Bài giảng Sản xuất sợi nhân tạo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI LỚP HÓA – SINH K34Thực hiện: GS Phan Phú CườngTôi rất vui khi giúp các em học tập tốt hơnSẢN XUẤT SỢI NHÂN TẠOI. Sản xuất sợi Visco1. Tổng quan về đề tài._Nhà khoa học Pháp và công nghiệp Hilaire de Chardonnet (1838-1924) - người phát minh ra sợi dệt nhân tạo đầu tiên, nhân tạo tơ tạo ra viscose trong Échirolles vào năm 1891.  Ba nhà khoa học người Anh là Charles Frederick Cross, Edward John Bevan, và Clayton Beadle được cấp bằng sáng chế quá trình vào năm 1902.Charles Frederick CrossEdward John BevanClayton BeadleSợi visco_Đối với sợi Visco, một loại sợi vải khá thân thiện với môi trường. Visco là loại sợi tự nhiên được chiết xuất từ bột gỗ có khả năng thấm nước và có các tính năng giống sợi bông. _Sợi Visco được sử dụng để sản xuất quần áo, giẻ lau, lọc thuốc lá, tất trẻ em, bang y tế và nhiều sản phẩm khác._Viscose hiện đang ngày càng trở nên ít phổ biến hơn bởi vì những tác động gây ô nhiễm carbon disulfide và các sản phẩm khác của quá trình, buộc một số nhà máy phải đóng cửa. Một cách để thực hiện theo tiêu chuẩn khí thải lưu huỳnh là cài đặt một quá trình axit sunfuric ướt đơn vị phục hồi các hợp chất lưu huỳnh với axit sunfuric hoặc sử dụng Lyocell quá trình sử dụng N-Methylmorpholine, N –oxide như dung môi2. Cơ sở lý thuyếta. Nguyên liệuNguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi Visco là xenlulozơ gỗ, chủ yếu là:Cây bồ đềCây thôngCây bạch đànCây mỡCây bồ đềCây thôngCây bạch đànCây mỡCác giai đoạn sản xuất sợi Visco. Điều chế dung dịch kéo sợiKiềm hóaNghiềnXantogenat hóaNấu sơ bộNấu ViscoHoàn thiện sợiGiai đoạn kéo sợiCuộn sợiPhương pháp cuộn sợi liên tụcb. Điều chế dung dịch kéo sợi Kiềm hóaĐồng thời xảy ra phản ứng cộng hợp giữa xút và xenlulozơNghiền Xenlulozơ kiềm hóa được đem đi nghiền trên máy nghiền liên tục hay gián đoạn. Bộ phận chủ yếu của máy nghiền lien tục là hai thớt, một cố định, một quay, xenlulozơ được nghiền giữa hai thớt này, độ mịn quyết định bằng khoảng cách giữa hai thớt.Nấu sơ bộ: Ở máy nghiền ra, xenlulozơ được đưa vào thùng nấu sơ bộ. Thực chất quá trình này là oxi hóa xenlulozơ bằng oxi không khí trong môi trường kiềm.Quá trình được tiến hành ở nhiệt độ t0 = 20 – 220C trong khoảng 30 – 50 giờ (36 -400C. thời gian nấu 8 – 10 giờ). Giai đoạn này thường cho thêm các chất xúctác như: MnCl2, CuCl2, MnSO4, CoCl2, CoSO4. Quá trình này làm giảm độ trùnghợp xuống 2 – 2,5 lần, do đó làm giảm độ nhớt của dung dịch kaéo sợi ở giai đoạn sau và làm quá trình tạo hình sợi cũng được thực hiện dễ dàng Xantogenat hóa Nấu ViscoGiai đoạn kéo sợi Sợi được kéo qua khuôn kéo với tốc độ 75 – 100 m/phút. Dung dịch đông tụ có thành phần: + H2SO4: 80 – 150 g/l + NaSO4: 160 – 320 g/l + ZnSO4: 10 – 100 g/l Khi sợi chạy qua, trong dung dịch xảy ra các phản ứng sau: + Đông tụ visco dưới tác dụng của chất điện li. + Phản ứng xantogenat dưới tác dung của axit. + Phân hủy các tạp chất sunfua có trong visco làm thoát ra H2S và CS2. Các muối sunfat làm tăng quá trình đông tụ và kiềm hãm quá trình axit sunfuric phân hủy xantogenat xenlulozơ theo phản ứng:Cuộn sợi: có hai phương pháp cuộn sợi.+ Phương pháp cuộn sợi liên tục có đặc điểm là tạo được sợi có kích thước và tính chất tương đối đồng đều. Trình độ cơ khí hóa cao, năng suất lao động cao, điều kiện lao động tốt. Nhưng phương pháp liên tục có hạn chế là máy móc phức tạp, đồng thời số ống gia công tinh cũng tăng lên.+ Phương pháp cuộn sợi gián đoạn có ưu điểm là thiết bị đơn giảnHoàn thiện sợi Sợi visco sau khi đã qua các quá trình trên, vẫn còn ở trạng thái trương và chứa khoảng 80% dung dịch đông tụ (3,5 – 4,5% axit sufuaric, 12 – 15% sunfat và 2% các tạp chất khác chủ yếu là lưu huỳnh tự do). Do đó sợi cần được xử lý tiếp tục theo các quá trình: Rửa bằng nước ở 40 – 500C để loại axit sunfuric và muối. Loại trừ lưu huỳnh bằng dung dịch 1 – 2,5% natrisunfit, xút hoặc natrisunfat ở nhiệt độ 40 – 700C. Rửa bằng axit yếu để loại các muối khó tan. Đối với sợi dệt cần tẩy trắng để loại sắt và các tạp chất có màu khác có trong dung dịch nati hipoclorua ở 20 – 250 Sau mỗi quá trình xử lý trên, cần rửa kỹ bằng nước và bằng dung dịch xà phòng oleat 0,1 – 0,3%VISCONe 20/1Ne 30/1Ne 40/1Ne 45/1Ne 50/1Ne 60/1Độ nhỏ:Chi số thiết kế:20/130/140/1---Sai lệch chi số Δn (%):± 1.50± 1.50± 1.50---Hệ số biến sai chi số CVn (%):<< 1.00<< 1.50<< 1.50---Độ săn K (x/m)Sai lệch độ săn Δk (%):± 2.50± 2.50± 2.50---Hệ số biến sai độ săn CVk (%):<< 3.50<< 3.50<< 3.50---Độ bền tuyệt đối P(G)Hệ số biến sai độ bền CVp (%):<< 9.00<< 10.00<< 10.50---Độ không đều UsterĐộ không đều U (%):<< 8.10<< 9.30<< 10.50---Hệ số biến sai độ không đều CVm (%):<< 10.13<< 11.63<< 13.80---Điểm mỏng Thins (-50%) (Thins/km)039---Điểm dày Thicks (+50%) (Thicks/km)<< 5≤ 20≤ 30---Điểm Neps (+200%) (Neps/km)≤ 15≤ 45≤ 80---Tiêu chuẩn của sợi Visco3. Quy trình sản xuấtDUNG DỊCH NaOH VÀ HÓA CHẤT CHUYÊN DỤNGDUNG DỊCH AXITGỗDung dịch nhớt (visco)Nén hoặc bơmDung dịch nhớt bị thuỷ phân thành sợi dài và mảnhTơ ViscoSơ đồ sản xuất tơ ViscoII. Sản xuất tơ xenlulozơ axetatTổng quan về đề tài_ Xenlulozơ axetat  lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1904, khi Camille Dreyfus và em trai Henri của mình, đã nghiên cứu hóa học và phát triển trong một nhà kho trong khu vườn của cha mình tại Basel, Thụy Sĩ._ Và kể từ Basel là một trung tâm của ngành công nghiệp thuốc nhuộm, nó tự nhiên thấy những thành quả đầu tiên của họ nên được sự phát triển của thuốc nhuộm màu chàm tổng hợp. Trong tìm kiếm của một lĩnh vực cung cấp tiềm năng thực sự không có giới hạn, họ cố tình lựa chọn các sản phẩm Xenlulozơ axetat , bao gồm các sợi để sử dụng dệt may. - 1905 - Cellulose acetate bắt đầu được sử dụng thương mại để làm phim, đồ vệ sinh . - Anh em Dreyfus đã mở một nhà máy ở Basle. Họ đã bán được sản phẩm của họ cho ngành công nghiệp nhựa ở Pháp và Đức và công ty điện ảnh . Sản xuất siêu giấy, bền hơn cả gang. Sản xuất các vật phẩm : kính, băng từa. Nguyên liệuNguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi axetat là este xenlulozơ axetat điều chế được bằng phản ứng axetyl hóa xenlulozơ:2. Cơ sở lý thuyết - Cellulose axetat tạo thành là sản phẩm đầu của quá trình axetyl hóa. Nó có thể xà phòng hóa một phần để tạo thành ellulo axetat thứ cấp, chứa 51-55% axit axetic liên kết. Xenlulozơ axetat tan trong metilen clorua, clorofom hoặc hỗn hợp metilen clorua với rượu. Xenlulozơ axetat thứ cấp tan trong hỗn hợp axeton và rượu etylic ( 85% axeton và 15% là rượu). Hòa tan Xenlulozơ axetat trong các dung môi tương ứng, để được dung dịch kéo sợi có hàm lượng khoảng 18 – 24%. Quá trình được thực hiện trong thiết bị hòa tan kín. Kết quả đạt được độ mịn thích hợp, dung dịch được lắng để thoát hết không khí, rồi chuyển sang công đoạn tạo hìnhb. Điều chế dung dịch kéo sợiQuá trình tạo hình sợi Xenlilozơ axetat thứ cấp được tiến hành theo phương pháp khô.Dung dịch được gia nhiệt đến 40 - 500C, qua máy lọc lần cuối, rồi vào khuôn kéo.Chiều cao của thiết bị (cao khoảng 3 – 4m ) phải đủ đảm bảo cho dung môi bay hơi hoàn toàn. Sọi tạo thành được đưa vào ống cuộn sợi. Không khí nóng bay len được hút qua ống đục lỗ rồi vào ống thu. Dung môi được tách khỏi than hoạt tính, sau đó được chưng cất thu hồi và dừng lại. c. Công đoạn kéo sợiCó thể mô tả sự hình thành xenlulo axetat một cách đơn giản như sau: