业下脚料与废弃物均可用于造纸行业，一般高档特种纸，如钞票纸、证券纸以及高档生活用纸等为达到特殊的要求，常用棉纤维为原料。我国是产棉大国，皮棉年产量最高达70600万吨，棉短绒也有几十万吨，是不可忽视的优质长纤维资源。但在1949年以前，棉籽基本上不剥绒，新中国成立后才开始仿制锯齿剥绒机，并逐步在全国各棉区推广使用，随着工业生产的发展与科学技术的进步，棉短绒的用途越来越广。几十年来我国化纤、造纸及纤维素衍生物等行业以及军工部门都建立了棉短绒制浆厂。据统计，2007年我国棉花产量约为760万吨3，因此，利用棉短绒制浆具有重要的意义，但是棉短绒的剥绒生产还存在生产工艺不完善，技术力量不足等问题4，致使后续的制浆过程必须有严格的除杂。国务院“十二五”节能减排综合性工作方案，引导企业采用先进的节能新工艺、新技术和新设备，提高能源利用效率，促进“十二五”期间节能减排目标的实现。目前国内棉短绒制浆采用传统的高温、高碱的蒸煮和含氯漂白工艺，制浆得率低，纤维降解严重，且污染严重，黑液色泽深，有机物浓度大，COD达5104mg/L，pH高，治理困难，严重制约了我国棉短绒制浆的发展。因此，研究清洁制浆新工艺，解决污染问题，对我国棉短绒制浆业的发展，环境和水资源的保护具有重要意义。本文主要研究利用棉短绒制粘胶纤维用棉浆粕的生产清洁工艺，意在降低黑液浓度的情况下，实现资源的充分利用，并提高制浆得率和制得的棉浆粕的性能。第2.2节 棉短绒制浆的原材料介绍2.2.1棉短绒介绍棉短绒是棉籽剥去皮棉后仍附着在棉籽上的短绒5。其平均长度在26mm。每吨棉籽可剥取棉短绒3580kg。棉短绒是一种很纯粹的纤维素材料，-纤维素含量高达95%，其他杂质含量较低（如表21），因此它的分离和精制较其他植物纤维容易，而且得率高，-纤维素含量也高6、7。棉短绒是轻工业、军工业、化学工业、医药工业的重要物资8。表21 棉短绒的化学组成组分 组成 未精制 精制纤维素 9091 98.598.6脂肪和蜡质 0.51.0 0.10.2果胶和多缩戊糖 1.9 11.2木质素 3 灰分 11.5 0.180.3随着时代的发展，我国的棉短绒分级标准也进行了更新9，现在国家的新标准规定(GB/T20223-2006)，棉短绒类别按纤维长度分，有一类绒、二类绒、三类绒三种。一类绒是指纤维手扯长度在13mm及以上的棉短绒，一般为头道绒；二类绒是指纤维手扯长度在13mm以下，其中长3mm及以下的纤维质量占纤维总质量的58%及以下的棉短绒；三类绒是指纤维手扯长度在13mm以下，其中3mm及以下的纤维质量占纤维总质量的58%及以上的棉短绒，色泽呈白色、灰白色或棕色。棉短绒纤维粗短，成熟度比长纤维好，理化性能与细绒棉相同。棉短绒含有很多棉籽壳等杂质，需在进行反应前将其除去。而其中的棉籽壳也是一些工业中的原材料10，可以充分利用。按国家标准（GB/T20223-2006）规定，一类绒的等级依据等级条件，对照实物标准分为三级。各级实物标准为各级的最低限，对照时如低于上一级标准的应定为下一标准；低于三级标准的为级外。二、三类棉短绒根据成熟纤维百分率、硫酸不溶物、灰分、含铁量和含脂率中最低一项定级；低于三类的为级外。一类绒等级条件见表22。二、三类棉短绒等级条件见表23、表24。表22 一类绒的等级标准项目 色泽 剥工质量一级 乳白色，稍带有灰白或阴黄，稍有污染 棉结、索丝较少二级 色黄白或灰白，污染较多 棉结、索丝较多三级 黄白带灰暗，夹有糟片，污染较多 棉结、索丝较多表23 二类绒的等级标准二类绒 一级 二级 三级成熟纤维百分率/(%) 80 70 50硫酸不溶物/(%) 3.5 6 8.5灰分/(%) 1.3 1.8 2.2含铁量/(mg/kg) 250 250 250含脂量/(%) 1.00 1.00 1.00表24 三类绒的等级标准三类绒 一级 二级 三级成熟纤维百分率/(%) 80 70 50硫酸不溶物/(%) 5.0 7.0 9.0灰分/(%) 1.6 2 2.4含铁量/(mg/kg) 250 250 250含脂量/(%) 1.00 1.00 1.00检验方法，一类绒用感官对照实物标准定级。二、三类绒用化学溶剂定级。包装用棉布或麻布，每包重量75kg100kg；棉包密度为250kg/m3400kg/m3，搬运存放必须保持清晰完整，防止混类、混级、混批。一般制造棉绒浆粕不用一道短绒，或很少用一道短绒，而用二道、三道短绒。由于棉短绒含有棉籽壳等碎片，故呈暗灰色11。棉短绒在国防工业中、造纸工业中、医药工业中、食品工业中、日用化妆品中、石油工业中、装潢工业中和影像工业及其他工业都有大量的应用12。2.2.2 氢氧化钾介绍(1)性质 氢氧化钾，化学式为KOH，分子量为56.1。白色斜方晶体，工业品为白色或淡灰色的块状或棒状。相对密度为2.044，熔点为360.4，沸点为13201324。易溶于水，水溶液呈强碱性，水中溶解度110g/100mL(25)，溶解时放出大量的热；也溶于乙醇，不溶于醚。属强碱，腐蚀性强，吸水性极强。吸收CO2逐渐变为K2CO3，其性质与烧碱相似，是基础化工原料之一。(2)质量指标国家标准GB/T-1919-2010如表25：表25 氢氧化钾国家质量标准项目固体类固体类液体优等品一等品一等品合格品一等品合格品氢氧化钾（KOH）/% 95.090.090.088.048.045.0碳酸钾（K2CO3）/% 1.01.42.53.01.21.5氯化物（以Cl计）/%0.010.021.01.40.50.7铁（Fe）/% 0.0010.0020.050.07-硫酸盐（以计）/%0.050.05-硝酸及亚硝酸盐（以N计）/%0.0010.002-钠（Na）/% 1.01.02.02.01.51.5氯酸钾(KClO3)/% 0.1-注：用户对硫酸盐和钠两项指标无要求时，可不控制。I类为离子膜法，类为隔膜法。化工行业标准HG/T3688-2000如表26：表26 氢氧化钾的化工行业标准指标名称优等品一等品氢氧化钾（KOH）/% 95.090.0碳酸钾（K2CO3）/% 0.50.5氯化物（以Cl计）/% 0.0050.005铁（Fe）/% 0.00050.0005硫酸盐（以计）/% 0.0050.005硝酸及亚硝酸盐（以N计）/% 0.00050.0005钠（Na）/% 0.80.8磷酸盐（以PO4计）/% 0.0050.005硅酸盐（SiO3）/% 0.010.01铝（Al）/% 0.0020.002钙（Ca）/% 0.0050.005镍（Ni）/% 0.00050.0005重金属（以Pb计）/% 0.0020.002(3)用途在本工艺中，期望用KOH代替NaOH进行羟基自由基活性氧药剂的制备，这样产生的黑液进行一定处理后可以作为钾肥使用，使本工艺达到零排放，实现资源的充分利用。但考虑到KOH的价格较贵，因此，需要进一步进行验证。(4)安全性对组织有烧灼作用，可溶解蛋白，形成碱性变性蛋白。溶液或粉尘溅到皮肤上，尤其溅到黏膜，可产生软痂。溶解浓度越高，温度越高，作用越强。溅入眼内，不仅可损伤角膜，而且能使眼深部组织损伤。最高容许浓度为0.5mg/m3。工作时应防止触及皮肤和眼睛，如不慎触及时，可用流水洗涤受损部位，然后湿敷5%的醋酸、酒石酸、盐酸或柠檬酸溶液；如溅入眼内，应用流水或生理盐水仔细缓慢洗涤1030分钟，然后点入2%的奴佛卡因或0.5%的地卡因溶液。操作时应穿由结实布制作的工作服，带橡胶手套、袖套、围裙，穿胶鞋等劳保用品，手上易涂敷中性和疏水软膏。固体块状产品用铁桶包装，桶上应有明显的“腐蚀性物品”标志。固体产品，每桶净重50kg、100kg或150kg。液体产品用槽车装运，每槽车装3.5t。固体片状氢氧化钾内包装采用聚乙烯塑料袋，中层用聚丙烯涂膜编织袋，外包装用聚丙烯塑料编织袋，每袋净重40kg；固体片状亦可用聚乙烯塑料袋内包装，外包装用全开口的铁桶包装，每桶净重50kg或100kg。属无机碱性腐蚀物品，危规编号：GB8.2类82002。UN NO.1813；IMDG CODE8214页，8.2类。易贮放在通风、干燥库房内，容器要密封。贮运过程中，应与酸类隔离，应防雨淋，勿曝露空气中，勿与酸、水等接触。远离易燃物品，以防止引起燃烧。失火时，宜用砂土扑救，防止用水直冲物品13。2.2.3过氧化氢介绍(1)性质结构式H2O2，是含有极性键和非极性键的极性分子，其结构式为H-O-O-H，分子量为34.016。纯H2O2是一种淡蓝色的黏稠液体，它的极性比H2O强，密度随温度变化正常，可以与水任意比例互溶，3%的H2O2水溶液在医药上成为双氧水，有消毒杀菌的作用。过氧化氢能以任意比例与水混合，其分子间因具有较强氢键，故在液态、固态中存在缔合分子而使之具有较高的熔点（272K）和沸点（423K），相对密度1.438（20/4），溶于水、醇、醚，不溶于石油醚。过氧化氢的化学性质有： 弱酸性 氧化性（还原产物为H2O，不会引入新的杂质）； 还原性（氧化产物为O2）； 不稳定性 有资料显示，纯的过氧化氢相当稳定，H2O2的质量分数为90%的浓双氧水在500时每小时仅有0.001%的H2O2分解。光照、加热及一些重金属离子能加速它的分解。注：过氧化氢既有氧化性又有还原性，其中以氧化性为主。过氧化氢遇到氢氧化剂时显还原性，发生氧化反应。遇到强还原剂时，发生还原反应。过氧化氢在发生氧化反应或还原反应时，其本身都不给环境造成杂质 。因此，过氧化氢是某些物质制备和除杂时较为理想的还原剂和氧化剂。(2)质量指标工业级过氧化氢标准表27 工业级过氧化氢质量标准指标名称27.5%规格30%规格35%规格50%规格H2O2/% 27.5303550游离酸（以H2SO4计）/% 0.040.040.040.04不挥发物/% 0.080.080.080.08稳定物/% 97.097.097.097.0总碳（以C计）/% 0.030.0250.0250.035硝酸盐（以NO3）计/% 0.020.020.020.025国家标准GB1616-2003表28 过氧化氢国家质量标准指标名称27.5%优等品27.5%合格品30%35%50%70%H2O2/% 27.527.530355070游离酸（以H2SO4计）/% 0.040.050.040.050.080.04不挥发物/% 0.080.100.080.100.180.08稳定物/% 97.090.097.097.093.097.0总碳（以C计）/% 0.030.040.0250.0250.0350.05硝酸盐（以NO3）计/% 0.020.020.020.020.0250.03(3)过氧化氢用途过氧化氢是重要的氧化剂、漂白剂。主要用于棉织物及其他织物漂白；纸浆的漂白及脱墨；有机和无机过氧化物的制造；有机合成和高分子合成；有毒废水的处理；食品行业中作漂白剂、氧化剂、淀粉变形剂、防腐剂以及纸塑无菌包装材料在包装前的杀菌和无菌灌装机生产线之用；电子行业中主要用作集成电路板上含金属部分表面的腐蚀和硅晶与集成电路的清洗。(4)安全性在有酸存在下较稳定，有腐蚀性、毒害性，10%以上浓度的过氧化氢接触皮肤，在表皮上发生白斑并伴有疼痛，高浓度过氧化氢能使有机物燃烧，与二氧化锰相互作用能引起爆炸。25%以上则引起疼痛和形成水泡而发生剧烈化学烧伤，进入眼中则引起剧烈疼痛，损伤角膜，严重时甚至失明，吸入260mg/m3浓度的过氧化氢蒸汽引起支气管炎，肺气肿甚至死亡，车间允许最高浓度为3mg/m3。工作接触时要穿防护衣，带聚乙烯或聚氯乙烯制的手套和聚合材料制的透明防护眼镜和面具。如触及皮肤或溅入眼睛用温水冲洗。双氧水属5.1类氧化剂，有强氧化性，虽本身不可燃，但分解时产生的氧气能强烈的助燃，与易燃物、有机物接触后会引起爆炸，撞击、摩擦和震动时有燃烧爆炸的危险。浓度大于40%的双氧水有腐蚀性。过氧化氢属于一级无机酸性腐蚀性物品。危规编号：91038。应贮存在阴凉、清洁、通风的库房中。本品不宜久贮，平时应加强检查，发现漏桶及时更换，如遇垫仓木冒烟，应立即将冒烟物搬出仓外，或用水浇。失火时，可用水、干砂或二氧化碳灭火器扑救。第2.3节 产品棉绒浆介绍及应用2.3.1 粘胶纤维用棉浆粕的质量指标棉短绒作原料生产出的棉浆粕按生产用途分为粘胶长丝用棉浆粕和粘胶短纤维用棉浆粕两大类，粘胶纤维用浆有严格的要求，粘胶长丝用棉浆粕的性能和指标值应符合表29规定，粘胶短纤维用棉浆粕的质量指标应符合表210规定。制浆过程中各种因素都会对浆粕的物理化学性能产生影响14，因此必须严格执行FZT 51001-2009粘胶纤维用浆粕标准。表29 粘胶长丝用棉浆粕性能项目和指标值项目 一等品 二等品 三等品动力粘度/mPas M1 0.8 M1 1.0 M1 1.2甲种纤维素/% 96.5 96.0 95.5灰分(725)/% 0.07 0.09 0.12铁含量/(mg/kg) 14 18 23白度/% 82 81 80小尘埃(0.05mm33.0mm3，绝干量)/(mm3/kg) 80 120 160大尘埃(3.0mm3,绝干量)/(个/kg) 0.7 1.4 2.1吸碱值/% 550700 530720 500750定量/(kg/m3) 长网 700 100 圆网 500 100注：M1由供需双方协商确定表210 粘胶短纤维用棉浆粕质量指标项目 一等品 二等品 三等品动力粘度/mPas M1 0.7 M1 0.9 M1 1.3甲种纤维素/% 93.0 92.5 92.0灰分(725)/% 0.1 0.12 0.15铁含量/(mg/kg) 20 25 30白度/% 82 79 78小尘埃(0.05mm33.0mm3，绝干量)/(mm3/kg) 140 180 240大尘埃(3.0mm3,绝干量)/(个/kg) 1.5 1.8 2.5吸碱值/% 500 480 450反应性能/s 100 250定量/(kg/m3) 长网 700 100 圆网 500 100注：M1由供需双方协商确定2.3.2粘胶纤维的用途及性质(1)粘胶纤维的性质随着粘胶纤维制造工艺的改进15，粘胶纤维的物理化学性能也在逐步提高，主要粘胶纤维的物理化学性能如表211：表211 粘胶纤维性质物理化学性能粘胶短纤维粘胶长丝强度（克/旦）干2.53.11.71.3湿1.42.00.81.2干湿强力比（%）60654555勾结强度（克/旦）1.21.83.04.1打结强度（克/旦）1.21.71.42.0伸长率（%）干16221824湿21292435伸长弹性度（伸长3%时，%）55806080杨氏模数克/旦30706585公斤/毫米24009508501150比 重1.501.52含水率（%）公定11.0标准状态20 65%RH12.014.0其他状态20，20%RH:4.56.5；20，95%RH:25.030.0 热的影响软化，不熔化。在260300变色分解碱的影响在强碱中发生膨胀，强力下降，但在2%NaOH溶液中强力几乎不下降酸的影响在热稀酸、冷浓酸中强力下降且分解耐气候性（在室外）强力稍微降低其他化学药品的影响受强氧化剂腐蚀，但用次氯酸盐、过氧化物漂白无损伤溶剂的影响（一般溶剂系指乙醇、醚、苯、丙酮、汽油）在一般溶剂中不溶解；在铜氨溶液、铜乙二胺溶液中溶解一般所用染料直接、还原、盐基性、媒染、硫化、反应性染料，以及冰染料和涂料(2)粘胶纤维的用途粘胶短纤维在国外的常规纺织品方面的使用日益减少，而转向非织造织物领域，其中包括室内用布、装饰用布、医院及其他卫生机构用布、上衣服装的填料布，以及工业用布，在国内主要用于与棉或羊毛混纺，织成各种织物，用于内衣、外衣、桌布、窗帘等，部分作成毛线。粘胶长丝在国外主要用于服装夹里布，在国内主要用于服装夹里布、被面等各种绸缎11。第2.4节 棉短绒制棉绒浆的反应原理2.4.1纤维素的反应原理(1)纤维素的化学结构纤维素本身是一种多糖，基本基环是D-葡萄糖，精确地说是失水-D-葡萄糖C6H10O5（葡萄糖残基），基环间以-1,4-（半缩醛）联接的线状化合物，其结构式如下图16：图21 纤维素的分子链结构式(2)纤维素的碱性降解在一般情况下，纤维素的配糖键对碱是稳定的。制浆过程中，随着蒸煮温度的升高和木素的脱除，纤维素会发生碱性降解。纤维素的碱性降解主要为碱性水解和剥皮反应。碱性水解纤维素的配糖键在高温的条件下，尤其是大部分木素已脱除的高温条件下，纤维素会发生碱性水解。与酸性水解一样，碱性水解使纤维素的部分配糖键断裂，产生新的还原性末端基，聚合度降低。纤维素碱性水解的程度与用碱量、蒸煮温度、蒸煮时间等相关，其中温度的影响最大。当温度较低时，碱性水解应甚微，温度越高，水解越强烈。剥皮反应剥皮反应是指在碱性条件下，纤维素具有还原性的末端基一个个掉下来使纤维素大分子逐步降解的过程。反应式如图22反应I反应图22 纤维素的碱性降解反应反应I. 剥皮反应 反应. 终止反应 生成的异变糖酸有以下两种构型-异变糖酸 -异变糖酸反应I的解释如下：（a）（b）醛酮糖互变；（b）（c）酮式变成烯醇式；（c）（d）-烷氧基消除反应，苷键断开，脱出了一个端基；（d）（e）互变异构，形成二羰基衍生物；（e）（f）异构化，形成异变糖酸（f）。这样，在单根纤维素分子链上大约要损失50个葡萄糖单元，直至纤维素末端转化成偏变糖酸基的稳定反应而终止反应，反应可以解释如下：（g）（h）醛式变烯醇式；（h）（i）脱去一分子水，形成C2和C3之间的烯醇式结构；（i）（j）烯醇式变成酮式；（j）(k)酮基与H2O加成，生成同碳二元醇后进行分子重排。（k）所形成的纤维素的末端基为偏变糖酸，它具有以下两种形式-偏变糖酸末端基纤维素 -偏变糖酸末端基纤维素由于纤维素的末端基不存在醛基，不能再产生剥皮反应，降解因此而终止。剥皮反应的速率与终止反应速率是不同的，前者较后者大，因此，在碱法蒸煮时总是存在剥皮反应，其结果导致纤维素聚合度下降，浆粕得率低，故在蒸煮后期尤其注意不要过分延长时间以至制浆得率和强度下降。(3)纤维素的氧化降解纤维素葡萄糖基环的C2、C3、C6位的游离羟基以及C1位的还原性末端基易被空气、氧气、漂白剂等氧化剂所氧化，在分子链上引入醛基、酮基或羧基，使功能基改变。氧化剂与纤维素作用的产物成为氧化纤维素。氧化纤维素的结构与性质和原来的纤维素不同，随使用的氧化剂的种类和条件而定。在大多数情况下，随着羟基的被氧化，纤维素的聚合度下降。纤维素的氧化方式有两种：选择性氧化和非选择性氧化。氧化纤维素按所含基团分为还原型氧化纤维素（以醛基为主）和酸型氧化纤维素（以羧基为主），其共有的性质是：氧的含量增加，聚合度和强度降低。这两种氧化纤维素的主要差别在于酸型氧化纤维素具有离子交换性质，而还原型氧化纤维素对碱不稳定。2.4.2 木素的反应原理(1)木素的化学结构木素作为植物体内普遍的一类高聚物，是支撑植物生长的主要物质，其同纤维素和半纤维素一起构成纤维素纤维。其与以半纤维素为主的碳水化合物生成木素-碳水化合物综合体存在于植物细胞壁中，给造纸工业的制浆和漂白带来很大的难度。因此，为使生产出的棉浆粕满足质量指标，必须除去棉短绒所含的木质素17、18。为此，人们进行了大量的研究以探求木素在植物生长过程中的形成机理及其与碳水化合物的结合情况。到目前为止，大多数研究者认为木素主要是由愈疮木基型、紫丁香基型和对羟苯基型结构单元（如图23）聚合而成的高分子化合物。图23木素结构单元木素结构的主要链接方式有：缩合型和非缩合型、-O-4连接单元、-5连接、-1连接单元、联苯结构、4-O-5连接单元、-连接单元、-6连接单元和-2单元和其他连接方式。(2)木素在碱液中的反应在高温条件下，植物原料中的木素与氢氧化钠水溶液反应，木素中的多种醚键受亲核试剂OH的作用而发生水解降解，主要反应包括：酚型-芳基醚结构基团的反应、酚型-烷基醚结构基团的反应、-芳基醚结构的反应、甲基芳基醚结构的反应，添加蒽醌时的反应等等。简单概括来说，植物纤维原料在蒸煮过程中，木素与碱反应包括：通过木素大分子中酚型-芳基醚键的断裂，酚型-烷基醚键的断裂，非酚型结构基团在-碳原子上连有-OH基的-芳基醚键的断裂和苯环上芳基甲基醚键的断裂，导致新的酚羟基的生成。由于酚羟基具有弱酸性，对氢氧化钾具有亲和力，实际上是增加了木素的亲液基团，并能使反应继续下去。上述4种醚键断裂的同时，还伴随着脱芳基、脱烷基、脱甲醛等反应，使木素分子逐步降解而溶出，其中以非酚型结构的-芳基醚键的断裂的脱芳基反应为引起木素降解的主要反应。但此反应只是在-位有醇羟基的情况下才出现。当有蒽醌存在时，蒽醌促进了-芳基醚键的断裂，加速了木素的溶出，同时保护了碳水化合物。(3)木素与过氧化氢的反应过氧化氢是优良的漂白剂之一，其在溶液中的离解反应为增加pH，则HOO-增加，漂白能力增加，所以，通常过氧化氢是在碱性条件下进行。过氧化氢的漂白作用靠H2O2离解产生的HOO-使浆液的发色基团脱色。过氧化氢与木素的反应概括为以下三个方面：木素结构单元苯环的反应、木素结构单元苯环的反应和木素结构单元苯环和侧链同时碎解的反应。木素和过氧化氢的反应，过氧化氢主要消耗在醌型结构的氧化和木素酚型结构的苯环及含有羰基和具有-、-烯醛结构的侧链的氧化上。其反应结果，使侧链断开并导致芳香环氧化破裂，最后形成一系列的二元羧酸和芳香酸。同时，苯核上还发生脱甲基反应。反应过程中，木素中一些带色的基团如对醌、邻醌和侧链的共轭双键等被氧化断裂而成为无色基团，从而使浆液漂白。(4)木素与氧的反应分子氧作为漂白剂，主要是利用分子氧的两个未成对的电子对有机物具有强烈的反应倾向，从而发生游离基反应。分子氧与木素的反应，实际上都属于游离基反应，在碱性介质中分子氧引起对酚型和烯醇式木素结构单元的自动氧化所形成的负离子的亲电攻击。在氧漂白中，木素结构的自偶氧化反应生成HOO-，作为一种亲核试剂，可以被加成到羰基和共轭羰基结构上19。第2.5节 棉短绒制浆工艺的研究现状近几年，国内外对棉短绒制浆工艺进行了改进，棉绒浆的性能有了很大的提高20。制浆工艺主要出现了氧碱法、碱-过氧化氢法、过氧化氢强化的氧碱法和连续法制浆等低污染的制浆工艺，对于解决棉短绒制浆过程中存在的得率低、污染严重等问题取得了很大的进步。下面将介绍近几年来棉短绒制浆工艺取得的进步。2.5.1 烧碱法制浆工艺棉短绒在蒸煮前要进行原料的净化，原料首先进行除皮、除尘等使含杂率低于3%。然后用碱液进行浸渍，滤去过量的碱液，再装入蒸煮器中进行蒸煮。典型棉短绒烧碱法制浆工艺条件如下：用碱量%（质量分数，下同） 1015液比 3:16:1蒸煮温度 140170 蒸煮时间h 25采用传统的高温、高碱和较长时间保温的蒸煮方法虽然能够达到粘胶纤维用棉浆粕的质量指标，但纤维的损失和降解严重，是棉浆的得率低，由于果胶与碱反应生成的物质会吸附在纤维表面，使浆的白度降低。同时，传统的制浆工艺污染严重，黑液有机物浓度大，CODCr超过5104mg/L，pH高达13以上，色泽深，难以治理回收。2.5.2 氧碱法制浆工艺与木片和草片相比，棉短绒的结构疏松，有利于氧气的扩散和渗透，且氧气容易制得，价格便宜，因此棉短绒制浆适合用氧碱法的工艺。氧碱法制浆工艺的参数如下：用碱量% 5.015.0液比 4:1蒸煮温度 120150蒸煮时间min 120180氧气压力MPa 0.50.6在碱性条件下，氧气会对纤维发生强降解作用，因此，要加入氢氧化钠和碳酸镁作保护剂，取得了很好的效果。与传统的烧碱法相比，氧碱法在得率、白度和聚合度方面都有了很大的提高，尤其白度达到了76.3%，无需用氯漂白。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。氧碱法是一种低污染的棉短绒制浆工艺21。2.5.3 碱-过氧化氢法制浆工