《纺织加工化学》课程设计.docx
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《纺织加工化学》课程设计
《纺织加工化学》课程设计
课程设计题目:
苎麻的化学脱胶
姓名:
XXX
班级:
纺织工程xxxx班
学号:
2009080102xx
指导老师:
蒋国华、周衡书、王坤、刘超
日期:
2012年1月
目录
一、任务书………………………………………………………1
1、目的与要求……………………………………………………1
2、课程设计基本内容……………………………………………1
3、时间安排………………………………………………………1
4、指导老师………………………………………………………2
5、设计说明书的打印要求………………………………………2
6、课程设计说明书的要求………………………………………2
7、成绩评定………………………………………………………2
二、前言…………………………………………………………2
三、设计原理……………………………………………………4
1、苎麻化学脱胶基本原理………………………………………4
2、苎麻化学脱胶处理工艺………………………………………5
四、实验…………………………………………………………7
1、实验仪器设备…………………………………………………7
2、实验材料、试剂………………………………………………7
3、实验过程………………………………………………………8
五、结论…………………………………………………………10
六、参考文献……………………………………………………10
七、致谢…………………………………………………………11
八、附件…………………………………………………………12
一、任务书
1、目的与要求
目的:
通过该课程设计周培养学生查阅资料,综合运用所学的纺织加工化学等专业课程知识和进行设计、实验、撰写设计说明书等的能力。
通过课程设计及实验使学生巩固和加深纺织加工化学的理论知识,加强学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计能力及创新能力。
培养培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的设计、实验习惯,为今后工作打下良好的基础。
要求:
①做好设计前预习,巩固和加深纺织加工化学基本理论知识,能综合运用所学知识解决纺织加工化学问题。
②能通过查阅资料,对比分析,根据设计要求进行实验方案设计,并具有创新性.
③能通过查阅仪器使用说明书和有关资料,正确地使用仪器设备并了解设备的使用、测试原理.
④复习和巩固化学实验的知识,能独立正确地完成试剂的配制、用具的洗涤、具体操作等等。
⑤实验过程中认真观察每一个现象并记录,实验结果记录具有科学性、准确性。
及时修改自己的设计方案。
⑥撰写设计说明书要翔实真实地记载设计、实验结果,并加以分析讨论,得出有说服力的结论。
2、课程设计基本内容
苎麻、亚麻、黄麻等麻纤维的化学脱胶设计。
包括:
化学处理工艺、物理化学处理工艺及其碱处理工艺设计等等。
3、时间安排
2012年1月2日-1月6日。
分为四个阶段:
第一阶段:
(时间为半天)由指导老师布置任务、讲解课程设计要求和任务.
第二阶段:
(时间为1天半)学生查阅相关资料,初步确定课程设计的题目、课程设计多种方案及实验方案。
交给指导老师检查、审核。
第三阶段:
(时间为2天)在实验室做实验并修正自己的方案(2人一组)。
第四阶段:
(时间为1天)撰写设计说明书并修改和完善。
4、指导老师
蒋国华、周衡书、王坤、刘超。
5、设计说明书的打印要求
①中文题目(黑体、加粗、3号字);中文摘要、关键词、正文;
②一级标题(黑体、小3号字);二级标题(黑体、4号字);三级标题(黑体、小4号字);目录(小4号宋体);图题表题(黑体、5号字);图表文字(5号宋体);注释、参考文献(宋体、5号字)。
③页眉:
5号宋体,内容为课程设计说明书题目,居中;页码:
右下角;
④行距:
1.5倍;
⑤打印用纸规格为A4。
6、课程设计说明书的要求
学生一人撰写一篇设计说明书,设计说明书应包括封面、目录、设计任务书、中文题目、摘要、关键词、正文、参考文献、附件、封底。
字数要求在5000字以上,参考文献应不少于5篇(不包括辞典、手册)。
7、成绩评定
根据学生提交的设计设计质量、实验情况、设计说明书书写质量、参考学生出勤情况、工作态度、文明作风等,按优秀、良好、中等、及格和不及格五级计分。
二、前言
苎麻系荨麻科苎麻属多年生宿根性草本植物,其宿根年代可达数十乃至数百年以上。
其纤维具有良好的纺纱性能及服用、使用性能,是重要的纺织原料之一,在国内为享有很高的声誉。
苎麻主要产于中国,是我国特产,被世界誉为“中国草,中国宝”,近年来,由于我国驻马种植业的大力发展,其产量已达世界苎麻总产量的80%以上。
苎麻为短日照植物。
昼夜长短不仅影响苎麻开花的迟早,也影响雌雄花的比率。
日长8-9小时能促进开花,但多生雌花;日长为14小时时则多生雄花。
苎麻种子发芽的最适温度25-30℃。
地上茎生长的适温为15-32℃。
早春气温低于3℃则幼苗受寒害。
茎皮纤维长,柔韧色白,不皱不缩,拉力强,富弹性,耐水湿,耐热力大,富绝缘性,为优良纺织原料。
苎麻收割后,从麻茎上剥取麻皮,并从麻皮上刮去青皮,而得到苎麻的韧皮,经晒干后成为苎麻纺织厂的原料,称为原麻。
原麻不能用来纺织,必须经过脱胶,制取苎麻单纤维,才能用来进行纺织加工。
苎麻中含有大量杂质,其中以多糖胶状物质为主,绝大部分要求在纺纱前除去。
纺纱前将韧皮中的胶质去除,并使苎麻的单纤维相互分离,这一过程就称为脱胶。
苎麻脱胶的方法主要有土法脱胶、微生物脱胶、机械物理法脱胶和化学脱胶。
化学脱胶法是目前工业生产中用得最多的方法,此法利用强酸、强碱及氧化剂先后与原麻作用,原麻中所含非纤维素物质大多数可溶于酸、碱液中,有些在氧化后可以溶解。
由此可得漂白精干麻,在上述化学药剂中,主要药剂是烧碱,因烧碱热溶液可以溶除纤维素被水解的短节,使纤维分子长度均匀化。
所得产品纯度较高,机械物理性能也较完好。
苎麻纤维脱胶时,先用硫酸1.5~2.0g/L,浴比1:
15左右,温度≤60℃,时间1~3h,浸后及时冲洗和煮练。
煮练时用12%左右的烧碱溶液在100℃以上煮练2~3h,放去碱液,冲洗后用烧碱再煮一次。
煮练时还可加入一些助剂,如肥皂、硅酸钠、亚硫酸钠等,以提高煮练的质量。
煮毕,放出碱液,再进行打纤,即利用机械的槌击和水力喷洗作用,将已被碱液破坏的胶质从纤维表面清除掉,使纤维松散、柔软。
必要时可再用次氯酸钠溶液漂白,以提高白度并降低纤维木质素和其它杂质的含量。
随后酸洗、水洗、脱水、给油、脱水、抖松、烘干。
目前常用的脱胶工艺有如下几种:
1.一煮法此法适合于纺制麻线。
其工艺流程为:
拆包解束→原麻浸酸→碱液→一次煮练→水洗→打纤及水洗→酸洗→水洗→脱水→给油→烘干。
2.二煮法此法适合于纺制低支纱。
其工艺流程为:
拆包解束→浸酸→水洗→一次煮练→水洗→二次煮练→打纤及水洗→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→烘干。
3.二煮一漂法此法适合纺中支纱。
其工艺流程为:
拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→装笼→一次煮练→热水洗→二次煮练→打纤及水洗→漂白→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→抖松→烘干,得到精干麻。
4.二煮二漂法此法适合纺高支纱。
其工艺流程为:
拆包解束→浸酸→水洗→一次煮练→水洗→二次煮练→打纤及去氧→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→烘干。
5.二煮一练法其工艺流程为:
原麻拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→装笼→一次煮练→水洗→二次煮练→水洗→打纤→酸洗→水洗→脱水→精练→水洗→脱水→抖松→给油→脱水→抖松→烘干,得到精干麻。
三、设计原理
1、苎麻化学脱胶基本原理
苎麻原麻中含有25%左右的胶质,其他未纤维素。
纤维素与胶质中各种成分对水、无机酸、碱及氧化剂等化学药品作用的稳定性是各不相同的。
如半纤维素中低分子部分和可溶性果胶能溶于水中,半纤维素中高分子部分、不可溶性果胶和纤维素等成分均可为酸所水解,而木质素则对酸的作用表现出极大的稳定性。
半纤维素、果胶物质和木质素等成分易被高温碱液作用而溶解,纤维素对碱液的作用则表现出较高的稳定性,纤维素胶质均易被氧化剂所氧化。
纤维素及其伴生物的化学性质的比较
酸溶液
碱溶液
氧化剂
有机溶剂
热水
特殊性质
纤维素
在酸溶液,特别是强无机酸溶液作用下会发生水解作用
纤维素与浓碱作用生成碱纤维素
易被氧化
不溶
稳定
能溶于铜氨溶液和同铜二胺溶液
半纤维素
在稀酸中水解;在浓酸中碳化
易溶解于碱溶液中
易被氧化
不溶
部分溶解
果胶
经稀酸溶液处理,果胶物质的长链分子发生水解而断裂
在较高温度下用碱液煮练使果胶物质发生水解而断裂
易被氧化
不溶
可溶性果胶对水有良好的可溶性;不溶性果胶表现出对水的难溶性
易溶于草酸铵溶液和柠檬酸铵溶液
木质素
对无机酸作用的稳定性相当高,不能发生裂解反应,但能发生木质素的缩聚化
大部分木质素都能溶解在碱液中
易受氧化剂的作用而裂解
不溶
不同方法分离出的木质素对水的溶解性不同
易与氯起反应发生氯化反应
蜡质
发生水解反应
精简也处理时很容易皂化
易被氧化
易溶
(相似相溶)
不溶于水
麻纤维的脱胶过程严格来说就是精制纤维素的过程。
脱胶过程的组织和工艺参数的选择必须注意掌握两点原则,脱去原麻中的胶质,使制取出的纤维满足纺纱工程和产品质量的要求,为其一。
其二是对纤维的损伤要尽量少。
因此,苎麻的化学脱胶就是利用原麻中的纤维素和胶杂质成分对碱、无机酸和氧化剂作用的稳定性的不同,在不损伤或尽量少损伤纤维原有机械性能的原则上,去除其中的胶质成分,而保留或制取纤维上的化学加工过程。
其包括三个主要工艺过程:
(1)预处理工艺
(2)碱液煮练工艺
(3)后处理工艺
采用二煮一漂法脱胶工艺。
其工艺流程为:
拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→一次碱液煮练→热水洗→二次碱液煮练→打纤及水洗→漂白→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→抖松→烘干,得到精干麻。
上述各工艺过程中,一次碱液煮练之前的工序为预处理工艺过程。
一次碱液煮练到二次碱液煮练的工序为碱液煮练工艺过程。
二次碱液煮练之后的工序为后处理工艺过程。
2、苎麻化学脱胶处理工艺
(1)拆包、捡麻、扎把
本工序目的:
剔除麻把中的混等麻及各种杂质;
将品种性能相近的麻束归拢到一起并扎成小的松把,以利下一工序处理;
每一小把有一定的重量要求。
(2)浸酸,水洗
常用的浸酸工艺参数:
〔H2SO4〕=1.5~2.0g/L
温度T≤60℃
时间1~3h
浴比1:
15左右
浸酸工序对提高精干麻质量的效果是好的,由于浸酸工序处于煮麻工序之前,原麻中的胶质包围在纤维的外表,对纤维素有一定的保护作用,先受水解的物质不是纤维素而是胶质。
所以选择浸酸处理的强度可高些。
(3)一次碱液煮练,热水洗
碱液煮练是麻纤维化学脱胶工程中最主要的工艺过程。
原麻中的各种胶质成分大都在这一工序中被去除。
碱液煮练中控制的主要工艺参数和工艺条件为:
①氢氧化钠用量
〔NaOH〕=12%左右
一般控制苎麻脱胶的NaOH用量为6.5%~15%,可用下式求取:
煮练中NaOH用量(%)=(0.40~0.45)×原麻含胶率
②煮练的温度T
温度在100℃以上
一般煮练温度越高脱胶效果越好。
过高的温度是不必要的。
③煮练时间〈4h
④煮练的助剂
水玻璃、亚硫酸钠
助剂的用量一般为2%~3%。
⑤煮练的浴比(麻的克数比水的克数)
一般为1:
10~1:
15,在保证产量的条件下,选取浴比以大些为好,对提高脱胶麻的质量有利。
(4)二次碱液煮练
(5)打纤及水洗
用锤子以适度力度打击麻束各部位约5分钟,纤维得到一定程度的分散。
其实质是利用机械的打击作用去除纤维表面上吸附的糊状胶杂质,破坏脱胶麻中的束状结构,制取出分离性能较好的麻纤维。
(6)漂白
漂白的目的:
①使纤维松散、柔软、洁白;
②改善纤维的表面状态,提高其吸附性能及润湿新能;
③进一步降低精干麻残胶率。
常用的漂剂大多为次氯酸盐、如次氯酸钠(NaOCl)、漂白粉〔Ca(OCl)2〕等。
(7)酸洗,水洗,脱水
常用的工艺参数:
〔H2SO4〕=1.0~1.5g/L
温度T为常温
时间2~3min,但不要超过5min
浴比1:
15左右
酸洗是后处理工艺的主要工序之一。
目的是中和残留在纤维上的碱剂,水解残胶。
降低精干麻残胶率,提高纤维的白度、柔软性及松散性。
(8)给油,脱水,抖松
传统的给油工艺参数为:
给油槽内油浴的温度在85℃以上,焖煮时间为4小时以上。
要求给油后精干麻的含油率未0.7%~1.5%。
给油工序的目的就是使脱胶麻纤维松散、柔软,改善纤维的表面状态及机械物理性能。
(9)烘干,得到精干麻。
原理是在烘燥机上干燥空气反复穿过湿麻层,湿麻层中的水分不断蒸发,干热空气变湿而被排出机外。
四、实验
采用二煮一漂法脱胶工艺
1、实验仪器设备
AL204型电子天平
HH-4型数显恒温水浴锅
烧杯量筒玻璃棒
铁架台酒精灯石棉网
锤子
八篮式烘箱
2、实验材料、试剂
苎麻原麻
98%浓硫酸NaOH
硅酸钠无水亚硫酸钠
水植物油
3、实验过程
采用二煮一漂法脱胶工艺。
其工艺流程为:
拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→一次碱液煮练→热水洗→二次碱液煮练→打纤及水洗→漂白→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→抖松→烘干,得到精干麻。
(1)拆包、捡麻、扎把
捡麻、扎成小的松把,利用电子称重仪称量10g苎麻原麻。
(2)浸酸
浸酸工艺参数:
〔H2SO4〕=2.0g/L
温度T=50℃
时间1h
浴比1:
15
计算:
M(溶液)=10g×15=150g
M(硫酸)=150g÷0.001g/L×2.0g/L=0.3g
(因所配硫酸溶度很低,所以密度按1g/ml即0.001g/L计算)
操作:
用烧杯称取0.3g左右的浓硫酸,往烧杯中加水,同时用玻璃棒轻轻搅拌,混合均匀,至150ml。
将原麻放入上述烧杯中,用玻璃棒按压,使原麻完全浸没。
再将烧杯放入恒温水浴锅中,约一小时后取出。
现象:
原麻变软,溶液逐渐变黄。
(3)水洗
将浸酸后的麻放入大容器中水洗多次。
(4)一次碱液煮练
工艺参数:
〔NaOH〕=12%
温度T=100℃
煮练时间1h左右
浴比1:
20
煮练的助剂:
水玻璃3%
亚硫酸钠3%
计算:
M(溶液)=10g×20=200g
M(氢氧化钠)=(10×12)/100g=1.2g,取1.5g
M(硅酸钠)=(10×3)/100g=0.3g
M(亚硫酸钠)=(10×3)/100g=0.3g
M(水)=200g-1.5g-0.3g-0.3g=197.9g
即V(水)=197.9ml
操作:
用电子天平分别称取所需氢氧化钠、硅酸钠、亚硫酸钠放入烧杯中,加入197.9ml左右的水,用玻璃棒搅拌均匀。
将上工序的麻放入烧杯中,将烧杯置于石棉网上用酒精灯加热约一小时。
现象:
溶液有小泡冒出,颜色不断加深;麻进一步软化,褪色。
(5)热水洗
将碱煮后的麻用热水洗几遍。
(6)二次碱液煮练
工艺如第一次碱液煮练
(7)打纤及水洗
用锤子以适度力度打击麻束各部位约5分钟,纤维得到一定程度的分散。
然后用水清洗数遍。
(8)漂白
所用试剂:
双氧水H2O2
浴比:
1:
15
时间:
5min
现象:
可看到麻束明显逐渐褪色。
(9)酸洗
工艺参数:
〔H2SO4〕=1.0g/L
温度T为常温
时间:
3min
浴比1:
15
计算:
M(溶液)=10g×15=150g
M(硫酸)=150g÷0.001g/L×1.0g/L=1.5g
(因所配硫酸溶度很低,所以密度按1g/ml即0.001g/L计算)
操作:
用烧杯称取1.5g左右的浓硫酸,往烧杯中加水,同时用玻璃棒轻轻搅拌,混合均匀,至150ml。
将原麻放入上述烧杯中,用玻璃棒按压,使原麻完全浸没。
现象:
麻纤维变白。
(10)水洗,脱水
将酸洗后的麻纤维放入大容器中水洗多次。
(11)给油,脱水,抖松
将适量的植物油与一定量的水混合,而后将已脱水的麻束浸于其中,完成给油过程。
将给油后的麻沥干水,并抖松。
(12)烘干,得到精干麻。
将给油后的麻放入八篮式烘箱中烘干,得到精干麻。
五、结论
结果测试与计算
称量纤维总重量并计算制成率
1.利用电子天平称量出制出纤维(即精干麻)总重量为7.316g.
2.算出脱胶麻纤维的制成率。
ρ=(7.316/10)*100%=73.16%
六、参考文献
【1】《纺织加工化学》教材
【2】郁崇文张元明姜繁昌主编.《苎麻纱线生产工艺与质量控制》,中国纺织大学出版社,1997年8月第1版
【3】纺织工业科学技术发展中心编.《中国纺织标准汇编麻纺织卷》中国标准出版社2001年
【4】许符节主编.《苎麻脱胶与纺纱》株洲苎麻纺织印刷厂子弟学校印刷厂印刷一九九0年十二月第三次印刷
【5】中国纺织信息中心,《纺织导报》,2011NO.6
七、致谢
为期一周的《纺织加工化学课程设计》就要结束了,现在回想起做苎麻脱胶试验的那刻,仍感到有些意犹未尽。
这次课程设计不仅使我们巩固和加深纺织加工化学的理论知识,同时加强了我们独立分析问题和解决问题的能力,培养了我们实事求是、严肃认真的科学作风和良好的设计、实验习惯,这为我们今后步入社会工作打下了良好的基础。
感谢四位指导老师的谆谆教导,如果没有他们,我们的课程设计将不可能进行的如此顺利。
在实验之前,周老师便已为我们采购好了所需原麻。
星期二蒋老师为我们进行的基础知识的巩固和安全意识教育,实验室里有着许多存在危险性的仪器和化学试剂,蒋老师向反复强调安全的重要性,要我们顺顺利利完成实验,开开心心回家过年。
在实验室里有刘老师的全程指导,让我们的实验过程少走了不少错路、弯路。
实验过程中,在碱煮的时候发生了烧杯炸裂事件,我不小心被流出的氢氧化钠溶液溅到,王老师便立刻跑过来查看伤着没,并坚持要陪我回宿舍查看。
通过这次纺织加工化学课程设计,我们学到了很多东西,也体会到苎麻的脱胶是一个精确复杂的工艺。
从中我们学到了试验器材的使用,溶液浓度的配置,化学助剂的选择,这些本是我们早就该掌握了的,但都已随时间淡忘了。
这次我们在做苎麻脱胶煮练的时候,就在溶液浓度的配置,化学助剂的选择上都遇到了问题,不过我们组一起齐心协力地去解决问题,最后当我们的成品做出来的时候,我们都很有成就感,这也是一种付出努力的喜悦。
完成这次课程设计我觉得收获很多,不但进一步掌握了整个苎麻化学方法脱胶的工艺流程,还提高了自己的动手能力。
更多的是让我看清了自己的不足,明白了凡事需要耐心,实践是检验真理的唯一标准。
理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。
这将有助于我今后的学习,端正自己的学习态度,从而更加努力的学习。
同时也让我们认识到合作的重要性,他能达到事半功倍的效果。
最后,再次感谢四位老师给了我们一段美好的回忆!
八、附件
原麻:
精干麻
指导老师评语:
指导教师:
年月日
成绩评定:
备注: