Лекция 16. Стадия мерсеризации, параметры и их влияние на качество готового продукта

Для получения волокна необходимо приготовить вискозу. Стадии приготовления вискозы:

Ø Смешение целлюлозы

Ø Мерсеризация целлюлозы

Ø Измельчение щелочной целлюлозы

Ø Предсозревание щелочной целлюлозы

Ø Ксантогенирование щелочной целлюлозы

Ø Растворение ксантогената целлюлозы

Ø Подготовка вискозы к формованию

Смешение целлюлозы производят с целью получения однородной партии вискозы по следующим параметрам.

Ø Реакционная способность целлюлозы

Ø Влажность

Ø Степень полимеризации

Ø По содержанию α-целлюлозы.

α-целлюлоза-это высокомолекулярная фракция целлюлозы нерастворима 18% раствором щелочи в течение 1 часа при 20⁰С.Чем выше содержание α-целлюлозы, тем выше выход волокна.

Целлюлозу смешивают кипами или листами непосредственно перед мерсеризации.

Мерсеризация целлюлозы является первой операцией в технологической цепочке получения искусственного волокна из целлюлозы по вискозному способу.

Мерсеризация- это обработка целлюлозы 18% раствором едкого натра с получением щелочной целлюлозы и последующим отжимом её от избытка щелочи.

Процесс мерсеризации сопровождается химическими и физическими процессами:

Ø Набухание целлюлозы в щелочи

Ø Получение нового вещества щелочной целлюлозы

Ø Вымывание гемицеллюлоз

Ø Понижение степени полимеризации за счет окислительной деструкции

В процессе мерсеризации образуется щелочная целлюлоза и алкогалята

Набухание целлюлозы в щелочи зависит от температуры. Чем выше температура, тем меньше

степень набухания целлюлозы, т.к. больше тепловое движение молекул воды и щелочи в результате образования NaOH •7H₂O и проникновение ионов натрия между макромолекулой целлюлозы понижается.

Чем выше концентрация щелочи, тем вероятность замещения гидроксильных групп больше. При обработке 12% раствором щелочи ксантогенат целлюлозы не растворяется в воде. Степень этерификации γ -показывает количество гидроксильных групп замещенных в 100 элементарных звеньях целлюлозы. Максимальная γ=300.При мерсеризации γ=100-150. Количество вымытых гемицеллюлоз зависит от степени набухания целлюлозы. Чем больше степень набухания, тем больше вымытых гемицеллюлоз.

!Чем больше продолжительность мерсеризации, тем меньше степень полимеризации за счет окислительной деструкции.

Способы получения щелочной целлюлозы

Существуют два способа проведения мерсеризации

1.периодический (в мерсеризационных прессах, вискозных аппаратах)

2. непрерывный (установка непрерывной мерсеризации)

Периодический

Мерсеризация в прессах представляет собой прямоугольную барку(ванну) разделенную на секции. В каждую секцию (в ручную) загружают 5,8 кг. целлюлозы всего до 500 кг. Затем подают рабочий раствор щелочи (С=220-240г/л, Т=25⁰С).Продолжительность мерсеризации 40 мин. Перед спуском щелочи листы поджимают. Затем производят окончательный отжим до степени отжима 2,8-3. Полученная щелочная целлюлоза поступает на измельчение, а отжимной раствор на содовую станцию. Недостатки -большая доля ручного труда, неполное вымывание гемицеллюлоз, громоздкость.

Непрерывный

Мерсеризация на УНМ

Распакованные кипы листовой целлюлозы устанавливают на питающий транспор­т 2 (рис 46).Затем специальное устройство захватывает по одному листу из кипы и сбрасывает их в бак-мерсеризатор 1, снабженный мешалкой . В бак подается подогретая до 50 °С щелочь. Постоянный уровень щелочи в баке поддерживается с помощью дозатора 3.

Листы целлюлозы набухают в щелочи и измельчаются вращающимися лопастями мешалки, образуя в аппарате однородную пульпу. Модуль мерсеризации- от 14 до 20.

Внутреннее устройство бака-мерсеризатора показано на рис 46 Он снабжен зубчатыми лопастями, вращающимися во внутреннем цилиндре. В верхней части бака концы лопастей вы­ступают над уровнем жидкости и повернуты так, что попадающие в бак листы захватываются ими и увлекаются вниз, где следую­щая группа лопастей разрывает их на куски. В нижней части ба­ка лопасти проходят между неподвижно установленными билами, Здесь куски набухшей целлюлозы дополнительно измельчаются, и образуется пульпа. Верхние и нижние лопасти в баке установле­ны с некоторым наклоном и проталкивают массу вниз. Ударяясь о ложное дно, пульпа поднимается вверх между стенками внутреннего цилиндра и мерсеризатора. Этим обеспечивается по­стоянная циркуляция массы внутри мерсеризатора. Пульпа с по­мощью насоса через буферный бачок подается на отжимное уст­ройство.

Рис. 46 Бак мерсеризатор 1-корпус, 2-рубашка, 3-загрузочный люк, 4-внутренний цилиндр, 5-била

Буферный бачок заполняется массой через штуцер, располо­женный в верхней части обечайки, а расходный штуцер находит­ся в дне бачка. Поэтому в верхней части бачка создается воздуш­ная подушка. Небольшое постоянное давление в ней поддерживается сжатым воздухом. Буферный бачок способствует более равномерной подаче щелочной целлюлозы в отжимное устройство.

Механизм отжимного устройства состоит из двух вращающихся стальных перфорированных барабанов или барабанов с глубокими прорезями на рабочей поверхности для отвода отжимной щелочи. Прорез сообщаются сквозными отверстиями, просверлинными на торцах барабанов. Один барабан имеет реборды, в которые плотно входит другой барабан. Благодаря такому устройству достигается равномерный отжим щелочной целлюлозы в середине и по краям отжимающих поверхностей. Оба барабана плотно входят в стальную станину, образующую под ними замкнутое пространство, куда подается щелочная масса. Для того чтобы масса не осаждалась на дне, под отжимными барабанами установлен шнек, периодически приводимый в движение. Между барабанами имеется зазор для прохода щелочной целлюлозы. Величина зазора регулируется в зависимости от заданной производительности и от желаемой степени отжима. Параллельно оси барабана по краям станины агрегата расположен прилив, образующий карман для слива обработанный щелочи, которую в дальнейшем перекачивают в баки содовой станции.

Рис. 47 Механизм отжимного устройства 1-отжимные барабаны, 2-карман для слива отжимной и промывной щелочи, 3-слив, 4-шнек для перемешивания пульпы щелочной целлюлозы.

К отверстиям просверленным в торцах барабанов, подводится промывная щелочь под давлением 0,55МПа.Отжатая щелочная целлюлоза снимается с отжимных барабанов и через предварительный разрыхлитель выбрасывается на вибрационный транспортер, который направляет ее к рыхлителю. Спрессованная щелочная целлюлоза вначале разрыхляется, а затем несколько уплотняется имеющимся в агрегате уплотнителем.

Достоинства УНМ

1.Большая производительность

2.Точное выдерживание технологических параметров

3.Автоматизация технологического процесса

4.Полное вымывание гемицеллюлоз

Рис.48 Схема установки для непрерывной мерсеризации целлюлозы, отжима и измельчения щелочной целлюлозы 1-бак-мерсеризатор, 2-транспортер и дозатор листов целлюлозы, 3-дозатор рабочего раствора щелочи, 4- насос для перекачивания пульпы, 5-буферный бачок, 6-жимное устройство, 7-вибрационный транспортер, 8-разрыхлитель, 9-уплотнитель, 10-бак для рабочего раствора щелочи, 11- насос

1.Продолжительность мерсеризации

Зависит от способа проведения мерсеризации и составляет для УНМ=20-25 мин.(установившаяся непрерывная мерсеризации).

Для прессов 40-45 мин. Время мерсеризации зависит от содержания гемицеллюлоз в целлюлозе.

!Чем больше гемицеллюлоз, тем больше продолжительность мерсеризации. График характеристики изменения свойств целлюлозы от продолжительности мерсеризации

График характеристики изменения свойств целлюлозы от продолжительность мерсеризации

τ

1-количество вымытых гемицеллюлоз

2-степень полимеризации

С увеличением продолжительности мерсеризации количество вымытой гемицеллюлозы больше. С увеличением продолжительности степень полимеризации уменьшается за счет окислительной деструкции.

2.Температура мерсеризации

Зависит от способа проведения мерсеризации и составляет УНМ=40-50⁰С для прессов 20-25⁰С

График характеристики свойств целлюлозы от температуры

1-степень набухания

2-степень полимеризации

3-концентрация NaOH

4-геммицеллюлоза

С увеличением температуры степень набухания уменьшается так как образуется гидрат. С увеличением температуры степень полимеризации понижается за счет окислительной деструкции.

С увеличением температуры концентрация NaOH увеличивается, т.к. увеличивается содержание гемицеллюлоз в щелочной целлюлозе за счет выделения тепла.

В начале реакции количества вымытой гемицеллюлоз увеличивается, а затем уменьшается за счет окислительной деструкции.

3.Концентрация щелочи

Зависит от способа проведения процесса. Для УНМ и прессов 220-240 г/л и вискозных аппаратах ВА 260 г/л. Концентрация щелочи зависит от влажности целлюлозы и влияет на степень набухания целлюлозы. Чем выше концентрация щелочи, тем меньше степень набухания целлюлоз в щелочи, т.к. щелочь взаимодействует с водой с образованием гидратов.

4.Модуль ванны(мерсеризации)

Модуль ванны -это отношение щелочи в литрах и её веществ в кг.

Модуль ванны зависит от способа проведения процесса: для УНМ-14-40 л/кг, для вискозных аппаратов 3-4 л/кг. От данного параметра зависит расход щелочи при мерсеризации и размеры содовой станции.

5.Степень отжима-это отношение щелочной целлюлозы к веществу исходной целлюлозы.

Она составляет 2,8-3. Чем меньше степень отжима, тем лучше отжата щелочная целлюлоза, тем меньше она содержит свободной щелочи и меньше расход сероуглерода при ксантогенирование.

6.Содержание гемицеллюлоз в рабочем растворе

Норма 10-20 г/л. Чем выше содержание гемицеллюлоз в рабочем растворе, тем выше расход сероуглерода при ксантогенирование и следовательно меньше механическая прочность волокно.

7. Состав щелочной целлюлозы

α_цел-29-31%

NaOH-16-17%

H₂O-52-54%

Вопросы для закрепления

1.Стадии приготовления вискозы?

2.Назначение стадии смешения?

3.Мерсеризация-это?

4. Физико-химические процессы мерсеризации?

5.Сущность периодического способа вулканизации?

6.Сущность непрерывного способа вулканизации?

7.Параметры мерсеризации?