总溶解固体

2024-06-21

总溶解固体（精选3篇）

总溶解固体篇1

前言

皮革加工技术已经从传统的手工业逐步演变成工业活动。皮革加工所面临的环境挑战,不仅来自于大自然,同时来自大量废弃物的排放。工业制革过程会产生大量的固体(特别是无机固体物)、液体和气体废弃物[1,2]。1t生皮可得到200kg鞣革、190～350kg的非鞣制废弃物、200～250kg的鞣制废弃物,以及50 000kg的废水[3]。

大半个世纪以来,铬鞣剂在众多鞣剂中一直占有主导地位,约占全球皮革生产的85%。这主要是因为,相比其他鞣剂,铬鞣革具有较高的强度和优良的舒适性。目前,全球的研究者们都致力于开发可以替代铬鞣剂的新型鞣剂,但都没有得到理想的替代品[4]。一般来说,在鞣制前,会先进行一道工序——“浸酸”,即添加酸性试剂,使皮的pH值降到2.5～3.0之间。较低的pH值有利于无机鞣剂渗透进皮胶原纤维,也就是皮的构成组织中。而添加氯化钠,是为了防止酸性试剂添加后造成皮张酸肿,使皮的物理性能不稳定。铬鞣中,通过水合作用形成水合物,水解作用释放酸。这种酸和皮胶原蛋白结合引起肿胀,不仅给皮带来不好的效果,还会降低撕裂强度和粒面裂纹强度,鞣制中通常添加氯化钠来防止酸肿[5]。同时,在上述工序中,添加氯化钠还有助于保持皮的强度和质量。因而,鞣制过程中会产生大量的氯化物和TDS,这就涉及制革污水排放能否达标的问题。传统制革工序需要使用和排放皮质量8%～10%的氯化钠,导致制革废水中除了大量未结合的铬盐,还具有较高的盐度[6,7]。将含铬的制革废水任意排放,会增加环境污染和人体健康危害[8,9]。因此,铬对环境来说,是一种潜在的毒性来源。无论采用什么方法,都必须减少最终排放废水中的铬含量[10]。铬被释放到空气、水和土壤中,可以通过不同媒介物,在环境媒介中传递,被人体或其他生态受体吸收[11,12]。

目前有大量研究致力于在鞣制过程中,减少或去掉氯化钠的使用[13]。最初,尝试在调节pH值时,使用不会引起酸肿的酸(萘磺酸固化物),或浸酸液循环利用,或改变鞣制化料。然而,这些方法改变了成革的特性,没有得到用户的认可,并未商业化[14,15]。其中一个商业认可的、控制中性盐和铬盐排放总量的方法,是在浸酸中再使用铬废液。高盐度的铬废液能够直接在浸酸槽内再使用,但铬废液的回收再利用非常麻烦[16,17]。许多添加剂,如二元羧酸、硅酸盐、聚丙烯酸酯等,可以增加铬盐的消耗,这一方法曾被用于鞣制中。但也有许多人声称,添加剂会导致铬在皮内分布不均匀,有时还会出现盐在革粒面沉积的现象[18,19]。直到现在,工序上的变化都没有形成可行的商业化技术[20,21]。通过管道末端处理,以达到排放标准也没有成功或并不可行[22]。

制革废水中,TDS的含量约为7000～10 000mg/L,而许多国家规定废水中TDS的含量为2 100mg/L[23]。利用反渗透和机械蒸发系统,可以生成干净的水,但大规模的能源使用,以及巨大数量的有害混合盐生成,导致系统不能持续使用[24]。即使将处理技术,如膜分离(超滤)应用于制革厂,产生的固体废弃物形式的废渣,也会带来严重的问题[25,26]。因此,长久的克服TDS的方法是通过技术创新,在制革过程中不使用氯化钠[27]。目前已经开始尝试pH值为5.0～5.5的不浸酸铬鞣[28]。

开发的新工艺可以在较高的pH值下进行鞣制,因而不同于传统方法,添加酸和氯化钠以降低皮的pH值。在较高的pH值下,胶原蛋白和铬鞣剂的反应活性也会提高,进而减少鞣制中盐的使用量[29]。同时,该方法也确保,在原位中和铬盐水解作用时,产生的酸。

1材料和方法

10张脱灰母牛皮(pH 8.0～8.5),从背脊线将皮张分为左和右2部分,分别进行新工艺试验和常规铬鞣工艺试验。商业级别的碱性硫酸铬(BCS),甲酸(纯度约95%),甲酸钠(纯度约95%),碳酸氢钠(纯度约95%)。使用官方标准检测法,测定革的收缩温度和革内铬的分布情况[30]。

1.1试验步骤

脱灰皮的左半张进行新工艺试验。先使用甲酸水溶液(0.2%w/w)处理,得到pH值为5.0～5.5。之后进行鞣制,加入3%(w/w) BCS、0.5%乙酸钠,转鼓转1 h,再加入3%BCS,继续转1h。等到铬完全渗透入革的截面,向转鼓内加入100%的水,再加入1%碳酸氢钠(在60min内分6次加入)。当鞣制结束后,pH值为4.0。在鞣制过程中,若pH值剧烈变化,成革粒面则会变粗糙,因此要逐步加入碱性金属盐(上述所提到的),改变pH值。右半张皮进行常规铬鞣工艺,即常规浸酸和鞣制,在半满的浸酸槽内加入8%BCS,再加入50%的水,将pH值调节到4.0。流程图展示了典型的工艺步骤(见图1)。持续监控新工艺和常规铬鞣工艺的pH值情况,并记录。鞣制结束后,将蓝革陈放24h,然后评估。接下来,将蓝革加工到成革,并评估其感官性能和染色性能。

1.2废液分析

收集废液,使用美国污水协会制定的方法,分析废液内的TDS、氯化物和铬含量[31]。

1.3扫描电镜(SEM)分析

使用爱德华E306型喷金仪对鞣革喷金。再使用广达200型扫描电镜,在不同放大倍数下对鞣革进行分析。

1.4强度性能分析

使用环球英斯特朗电子拉力机(英斯特朗4501型,英国),从拉伸强度和撕裂强度2方面测定革的强度性能。以(100±20) mm/min的十字头速度进行拉伸,支撑物之间的距离为40mm。将负载物放置于革样品的中间位置,直到发生破裂,记录破坏负载。

使用崩裂试验机[32]测定染色革的粒面裂缝和破裂强度。试验条件为48h,(20±2)℃,相对湿度为(65±2)%。将试验样本放置于机器的圆环上,粒面朝上,用样品夹夹紧。开启机器,保持活塞运动速率为(0.2±0.05)mm/s。持续观察样品表面,直到样品中心出现初始裂纹,记录此时最大距离和强度。

以皮革样品脊骨为中心,平行进行物理性能测试。根据官方的IUP 1和3的方法进行样品取样和测试过程[33]。

1.5感官性能分析

将铬鞣蓝革和染色革分别进行感官性能测试,评估其柔软度、丰满度、粒面光滑度、粒面紧实度、颜色特征、一般的手感度及外观检查。皮张的功能属性由6位专家评估,分为0～10级。

1.6染色后革的色值分析

根据反射率测量染色革的色值。采用米顿罗HDS测色分光光度计测定色值,如L*,a*,b*。其原理包含:在整个可见光波长下,测量不透明试样表面的反射光的量,同时取1个白色样做空白试验。这个白色试样的标准必须是绝对唯一的,它在每个波长下的反射率都应是100%。常规试验和新工艺试验通过反射分光光度计测量色值。

ΔL表示亮度差异Δa和Δb分别是a、b值的差值,其中a代表红、绿轴,b代表黄、蓝轴;ΔL,Δa和Δb的值,通过新工艺试验值和常规试验值的差值计算。

2结果与讨论

2.1废液分析

废液分析结果如表1所示。新工艺去掉了传统的浸酸工序,废液中的TDS和氯化物大幅削减,其中氯化物已完全消除,TDS减少超过70%。TDS的减少是因为不再使用氯化钠,pH值也不会再急剧变化(见图2)。在常规工艺中,pH值的变化会导致生成大量中性盐[34]。废液分析结果表明,新工艺和常规工艺的铬残留量分别是(250±10) mg/L和(2 800±10)mg/L。采用新的无盐铬鞣工艺后,废液中铬含量减少了约90%。众所周知,在鞣制时提高pH值,会增加铬吸收,但同时会导致铬在皮内分布不均匀。新工艺有效地避免了这一缺点(见表2)。

2.2热稳定性和铬分布

采用收缩温度仪测定革的热稳定性。结果发现,新工艺和常规工艺鞋革后,革的收缩温度均为(105±5)℃。表明尽管新工艺去掉了浸酸工序、减少了铬的加入量,但其湿热稳定性没有任何变化。新工艺和常规工艺鞣革的粒面、中层、肉面中Cr2O3的含量(%,基于干皮质量)如表2所示。结果表明,相比常规工艺,新工艺鞣革后,革内铬含量分布更均匀。此外,新工艺的铬吸收率更高。

注:表中数据均为3次试验平均值。

2.3扫描电镜(SEM)分析

图3和图4分别为新工艺和常规工艺鞣革在不同放大倍数,×40和×300下的横截面SEM图。结果表明,相比常规工艺,新工艺鞣革后,成革更为紧实,纤维结构分布更均匀,更适合制作高质量的皮革。

注:表中数据均为3次试验平均值

2.4强度和感官性能分析

染色革的物理性能测试结果如表3所示。结果表明,新工艺鞣革的强度性能,如拉伸、撕裂、粒面裂纹可与常规工艺相媲美。蓝革和染色革的感官性能分析如表4和表5所示。结果显示,新工艺鞣革的感官性能和常规鞣革相似。

注:表中数据均为3次试验平均值

注:10个等级:0—差,10—优;表格内得分为6位专家给出的平均分。

注:10个等级:0-差,10-优;表格内得分为6位专家给出的平均分。

2.5成革色值

新工艺和常规工艺染色革的颜色指标,ΔL,Δa和Δb的不同试验值如表6所示。结果显示,新工艺鞣革颜色略暗(L),红(a*)、黄(b*)色值较好,表明鞣革对染料的吸收率和固定效果好。

2.6成本效益

全球的制革业每天要生产不少于15 000t生皮。从经济学角度计算一下所需成本:在常规工艺中,鞣制100t生皮所需盐量为8t,需要花费大约12 000美元,氯化钠和无机酸约花费1 000美元,成本总共为13 000美元。新型无盐工艺减少了化学品的投入,鞣制100t生皮仅需6t盐,成本约为9 000美元,每100t生皮就能节省4 000美元。进一步而言,从制革废水中除去1t盐的成本约为200美元,行业的总用盐量为1 500t/天。如果采用新工艺,去掉氯化钠后,全球制革成本节约了30万美元/天。

注:表中数据均为3次试验平均值。

3结论

研究提供了一个可能的完全不使用氯化钠和无机酸的铬鞣工艺。采用该工艺后,铬吸收率提高,且不使用氯化钠,解决了常规铬鞣工艺中,制革废水盐度高和TDS高的难题,同时不会对成革造成任何功能或外观上的损害。新工艺制革废水中,TDS达到最小值,铬含量减少了约90%。这种环境友好的方法可以用于商业化生产,且具有显著的成本优势。

总溶解固体篇2

胡程耀等[2]对常用固体溶解度的测定方法做了详细介绍; 韦小杰等[3]设计了一套激光监视和计算机在线数据采集的固液溶解度测定装置,选取KCl - H2O体系进行可靠性检验,实验数据与文献值吻合较好。除了实验测定的方法,一些学者还设计了溶解度的各种计算方法。张晨等[4]测定邻苯二甲酸酐水中的溶解度数据,并用简化方程、Apelblat方程及Wilson方程进行关联,相对误差较小,基本满足工程需要。杨中凯等[5]利用MATLAB建立了固体萘在超临界流体中的溶解度模型,在一定范围内获得了较高精度。

近些年,化工模拟技术得到了越来越广泛的应用。Aspen Plus软件[6,7]提供了完备的物性数据、齐全的单元操作模型、严格的热力学模型和先进的计算方法,可完成各种类型的流程模拟。本文选择合适的Aspen Plus单元操作模型建立模拟流程,采用灵敏度分析Sensitivity功能获得不同温度下的溶解度数据,与文献值比较验证结果的准确性,进而为固体溶解度的计算提供一种简便、迅速、切实可行的方法。

1AspenPlus模拟流程

固体物质的溶解度是指在一定的温度和压力下,物质在100 g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量。固体物质的溶解度明显受温度的影响,基本不受压力的影响。大多数固体物质的溶解度随温度的升高而增大。

在Aspen Plus软件中选择物流混合器Mixer单元操作模型作为固体物质与溶剂溶解的设备。Mixer模型可以把多股物流汇合成一股物流,因此入口要求至少有两股物料流,而出口则为一股物料流。当混合物流时,可以规定出口的压力或者压降; 另外,考虑温度对溶解度的影响,引入换热器模型Heater进行灵敏度分析,计算出不同温度下固体物质的溶解度。 Heater模型可以作为加热器、冷却器或者冷凝器,入口要求至少有一股物料流,出口是一股物料流。当物流含有固体物流或者计算电解质的化学性质时,Heater模型可以模拟计算固体的相态。固体物质的溶解度基本不受压力的影响,无需计算不同压力下固体物质的溶解度,因此不再添加压力变送设备,计算流程如图1所示。

2固体溶解度计算

以计算常压下KNO3在水中的溶解度为例。KNO3在水中的溶解是以电解质的形式存在的,在Aspen Plus组分输入界面中首先应输入H2O和KNO3两种组分,然后通过电解质向导 “Elec Wizard”生成可能发生的各种电离反应以及电离反应生成的各种电解质组分,最终确定的组分有H2O、KNO3、K+、 NO3和KNO3( s) 。热力学方法选择电解质模型ELECNRTL,该模型可应用于具有多溶剂和溶解气体的溶液,非常适用于低压和中压的体系。

过量的固体KNO3和溶剂H2O在Mixer模型中混合,一部分固体物质溶解于水中形成饱和溶液,另一部分则以未溶解的固体形式存在。通过换热器模型Heater,利用灵敏度Sensitivity功能,以Heater模型的出口温度为自变量,以未溶解的固体物质质量为变量,通过换算获得不同温度下KNO3在水中的溶解度。将计算结果与文献值[8]进行比较,结果如表1和图2所示。

从表1中可以看出KNO3溶解度的模拟计算结果与文献值的最大相对偏差为1. 65% ,平均相对偏差为0. 81% ,吻合较好; 从图2可以看出两条溶解度曲线基本重合,计算值与文献值吻合良好,说明本文建立的固体溶解度计算方法是可靠的。

同样方法计算Na Cl在不同温度下的溶解度,计算值与文献值[8]比较如表2和图3所示。

从表2可以看出计算结果与文献值的最大相对偏差为1. 12% ,平均相对偏差为0. 69% ,吻合较好; 图3的两条溶解度曲线基本重合。因此,利用Mixer和Heater单元操作模型计算固体溶解度的方法是可靠的。

3结论

采用Aspen Plus软件建立了计算固体物质溶解度的模拟流程,利用Sensitivity功能对溶解度随温度的变化进行灵敏度分析,得到了KNO3和Na Cl在不同温度下的溶解度数据,与文献数据比较相对偏差较小,吻合良好。研究结果表明利用Aspen Plus软件建立模拟流程计算固体溶解度的方法是可行的,可计算和预测物性手册或文献中查不到的溶解度数据,进而为工业生产提供可靠的溶解度数据。

参考文献

[1]黎文超,宣爱国,吴元欣,等.固液平衡的研究进展[J].石油化工,2007,36(10):1067-1073.

[2]胡程耀,黄培.固体溶解度测定方法的近期研究进展[J].药物分析杂志,2010,30(4):761-766.

[3]韦小杰,陈小鹏,王琳琳,等.固液溶解度实验装置的改进与应用[J].实验室研究与探索,2010,29(6):9-11.

[4]张晨,崔铁兵,王钰,等.邻苯二甲酸酐、顺丁烯二甲酸酐在水中溶解度的测定与关联[J].河南化工,2008,25(1):31-34.

[5]杨中凯,刘辉,李建伟,等.用MATLAB软件预测固体在超临界流体中的溶解度[J].计算机与应用化学,2007,24(5):614-616.

[6]王红蕊,沙作良,王彦飞.Aspen Plus在无机盐工艺开发与设计中的应用(I)基础物性数据[J].广州化工,2013,41(13):11-12.

[7]孙兰义.化工流程模拟实训-Aspen Plus教程[M].北京:化学工业出版社,2012:1-2.

总溶解固体篇3

1 基本原理

通过测定样品的比重和脂肪, 代入计算公式得到乳固体的检测结果, 将该结果与同一样品用干燥法检测的结果进行比对和分析。

2 试剂材料与仪器、方法

2.1 检测样本

奶样总计40份, 产自湖北宜昌周边地区。

2.2 干燥法测定乳固体[1]

2.2.1 试剂和材料

平底皿盒:高20～25 mm, 直径50～70 mm的带盖铝皿盒。

海沙:可通过500μm孔径的筛子, 不能通过180μm孔径的筛子。检测前预先进行适用性测试。

2.2.2 仪器和设备

感量为0.1 mg的天平。干燥箱。水浴锅。

2.2.3 分析步骤

在平底皿盒中加入20 g石英沙或海沙, 在 (100±2) ℃的干燥箱中干燥2 h, 取出置于干燥器中冷却0.5 h后称量, 并反复干燥至恒重。称取5.0000 g试样于恒重的皿内, 置水浴上蒸干, 擦去皿外的水渍, 于 (100±2) ℃干燥箱中干燥3 h, 取出放入干燥器中冷却0.5 h, 称量, 再于 (100±2) ℃干燥箱中干燥1 h, 取出冷却后称量, 至前后2次质量相差不超过1.0 mg。试样中总固体的含量按下式计算。

X——试样中总固体的含量;m1——皿盒、海沙加试样干燥后质量, 单位为克 (g) ;m2——皿盒、海沙的质量, 单位为克 (g) ;m——试样的质量, 单位为克 (g) 。

2.3 相对密度的测定[2]

2.3.1 仪器和设备

密度计:20℃/4℃。

玻璃圆筒或200～250 mL量筒:圆筒高度应大于密度计的长度, 其直径大小应使在沉入密度计时其周边和圆筒内壁的距离不小于5 mm。

2.3.2 分析步骤

取混匀并调节到温度为10～25℃的试样, 小心倒入玻璃圆筒内, 勿使其产生泡沫并测量试样温度。小心将密度计放入试样中到相当刻度, 然后让其自然浮动, 但不能与筒内壁接触。静置2～3 min, 眼睛平视生乳液面的高度, 读取数值。根据试样的温度和密度计读数查表换算成20℃时的度数。

2.4 脂肪的测定[3]

2.4.1 试剂和材料

硫酸 (H2SO4) :分析纯, ρ20约1.84 g/L。

异戊醇 (C5H12O) :分析纯。

2.4.2 仪器和设备

乳脂离心机。盖勃氏乳脂计:最小刻度值为0.1%。10.75 mL单标乳吸管。

2.4.3 分析步骤

于盖勃氏乳脂计中先加入10 mL硫酸, 再沿着管壁小心准确加入10.75 mL样品, 使样品与硫酸不要混合, 然后加1 mL异戊醇, 塞上橡皮塞, 使瓶口向下, 同时用布包裹以防冲出, 用力振摇使呈均匀棕色液体, 静置数分钟 (瓶口向下) , 置65～70℃水浴中5 min, 取出后置于乳脂离心机中以1100 r/min的转速离心5 min, 再置于65～70℃水浴水中保温5 min (注意水浴水面应高于乳脂计脂肪层) 。取出, 立即读数, 即为脂肪的百分数。

3 数据整理分析

本实验选取其中10份数据做表述。

3.1 原始数据

原始数据见表1。

3.2 用于导出乳固体检测结果的计算公式

公式一[4,5,6]:T=0.25L+1.2F+C

T——全乳固体 (%) ;F——脂肪 (%) ;L——乳稠计 (15℃/15℃) 读数, 与20℃/4℃密度计读数相差2;C——校正系数, 一般取0.14。

公式二[7]:T=0.25L+1.17F+0.95±0.25

T——全乳固体 (%) ;F——脂肪 (%) ;L——乳稠计 (15℃/15℃) 读数。

3.3 导出检测结果比对

检测结果及其比对见表2。

4 分析讨论