纤维板生产（共10篇）
纤维板生产 篇1
1 模压纤维板工艺的含义
模压纤维板工艺就是将一定量的纤维物品放入到金属模具中的对模模腔中, 然后利用带热源的压机产生的一定的压力的温度和压力, 合模后在一定的温度和压力的作用下使得纤维物品受热软化, 受压流动, 然后分不到, 模块的每一个部分, 然后成型和固话, 从而获得复合材料制品的一种工艺方法。
型模压纤维板生产的优点有生产的效率高, 便于实现生产的自动化和专业化;产品尺寸进度比较的高, 可以重复性的使用;表面比较的光洁, 不需要进行二次的修饰;能够一次完成结构复杂的制品;能够进行批量的生产, 降低了生产的成本。
2 一次成型模压纤维板的控制因素
一次成型模压纤维板的控制因素只要的包括温度、压力和时间的把握上。
2.1 一次成型模压纤维板的模压压力
模压压力的在一次成型模压纤维板中的作用:使得纤维物品在模腔内流;增加了纤维物品原料的密实性;能够克服树脂在缩聚反应中放出的低分子物和纤维物品中它挥发物所产生的压力, 避免出现肿胀, 脱层等缺陷;能够使得模具紧密的闭合, 从而使制品具有固定的尺寸和形状, 实现最小的毛边;能够防止在制冷的时候发生变形。
影响因素:纤维板的流动性和压缩率都会影响到模压的压力, 流动性越小, 固话速度就越快, 纤维物品的压缩率越大的时候, 需要的模具压力就越大;当物品的构造比较复杂的时候压力也比较的大。
2.2 一次成型模压纤维板的模压温度的控制
一次成型模压纤维板的模压温度的控制能够使纤维板物料熔融流动充满型腔, 为固话提供所需的热量。
一次成型模压纤维板的模压温度控制的原则:保证充模固化定型并尽可能缩短模塑的周期, 一般情况下模压的温度越高, 模塑的周期也就越短。对于厚壁制品, 应该适当的降低模压的温度, 以此来防止表面过热, 内部得不到应有的固化。模温与物料是否和预热有关, 使得预热料内外的温度均匀, 纤维物品的流动性好, 模压温度可比不预热的高些。其它影响因素还包括材料的变形、纤维物料的固化特征等, 应该确保各部位物料的温度均匀。
2.3 一次成型模压纤维板的模压时间的把握
一次成型模压纤维板的模压时间是指熔融体充满型腔到固化定型所需的时间, 一般情况下提高模温可以缩短模压的时间。在模具温度不变的情况下, 模压的壁厚增加, 模压的时间也会随之延长。内外还受到预热、固化的速率、制品的品壁厚等多方面因素的影响。
在次成型模压纤维板的模压的过程中压力、温度、时间三者都不是独立存在的, 在实际的生产过程中一般都是凭借操作人员的经验来确定这三个因素之中的一个参数, 然后再调整其他的两个, 如果效果不好, 在对已经确定的参数进行调节。
3 一次成型模压纤维模压成型工艺的过程
3.1 预压
预压就是将松散的纤维材料预先用冷压法压成想要的形状规整, 质量一定的密实体的过程。预压的作用就是防止在纤维材料了的量不均匀或者溢料的发生, 从而来保证加料量的准确适当;通过预压使得模压成为想要的形状, 有效的减少物料的体积和重量, 提高制品的质量。
3.2 预热
为了改善纤维物资的成型型能及除去多余的水分和挥发分, 对预压物进行加热处理。其作用能够缩短成型的周期, 提高制品的力学性能, 提高纤维物资的流动性, 降低模压的压力等。
3.3 一次成型模压纤维模压成型工艺的步骤
模压成型的工艺过程包括:放置嵌件、加料、闭模、排气、保压固化、脱模、清理磨具等步骤, 如下图:
4 一次成型模压纤维模压门的生产优势
一次成型模压纤维模压门生产采用的是人造林的木材, 经去皮、切片、筛选、研磨成干纤维、拌入酚醛胶作为黏合剂和石蜡后、在高温高压下一次模压成型。模压门板带有凹凸图案, 实际上就是一种带凹凸图案的高密度纤维板。所以, 模压门也属于夹板门, 只不过是门的面板采用的是高密度纤维模压门板。
模压门是采用模压门面板制作的带有凹凸造型的或有木纹或无木纹的一种木质室内门。模压门面板采用的是木材纤维, 经高温高压一次模压成型。这种面板面世时曾引导了国际室内房门业的一场革命, 她在带来稳定质量的同时, 更表达了强烈的环保理念:保护森林资源。
一次成型模压纤维模压门的生产优势:
模压木门以木贴面并刷“清漆”的木皮板面, 保持了木材天然纹理的装饰效果, 同时也可进行面板拼花, 既美观活泼又经济实用。模压门还具有防潮、膨胀系数小、抗变形的特性, 使用一段时间后, 不会出现表面龟裂和氧化变色等现象;
2) 模压门和实木门相比在价格上更加的便宜安全, 这受到了中等家庭收入的喜爱。模压门是由两片带造型和仿真木纹的高密度纤维模压门皮板经机械压制而成。由于模压门内是空心的, 在隔音效果和防潮, 磕碰上的效果会比实木门差;
3) 一般的一次成型模压纤维模压门都是带白色的底漆, 购买者购买回家后还可以根据自己的喜好涂上不同的颜色, 以此来满足消费者的个性化的需求;
4) 模压门具有很好的防水和密封的性能, 很适合在厨房中的使用, 能够达到很好的隔离油烟的作用;
5) 一次成型模压纤维模压门具有防潮和抗变形的特征, 随着使用时间的增加, 模压门的表面不会出现龟裂和氧化变色的情况;
6) 模压门和传统的手工实木门相比, 模压门在生产过程中采用的是机械化生产, 降低了生产的成本;
7) 一次成型模压纤维模压门选用的材料是经过特殊的提炼的, 这些材料是不含重金属和异味的, 对人体的使用发挥不了刺激的作用, 并且对平常的时候饮食也不会产生很大的影响。
5 结论
一次成型模压纤维板生产在我国的房屋装修的方面发挥着重要的作用, 其在实际的应用中节省了成本, 能够实行大批量的生成, 能够提高工作的效率, 降低生产的成本。
摘要：一次成型模压纤维板在现阶段主要是应用在房屋装修的门或者柜子上面, 采用模压纤维板做的门就是模压门, 因为纤维板是一次成型, 这大大的减少了制作的工艺和流程, 也节省了材料和时间, 大大降低了成型的成本, 并且一次成型的模压门采用高密度木质纤维板的技术通过设备一次成型;不开裂、耐水、不变型, 适合工业化的生活。下面我们就从一次成模压纤维板在模压门中的使用特点和优势来探讨其工艺特点。
关键词：一次成型,模压,纤维板,模压门
参考文献
[1]张彬渊, 模压成型工艺[J].中国建筑报, 2004.
纤维板生产 篇2
秸杆的主要成分是木质纤维素。是纤维素、半纤维素和木质素混合在一起的材料。用木质纤维素作为糖源生产燃料酒精，目前糖的利用和转化率还很低，通常只有百分之十几。在秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维，占秸杆总重量的约70-90％左右。植物中三者各占的比例随不同来源的植物或植物的不同部分而有所区别，大概的比例数字为：
纤维素 30-50% 半纤维素 20-35% 木质素 20-30% 灰份 0-15% 其实纤维素的非结晶结构是很容易被打破的，它可以完全降解成葡萄糖，后者是发酵乙醇的原料。
目前遭遇的主要问题是，纤维素的结晶结构难以被破坏，致使人们无法完成后续处理。纤维素和半纤维素被难以降解的木质素包裹，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，这构成了木质纤维素利用的重大障碍。只有经过有效的预处理方法，破坏了木质纤维素的高级结构，实现纤维素酶和半纤维素酶对纤维素的可及性，才能使木质纤维素作为自然界里最大宗的资源，像淀粉一样被人和动物完全利用。
纤维素被纤维素酶水解的反应通常又称为糖化反应，水解的主要产物是单糖。植物细胞壁中，纤维素被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹，不利于纤维素酶对纤维素的进攻。木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质。由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面。所以，要彻底降解纤维素，必须首先降解木质素。未经预处理的植物纤维原料的天然结构存在许多物理和化学的屏障作用，纤维素酶水解得率低，仅为10%～20%。
禾本科植物秸秆含有的半纤维素一般为木聚糖，占干重的25－30％。半纤维素能被木聚糖酶(xylanase，EC3．2．1．8)——半纤维素酶，降解成木糖。
天然半纤维素水解产物的85-90%是木糖。以植物纤维素原料中的木糖发酵生产酒精，能使纤维素原料的酒精发酵的产量在原有的基础上增加25%。因此，木糖发酵生产酒精是决定植物纤维资源生产酒精经济可行的关键因素。酵母木糖代谢的途径比葡萄糖代谢的途径复杂得多。在代谢的过程中部分木糖转化为其它副产物。因此，酵母木糖代谢产生酒精的理论得率为0.46克酒精/克木糖，低于葡萄糖酒精发酵的理论得率为0.51克酒精/克葡萄糖。
代谢葡萄糖和木糖产生乙醇的总反应式如下： Glucose ADP Pi->2Ethnanol 2Co2 ATP 3Xylose 3ADP 3Pi->5Ethnanol 5Co2 3ATP 理论上1吨葡萄糖可生产539公斤的酒精（180份C6H10O6在酶的作用下生成88份CO2和92份C2H5OH）
许多细菌、丝状真菌和酵母菌均可产生半纤维素酶。由于丝状真菌产生的胞外半纤维素酶便于分离和提取，产酶能力比一般酵母菌和细菌都高，并可以同时产生降解半纤维素支链所必需的多种辅助酶等优点，便于工业化推广应用。因此人们对丝状真菌的产酶研究较多，尤其是对木霉属和曲霉属的研究。同时，对这两种菌属产生的木聚糖酶的基本性质和降解产物特点也研究得较为透彻。里氏木霉（Trichoderma reesei）和黑曲霉（Aspergillus niger）具有稳定的生物学性状和高产半纤维素酶的能力，但由于同时含有纤维素酶基因，生长在含有纤维素的培养基中会同时产生较多的纤维素酶。
木糖一直被认为不能被微生物发酵转化成酒精。直到1980年科学家发现，一些微生物可通过发酵木糖产生酒精。如细菌、丝状真菌和酵母菌。至今已发现一百多种微生物能代谢木糖。细菌能发酵的糖类物质较多，除了单糖外还能发酵纤维素、生物高聚糖等，但细菌发酵的缺点是副产物多，酒精得率低，同时，高pH条件下的细菌发酵容易引起杂菌污染。与细菌一样，真菌不仅能发酵单糖，还能发酵二糖、纤维素和木聚糖等，真菌的这种特性特别适合于植物纤维原料的同步糖化发酵。有6个种的酵母菌能通过发酵木糖产生大量的酒精（嗜鞣管囊酵母 Pachysolen tannophilus、休哈塔假丝酵母 Candida shehatae、树干毕赤酵母 Pichia stipitis、季也蒙毕赤酵母、酒香酵母和产朊假丝酵母）。
与细菌的酒精发酵相比，酵母菌具有酒精耐受能力高，副产物少等优点。同时，经酵母菌发酵过的木质纤维素原料能直接用于饲料而不会产生毒性。酵母菌酒精发酵不易被细菌和病毒污染。
酿酒酵母是工业上生产酒精的优良菌种。但酿酒酵母不能发酵木糖，只能发酵木糖的异构体——木酮糖。因此，人们正在设法构建能共发酵木糖-葡萄糖产生酒精的工程菌。
瑞典科学家对酿酒酵母菌进行了基因工程重组，把参与木糖代谢的全套酶基因从不生产酒精的真菌中克隆出来，整合到酿酒酵母菌的染色体中，从而使它能够把木糖转化为酒精。
运动发酵单孢菌（Zymomonas mobilis）的研究较为引人注目。这种菌虽是原核生物，是厌氧菌。但它的功能与酿酒酵母一样，它的酶系统能将己糖高效转化为酒精。酒精产率、得率高(1 mol葡萄糖可生成1.9 mol酒精)，耐酒精能力、抗纤维素原料水解液中的抑制物能力强。菌体生成少，代谢产物少，发酵温度高，不必定期供氧，酒精生产强度高（能够在相同原料条件下，产出的乙醇比酿酒酵
母菌高出8倍多）等优点。但就是不能发酵木糖。美国的一个研究小组（Zhang.M)把大肠杆菌的戊糖代谢途径的基因组克隆到运动发酵单孢菌中，使之能将含25％一40％木糖的生物质发酵制成乙醇。正是由于这点差异，用运动发酵单胞菌来制取酒精能使生产成本降低。
工程微生物是利用基因移植技术构建的有特殊功能的微生物，也称其为转基因微生物。用这一方法生产酒精，不仅酒精纯度可达100％，而且生产效率也比酵母发酵法高出30％。美国佛罗里达大学构建的工程克氏杆菌，在将废纸转化为酒精时，产量达到了理论极限值的80％。
半纤维素发酵制酒精:我国半纤维素水解，不论酸法和酶法水解，均有成熟经验。半纤维素水解液制木糖、木糖醇，均有一定工业规模，但是没有半纤维素发酵制酒精。国外有报道，利用特殊的酿酒酵母菌可使木糖发酵成酒精，也可以使木糖转换成木酮糖再用普通酿酒酵母发酵成酒精。美国Purdue大学可再生能源实验室利用基因工程发现了可将五碳糖转化为乙醇的转基因酶,使技术难度极大的“五碳糖发酵制乙醇技术”获得重大突破, 为燃料乙醇生产成本的降低提供了技术上的保证。
据1996年报道，稻草半纤维素水解液，用假丝酵母发酵，每克水解液中的还原物，可获得0.37～0.45克的酒精，即对糖得率37％～45％。植物废料半纤维素水解得率一般为20％～25％，玉米心达35％，即每吨植物纤维废料半纤维素水解后，可获得对原料10％～15％的酒精。
植物纤维原料制取酒精包括4个过程：木质纤维素原料的预处理脱除木质素、纤维素和半纤维素糖化、糖液发酵和酒精蒸馏。由于戊聚糖占植物纤维原料干重的10%～40%，植物纤维原料水解液中含有戊糖和己糖，其中戊糖（主要是木糖）占30%左右。因此，戊糖、己糖同步转化成酒精是决定植物纤维原料制取酒精经济可行的关键。
利用可再生的植物纤维资源制取酒精目前存在的主要问题是成本偏高。选择性能优良的纤维素酶生产菌种和戊糖发酵菌种，以及进一步完善工艺达到降低生产成本的目的是未来该领域努力的方向。
目前国内外利用秸杆物质生产酒精的技术水平还是停留在先用纤维素酶产生菌株（或其产生的纤维素酶）分解秸杆物质产生戊糖和己糖，再由乙醇发酵菌把单糖转化为乙醇。不管是分步发酵还是混合发酵，人们都必须提供两种菌生长所需要的时间、原料和设备，其生产成本必定高于传统的淀粉发酵。因此，有必要使乙醇发酵菌获得分解秸杆物质的能力。人们多年来一直设法把一系列编码纤维素酶和半纤维素酶的基因重组进能利用单糖发酵生产酒精的工程菌中，使之能直接将秸秆分解成单糖，进而转化成酒精。近年来美国能源部鼓励采用具有分解纤维素、半纤维素的整套酶类、能发酵戊糖产生有机酸的某些极端嗜热细菌，设法引入乙醇发酵途径的基因，同时敲除细菌中的有机酸发酵途径，构建利用秸杆发酵乙醇代谢工程菌，这方面的前景非常诱人。
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一类酶的总称。它不是单一组分的酶，而是多组分的复合酶系。纤维素酶主要包括3种组分：内切型葡萄聚糖酶（EC 3.2.1.4，EG），外切型葡萄聚糖酶（EC 3.2.1.91，CBH），纤维素二糖酶（EC 3.2.1.21，CB，或称β－葡萄糖苷酶，β－G），每一组分又由若干亚组分组成。纤维素水解生成葡萄糖的过程必须依靠这3种组分的协同作用才能完成。许多细菌、放线菌和真菌都能产生纤维素酶。目前应用于纤维素酶生产的菌种主要是木霉属（Trichoderma）、曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）、镰孢菌属（Fusarium）的菌种，其中最重要的是木霉属中的里氏木霉（Trichoderma reesei）。近几年来，采用原生质体融合技术来改良纤维素酶生产菌株的研究日益增多。美国Cetus公司用基因工程技术构建产纤维素酶的“工程酵母菌”获得了成功，该公司将里氏木霉的产酶基因移入酿酒酵母细胞中，通过这种“工程酵母”可由纤维素直接发酵获得乙醇和甘油。
用纤维素作原料时，酿酒酵母菌很难施展它的发酵本领。但是，微生物中的球菌、杆菌和一些真菌、放线菌等，能分泌出能分解纤维素的酶——纤维素酶。用纤维酶先把纤维素分解成单个葡萄糖分子，然后酿酒酵母菌再把单糖发酵成乙醇。日本和韩国等国微生物学家，利用木霉和酿酒酵母菌的联合作用，也成功地用纤维素生产出了乙醇。有一种叫嗜热梭菌的微生物，它能够直接以纤维素作碳源生产乙醇。日本曾从温泉中分离出1株高温型产酒精细菌，它能利用稻草和废木材的纤维生产乙醇，也能把半纤维素，木糖等五碳糖发酵为乙醇。
1996年，美国可再生资源实验室（NREL）研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程：年处理稻壳12，000吨，年发电量800万度，年产酒精2，500吨，具有明显的经济效益。
加拿大的Iogen公司，利用从遗传工程真菌所制成的纤维素酶有效地使纤维素水解为葡萄糖和其它糖类。同时，采用常规的酿酒酵母使葡萄糖发酵为乙醇。专用的菌种还可使酵母发酵困难的其它糖类如戊糖进行发酵转化。Iogen能源公司拥有一套市值2230万美元的示范设备，用于以生物质原料生产乙醇的装置，该装置被认为是目前世界上同类装置中规模最大的。验证装置可使1.2万“1.5万吨/年麦秸转化为300万”400万升/年燃料级乙醇。采用这一新技术，可使生产费用减少到约0.23美分/公升。这是世界上第一个纤维素酒精示范设备（pre-commercial demonstration scale facility），日处理麦秸40吨（用酶来自于邻近的本公司的产酶厂）。该厂操控了涉及纤维素酒精生产的所有工序，包括接受和预处理每日达40吨的麦秸原料, 将纤维素转化成葡萄糖,发酵和蒸馏。雇员20人。燃料使用加工中的副产品--木质素。
迄今为止，全世界已有几十套植物纤维原料经纤维素酶水解成单糖的中试生产线或试生产线，大部分是以酒精为最终主产品。这些试验或试生产机构包括美国陆军Natick研究发展中心，美国加州大学劳伦斯伯克莱实验室，美国阿肯色大学生物量研究中心，美国宾夕法尼亚大学，加拿大Iogen公司，加拿大Forintek公司，法国石油研究院，日本石油替代品发展研究协会，瑞典林产品研究实验室，瑞典隆德大学，奥地利格拉兹大学，芬兰技术研究中心，印度理工学院等。
根据荷兰政府2003年5月生物酒精研发概况的报告
2002年全世界生产了211Mhl(450PJ)生物酒精（bioethanol），巴西59%,美国36%,欧洲2%,中国，加拿大和澳大利亚各1%。这些生物酒精都来自于传统原料（甘蔗，玉米，甘蔗，甜菜，小麦）。成本价是0.34欧圆/l（=16.2欧圆/GJ），是汽油的两倍（7.3欧圆/GJ）。原料价格占总成本的50%以上。并且由于传统原料获取有限造成大规模实现以酒精作为运输燃料的障碍。用木质纤维素作原料生产酒精在技术上目前遵循着用甜菜和富含淀粉的原料相同的途径。两者主要的区别是1.原料的预处理，2.木糖发酵酒精。用木质纤维素作原料生产酒精当前技术应用的障碍是产生大量的无机废物（石膏，硫酸钙）和高成本（0.35欧圆/l）。主要是酶解成本过高，占总纯生产成本的40-55%。另一个大障碍是缺乏经济可行的木糖发酵技术。虽然在运动发酵单孢菌(Z.mobilis)和E.coli研究上取得实质进展，但仍然还没有得到足够皮实的适合发酵五碳糖的微生物。上述过程改进后，预期将来的成本能降至0.23欧圆/l（=11欧圆/GJ）。预计用成熟技术从木质纤维素原料中制取酒精的商业化运作得到2010-2015年。
重新改良纤维素乙醇的生产 篇3
总部设在以色列特拉维夫的新兴公司HCL-Cleantech目前重新改良了已有百年历史的生产工序Bergius，改良的工序在用生物质生产乙醇时比原先的方法更便宜。该方法用浓盐酸(HCL)把生物质分解成糖，但对于商业化生产来说太过昂贵。不过该公司表示，它们已研发出一种能回收42％盐酸的方法，把回收的盐酸重新注入系统中，大大降低了生产乙醇的成本。
公司的首席执行官叶兰·巴尼埃尔(Eran Baniel)说：“我们的方法中唯一真正创新的部分是盐酸的重复利用，目前使用的盐酸的成本是以前的10％。”但是这样的调整吸引了美国许多公司的兴趣，目前HCL-Cleantech公司获得一笔来自清洁能源投资商科斯拉风险公司及Burrfll and company的风险投资，价值550万美元，用于在美国建造一家试验工厂。
用像木屑和玉米秸秆那样的纤维素生产乙醇，原料首先必须被分解成三个部分：木质素、含糖丰富的纤维素和半纤维素。后两者必须被转化成糖，然后通过有机体——例如酵母——发酵成乙醇。传统的乙醇生产技术在预处理的阶段使用稀释的酸溶液，把木质素从纤维素和半纤维素中分离出来。然后再用昂贵的酶把纤维素和半纤维素分解成简单的糖。
作为一种更便宜的方法，HCL-Cleantech公司使用更强、更浓的盐酸溶液，结合了乙醇生产的前两个阶段，同时分解纤维素原料，并把它们裂解成可发酵的糖。巴尼埃尔说，盐酸水解有可能把纤维素原料——比如木头——分解出97％的糖。盐酸的使用也减少了不必要的副产品的数量，那些副产品通常会产生较多稀酸溶液。更重要的是，浓酸可以在低温下发生化学反应，从而减少了运行系统的能量。
但是，回收盐酸被证明是一个很大的挑战。研究人员发现，盐酸把纤维素原料——如木头——分解成糖，会与水形成牢固的很难被打破的化学键。回收盐酸的行业，比如柠檬酸制造商，会使用昂贵的高温和高压方法使水蒸发，分离盐酸。
相反，为HCL-Cleantech公司研发技术的科学家们提出一种便宜的分离和回收盐酸的方法。他们设计了一种专用溶剂来吸收盐酸。他们把这种溶剂与盐酸溶液混合，发现该溶剂打破了盐酸和水之间的化学键并把盐酸从水溶液中吸收出来。接着，科学家们发明了一种获取溶剂以释放盐酸气体的方法，将其重新注入到系统中分解更多的纤维素。
巴尼埃尔说，公司的目标是与发酵工厂合作，完成乙醇生产的最后阶段。他说：“一开始，我们认为可能需要尝试所有的生产生物燃料的方法，但我们发现，发酵糖的技术在我们所有拥有的技术中遥遥领先。”
公司预计，2010年下半年试验工厂将会准备就绪。在此期间，巴尼埃尔表示，公司将在以色列各工业工厂测试其生产工序中的各个步骤，看该技术能否在较大规模下有效运行。
位于科罗拉多州戈登市的美国国家可再生能源实验室(NationalRenewable Energy Laboratory)生化精炼工艺研究和开发部经理詹姆斯-麦克米伦(James McMilian)说，扩大这项技术并稳健地运行是长期成功的关键。他说：“如果实践证明它能在稳健的条件下运行，并能解决现实问题，就能在市场上产生吸引力，回收所有的成本。这就是要展示的。”他补充说，当涉及建造一个工厂，公司可能要在昂贵的保存盐酸的原料上投资，盐酸具有强腐蚀性并且易挥发，特别是在气态情况下。
另一家用浓酸水解生产乙醇的公司是总部设在加利福尼亚州欧文市的蓝火乙醇公司(BlueFire Ethanol)。该公司使用比盐酸略微便宜的硫酸来把纤维素原料——比如城市固体废弃物和废弃木屑——分解成糖。蓝火乙醇公司的首席技术官约翰-库森斯(JohnCuzens)说，回收气态的盐酸可能有助于提高糖类的生产。不过，他警告说，HCL-Cleantech公司将要解决可能发生的因氯化氢气体排放所增加的风险。
中密度纤维板生产废水的处理系统 篇4
中密度纤维板生产线中的废水主要产生于木片水洗工序的木片洗涤水和热磨工序木塞螺旋挤出水。这些废水为高浓度、高悬浮物有机废水。
以年产10万m3的中纤板厂计,其生产过程所产生的废水约为50m3/d。而目前大多数厂家所配套的废水治理措施只是对废水进行沉淀捞渣,进行初步处理,达不到达标排放的要求。于是有的厂家只能将废水与木片一起送进蒸煮缸,最终通过烟气干燥,消耗热能将废水加热为水蒸汽向外排放。
这种处理方法虽然可以满足超标废水不直接外排的环保基本要求,但处理废水需要消耗大量的热能,不符合节能减排的要求。随着产能的提高、燃料的紧张以及环保要求越来越严格,若不经过处理任意排放,将会对周围环境造成严重污染。
为保护环境,消除污染,有必要将生产过程产生的木片水洗、热磨废水进行综合生化处理,处理为符合国家排放标准的废水,进行循环回用或者达标排放,减少干燥烟气的热能消耗,达到节能效果。
2 水量、水质及处理要求
中纤板产生外排废水主要是生产过程产生的木塞螺旋挤出水,以及木片水洗的洗涤水,总水量50m3/d。废水水质见下表一:
根据环保部门的要求,废水经处理后要达到《污水综合排放标准》GB8978-1996第二类污染物最高允许排放浓度的二级排放标准,见下表二:
因此,本着总体布置尽量节约用地,布局合理,降低工程投资,工艺先进、技术可靠、设计合理,并与今后的发展相适应,充分发挥投资效益的原则。
通过对国内外常规污水处理工艺进行比较论证,处理的方案尽可能选用先进、高效、节能、简便的处理工艺,选用国内外先进、可靠、高效、成熟的水处理设备和先进、可靠的控制系统,选用低噪声的动力设备,并适当采取消声、减振措施,防止噪声产生二次污染,以确保处理效果,降低运行费用,减少占地面积,保证污水处理系统安全、可靠地运行。
3 废水的处理工艺
废水处理工艺方案的选择与废水性质及进、出水水质要求密切相关。中纤板生产的废水主要为木片水洗排水、热磨挤出水及制胶废水,含有大量的悬浮物如泥砂、树皮、碎木、纤维、木粉等和木材抽出物如纤维素、木素、树脂类化合物及制胶车间排放的含甲醛废水(通常要求甲醛废水回收后送热能中心焚烧,不宜进入后续生化处理),树脂类化合物包括树脂酸、长链脂肪酸、单宁类化合物等对废水厌氧生化处理过程影响较大的有毒物质。
该类废水具有有机物、悬浮物浓度较高的特点,属于较难处理的高浓度有机废水。
由于废水中污染物主要是纤维素、木质素、松节油、甲醛等,废水中的CODcr、SS、油类等污染物浓度含量都很高,必须选择适当的工艺技术才能降解、去除。
根据环保治理工程中的实际应用情况,针对废水水质特点及参考同行该类废水处理的工程实际经验,确定其处理工艺采用微电解+絮凝沉淀+ABR+SBR相结合的处理方式,才能保证处理后废水达到排放要求。工艺流程图如下:
由上述工艺流程图可知,废水通过排污管汇集,经格栅(筛网)去除各种杂物及部分SS后进入集水调节池,收集废水的同时调节水质水量;然后采用自吸排污泵将废水提升到WJ池,在WJ池中通过WJ填料的物化原理产生的新生态H的强氧化作用,破坏高分子有机物的结构及成色基团等,一方面降低废水有机物浓度,同时提高废水的可生化性;废水通过溢流进入反应池,同时投加化学絮凝剂。
通过吸附、反应可将大部分SS、部分有机物以污泥的形式去除;反应后的废水、污泥进入沉淀池,污泥通过自然沉降作用从沉淀池底部排到污泥池进一步处理,废水则进入ABR处理系统;ABR处理系统属于水解酸化系统,在ABR池内,废水中的大分子有机物、难降解物质通过水解酸化微生物的作用降解为小分子有机物和易于生物降解的物质;废水再溢流进入预曝池,为SBR处理系统作储水准备;然后废水再经自吸排污泵提升进入SBR处理系统,废水中的污染物经SBR系统中微生物的吸附、吸收、氧化分解后,达到去除废水各种污染物的目的;处理过程产生的剩余污泥排入污泥池,利用浓浆泵提升进入污泥干化池进行过滤干化,经干化后的干泥饼则运至垃圾堆放场最终焚烧。
各处理单元处理效率见文章最后表三。
4 效益分析
废水经上述方式处理后,废水可稳定达到国家规定的排放标准。
由计算可知,通过优化、改造中纤板产生废水的治理系统,年节能14120吨标准煤,去除废水COD2352吨,处理废水26.4万吨,处理后的废水可达标排放或回用,年产生经济效益462.2万元。
其具有可观的节能效益,并确保生产与环保的同步发展,免除或减少国家需征收的废水排污费,同时还可为周围水体环境保持稳定的环境质量标准作出贡献,可获较好的环境、社会和经济效益。
5 结论
(1)该系统采用WJ+絮凝沉淀+ABR+SBR组合工艺处理生产排放的废水,具有投资省、运行费用低,可有效保证处理后水质的稳定达标。
(2)该系统具有工艺先进、运行简便、维护简单的特点。
(3)该系统设备较先进、成熟,运行稳定、噪音低,对周围环境的影响小。
(4)该系统使用后,外排废水可稳定达标,有明显的环境效益、经济效益和社会效益。
摘要：分析中密度纤维板生产中废水的处理现状,阐述一种中密度纤维板生产废水的综合生化处理系统,以期为中密度纤维板生产废水的综合治理提供技术参考。
关键词：中纤板,废水,综合处理,系统
参考文献
[1]罗锋,陈万志,熊忠,靳俊伟;ABR-SBR工艺处理高浓度纤维板有机有毒废水[J];环境污染治理技术与设备;2003年07期.
PAN基碳纤维生产废水处理研究 篇5
PAN基碳纤维生产废水处理研究
对PAN基碳纤维生产过程中的废水处理进行了研究:首先对比常压精馏、氮气置换减压精馏、减压加氮气置换并加入碱性保护物质精馏3种方法,比较废水中的水和丙烯腈与二甲基亚砜分离效果,选用高级氧化法、采用Fenton试剂对精馏后废水处理实验,结果进行液相色谱分析.结果表明:减压加氮气置换并加入碱性保护物质精馏能够使废水中的水和丙烯腈与二甲基亚砜有效分离;Fenton试剂处理后的废水中丙烯腈含量降至0.294 mg/L,二甲亚砜已彻底分解.
作 者：崔鹏 CUI Peng 作者单位：青岛科技大学环境与安全工程学院,山东,青岛,266042 刊 名：河北化工 英文刊名：HEBEI CHEMICAL ENGINEERING AND INDUSTRY 年，卷(期)： 32(6) 分类号：X783.4 关键词：丙烯腈 二甲亚砜 减压蒸馏 Fenton试剂毛发纤维(羊绒)的生产和运用 篇6
一、羊绒混纺新产品的开发
一方面羊绒纤维细度细, 强力低, 纺高支纱困难, 另一方面纯羊绒制品的原料成本高, 因此目前羊绒制品的企业生产中丝绒混纺、毛绒混纺仍占有一定比例, 但由于羊绒可纺性差, 新产品开发进度比较慢。随着市场需求的不断提高, 企业正寻求新材料与羊绒混纺, 目前新材料主要有大豆蛋白质纤维和Tencel纤维, 另外, 羊绒和棉混纺产品也在近年成为流行热点。
通过与羊绒纤维的混纺赋予棉织品柔软的手感, 或在织物表面产生细微的绒毛, 使传统风格棉织物的品质得到提升。考虑到羊绒的价格, 混纺比例羊绒一般控制在10-20%, 纱支向高支化发展, 组织结构多以斜纹为主, 精细纹理, 自然光泽。尤其在后整理过程中, 轻起绒配合柔软处理, 需要把羊绒纤维的优良性能表现出来, 同时避免羊绒纤维的损伤。在意大利, 棉羊绒混纺面料是休闲类棉织物中的极品, 服装市场对这种高品质面料也愈加钟爱。而在中国, 这方面技术也正在研究之中, 但尚未进行大量生产。开发此类面料有助于提升棉织物价值, 成为羊绒纤维运用的新热点。
二、羊绒功能性产品开发
目前正在开发的产品有防臭防菌整理和防虫蛀整理。
1. 防臭防菌整理
目前一些纺织品防菌卫生整理剂绝大多数是一种杀菌剂。如有机硅杀菌防臭整理剂AV-990, 就是一种新型高分子有机硅委铵盐聚合物的杀菌卫生整理剂。它利用有机硅聚合物中的活性基团将具有杀菌性能的阳离子基团接枝在纤维的表面, 可以杀灭带负电荷的细菌。它主要是利用阳离子基团穿透细菌的表面膜, 致使细菌体流出, 达到杀菌的作用。该整理剂属于实际无毒级, 对皮肤亦无明显刺激性, 未呈现皮肤的变态反应, 是一种安全新型的抗菌卫生整理剂。整理工艺:AV-990, 0.7%-1.0% (o.w.f.) , 温度30-50℃, 浴比15-20:1, 这种卫生整理剂适用于各类纤维的纺织品。
2. 防虫蛀整理
羊绒纤维作为蛋白质天然动物纤维, 非常容易被虫蛀, 目前一般家庭主要使用樟脑、精萘等升华性物质。这类物质挥发的气体同时也在危害人类, 对人类有致癌作用, 而且有效期短, 蛀虫易产生抗体。防蛀整理剂JF-86, 即可使羊绒具有长期有效的防虫蛀功能, 同时又克服了精萘带来的缺点, 延长了羊绒制品的服用寿命。它可在羊绒染色过程中与染料同浴使用, 操作简单方便, 不影响染色工艺, 且防虫蛀效果达国际羊毛局等级标准2级上。整理剂JF-86推荐使用量为0.5%-0.6%。试样的色光及色牢度基本无变化, 具良好的稳定性。另外制品耐洗涤性能也很好, 经多次洗涤仍能保持良好的防虫蛀性能, 洗涤9次仍达国际羊毛局等级标准2级上, 因此可获得持久性的防蛀效果, 便于消费者储存保管。
三、羊绒替代品的产品
由于山羊绒的原料成本高, 使得山羊绒替代品的研究成为现实, 人们将细支羊毛进行改性处理后, 使其具有羊绒般的特性, 掺混在羊绒中一起纺纱。羊毛和羊绒基本组成都为角蛋白质, 许多性能如:吸湿、染色、天然卷曲、摩擦性能、缩绒、拉伸、光泽、密度、保暖性等方面都有共同特性, 但羊毛和羊绒在细度、长度、卷曲、拉伸、鳞片结构特征, 吸湿性等方面有差异。目前羊毛仿羊绒改性技术的研究要方法有氧化法、高猛酸钾法、酶处理法和延伸法。
四、羊绒面料的开发
羊绒面料传统产品还是以克重、手感和光泽的变化为主。现有研究开发松结构超柔软型面料, 采用细度在15μm以内, 平均长度在30-32mm的山羊绒作为原料, 纺纱捻度比通常低10%, 纺成的高支纱编织成松结构面料, 再经超柔软整理, 该羊绒面料设计采用多种色彩组合搭配, 使新产品具有色彩丰富, 立体感强, 结构膨松, 成品克重轻的特色。产品迎合国际流行的古朴、高贵的面料风格, 手感上接近针织羊绒产品。
五、毛纺织品的高档化
向两个方向发展, 一个方向为采用名贵优质原料和精细的加工工艺加工出高档传统产品;另一方向为采用羊毛前处理、新型纺纱、织造和后整理加工技术加工出高档毛纺织品, 如超级防缩机可洗毛织物。
特种动物纤维制品, 由于其原料稀少, 加工工艺精细, 产品风格独特使其成为毛纺织品中的高档产品。羊绒纤维所特有的细、轻软、柔、滑、爽等优点使其制品具有穿着舒适、外观漂亮、色彩高雅、绒面丰满、手感柔软、滑爽、保暖性强等独特风格, 从而成为享誉世界的高档毛纺织品。其它类特种动物纤维还有驼绒、牦牛绒、兔毛、马海毛等。特种动物纤维制品种类很多, 如用羊绒、牦牛绒、驼绒、兔毛制作的大衣呢、精纺花呢、各种针织毛衫, 驼绒做的毛毯, 马海毛制作的长顺毛大衣呢、圈圈呢、精纺夏季面料等。
纤维质燃料乙醇的生产现状 篇7
1 纤维质
纤维质是指自然界生长的未经处理的植物的叶、茎、根等材料, 地球上每年大约形成1000亿吨纤维质, 是自然界分布最广、含量最多、价格最低廉的可再生资源[2]。
纤维质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种物质组成。据D.A.J.Goring等研究, 在纤维质细胞中, 这三种组分均呈不连续的层状结构。纤维素构成细胞壁的骨架, 木质素和半纤维素则是微细纤维之间的填充剂和粘结剂[3]。
纤维素是由β-D-葡萄糖通过β-1, 4-糖苷键联结而成的线性高分子化合物, 经酶解或酸水解, 可以得到葡萄糖[3]。半纤维素分子结构包括戊糖基, 己糖基, 糖醛酸基和乙酰基, 经酶解可得到单糖 (主要是木糖) 。木质素是一种多分枝的高分子量化合物, 无法转化成乙醇, 但可直接作为燃料[4]。
纤维质中的有机成分以纤维素和半纤维素为主, 其次为木质素、蛋白质、氨基酸和单宁等。可用于乙醇生产的纤维质资源主要包括稻草、麦秸、玉米秸、玉米芯、大豆杆、软木、甘蔗糖渣等。其中稻草, 麦秸和玉米秸杆的产量最高, 可利用价值也最大[5]。
2 燃料乙醇工业现状
乙醇是一种重要的工业原料, 广泛应用于化工、食品饮料工业和医药卫生等领域, 又是最有希望替代石油的可再生能源, 具有十分广泛的发展前景。
世界四大乙醇生产国是美国、巴西、中国和俄罗斯。美国年产量约2500万吨, 其中90%以上用于制备汽油醇。巴西年产量高达2200万吨, 几乎全部作为燃料以代替汽油。中国年产量约350万吨, 主要应用于食用和工业溶剂。俄罗斯年产量约100万吨, 主要用于配制伏特加等乙醇饮料。
生产乙醇的原料主要是甜菜、甘蔗, 约占原料总量的60%, 其次是谷物, 约占33%, 化学合成的乙醇仅占7%。当前全球乙醇的用途以燃料乙醇为主, 占66%, 食用乙醇14%, 工业溶剂11%, 其它化学工业9%。鉴于石油资源危机日趋严重, 燃料乙醇所占的比重将会进一步加大。
目前, 燃料乙醇主要有三种形式, 分别是汽油醇、变性乙醇和生物柴油。
将无水乙醇以10%的比例掺入汽油中, 称为汽油醇, 又因为其乙醇含量为10%而被称为E-10。在食用乙醇中加入变性剂如2~3%的汽油, 少量的染料或荧光剂等难分离的物质, 称为变性乙醇。生物柴油是含乙醇15%、柴油80%和5%添加剂的混合柴油。
燃料乙醇的使用可以改善环境污染。乙醇的含氧量高达35%, 比传统的汽油增氧剂MTBE高近一倍, 且辛烷值也高于MTBE, 是MTBE的理想替代品。乙醇燃烧所排放的一氧化碳和含硫气体均低于汽油燃烧的排放量, 汽车尾气中的一氧化碳含量可降低30%左右。因此, 乙醇也被称为“清洁燃料”[6]。
美国大力支持燃料乙醇工业。1979年就开始通过立法以玉米为原料生产燃料乙醇, 美国的燃料乙醇工业技术成熟, 而且有着丰富的原料来源。近年来, 美国的燃料乙醇市场逐步扩大, 一种含乙醇高达85%的燃料E-85己经投放市场, 目前在美国已有100多个加油站试用该原料。而生物柴油的市场也相当庞大, 当前, 不仅是汽车, 其它机动车辆和机动设备如飞机、摩托车、机动雪橇等也都在积极进行生物柴油使用的研究。
我国人均石油资源占有量仅为世界人均水平的十分之一, 20世纪80年代以来, 石油年产量远远低于消费量, 1993年起成为石油净进口国。近年来, 随着科技的进步, 我国的农业生产有了质的变化, 高效、节能和无污染的发酵乙醇生产技术也有了重大发展。与此同时, 由于经济的快速发展, 能源短缺现象也更加严重。另外, 我国当前的环境污染严重。经测试, 在大气污染物中, 44%~75%的一氧化碳和碳氢化合物来自汽车尾气, 机动车排放污染已是城市污染的主要原因。鉴于以上原因, 发展燃料乙醇的紧迫性再次展现在我们面前。
3 纤维质燃料乙醇生产现状
利用经济作物生产乙醇是成熟的技术。而近几年, 全球范围内的饥饿问题逐步显现, 经济作物生产乙醇是一种浪费, 而用纤维质作为更廉价的乙醇生产原料, 是未来乙醇行业的发展趋势。
近年来, 我国的浙江大学、山东大学等单位在纤维质乙醇方面进行了大量研究, 在纤维素酶生产、纤维原料酶水解及乙醇发酵等几个关键环节都取得了进展。根据浙江大学完成的以玉米芯生产乙醇的中试结果, 乙醇的成本是3500~4000元/吨, 但如果作为燃料, 价格是比较高的[6]。
4 纤维质燃料乙醇生产技术
纤维质中的纤维素和半纤维素可用作燃料乙醇的生产。但由于有木质素包裹, 使纤维素、半纤维素的水解变得异常困难, 必须通过预处理破坏纤维质的高级结构, 才能使纤维素和半纤维素生产乙醇成为可能。经过预处理后, 纤维素和半纤维素被分离出来, 可利用酸或酶将它们水解成单糖, 再利用酵母进行发酵, 蒸馏后即可得到乙醇[1]。
5 展望
纤维质燃料乙醇工艺主要分为预处理、水解和发酵三个步骤。其中预处理技术近年来已有较大进步, 纤维素和半纤维素的得率都得到了较大提高。随着生物技术的快速发展, 纤维素酶, 半纤维素酶的酶活也在不断提高, 酶水解法条件的大量研究, 也使得纤维质的可发酵糖得率达到了较高水平。而发酵步骤是此工艺的关键步骤, 发酵菌株的优劣, 对于最终纤维质生产乙醇的产率有决定性的意义。因此, 一株优秀的发酵菌株, 对纤维质乙醇工业及未来的可再生能源产业都将有着深远的影响。
参考文献
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纤维板生产 篇8
通过对比造纸工艺和纤维素纤维生产工艺, 不难发现两种工艺存在许多相似之处, 若能在纤维素纤维生产中引入大容量造纸设备, 对减少设备配台及生产车间面积都大有帮助, 下面就水力碎浆机和螺旋挤浆机两种设备在纤维素纤维生产原液车间浸渍和压榨两个工段的应用进行分析。
1 水力碎浆机
1.1 浸渍目的
纤维素纤维生产的第一个化学反应过程即为浸渍, 也有称之为纤维素碱化过程。纤维素在浸渍桶内经碱液溶解处理后生成碱纤维素。纤维素需在碱液中产生剧烈的膨化, 使半纤维素和某些杂质不断溶出而分离;纤维素的超分子结构和形态结构发生变化, 大分子间的氢键受到破坏, 使纤维的黄化反应性能明显提高。
1.2 水力碎浆机结构及工作原理
水力碎浆机是造纸制浆工艺中常见的碎解设备之一, 主要碎解浆板、废旧书本、废旧纸箱等。从结构形式上看, 立式水力碎浆机与纤维素纤维生产的浸渍桶最为相似, 主要由槽体、叶轮式转子、传动部件等组成, 且都为电机下部传动。水力碎浆机还带有筛板结构, 可对溶于碱液的浆粥进行筛选, 以防止浆板与碱液浸透不均匀, 而产生白浆粥, 利于浸渍工艺。
水力碎浆机工作原理为:电机带动叶轮开始转动, 浆料在槽体内产生径向的涡流流动;同时在槽体底部的固定导流片的作用下由下往上, 又从中心向下的不断流动中上下翻腾, 在这种不同速度的流体层之间的湍流作用下撕扯、碎解浆料。另一方面, 转子叶片猛烈地撞击湿润的浆板、纸块;同时在叶片导面产生的高速湍流中, 在叶片底面与筛板的间隙内被进一步机械摩擦, 碎解分离。直至满足制浆工艺要求后通过筛板上的筛孔流入浆盘。
1.3 水力碎浆机与浸渍桶规格对比:
1.4 水力碎浆机在浸渍工艺中的应用
通过上述表格的对比不难看出, 水力碎浆机在容量大小和处理浓度等方面数据都囊括了传统的浸渍桶, 可以代替传统浸渍桶用于纤维素纤维的浸渍工艺中。以单线年产60000吨产能为例:
可见水力碎浆机应用于浸渍工艺中能有效减少单线设备配台, 减少车间的占地面积, 节约设备投资和设备维护成本。
如选择有效公称容积45m3, 有效容积36m3的水力碎浆机, 所配套电机功率约315Kw, 设备荷重约60吨, 比传统浸渍桶荷载大, 不适宜放在车间二层, 需布置在车间一楼。将水力碎浆机布置在车间一楼后可以解决传统浸渍桶放在二楼带来的震动大, 结构荷载加固成本高的问题, 同时, 降低了浆粕自动提升的高度, 节约了浆粕提升的动力消耗。同时由于将水力碎浆机布置在车间一楼后, 原布置在一楼的辅助浸渍桶就需要改为地下卧式浆槽, 立式上搅拌需要改为横向推进器, 可参考制浆工艺中的储浆池设计。工艺可行性高, 在纤维素纤维生产中可大力推广水力碎浆机的应用。
2 螺杆挤浆机
2.1 碱纤维素的压榨
浆粕经浸渍后需要把多余的碱液压除, 这一过程称为压榨。压榨是流体动力学过程, 压榨的速度与效果与碱纤维素层厚度及排列状态 (孔隙大小、孔数) 、压力、碱液粘度有关。生产上压榨程度可用压榨倍数表示, 在连续浸渍压榨工艺中则多以碱纤维素的组成来衡量压榨的效果。通常生产上控制碱纤维素组成为:α-纤维素30%~31%, Na OH15%~16%。
2.2 传统辊式压榨机
传统辊式压榨机主要由两个平行而转向相反的压辊组成。其中一个压辊带突缘, 与另一个压辊紧嵌在一起, 碱纤维素在两辊间受到压榨。压辊的表面沿周向排列有沟槽或者网孔, 压榨的碱液进入沟槽或者网孔, 经由滚筒两段流出, 并回流至压榨碱液桶中。压榨机的生产能力大小和压榨程度可通过两压辊的距离及转速调节。
受现有浆粕性质和浸渍条件的影响, 辊式压榨机的单台设备产能较为成熟的规模为35吨/天, 对于单线规模年产50000~60000吨的产能, 设备配台高达6-8台 (设备配台与浸渍工艺有关) 。虽然已有设备厂家研发出45吨/天大容量压榨机, 但仍需较高配台。
2.3 螺旋挤浆机
螺旋挤浆机是用于纸浆脱水的挤浆设备。可有效处理各种进浆浓度的浆料。浓缩后的纸浆干度均匀, 出浆率稳定。不仅适用于制浆厂各种化学浆黑液提取, 也适用于浆料的的浓缩洗涤。
螺旋挤浆机是一个在滤框内旋转的输送挤压式变径变距螺旋, 在变径变距螺旋的输送过程中, 浆料的体积逐渐变小, 机内压强逐渐增加, 迫使液体通过紊乱的纤维层从滤板流出, 浆料浓度逐步提高。
2.4 螺旋挤浆机与压榨机规格对比:
2.5 螺旋挤浆机在压榨工艺中的应用
虽然从螺旋挤浆进出浆的浓度数据能满足现有压榨机的要求, 但由于浆料中组成成分不同, 压榨效果受到碱液浓度的影响比较大, 且纤维素纤维生产压榨结果又以α-纤维素计算, 因而螺旋挤浆机能否应用于压榨工段还需在生产实践中进行实验后确定。
降解法生产纤维级PP树脂 篇9
中石化股份有限公司广州分公司聚丙烯 (PP) 二装置是采用日本三井油化专利技术的一液一气两釜的本体法工艺技术、钛系催化剂, 装置生产能力原设计为4万吨/年, 现扩能改造为7万吨/年, 只能生产均聚物牌号的PP树脂。按三井油化专利技术生产纤维级CS820是在聚合工段生产通用料F401为基础上采用助剂按比例混和后单独下料, 而固体DB-STB[1, 3-双 (叔-丁基过氧异丙基) 苯和聚丙烯粉末的混合物]主要是调整熔融指数需要单独下料。由于DB-STB的熔点为30℃左右, 容易因聚丙烯粉料温度高而粘在管壁, 生产的工艺参数由三井油化提供。在生产过程中因粘在管壁上的DB-STB累积到一定程度时掉落导致熔融指数波动大和工艺参数不合理而频繁引起缠刀停车或堵塞水箱, 需要很长时间清理水箱, 为了保证聚合工段装置继续运行而不得不包聚丙烯粉料, 严重影响装置负荷和经济效益。为了使装置效益最大化, 通过技术分析论证和为了降本增效, 确定了以PP通用树脂CF501为基础, 采用在装置造粒工段添加降解剂 (液体过氧化物) 代替DB-STB (进口) 的方法和优化工艺参数, 利用降解剂受热降解后可使PP分子链断裂、降低树脂重均分子量、提高树脂MFR的原理, 生产出MFR为24～26g/10min的纤维级专用树脂CS820。
1 降解原理
用降解法生产纤维级PP, 主要是在PP粉料树脂混炼造粒过程中添加定量降解剂, 使PP分子链断裂, 提高产品MFR。本工作使用的降解剂为引发剂A。降解原理为:
(1) 液体过氧化物在混炼机内受热分解产生过氧化物自由基;
(2) 过氧化物自由基攻击PP分子链上的叔碳原子, 夺走上面的氢原子, 产生PP自由基分子链;
(3) PP自由基分子链叔碳原子在位发生断裂, 使长分子链断裂为短分子链; (4) 液体过氧化物完全耗尽, 不再产生过氧化物自由基, 降级结束。随着PP分子链的断裂, 重均分子量降低, MFR提高[1,2]。
2 CS820的生产设计
2.1 原料
丙稀, 聚合级, 纯度为不小于99.6%;氢气, 纯度为不小于99.5%, 均为中石化股份有限公司广州分公司生产。液体过氧化物引发剂A, 微黄色透明液体, 化学名称:二叔丁基过氧化物/过氧化二叔丁基, 分子式为C8H18O2, 分子量:146.22;含量:≥98.5% , 比重 (20/4℃) :0.795～0.7995 , 熔点:40℃ , 沸点:111℃, 折光率 (20℃) :1.388～1.390 , 理论活性氧含量:10.94% , 活化能:146.95kJ/mol;半衰期分解温度:193℃ (1分钟) , 149℃ (1小时) , 126℃ (10小时) , 兰州助剂厂生产。助剂A、B均为市售。
2.2 技术指标控制
纤维级PP专用树脂CS820是根据用户需要开发生产的, 纤维制品强度高。该产品技术指标控制为24～26g/10min, 等规指数不小于96.0%, 拉伸屈服应力不小于31MPa。产品MFR的控制分两方面: (1) 基础树脂 (CF501) MFR的控制。通过调节聚合氢气加入量的方法[3], 氢气加入量与CF501正常生产时相同。 (2) 纤维级PP树脂 (CS820) MFR的控制。在基础树脂CF501混炼造粒过程中加入引发剂A的方法, 即利用降解法生产。
3 生产过程及控制
3.1 聚合工段
以生产CF501 (MFR为3.2～4.6g/10min) 粉料为基础进行专用树脂CS820的生产, 不仅生产过程控制方便, 而且可以保证降解后产品的相对分子质量大小适合, 保证最终树脂的力学性能。按照生产CF501的各项控制指标进行操作, 聚合工段不发生变化, 操作和控制简便易行。
3.2 添加剂的配制
(1) 按规定配方, 将助剂A、B、C按比例加入添加剂罐Z509中, 启动混合程序, 混合时间为30分钟, 混合后下至使用罐TK502内备用。
(2) 按有关安全规定操作, 将引发剂A加入引发剂罐 (D503) 内和加至规定液位, 并用氮气微正压保护, 避免引发剂A挥发。
3.3 造粒工段
根据引发剂A特性, 注入引发剂A前同步降低筒体温度和齿轮泵、模板的加热蒸汽压力, 并降低颗粒水温度和增大槽隙。达到转产条件时, 在生产CF501基础上启动降解剂注入泵, 将引发剂A注入筒体第一段, 缓慢调整冲程, 注意筛网前后压差变化, 保证熔融物料压力缓慢下降, 避免快速下降而导致缠刀停车现象。造粒系统运行参数见表1。
注:造粒的齿轮泵和模板是蒸汽加热的, 通过调整压力控制温度。
3.4 引发剂A加入量的控制
目标产品要求在24～26g/10min, 考虑到产品用于生产纤维制品, 因此要求产品的相对分子质量分布大小略窄。过多加入引发剂A会造成降解严重, 使产品的相对分子质量过小, 产品性能差;而过少加入引发剂A会导致产品MFR低, 产品不合格。因此, 控制好引发剂A注入泵的注入量是生产中的关键。
由表2可见, 随着引发剂A加入量的增加, 筛网前后压力 (P531、P532) 逐渐减小, 齿轮泵转速也缓慢降低, 主要是MFR逐渐增大时导致树脂的流动性更好。这是由于引发剂A增加导致PP重均分子量下降, 但数均分子量变化不大, 因而相对分子质量分布变窄, 从而熔体流动性增大和黏度降低, 剪切速率对黏度的感性下降, 确保了PP产品在高速纤维挤出时生产稳定, 纤维制品力学性能好。
注:筛网所用目数为200目。
实际生产中控制引发剂A的加入量约为23.35kg/h, 以保证产品的MFR为25g/10min左右;每次转产时间基本上控制在30分钟左右, 过渡料大约为4吨左右。
4 产品性能及加工使用情况
4.1 产品性能
从表3看出, 生产的CS820产品的各项指标达到国家产品标准指标。
4.2 加工使用情况
由广东省佛山市稳德福无纺布有限公司对生产的CS820进行试用, 在使用的过程中没有出现异常情况, 布面没发现有并丝、断丝、破洞之类的现象, 从表4 (使用企业实验室的检测结果) 看出, CS820力学性能好, 满足该公司企业标准。
从广东省开平华达士制布实业有限公司提供使用CS820制品性能检测结果看 (表5) , CS820完全可以代替进口料, 满足企业标准。
5 结 论
(1) 采用引发剂A降解法生产纤维级PP树脂CS820, 性能达到国家产品标准指标, 纤维制品的各项性能也符合技术指标要求。
(2) 采用引发剂A降解法生产纤维级PP树脂CS820, 生产过程容易操作和控制, 连续运行时间超过7天。
(3) 采用引发剂A降解法生产纤维级PP树脂CS820, 大幅度降低聚丙烯粉料的包装量和单耗。
摘要：通过调节液体过氧化物 (引发剂A) 加入量控制聚丙烯产品的熔体流动速率 (MFR) , 生产出MFR为2426g/10min的纤维级专用树脂CS820, 产品灰分小于0.03%、拉伸屈服应力不小于31MPa, 清洁度不大于4。经应用产品加工性能、纤维制品力学性能好, 满足质量标准。
关键词：聚丙烯,降解法,液体过氧化物,纤维级,树脂
参考文献
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[2]向小刚, 胡红村.化学降解法生产聚丙烯专用料的研究[J].湖北化工, 2003 (2) :33-34.
纤维类物质生产乙醇的研究进展 篇10
1燃料乙醇的意义、发展现状和趋势
1.1 燃料乙醇的意义
乙醇已不单是一种优良燃料,它已经成为一
种优良的燃油品质改善剂被广泛使用,作为一种新型的,可再生清洁能源而越来越受到世人的重视[4,5]。全世界积极推广使用燃料乙醇主要有以下三个重要意义:
一是可缓解石油紧缺矛盾。
二是非粮纤维物质代替粮食生产乙醇可有效解决世界粮食危机。目前粮食危机是世界三大问题之一。非粮纤维类物质既不与人争粮又来源丰富,品种多,再生时间短,是生产乙醇无可挑剔的可再生原材料。
三是有利于环境改善。燃料乙醇既是一种清洁能源,又是一种良好的汽油增氧剂和辛烷值调和组分,用以代替四乙基铅和甲基叔丁基醚(MTBE)或乙基叔丁基醚(ETBE),乙醇调入汽油对降低汽车尾气中的一氧化碳含量很有效,起到净化空气和保护环境的效果[6]。
1.2 燃料乙醇的国内外发展现状
在燃料乙醇的生产研发方面,北美和巴西走在前列,而且在未来20年仍然保持着大规模燃料乙醇生产的竞争力[7]。
据美国石油学会统计,美国2000年燃料乙醇的产量为500万t,其中92%的燃料乙醇混合到汽油中。2006年7月7日,美国能源部公布了一份
新的清洁燃料发展路线图,提出今后将在植物纤维原料水解生产乙醇替代汽油方面下大力气[8]。美国能源部还制定计划,希望通过对酵母菌的基因工程改造,在2015年左右纤维素燃料乙醇成本由每升28美分降到18美分,使其能大规模应用[9]。
巴西是世界上最大的乙醇生产国和消费国,有着丰富的甘蔗资源,使其乙醇生产成本很低,生产能力达1200万t/a[10]。巴西不仅是乙醇生产的最大国,且生产工艺技术日渐成熟,是以燃料乙醇替代石油最成功的国家之一,现为世界上唯一不供应纯汽油的国家。巴西农业部长罗伯托·罗德里格斯宣布,到2013年,巴西计划将乙醇燃料的年产量扩大到350亿L,其中约100亿L将用于出口[8]。
日本是石油进口第二大国,由于国内粮食生产不足,故对以纤维素为主的生物质废物为原料生产燃料乙醇的技术十分重视。日本每年约产1000万t废木屑,不少企业利用自行开发的技术或引进它国技术开展了以废木屑为原料的燃料乙醇的工业转化试验,日本政府也积极促进纤维素制乙醇技术的研发[11]。
在其它一些发达国家如欧盟、加拿大,发展中国家如泰国等,都已将燃料乙醇作为重点发展项目。
我国在“十一五”规划中也制定了发展燃料乙醇的规划。规划的方案分三步:第一步在吉林、河南等省以过剩玉米为原料生产燃料乙醇,并作为含氧添加剂在汽油中掺入10%,这一目标已初步实现;第二步在有条件的省区利用当地优势资源如早灿稻、甘薯和甘蔗等生产燃料乙醇;第三步就是利用植物桔杆、稻壳等纤维素生产燃料乙醇,并全面推广。
2001年,国家计委等5部委颁布了《陈化粮处理若干规定》 ,建立了第一批燃料乙醇企业:安徽丰原生化、黑龙江华润酒精、河南天冠集团和吉林燃料乙醇公司。2002年,我国开始试点生物燃料乙醇的开发。2004 年2 月,经国务院同意,国家发改委等8 部门联合颁布了《车用乙醇汽油扩大试点方案》和《车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则》 ,把推广使用车用乙醇汽油作为国家一项战略性举措。目前,我国生物燃料乙醇生产技术已经成熟,黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5 省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。2006年6月26日,河南天冠集团建成投产了我国首条秸秆乙醇中试生产线,标志着我国在生物质能源利用领域已跻身世界行列[11]。目前,在我国一些边际地区正在开发利用甜高粮秸秆生产燃料乙醇的项目,2009 年在新疆由莎车县与浙江浩淇生物质新能源科技有限公司共同开发,将在5 年内建成年产30 万t的甜高粱秸秆制取无水燃料乙醇项目,莎车县4 个乡镇将种植约1330 hm2 的甜高粱,总投资12.6亿元。2010 年4 月内蒙古巴彦淖尔市中兴能源有限公司年产10 万t甜高粱茎秆燃料乙醇项目开工奠基剪彩,计划总投资13.5 亿元,总占地面积100 hm2[12]。
1.3 发展趋势
高效破坏植物纤维结构,降低生产成本的预处理技术的开发,仍然是目前燃料乙醇工艺研究的热点[13]。通过基因工程途径构建生产纤维素酶的高效工程菌,通过分子演化和设计来提高酶的功能性,通过强化的低成本发酵来生产纤维素酶等相关研究成为纤维素酶的研究主流。高活性、高耐受性、高发酵水平以及同时转化五碳糖、六碳糖的高性能菌种的研究仍然是纤维素燃料乙醇的主要研究方向[14]。总之,未来燃料乙醇的发展方向是环保,安全及低成本。另外,随着技术的不断进步,麦秸、玉米秆、稻草等农业秸秆,林牧副产品以及城市生活垃圾等纤维类生物质资源经过生产加工,最终都可以变成能够替代石油的燃料乙醇,对缓解能源短缺、促进农村经济产业结构的调整,保护大气环境等均有重要的战略意义[15]。
2 维素类物质生产乙醇的一般生产工艺、预处理技术和发酵工艺技术
2.1 维素类物质生产乙醇的一般生产工艺
在过去的20年里,对木质纤维原料转化乙醇的方法开展了广泛研究,一般来说,转化分为两步:把纤维素水解为葡萄糖,即需要先完成纤维素物料的糖化过程;纤维素水解为单糖以后,再发酵生产乙醇。水解通常采用纤维素酶催化,发酵通过酵母菌或细菌实现。
微生物发酵生产乙醇的过程一般分为4个流程:预处理、酶解、发酵以及回收。
2.2 预处理及相关技术
生物质的预处理主要包括对纤维素、半纤维素和木质素组分的粉碎、溶解、水解和分离。预处理的主要目的是降低纤维素的相对分子质量,打开其密集的晶状结构,以利于进一步的分解和转化。预处理是生物转化的关键步骤,影响整个纤维素乙醇生产过程。因此,目前国内外研究者对预处理技术的研究甚多,其成果也很显著。如表1所示。
2.3 发酵及相关技术
目前发酵生产乙醇的方法主要有:异步糖化发酵法(Separate Hydrolysis and Fermentation,SHF)、同步糖化发酵法(Simultaneous Saccharification and Fermentation,SSF)、联合生物加工(Consolidated Bioprocessing,CBP)、共固定化发酵法(Co-immobilization Fermentation,CIF)等。
异步糖化发酵法,即糖化、发酵二段发酵法,其最大的缺点是预处理过程中生成的纤维二糖和葡萄糖反馈抑制了纤维素酶的活性。
为了解除异步糖化发酵法引起的抑制效应,目前研究者将更多的目光和注意力转移到了同步糖化发酵法。其特点是纤维素酶对纤维素的水解和酵母发酵生成乙醇在同一容器内连续进行,这样酶水解的产物 — 葡萄糖由于酵母的发酵不断地被利用,很大程度上减少了产物对水解的抑制作用。同步糖化发酵法被认为是目前最有发展前景的方法[30]。
随着共固定化技术的不断发展,科研者也在不断尝试将共固定化技术应用于纤维乙醇的生产实践中,即固定化发酵,包括细胞与细胞、细胞与酶以及酶与酶共固定化3个方面。
细胞与细胞固定化
细胞与细胞固定化,即多菌种固定化体系,多种微生物在生长过程中相互依赖、相互促进,形成了丰富的酶系和多样化产物体系,它们交错作用形成大量的营养成分。
T. Lebeau等以一种复合琼脂为载体,将酿酒酵母和休哈塔假丝酵母共固定化,并以葡萄糖(35 g/dm3)和木糖(15 g/dm3)混合糖浆为原料进行连续发酵研究。 在稀释率为 0.02 h-1时, 获得最佳发酵结果,即100%的葡萄糖被消耗,73%的木糖被消耗,酒精生产率为 0.48 g/g总糖[31]。
细胞与酶共固定化
单一固定化酶或固定化细胞有时很难实现对某一底物的作用,而共固定技术则可以发挥酶和细胞的协同作用。
Bandaru VVR等以海藻酸钙为包埋材料,壳聚糖为吸附剂,将淀粉葡萄糖苷酶和运动发酵单胞菌MTCC92 共固定化,以质量浓度为 150 g/L 的西米淀粉为原料进行发酵,得到最大酒精质量浓度为55.3 g/L[32]。
酶与酶共固定化
将具有协同作用的酶共同固定可以更有效地发挥各酶的作用。Giordano等先以二氧化硅为载体将葡糖淀粉酶固定, 而后用果胶为载体将葡糖淀粉酶与酿酒酵母共固定, 并以木薯淀粉液化液为原料进行同步水解发酵(SSF)。结果表明,初始总糖质量浓度为166.0 g/L,酒精生产率为8.3 g/L·h,底物的理论转化率为91%;在连续发酵过程中添加质量浓度为163.0 g/L 的总糖,在相同条件下,酒精生产率为 5.9 g/L·h,底物转化率为 97%,酒精理论产率为 81%[14]。
固定化细胞发酵的新动向是混合固定细胞发酵,如酵母与纤维二糖酶一起固定化,将纤维二糖转化成乙醇,此法引人注目,有希望成为纤维素生产乙醇的重要手段。
联合生物加工(CBP)指在一个反应器中联合了酶生产、水解、五碳糖发酵和六碳糖发酵4种生物转化过程,由于将生产纤维素酶的过程包括在整体工艺中,从而降低了底物和原料的消耗以及纤维素酶的成本,使工业规模的工艺生产成为可能。目前集酶生产、水解、五碳糖发酵和六碳糖发酵4种生物转化功能一体的生物菌种尚还在研发当中,主要集中在酿酒酵母的基因重组技术中[33]。
3 木质纤维素的资源组成及结构对其乙醇转化的阻碍和解决办法
自然界中普遍存在的木质纤维素(lignocellulosic materials),主要由纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicelluloses)和木质素(lignin)组成,这些物质是陆生植物细胞壁的主要组分。
纤维素是世界上最丰富的天然有机物,占植物界碳含量的50%以上,不溶于水及一般有机溶剂。如图1所示,纤维素是由D-葡萄糖以β-1,4糖苷键组成的大分子多糖。纤维素成分虽然单一,但其结构是三者中最复杂的,多个分子平行紧密排列成丝状不溶性微小纤维,多条微小丝状纤维相互缠绕构成绳索状的紧密晶体结构—纤维素。资料显示,在一般纤维物质的结构模式中,纤维素纤维被镶嵌在一个木质多糖的矩阵中,就如图2所显示。
[箭头代表水解(黑箭头代表生成单糖可以直接被发酵利用),G为葡萄糖,Gal为半乳糖,Man为甘露糖,X为木糖,Ara为阿拉伯糖, Other为鼠李糖]
纤维素从成分上看,毋庸置疑很容易被纤维素酶酶解,但复杂的晶体和受包围的矩阵结构将纤维素酶堵在门外。因此纤维素的复杂晶体结构成为木质纤维素酶解的一个阻碍,也是人类利用木质纤维素转化乙醇的难点之一。
解决办法:不同木质纤维素来源不同,纤维素成分和含量不同,据实选择或改进预处理技术和酶水解工艺。
图1所示,半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体,这些糖是五碳糖和六碳糖,包括木糖、阿伯糖、甘露糖和半乳糖等。木聚糖是半纤维素的主要成分,占总量的50%,它结合在纤维素微纤维的表面,并且相互连接,这些纤维构成了坚硬的细胞相互连接的网络。木聚糖与纤维素的结构不同,大约80%的木聚糖主链含有侧链,阿拉伯糖和葡萄糖醛酸的单体侧链及包含阿拉伯糖、木糖及半乳糖残基的寡聚侧链分别键合于主链D__木糖残基的C__2和 C__3 位置上[35] ,如图2所示。木聚糖分子虽然没有纤维素那样的晶体结构,但比起纤维素分子的结构多样和组分复杂性,其降解难度更大。
另外水解木聚糖分子的酶则主要由β-1,4木聚糖酶和β-木糖苷酶构成,并且所生成戊糖不宜被酵母发酵利用,需要木糖异构酶将木糖异构成木酮糖, 再被酵母利用生成乙醇。
解决办法:不同木质纤维素来源不同,木聚糖成分和含量也不同,据实选择或改进预处理技术和酶水解工艺,更重要的是注重不同酶的协同作用。
木质素是木质纤维素中含量相对较少的一种成分,是一种芳香族高分子化合物。由4种醇单体(对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。因其组成不含还原糖,所以木质素不能转换成乙醇。但是,酶解过程中,木质素也可能被水解为某些芳香化合物,这些化合物被认为是处理纤维物质过程中产生的阻碍物[36]。
解决办法:原位脱毒技术,李丰田等就是利用酵母菌复合培养对稀酸水解液进行原位脱毒而发酵乙醇的。其次还可以改良预处理方法,木质素比纤维素和半纤维素溶解性差,一般不溶于酸和碱,因此可以选择溶解纤维素和半纤维素,而浸出木质素的溶剂作为预处理剂[37]。
木质纤维素的酶解产物的抑制效应在纤维乙醇生产中也是一个不容忽视的问题,如纤维素酶解时产生的纤维二糖会抑制内切和外切葡聚糖的催化作用,葡萄糖的积累对于β-葡萄糖苷酶有一定的抑制作用[38],木糖的积累对酶解也有抑制效应[3]。 解决办法:既然是产物所产生的抑制效应,那最好的办法就是及时消耗掉产物,解除抑制效应,比如用同步糖酵解(SSF)发酵的话就可以及时消耗葡萄糖和纤维二糖[39];把能利用葡糖糖和木糖的菌株混合发酵,消除木糖的抑制作用[3]。
4 对纤维乙醇工业的展望
随着石油资源的逐渐枯竭,世界原油价格在不断上涨,这给燃料乙醇的价格带来了一定的升值空间,同时也给燃料乙醇的发展带来了历史性的机遇。另外。随着人民生活质量的提高,对石油的需求也在进一步提高,以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为国家能源政策的一个方向[40]。
因此,今后还要加强以下技术的研究:①以基因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种,降低纤维素酶的生产成本;②进行固定化发酵技术的研究,解决目前存在的污染率高和成本高的问题;③进一步研究纤维素原料的预处理,酶水解及发酵生产的工业化技术,其原则是:经济、节能、环保。
总之,如何减少成本和提高纤维素生物质的乙醇的转化率将是后续的研究重点和发展的方向。
摘要：介绍了燃料乙醇的意义、国内外的发展现状和趋势,重点综述了燃料乙醇工艺中的预处理技术和发酵工艺技术,对预处理的各种方法的优缺点进行了归纳,分析了木质纤维素的资源组成成分及结构对其有效转化乙醇的影响及解决办法,最后对纤维素燃料乙醇工业进行了展望。