纺织加工化学课程设计.doc

《纺织加工化学》课程设计

课程设计题目：
姓 名：
班 级：
学 号：
指 导 老 师：
日 期： 2 0 12 年 1 月

目 录
一、 任务书···················································1
二、 前言·····················································2
三、 设计原理·················································5
四、 实验·····················································8
五、 结论·····················································13
六、 参考文献·················································13
七、 致谢·····················································14
八、 附件·····················································15

麻的初加工工艺设计

一、 任务书
一、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。
二、课程设计简介及基本要求
课程设计是纺织加工化学教学中极为重要的一个环节，本课程设计拟设1周时间。为培养和提高学生查阅资料，独立设计、计算和安排实验以及动手操作的能力，要求在老师指导下由学生独立完成。由学生自拟题目，对纺织加工化学中的问题独力完成设计并实验，撰写设计说明书.
课程设计要求
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。
三．课程设计目的要求
纺织加工化学是纺织工程专业的主干课程之一，需要通过一定的课程设计在纺织化学加工中综合应用基本的化学实验技能。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。
四、课程设计的基本内容
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。
五．时间安排
一周分为四个阶段：
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。
六、 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。
七、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）。要求手写。

八、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
苎麻的脱胶
中国是世界上麻类资源最丰富的国家之一，主要的麻纤维包括苎麻、亚麻、黄麻、大麻等。苎麻是我国独有的特色资源，号称“中国萆”，主要分布在湖北、湖南、江西、四川等省，总产量约占世界的90%，我国常年种植面积约在10万-20万公顷之间，纤维总产能达到12万-25万吨。
麻纤维是韧皮纤维、叶纤维和果壳纤维的总称。麻类作物韧皮中除含有纤维素外，还含有一些胶杂质，包括果胶物质、半纤维素和木质素等成分。我们国家纺织工业中所加工的麻纤维主要是韧皮纤维。即取自于韧皮植物韧皮部的纤维，如苎麻、亚麻、大麻、黄麻等。韧皮组织中的纤维处于胶质的包围之中，胶质将各单纤维粘结成片状。不能直接用来纺纱。根据韧皮植物茎的结构特点（如图），要制取纤维首先必须分离出韧皮部。各种麻植物茎各部分的生长情况不同，制取韧皮部的方法也不同。如苎麻，麻茎较粗且木质部和保护组织都很发达，因此必须要经过剥皮（麻皮与木质部的分离过程）与刮青（青皮与韧皮部的分离过程）才能制取韧皮部。其它麻也必须根据其茎的结构特点进行初步加工。此外，在植物生长过程中，由于风灾和病虫害的侵袭而形成的风斑、虫斑等疵点，以及由于收获、剥制等操作不良而使一些麻壳、皮屑留在原麻中，同样不利于纺织加工。所以梳纺工程前必须进行脱胶工程处理，脱去原麻中的胶质，制取出其中的苎麻纤维。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

⑴麻纤维的脱胶过程严格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：其一，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；其二，对纤维的损伤要尽量少。
⑵麻纤维的化学脱胶工艺包括三个主要工艺过程，即预处理工艺、碱液煮练工艺和后处理工艺，主要包含三种处理工艺：
①化学处理工艺，主要是碱液煮练，预处理工艺中的浸酸，后处理中的酸洗、漂白和精练等工艺；
②物理化学处理工艺，主要是给油工序，其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；
③碱处理工艺。
因此，麻纤维的化学脱胶工艺过程不能采用以无机酸为主的工艺，也不能采用以氧化剂为主的工艺，只能采用以碱液煮炼为中心的工艺过程。麻纤维的化学脱胶过程基于此理组织的。概括地说，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，在不损伤纤维原有机械性质的原则下，去除其中的胶质成分，而保留或制取纤维素的化学加工过程为了弥补化学药剂作用的不足，在脱胶工艺中还必须辅以一定的机械物理的、化学的和物理化学的作用[7]。为提高碱液的煮炼效果，提高脱胶麻的质量，在碱液煮炼前后分别加以预处理和后处理两大工艺过程。因此，麻纤维的化学脱胶工艺从大的方面来说包括三个主要工艺过程，即预处理工艺、碱液煮炼工艺和后处理工艺。
从原麻的化学成分及纺织工业对麻纤维的品质要求中知道，原麻中的果胶物质、半纤维素、木质素等胶质成分都是妨碍合理利用麻纤维的杂质。利用微生物的生命活动脱去原麻中的胶质的方法成为微生物脱胶法，是麻纤维脱胶的方法之一。
微生物脱胶的基本原理就是利用某些微生物以这些胶质为其碳素营养来源的特性，将果胶物质、半纤维素以及木质素等物质分解转换为简单的低分子物质，从中得到本身生命活动所需的营养物质和热能，从而完成麻纤维的脱胶过程[8]。因此，对脱胶用的微生物来说，要求它的碳素营养来源的专性要特别强，即要求脱胶用微生物只能从分解果胶物质、半纤维素和木质素物质中作为自己唯一的碳素营养来源。否则，可能破坏纤维素的结构而恶化麻纤维的品质。

三、 设计原理
所选实验内容：苎麻的化学脱胶
方案一：二煮一漂法
工艺过程：原麻拆包、拣麻、扎把——浸酸▲——水洗——装笼▲（或装笼——浸酸——水洗）——一次碱液煮练▲——热水洗——二次碱液煮练▲——打纤▲（水冲洗）——漂白▲——酸洗▲——水洗——脱水——给油▲——脱水——抖松——干燥，得到精干麻。
▲ ：为重点工序。
预处理工艺过程：一次碱液煮练之前的工艺。
碱液煮练工艺过程：一次碱液煮练到二次碱液煮练的工序。
后处理工艺过程：二次碱液煮练之后的工序。
1. 预处理工艺的主要工序之一：浸酸
浸酸工艺参数：[H2 SO4]=1.5～2.0g/L
温度≤50℃
时间：1～3h
浴比：1：15左右
2. 碱液煮练的主要工艺参数和工艺条件
①氢氧化钠用量：[NaOH]=10g/L
②煮练温度:100℃左右
③煮练压力：147～196kPa
④煮练时间：3h
⑤煮练的助剂：无机、有机助剂或表面活性剂，如Na2 SO3，Na2SiO3
⑥煮练的浴比：1：20
⑦煮练用水质：清澈透明，无色，内含有机物质和无机盐的量要少，水质宜软
3. 后处理工艺
①漂白
a. 常用漂剂：NaOCl (次氯酸钠)，Ca(OCl) 2（漂白粉）
b. 影响漂白作用的因素：
I． 溶液的pH值
不宜 较好
次氯酸盐 7 9～11
双氧水（H 2O 2） 碱性（＞7） 酸性
高锰酸钾（KMnO4） 11.2 9.0
亚氯酸钠（NaClO 2） ＜3 3.5～3.8
II． 漂剂有效成分的浓度
有效氯浓度：0.5～1.5g/L
III．处理时间：＜2.5min
IV． 处理温度：常温
②酸洗
[H2 SO4]=1.0～1.5g/L
温度：常温
时间：2～3min
浴比：1：20
③给油
I. 油剂用量：2％～2.5％
II. 给油温度：＜50℃
III.给油时间：2min
IV. Ph≤8
方案二：二煮一练法
工艺过程：原麻拆包、拣麻、扎把——浸酸——水洗——装笼（或装笼——浸酸——水洗）——一次碱液煮练——热,冷水洗——二次碱液煮练——水洗——打纤——酸洗——水洗——脱水——精练——水洗——脱水——抖松——给油——脱水——抖松——干燥，得到精干麻。
其工艺过程与工艺参数与二煮一漂法类似。
方案三：苎麻的微生物脱胶
基本原理：利用某些微生物以这些胶质为其碳素营养来源的特性，将果胶物质、半纤维素以及木质素等物质分解转化为简单的低分子物质，从中得到本身生命活动所需的营养物质和热能，从而完成麻纤维的脱胶过程。
1.果胶物质的分解
①果胶物质先被分解成可溶性果胶。
②可溶性果胶进一步被分解成甲醇和甲胶酸。
③果胶酸进一步被分解为己糖、戊糖、糖醛酸、少量有机酸和醇。
④己糖和戊糖沿丁酸发酵过程被分解成了酸、二氧化碳、氢或水：
C6H12O6=CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2+热
C5H10O5= CH3CH2CH2COOH+CO2+H2+热
在好氧条件下，糖类物质全部被分解为二氧化碳和水：
C6H12O6+6O2=6CO2+6H 2O+热
C5H10O5+5O2=5CO2+5H 2O+热
2.半纤维素的分解
在厌氧条件下，半纤维素沿丁酸发酵过程进行分解，即：
C6H12O6=CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2+热
C5H10O5= CH3CH2CH2COOH+CO2+H2+热
在好氧条件下，半纤维素最终被分解为二氧化碳和水，即：
C6H12O6+6O2=6CO2+6H 2O+热
C5H10O5+5O2=5CO2+5H 2O+热
3.木质素的分解
微生物对木质素的分解作用研究得较少，在好氧性条件下木质素分解较快，在厌氧性条件下木质素分解的速度则较慢。

四、 实验
所选方案：方案一：二煮一漂法
实验流程：
脱胶：取样——浸酸——水洗——煮练——热水洗——打纤——水洗——漂白——水洗——酸洗——水洗——给油——软化剂处理——挤干——抖松——烘干

1. 取样
利用电子称重仪称量5g苎麻原麻
2. 浸酸
工艺参数： ①硫酸浓度：1.5g/L ②浴比：1：20 ③温度：恒温槽中，约51.2℃ ④时间1小时
步骤：
a. 计算和准备
通过浴比计算出溶液质量为100g；利用溶液质量和硫酸浓度计算出硫酸用量为0.15g（0.1*1.5=0.15g 因所配硫酸浓度很低，所以密度按1g/ml计算）
b. 制取溶液
⑴将干燥的空烧杯放在电子称重仪上，得到烧杯重量为2.9420g;
⑵用滴管往烧杯中滴入一滴浓硫酸，观查屏幕变化(不可超过3.0920g)，未到达3.0920g则再滴入少量浓硫酸，直至到达3.3920g左右，误差小于百分之一。本次实验中实际量取3.1001g浓硫酸。
⑶往烧杯中加水，用玻璃棒轻轻搅拌，混合均匀。
⑷将小烧杯中的溶液倒入大烧杯中，然后加入纯水，至100ml,用玻璃棒搅拌均匀。
c. 浸泡
⑴ 将原麻放入上述烧杯中，用玻璃棒按压和搅拌，使原麻完全浸泡在溶液中。
⑵ 将烧杯放入恒温槽中（设定温度为51.2℃），约一个小时后取出（实际为1小时）。其间不时的用玻璃棒搅拌。
实验现象：在浸酸的过程中，原麻逐渐变软并有小程度的褪色，溶液也逐渐变黄。
3. 水洗
将浸酸后的麻放入较大容器中水洗3～5次。
4. 碱液煮练
工艺参数： ①氢氧化钠（NaOH）:11% ②硅酸钠(Na2SiO3):3%
③亚硫酸钠 (Na 2SO3 ):4% ④焦磷酸钠（Na4P 2O3）:2%
⑤浴比:1:20 ⑥气压:常压 ⑦时间:3小时
步骤：
a. 计算和准备
⑴ 通过工艺参数中的各药品的百分比和原麻的质量计算出所需各药品的质量：
m（NaOH）= (11*5)/100=0.55g,取0.7g
m(NaSiO3) = (3*5)/100 = 0.15g,取0.2g
m (Na2 SO3 )= (4*5)/100 =0.2g,取0.3g
m（Na4P2O3）= (2*5)/100=0.1g,取0.2g
因为浴比较大,故有后面附带的取值。
⑵ 通过浴比和原麻质量计算出溶液质量：
m(溶液)=5*20=100g
⑶ 根据上述结果算出加水质量和体积：
m(水)=100-0.7-0.2-0.3-0.2=98.6g
V（水）=98.6ml
⑷ 准备好各药品。

b. 制取溶液
⑴ 用电子称重仪分别量取0.7g氢氧化钠、0.2g硅酸钠、0.3g亚硫酸钠、0.2g焦磷酸钠放入烧杯中（方法与浸酸工序中称量浓硫酸的方法相同）
⑵ 将上述烧杯加入98.6ml的水
⑶ 用玻璃棒搅拌均匀
c. 煮练
⑴ 将浸酸后的麻放入上述烧杯中，记录此时的溶液体积（不必很精确）：100ml。
⑵ 将烧杯放在电热炉（配有石棉网）上开始煮练。时间3小时（实际实验只用2.5小时）。
操作要点： ①煮练过程中要不停的用玻璃棒搅拌，保持溶液的受热均匀。
②煮练过程中要注意液面要保持在烧杯上100ml刻度上。低于此刻度时用小烧杯加入少量热水，使液面上升到100ml 刻度上。
③ 要保持电热炉下面垫板的湿润，防止垫板被烧坏。
实验现象：溶液不断的冒出小泡，颜色不断加深，逐渐变成棕色。麻进一步变软，进一步褪色，可以观察到逐渐有纤维出现。
实验结果：麻束仍然交结在一起，但表面已明显有纤维出现，颜色仍然较重，且表面有很多棕黑色的杂质块。
5. 热水洗
在较大容器中用温水反复搓洗10分钟，洗去碱液和除去少量杂质。
6. 打纤
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。
7. 水洗
在大容器中用水洗2～3次。
8. 漂白
工艺参数：① NaOCl溶液有效氯浓度:1g/L ② 浴比:1：20
③ 温度:51.2 ℃ ④ 时间:5分钟
步骤：
a. 计算和准备
⑴ 根据浴比和原麻质量计算出溶液质量为100g。
⑵ 根据实验室NaOCl试剂有效氯浓度为5.5%，计算出100ml溶液所需试剂体积：
V[NaOCl溶液]=100*1/5.5％≈1.282ml
⑶ 准备试剂。
b。配置溶液
⑴ 在烧杯中加入1.282mlNaOCl试剂。
⑵ 在上述烧杯中加水，至液面到达100ml刻度（因此溶液浓度很低，所以密度按水的密度1g/L计算）。
⑶ 用玻璃棒搅拌均匀。
c. 恒温浸泡
将步骤7得到的麻放入上述所配NaOCl溶液中，用玻璃棒压按，使其完全浸泡在溶液中。然后把烧杯放入恒温槽中（温度设定为51.2 ℃）。五分钟后取出。
实验现象：麻束明显逐渐褪色，但不彻底。
实验结果：所得麻束最终并未完全褪色，呈暗黄色，较柔软。
9. 水洗
10. 酸洗
工艺参数：① H2SO4浓度：1.5g/L ② 浴比：1：20
③ 温度：常温 ④ 时间：5分钟
步骤 ：
a. 计算与准备
⑴ 通过浴比和原麻质量计算出溶液质量为100g.
⑵ 通过溶液体积和硫酸浓度计算出所需浓硫酸的质量为0.15g(因所配溶液浓度很低，所以密度按水的密度计算)。
⑶ 准备试剂。
b. 配置溶液
⑴ 用电子称重仪常量出0.15g浓硫酸（方法与浸酸工序中称量浓硫酸的方法相同）。
⑵ 将盛有上述浓硫酸的烧杯中加入适量水，用玻璃棒搅拌使之混合均匀。
⑶ 将上述烧杯的酸液倒入中烧杯中，加入约100ml的水，用玻璃棒搅拌使之混合均匀。
c. 浸泡
将经过漂白工序后的麻放入上述所配制的溶液中浸泡，用玻璃棒使之完全浸泡在溶液中。 5分钟后取出。
实验现象：麻纤维束迅速变白。
实验结果及分析： ⑴ 经过此步骤后的麻颜色明显变白，且比较洁净，可能是因为OCl-在酸性环境下的漂白效果更好。漂白工序后麻团中残留有NaOCl，放入酸液后，OCl-在酸液中获得了酸性环境。
⑵ OCl-和H-同时存在同一溶液中时不稳定，可以反应生成氯气挥发，所以酸洗工序还有去氯的效果。
11. 水洗
在大容器中用清水洗3～5次。
12. 给油
工艺参数：① 茶油：98% ② 烧碱：2% ③浴比：1：10
④温度：51.2℃ ⑤时间：20分钟
步骤：a. 配置乳化液
在空烧杯中加入两滴茶油，一滴烧碱饱和水溶液，加适量水稀释，用玻璃棒搅拌至均匀。
b. 浸泡
将第11步水洗工序后的麻团放入乳化液烧杯中，用玻璃棒使之完全浸泡在乳化液中；将烧杯放入恒温槽中（温度50.5℃），30分钟后取出；过程中不停用玻璃棒搅拌。
实验说明：因为时间和设备等因素，给油工序没有完全按照原定方案进行而是按照上述工艺参数和步骤进行。
实验结果及分析：由于给油时间和给油温度没有达到理想参数，所以给油效果较差。
13. 软化剂处理
操作流程：配置软化剂溶液（5%）——放入麻团——5分钟后取出
实验结果：软化效果较好，麻团明显整体变柔软。
14. 挤干
15．抖松
16. 烘干
将麻团放入烘干机中的筒子中，20分钟后取出，麻团完全烘干。

五、 结论
称量纤维总重量并计算制成率
⑴ 利用电子称重仪称量出制出纤维（即精干麻）总重量为3.158g.
⑵ 算出脱胶麻纤维的制成率。ρ = (3.158/5)*100%=63.16%

六、 参考文献
[1] 邹慧，朱普年，苎麻产业化建设的运作与思考，安徽农业科学，2003.17（2）：32-35
[2]李振华，董顾.麻快速化学脱胶技术研究,成都纺织高等专科学校学报，200，(10):5一8
[3]邵宽，纺织加工化学，中国纺织出版社
[4] 吴德英、刘铿晋、吴斌，非浸酸，一锅法苎麻脱胶，成都化工研究院，成都610061
[5] 苎麻纤维素化学与工艺学
[6] 彭源德，刘正初，苎麻脱胶菌种特性的研究，中国麻作，1995.22（4）：23-27
[7] 管映亭，苎麻酶法脱胶的研究，上海纺织科技，1998.27（4）：4-6
[8]中国纺织总会教育部，毛纺工艺学，中国纺织出版社
[9] 吴杰，绢麻纺概论，纺织职业技术教育教材
[10] 姜繁昌，苎麻纺纱学，.北京:纺织工业出版社，1986

七、 致谢（心得）
此次课程设计让我获益颇丰，将学习到的理论知识用于实践中，进一步巩固了专业知识的学习。
在此之前对麻的脱胶只是停留在概念的基础上，具体过程还没有完全知道，通过广泛的搜集资料，我对麻的化学脱胶和微生物脱胶有了更深层次的了解。在实验过程中，每个成员都有各自的任务，有记录的，有配置药品的，有计算的，分工而又合作。而且在实验过程中，大家都十分的专心，绝对不能分心，因为由于操作不当随时会有突发状况。所以我们都很小心。总之，自己亲自动手才能弥补很多理论上的缺陷。这也让我明白了理论与实践相结合的重要性。也锻炼了自己的动手能力，为以后的工作打下了扎实的基础。
此次实验给我最大的启示就是做事一定要讲究实事求是，实验的每一步都要扎扎实实的完成，否则一个细节就会影响实验结果，导致事倍功半。在苎麻脱胶试验中，我们选取了方案一，即二煮一漂法，因此，一定要严格做到两次碱煮，后处理的漂白，而且一定要达到每个步骤所需要的时间，碱煮和浸酸时间为3小时，这是个漫长的等待过程，所以一定要耐心等待，这是脱胶的关键，在实验中，由于自己个人的问题，没有耐心等下去，中途取出苎麻，发现还有很大一部分苎麻没有褪色，此时为时已晚，即使有后处理的漂白也还是未能褪色完全，所以每一道工序都是必不可少的。
此次实验特别要感谢蒋国华等老师的谆谆教导，在老师的详细解说下，我们获得了新的真正知识。在老师的指导下，我们进行有关工艺参数的计算以及准备仪器、原料、试剂等，并开始真正实验。在实验过程中，老师时刻在我们身旁的耐心指导和适时的提醒，也多亏老师的指导，我们才能在实验过程中少走很多弯路，不出现什么事故，有什么不了解的都可以从老师那得到解答。整个实验所需时间较长，特别是苎麻脱胶的碱液煮练工序，因此在实验过程中我们还可以轮流去吃饭，但蒋老师为保证我们的实验安全，顾不上吃饭，我们甚为感激。在实验后期对精干麻机械性能的测试上，彭新元老师给予我们很大的帮助，为我们解决设备操作上的难题，帮助不可谓不大。所以真的很感谢各位老师在这次纺织加工化学课程设计上对我们的帮助。

八、 附件
原麻：

精干麻样品：

方案设计初稿：

指导老师评语：

指导教师：
年 月 日
成绩评定：

备注：

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