羧甲基纤维素及反应原理

生产及反应原理羧甲基纤维素主讲：谢建成2003年12月31日羧甲基纤维素生产及反应原理一、CMC生产主要原料简介：1、精制棉（纤维素）：分子式：[C6H7O2（OH）3]nα纤维素98.5%聚合度不同品号的精制棉有不同的聚合度汲湿度（g）≥150（15g样品）水份（%）≤8.0外观白色疏松纤维状技术指标：羧甲基纤维素生产及反应原理一、CMC生产主要原料简介：2、氯乙酸（或氯乙酸钠）：分子式：ClCH2COOH项目一氯含量二氯含量一级品指标≥97.5≤1.5合格品指标≥96.0≤2.5技术指标：羧甲基纤维素生产及反应原理一、CMC生产主要原料简介：3、氢氧化钠：分子式：NaOH项目NaOH%外观指标50.2±0.2透明液体,无黑色杂质技术指标：羧甲基纤维素生产及反应原理一、CMC生产主要原料简介：4、盐酸：分子式：HCl项目总酸度(以HCl计)外观指标≥31.0透明液体,无黑色杂质技术指标：羧甲基纤维素生产及反应原理一、CMC生产主要原料简介：5、乙醇：分子式：C2H3OH项目浓度(V/V)%氧化时间min外观指标≥31.0≥20淡黄色透明液体,无机械杂质技术指标：羧甲基纤维素生产及反应原理二、CMC生产方法及原理：水媒法工艺：是将碱纤维素与醚化剂存在游离碱和水的条件下进行的反应。其特点是设备简单、投资少、成本低、产品质量不均匀、醚效低，生产出产品粘度低。羧甲基纤维素生产及反应原理二、CMC生产方法及原理：1、水媒法生产工艺流程：碱化氯乙酸钠碱液纤维素氯乙酸纯碱中和包装熟化粉碎烘干精制烘干成品包装醚化羧甲基纤维素生产及反应原理二、CMC生产方法及原理：反应式：[C6H7O2(OH)3]n+nNaOHH2O[C6H7O2(OH)2ONa]n+H2O2ClCH2COOH+Na2CO32ClCH2COONa+H2O+CO2[C6H7O2(OH)2ONa]n+nClCH2COONa[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n+nNaCl羧甲基纤维素生产及反应原理二、CMC生产方法及原理：2、溶媒法生产工艺及原理：溶媒法：又称有机溶剂法，是在存在有机溶剂作反应介质条件下进行碱化、醚化反应的工艺方法。按反应稀释剂用量的多少又分为淤浆法和捏合法（溶剂法或悬浮法）。羧甲基纤维素生产及反应原理二、CMC生产方法及原理：2、溶媒法生产工艺及原理：溶媒法特点：(1)反应过程传热、传质迅速、均匀。(2)主反应速度快，副反应减少，醚化剂利用率较水媒法高10-20%(4)使用大量有机溶剂，物耗提高，有机溶剂分离回收设备投资增大，生产成本较高于水媒法工艺。(3)反应稳定性、均匀性提高；取代均匀性和使用性能大大提高。羧甲基纤维素生产及反应原理二、CMC生产方法及原理：溶媒法生产CMC工艺：粉碎成品包装碱化氯乙酸酒烘干中和洗涤醚化耙干脱酒离心脱酒稀酒回收蒸馏93%乙醇精制棉碱液碱液盐酸稀浓度乙醇羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：：1、配酸：2、碱化：目的：纤维素与碱溶液反应生成碱纤维，使联单纤维素内部得到充分润胀，提高纤维素的反应活性。羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：①设备介绍：1500L捏造合机夹套双拐轴搅拌（n140r/minn221r/min）、夹套。羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：②碱纤维素的制备：[C6H7O2(OH)3]n+NaOH[C6H7O2(OH)2ONa]n+H2OH2OA)、把称重好的纤维素原料（精制棉或木浆）撕碎，投入碱化捏合机内，同时加入50%的液碱和93%的酒精，10~12分钟完成，在25-40℃温度下进行搅拌40-60分钟。B)、缓慢（30-45分钟）加入一氯醋酸酒精混合液，进行混合降温冷搅，让一氯醋酸充分渗入碱纤维素内，碱化工序完成。羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：③碱化温度的影响：碱化反应是放热反应，纤维素对碱的吸附量和润胀度随碱化温度的降低而增加，温度高，纤维素对碱的吸附量减少，不利于碱纤维素的生成。羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：3、醚化工序：目的：通过醚化反应，一氯醋酸钠与碱纤维素发生亲核取代反应使碱纤维素生成纤维素醚(a)设备：醚化捏合机（同于碱化设备）羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：3、醚化工序：(b)反应方程式：[C6H7O2(OH)2ONa]n+nClCH2COONa[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n+nNaClClCH2COOH+NaOHClCH2COONa+H2OClCH2COOH+2NaOHHOCH2COONa+NaCl+H2OH2OClCH2COONa+H2OHOCH2COOH+NaCl副反应：羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：3、醚化工序：碱化好的碱纤维素在缓慢加入一氯醋酸酒溶液后，下料至醚化捏合机内，升温醚化，76-78℃恒温反应35-60分钟，降温下料。羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：4、中和洗涤：目的：醚化反应完成后，生成粗CMC中，伴有氯化钠、羟乙酸钠、乙醇酸钠以及由反应原材料夹带的杂质，主要是氯化钠。洗涤目的是清除杂质，漂白CMC，调整PH值。设备:见右图羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：4、中和洗涤：操作过程：通过醚化好的粗CMC下料至已配制好的一定量浓度酒精溶液的洗涤槽中，整个洗涤过程的操作如下：A：将醚化好的粗CMC分散在乙醇水溶液中。B：用盐酸中和游离碱，使产品变为中性。C：为了提高白度，在洗涤过程系统PH值为8-9时，加入次氯酸钠水溶液漂白CMC。D：溶于乙醇水溶液的杂质经离心与CMC分离。羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：5、耙干工序：目的：回收经离心脱酒后的精制CMC中的含湿量为40-50%的中和酒。羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：操作过程：A：将离心后脱酒的精制CMC投入耙干机中，封盖，并启动搅拌。B：抽真空，真空度0.025~0.06MPa，升温至60-75℃。C：在耙干机中，湿CMC留下的乙醇水溶液逐渐向表面扩散、汽化，经真空系统带出，再冷凝成液体回收。D：直至CMC中无酒味时（60-90分钟），含水量为25-35%下料至烘干机烘干。5、耙干工序：羧甲基纤维素生产及反应原理三、工艺流程简述：6、干燥工序：烘干是在链条式烘干机或振动流化床上进行（见设备图），经热风烘干使CMC水份蒸发，达到质量所需要求。1.振动给料机2.空气过滤器3.进风机4.热交换器5.旋风除尘器6.引风机7.进风机8.空气过滤器羧甲基纤维素生产及反应原理7、粉碎、过筛、混料、包装：三、工艺流程简述：A.已烘干好的CMC用锤击式粉碎机粉碎；B.再根据粒度要求选用不同目数的筛网过筛，控制好粒度（细度）；C.为了使产品质量均一、稳定，将各小批号质量指标大径相近的CMC或根据客户不同要求选用指标不同的小批，混成大批号以达到客户所要求的质量指标；D.最后进入产品包装、入库。羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(1)：取代度1、取代度—纤维素大分子中，每个葡萄糖单元上三个羟基参与反应，平均取代醚基的个数。理论上最大取代度为三。2、取代度大小对溶解性能的影响：3、取代度指标的控制。羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(2)：粘度1、粘度—流动流体内部存在的阻力，它是剪切应力与剪切速率之比（即绝对粘度η=剪切应力/剪切速率）。2、CMC粘度的控制：A.根据不同的CMC产品粘度要求，选用不同聚合度的精制棉，聚合度越高，生产出的产品粘度越高；羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(2)：粘度2、CMC粘度的控制：B.原料配方比例可控制产品的粘度（碱/醚化剂）；D.添加氧化剂和交联剂可调整产品粘度；C.碱化时间、温度和醚化时间的调整可控制产品粘度；E.在碱化、醚化时，添加氮气保护使碱纤维减少氧化降解可提高粘度。羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(3)：PH值的控制_酸碱度_洗涤过程采用盐酸和氢氧化钠调整PH值，使产品成为PH=6.5-7.5羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(4)：Cl-的控制1、氯化物的产生；2、浴比和洗涤次数的影响；3、洗涤时间和温度的影响；4、洗涤酒浓度的影响羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(4)：Cl-的控制5、产品取代度和粘度对洗涤酒浓度的要求。酒精浓度D.S产品粘度酒精浓度羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(5)：AVR和SVR的控制AVR—用规定的旋转式粘度计测定羧甲基纤维素钠柠檬酸溶液的粘度，其值与水溶液的粘度相比值。柠檬酸溶液浓度（C6H8O7）=0.01mol/L。SVR—用规定的NDJ-79旋转式粘度计测定，羧甲基纤维素钠氯化钠溶液的粘度，其值与水溶液不粘度的比值。40g/L氯化钠水溶液。羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(5)：AVR和SVR的控制提高AVR和SVR的途径：（产品均匀性）纤维素醚的取代度和取代基分布的均匀性影响到最后产品的使用性能，如溶解速度、透明度、抗盐性，抗酸性、溶液的流变性等。这些性质的好坏主要取决于：羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(5)：AVR和SVR的控制提高AVR和SVR的途径：（产品均匀性）取代基的类型例：OCH2COONaOCH3OCH2CHOH取代程度（取代度D.S或M.S）取代均匀性。纤维素分子链的聚合度及其分布的均匀性。羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(5)：AVR和SVR的控制提高AVR和SVR的途径：（产品均匀性）聚合度及其分布的影响：碱化、醚化工艺的控制：提高取代度来提高产品的均匀性：原料的选择：羧甲基纤维素生产及反应原理四、各质量指标的控制：(6)视比重、粒度的控制与粉碎前产品水份含量和振动筛的筛网目数有关。与产品在洗涤过程中洗涤酒浓度有关，浓度控制低，产品烘干粉碎后视比重大粒度细，但收率下降。：CMC产品视比重和粒度的大小与产品的取代度和产品取代均匀性有关，取代度高均匀性好相对产品粉碎后视比重大粒度细。羧甲基纤维素生产及反应原理放映结束谢谢观赏!