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1、 生产及反应原理生产及反应原理 羧甲基纤维素羧甲基纤维素主讲：谢建成主讲：谢建成 2003 2003 年年 1212月月 3131日日羧甲基纤维素生产及反应原理 一、一、一、一、CMCCMCCMCCMC生产主要原料生产主要原料生产主要原料生产主要原料简介：简介：简介：简介： w1、精制棉（纤维素）、精制棉（纤维素）： w 分子式分子式 ： C6H7O2（OH）3n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：技术指标： 羧甲基纤维素生产及反应原理 一、一、一、一、CMCCMCCMCCMC生产主
2、要原料生产主要原料生产主要原料生产主要原料简介：简介：简介：简介： w2、氯乙酸（或氯乙酸钠）：、氯乙酸（或氯乙酸钠）： w 分子式分子式 ： 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：技术指标： 羧甲基纤维素生产及反应原理 一、一、一、一、CMCCMCCMCCMC生产主要原料生产主要原料生产主要原料生产主要原料简介：简介：简介：简介： w3、氢氧化钠、氢氧化钠： w 分子式分子式 ： NaOH 项项 目目 NaOH % 外外 观观 指 标 50.20.2 透明液体,无黑色杂质 技术指标：技术指标： 羧甲基纤维素生产及
3、反应原理 一、一、一、一、CMCCMCCMCCMC生产主要原料生产主要原料生产主要原料生产主要原料简介：简介：简介：简介： w4、盐 酸： w 分子式分子式 ： HCl 项项 目目 总酸度总酸度(以以HCl计计) 外外 观观 指 标 31.0 透明液体,无黑色杂质 技术指标：技术指标： 羧甲基纤维素生产及反应原理 一、一、一、一、CMCCMCCMCCMC生产主要原料生产主要原料生产主要原料生产主要原料简介：简介：简介：简介： w5、乙、乙 醇：醇： w 分子式分子式 ： C2H3OH项项 目目 浓度浓度(V/V)% 氧化时间氧化时间min 外外 观观 指 标 31.0 20 淡黄色透明液体,无
4、机械杂质 技术指标：技术指标： 羧甲基纤维素生产及反应原理 二、二、二、二、CMCCMCCMCCMC生产生产生产生产方法及原理方法及原理方法及原理方法及原理： w水媒法工艺：水媒法工艺： 是将是将碱纤维素碱纤维素与与醚化剂醚化剂存在游离碱和水的存在游离碱和水的条件下进行的反应。条件下进行的反应。 其其特点特点是设备简单、投资少、成本低、产是设备简单、投资少、成本低、产品质量不均匀、醚效低，生产出产品粘度低。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、二、二、二、CMCCMCCMCCMC生产生产生产生产方法及原理方法及原理方法及原理方法及原理： w1、水媒法生产工艺
5、流程：、水媒法生产工艺流程：碱化氯乙酸钠 碱液碱液 纤维素纤维素 氯乙酸纯纯 碱碱中和包装熟化 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、二、二、二、CMCCMCCMCCMC生产生产生产生产方法及原理方法及原理方法及原理方法及原理： w反应式反应式：C6H7 O 2(OH)3 n + nNaOHH2OC6H7O2(OH)2ONan+H2O 2ClCH2COOH+ Na2CO32ClCH2COONa +H2O +CO2C6H7O2(OH)2ONan + nClCH2COONa C6H7O2(OH)2OCH2COONan +nNaCl 羧甲基纤维素生产及反应原理 二、
6、二、二、二、CMCCMCCMCCMC生产生产生产生产方法及原理方法及原理方法及原理方法及原理： w2 2、溶媒法生产工艺及原理：、溶媒法生产工艺及原理： 溶媒法：溶媒法： 又称又称有机溶剂法有机溶剂法，是在存在有机溶剂作，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）。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、二、二、二、CMCCMCCMCCMC生产生产生产生产方法及原理方法及原理方法及原理方法及原理： w2 2、溶媒法生
7、产工艺及原理：、溶媒法生产工艺及原理： 溶媒法特点：溶媒法特点：(1) 反应过程传热、传质迅速、均匀。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主反应速度快，副反应减少，醚化剂利用率较水媒法高法高10-20% (4) 使用大量有机溶剂，物耗提高，有机溶剂分离回使用大量有机溶剂，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。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反应稳定性、均匀性提高；取代均匀性和使用性能大大提高。大大提高。 羧甲基纤维素生产及反应原理 二、二、二、二、CMCC
8、MCCMCCMC生产生产生产生产方法及原理方法及原理方法及原理方法及原理： w溶媒法生产溶媒法生产CMCCMC工艺：工艺： 粉 碎 成品包装 碱 化氯乙酸酒氯乙酸酒 烘 干 中和洗涤 醚 化 耙干脱酒 离心脱酒 稀酒回收 蒸 馏 93%乙醇乙醇精制棉精制棉 碱碱 液液 碱碱 液液 盐盐 酸酸 稀浓度乙醇稀浓度乙醇羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述： ： w1 1、配酸：、配酸： w2 2、碱化：、碱化： w目的：目的：纤维素纤维素与与碱溶液碱溶液反应生成碱纤维，使反应生成碱纤维，使 联单纤维素内部得到充分润胀，提高联单纤维素内部得到充分
9、润胀，提高纤维素的反应活性。纤维素的反应活性。 羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w 设备介绍：设备介绍：w15001500L L捏捏造造合合机机 夹夹套套 双双拐拐轴轴搅搅拌拌 （n140r/min n140r/min n2 n2 21r/min21r/min）、）、夹套。夹套。 羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w 碱纤维素的制备：碱纤维素的制备： CC6 6H H7 7O2 (OH)(OH)3 3 n n + + NaOHNaOH CC6 6H H7 7O O2
10、 2(OH)(OH)2 2ONaONan n+H+H2 2O O H H2 2O O wA)、把把称称重重好好的的纤纤维维素素原原料料（精精制制棉棉或或木木浆浆）撕撕碎碎，投投入入碱碱化化捏捏合合机机内内，同同时时加加入入50%50%的的液液碱碱和和93%93%的的酒酒精精，10121012分分钟钟完完成成，在在25-4025-40温温度度下下进进行行搅搅拌拌40-6040-60分钟。分钟。 wB)、缓缓慢慢（30-4530-45分分钟钟）加加入入一一氯氯醋醋酸酸酒酒精精混混合合液液，进进行行混混合合降降温温冷冷搅搅，让让一一氯氯醋醋酸酸充充分分渗渗入入碱碱纤纤维维素素内，碱化工序完成。内，碱
11、化工序完成。 羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： 碱化温度的影响：碱化温度的影响： w碱碱化化反反应应是是放放热热反反应应，纤纤维维素素对对碱碱的的吸吸附附量量和和润润胀胀度度随随碱碱化化温温度度的的降降低低而而增增加加，温温度度高高，纤纤维维素素对对碱碱的的吸吸附附量量减减少少，不不利利于于碱碱纤纤维维素素的生成。的生成。 羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w3 3、醚化工序：、醚化工序： w目目的的：通通过过醚醚化化反反应应，一一氯氯醋醋酸酸钠钠与与碱碱纤纤维维素素
12、发发生生亲亲核核取取代代反反应应使使碱碱纤纤维维素素生生成成纤纤 维素醚维素醚 w(a) (a) 设备：设备：醚化捏合机（同于碱化设备）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、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w3 3、醚化工序：、醚化工序： (b) 反应方程式：反应方程式：C6H7O2(OH)2ONan + nClCH2COONa C6H7O2(OH)2OCH2COONan +nNaCl ClCH2COOH + NaOH ClCH2COONa+ H2O ClCH2COOH +2 NaOHHOCH2COONa + NaCl+ H2O H2OC
13、lCH2COONa +H2O HOCH2COOH + NaCl 副反应：副反应：羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w3 3、醚化工序：、醚化工序： 碱碱化化好好的的碱碱纤纤维维素素在在缓缓慢慢加加入入一一氯氯醋醋酸酸酒酒溶溶液液后后，下下料料至至醚醚化化捏捏合合机机内内，升升温温醚醚化化，76-7876-78恒恒温温反反应应35-6035-60分分钟钟，降降温下料。温下料。 羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w4 4、中和洗涤：、中和洗涤： 目的：目的： 醚醚化化反反
14、应应完完成成后后，生生成成粗粗CMCCMC中中，伴伴有有氯氯化化钠钠、羟羟乙乙酸酸钠钠、乙乙醇醇酸酸钠钠以以及及由由反反应应原原材材料料夹夹带带的的杂杂质质，主主要要是是氯氯化化钠钠。洗洗涤涤目目的的是是清清除除杂杂质质，漂漂白白CMCCMC，调整调整PHPH值。值。 设备设备:见右图见右图羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w4 4、中和洗涤：、中和洗涤： 操作过程：操作过程： 通通过过醚醚化化好好的的粗粗CMCCMC下下料料至至已已配配制制好好的的一一定定量量 浓浓度度酒精溶液的洗涤槽中，整个洗涤过程的操作如下：酒精溶液的洗涤槽
15、中，整个洗涤过程的操作如下： A A：将醚化好的粗将醚化好的粗CMCCMC分散分散在乙醇水溶液中。在乙醇水溶液中。 B B：用用盐酸中和游离碱盐酸中和游离碱，使产品变为中性。，使产品变为中性。 C C：为了提高为了提高白度白度，在洗涤过程系统，在洗涤过程系统PHPH值为值为8-98-9时，加时，加入入次氯酸钠次氯酸钠水溶液漂白水溶液漂白CMCCMC。 D D：溶于乙醇水溶液的杂质经离心与溶于乙醇水溶液的杂质经离心与CMCCMC分离。分离。 羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w5 5、耙干工序：、耙干工序： w目目的的：回回收收经经
16、离离心心脱脱酒酒后后的的精精制制CMCCMC中中的的含湿量为含湿量为40-50%40-50%的中和酒。的中和酒。羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： 操作过程：操作过程： A A：将离心后脱酒的精制将离心后脱酒的精制CMCCMC投入耙干机中，封盖，投入耙干机中，封盖，并启动搅拌。并启动搅拌。 B B：抽真空，真空度抽真空，真空度0.0250.060.0250.06MPaMPa，升温至升温至60-7560-75。 C C：在耙干机中，湿在耙干机中，湿CMCCMC留下的乙醇水溶液逐渐向表面留下的乙醇水溶液逐渐向表面扩散、汽化，经真空系统带
17、出，再冷凝成液体回收。扩散、汽化，经真空系统带出，再冷凝成液体回收。 D D：直至直至CMCCMC中无酒味时（中无酒味时（60-9060-90分钟），含水量为分钟），含水量为25-35%25-35%下料至烘干机烘干。下料至烘干机烘干。 w5 5、耙干工序：、耙干工序： 羧甲基纤维素生产及反应原理 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： w6 6、干燥工序：干燥工序： 烘烘干干是是在在链链条条式式烘烘干干机机或或振振动动流流化化床床上上进进行行（见见设设备备图图），经经热热风风烘烘干干使使CMCCMC水水份份蒸蒸发发，达到质量所需要求。达到质量所需要求。 1. 1.
18、振振动动给给料料机机 2. 2.空空气气过过滤滤器器 3. 3.进进风风机机 4. 4.热热交交换换器器 5. 5.旋旋风风除除尘尘器器 6. 6.引引风机风机 7. 7.进风机进风机 8. 8.空气过滤器空气过滤器 羧甲基纤维素生产及反应原理 w 7 7、粉碎、过筛、混料、包装、粉碎、过筛、混料、包装： 三、三、三、三、工艺流程工艺流程工艺流程工艺流程简述简述简述简述 ： wA. A. 已烘干好的已烘干好的CMCCMC用用锤击式锤击式粉碎机粉碎粉碎机粉碎； wB.B.再再根根据据粒粒度度要要求求选选用用不不同同目目数数的的筛筛网网过过筛筛，控制好粒度（细度）；控制好粒度（细度）； wC.C.
19、为为了了使使产产品品质质量量均均一一、稳稳定定，将将各各小小批批号号质质量量指指标标大大径径相相近近的的CMCCMC或或根根据据客客户户不不同同要要求求选选用用指指标标不不同同的的小小批批，混混成成大大批批号号以以达达到到客户所要求的质量指标；客户所要求的质量指标； wD. D. 最后进入产品包装、入库。最后进入产品包装、入库。 羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(1)：取取代代度度 w1 1、取取代代度度纤纤维维素素大大分分子子中中，每每个个葡葡萄萄糖糖单单元元上上三三个个羟羟基基参参与与反反应应，平平均均
20、取取代代醚醚基基的的个个数数。理理论论上上最最大大取代度为三取代度为三。 w2 2、取代度大小对取代度大小对溶解性能溶解性能的影响：的影响： w3 3、取代度指标的控制。取代度指标的控制。 羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(2)：粘粘度度 w1 1、粘粘度度流流动动流流体体内内部部存存在在的的阻阻力力，它它是是剪剪切切应应力力与与剪剪切切速速率率之之比比（即即绝绝对对粘粘度度=剪切应力剪切应力/ /剪切速率）。剪切速率）。 w2 2、CMCCMC粘度的控制粘度的控制 ： wA.A. 根根据据不不同同的的CM
21、CCMC产产品品粘粘度度要要求求，选选用用不不同同聚聚合合度度的的精精制制棉棉，聚聚合合度度越越高高，生生产出的产品产出的产品粘度越高粘度越高； 羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(2)：粘粘度度 w2 2、CMCCMC粘度的控制粘度的控制 ： wB.B. 原原料料配配方方比比例例可可控控制制产产品品的的粘粘度度（碱碱/ /醚醚化剂）；化剂）； wD.D. 添加氧化剂和交联剂可调整产品粘度；添加氧化剂和交联剂可调整产品粘度； wC.C. 碱碱化化时时间间、温温度度和和醚醚化化时时间间的的调调整整可可控控制产品
22、粘度；制产品粘度； wE. E. 在在碱碱化化、醚醚化化时时，添添加加氮氮气气保保护护使使碱碱纤纤维减少氧化降解可提高粘度。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、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(3)：PHPH值值的的控控制制_ _酸酸碱碱度度_ _w洗洗涤涤过过程程采采用用盐盐酸酸和和氢氢氧氧化化钠钠调调整整PHPH值，使产品成为值，使产品成为PH=6.5-7.5PH=6.5-7.5 羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(4)：Cl
23、 Cl- -的的控控制制w1、氯化物氯化物的产生；的产生； w2、浴比和洗涤次数浴比和洗涤次数的影响；的影响； w3、洗涤洗涤时间和温度时间和温度的影响；的影响； w4、洗涤洗涤酒浓度酒浓度的影响的影响 羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(4)：Cl Cl- -的的控控制制w5、产产品品取取代代度度和和粘粘度度对对洗洗涤涤酒酒浓浓度度的的要求。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、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(5)：
24、AVRAVR和和SVRSVR的的控控制制w AVR AVRw用用规规定定的的旋旋转转式式粘粘度度计计测测定定羧羧甲甲基基纤纤维维素素钠钠柠柠檬檬酸酸溶溶液液的的粘粘度度，其其值值与与水水溶溶液液的的粘粘度度相相比比值值。柠柠檬檬酸酸溶溶液液浓浓度度（C C6 6H H8 8O O7 7）=0.01mol/L=0.01mol/L。 w SVR SVRw用用规规定定的的NDJ-79NDJ-79旋旋转转式式粘粘度度计计测测定定，羧羧甲甲基基纤纤维维素素钠钠氯氯化化钠钠溶溶液液的的粘粘度度，其其值值与与水水溶溶液液不不粘粘度度的的比比值值。4040g/Lg/L氯氯化钠水溶液。化钠水溶液。 羧甲基纤维素
25、生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(5)：AVRAVR和和SVRSVR的的控控制制w提高提高AVRAVR和和SVRSVR的途径：（产品均匀性）的途径：（产品均匀性）w纤纤维维素素醚醚的的取取代代度度和和取取代代基基分分布布的的均均匀匀性性影影响响到到最最后后产产品品的的使使用用性性能能，如如溶溶解解速速度度、透透明明度度、抗抗盐盐性性，抗抗酸酸性性、溶溶液液的的流流变变性性等等。这这些些性性质质的的好好坏坏主主要取决于：要取决于： 羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制
26、：的控制：的控制：的控制： w(5)：AVRAVR和和SVRSVR的的控控制制w提高提高AVRAVR和和SVRSVR的途径：（产品均匀性）的途径：（产品均匀性）w取取代代基基的的类类型型 例例：OCHOCH2 2COONa COONa OCH3 OCH3 OCH2CHOH OCH2CHOH w取代程度取代程度 （取代度（取代度D.SD.S或或M.SM.S） w取代均匀性。取代均匀性。 w纤纤维维素素分分子子链链的的聚聚合合度度及及其其分分布布的的均均匀性。匀性。 羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(5)：AV
27、RAVR和和SVRSVR的的控控制制w提高提高AVRAVR和和SVRSVR的途径：（产品均匀性）的途径：（产品均匀性）w聚合度及其分布的影响：聚合度及其分布的影响： w碱化、醚化工艺的控制：碱化、醚化工艺的控制： w提高取代度来提高产品的均匀性：提高取代度来提高产品的均匀性： w原料的选择原料的选择 ：羧甲基纤维素生产及反应原理 四、四、四、四、各各各各质量指标质量指标质量指标质量指标的控制：的控制：的控制：的控制： w(6)w视视比比重重 、粒粒度度的的控控制制w与与粉粉碎碎前前产产品品水水份份含含量量和和振振动动筛筛的的筛筛网目数网目数有关。有关。 w与与产产品品在在洗洗涤涤过过程程中中洗洗涤涤酒酒浓浓度度有有关关，浓浓度度控控制制低低，产产品品烘烘干干粉粉碎碎后后视视比比重重大粒度细，但收率下降。大粒度细，但收率下降。 ： wCMCCMC产产品品视视比比重重和和粒粒度度的的大大小小与与产产品品的的取取代代度度和和产产品品取取代代均均匀匀性性有有关关，取取代代度度高高均均匀匀性性好好相相对对产产品品粉粉碎碎后后视视比比重大粒度细。重大粒度细。 羧甲基纤维素生产及反应原理 放映结束放映结束谢谢观赏谢谢观赏! !
