纤维素工艺汇总

羟丙基甲基纤维素（HPMC）生产工艺
反应原理：羟丙基甲基纤维素的生产采用氯甲烷和环氧丙烷作为醚化剂, 其化学反应方程是:
Rcell –OH（精制棉）+ NaOH（片碱、氢氧化钠）+ CH3Cl （氯甲烷）+ CH2OCHCH3(环氧丙烷)→Rcell - O - CH2OHCHCH3 （羟丙基甲基纤维素）+ NaCl （氯化钠）+ H2O （水）
化学结构式为：
工艺流程：精制棉粉碎---化碱---投料---碱化---醚化---溶剂回收及洗涤---离心分离---干燥---粉碎---混料---成品包装1：生产羟丙基甲基纤维素的原料及辅料
主要原料为精制棉，辅助材料为氢氧化钠（片碱）、环氧丙烷、氯甲烷、醋酸、甲苯、异丙醇、氮气。

（精制棉粉碎的目的：通过机械能破坏精制棉的聚集态结构，以降低结晶度和聚合度，增加其表面积。

）
2：精确计量与原料质量控制
在设备一定的前提下，任何主副原材料的质量及加入量和溶剂的浓度比例都直接影响产品的各项指标。

生产过程体系中含有一定量的水，水与有机溶剂并非完全互溶，水的分散度影响碱在体系中分布。

若没有充分搅拌，则对纤维素均匀碱化与醚化不利。

3：搅拌与传质传热
纤维素碱化、醚化都是在非均相（利用外力搅拌均匀）条件下进行的。

水、碱、精制棉及醚化剂在溶剂体系中的分散与相互接触是否充分均匀，都会直接影响碱化、醚化效果。

碱化过程搅拌不匀，会在设备底部产生碱结晶而沉淀，上层浓度低碱化不够充分，结果是醚化结束后体系还存在大量自由碱，但是纤维素本身碱化不够充分，产品取代不均匀，从而导致透明度差，游离纤维多，保水性能差，凝胶点也低，PH值偏高。

4：生产工艺（淤浆法生产过程）
（1：）向化碱釜内加入规定量的固体碱（790Kg）、水（系统总水量460Kg），搅拌升温至80度恒温40分钟以上，固态碱完全溶解（2：）向反应釜加入6500Kg的溶剂（溶剂中异丙醇与甲苯的比值为15/85左右）；将化好的碱压入反应釜，压碱后向化碱釜喷淋200Kg溶剂以冲洗管道；反应釜降温至23℃，将粉碎精制棉(800Kg)加入，精制棉加入后喷淋600Kg溶剂开始碱化反应。

粉碎精制棉加入必须在规定时间（7分钟）内完成（加入时间长短很重要）。

精制棉一旦与碱溶液接触，碱化反应就开始了。

加料时间太长，会因精制棉进入反应体系的时间不同而使碱化程度有差异，导致碱化不均匀，产品均匀性降低，同时会引起碱纤维素与空气长时间接触发生氧化降解，导致产品粘度下降。

为得到不同粘度级别的产品，可在碱化过程中抽真空、充氮，也可加入一定量的抗氧剂(二氯甲烷)。

碱化时间控制在120min，温度保持20-23℃
（3：）碱化结束，加入规定量的醚化剂（氯甲烷和环氧丙烷），升温至规定温度并在规定的时间内进行醚化反应。

醚化条件：氯甲烷加入量950Kg，环氧丙烷加入量303Kg。

加入醚化剂冷搅40分钟后升温，醚化一段温度56℃、恒温时间2.5h，醚化二段温度87℃，恒温2.5h。

羟丙基的反应在30℃左右即能进行，50℃时反应速率大大加快，甲氧基化反应在60℃时缓慢，50℃以下更弱。

氯甲烷和环氧丙烷的量、比例和时机以及醚化过程的升温控制，直接影响产品结构。

由于甲苯、异丙醇和水都有一定的挥发性，氯甲烷和环氧丙烷汽化程度更大，因此，浆料液面上方的空间有多种成分，是个混合体系，淤浆上方即与气相接触，又于液浆内部物料交换，产品的性能会因空间大小不同而有差异。

5：中和、溶剂回收
反应结束后将物理压入脱溶釜，加入定量的醋酸进行中和，降低物料的碱性。

为了减少降解，脱溶回收选择在中和后进行。

回收虽然对产品理化指标无直接的影响，但它是关键工序，因为回收过程的长短及效果都会对产品的成本、产量大小有直接的影响，中和、回收时间控制在3小时内。

在高温下甲苯、异丙醇与水和一些副产物都会顺着回收管线进入回收设备，不断添加高温水（95℃以上），使体系的溶剂充分回收。

回收的溶剂进入分层器，静止沉淀后分层（上层液是甲苯和异丙醇，下层液主要是水和少量异丙醇、甲苯），上层液回收重复利用，下层液打入蒸馏系统进行精馏，得到的溶剂循环利用。

在回收过程中加入的热水同时可以对物料进行洗涤。

在回收过程中，应使釜内温度保持缓慢上升的趋势，不可使其温差太大：如温度突然下降会导致釜内达不到溶剂蒸馏温度，影响回收速度；如温度突然升高会使溶剂回收速度过快，冷凝效果不好，导致溶剂浪费。

温差变化太大同时会影响溶剂中的水含量。

6：离心、干燥、粉碎、过筛、混料
回收好的物料由脱溶釜用螺杆泵打入缓冲罐后进入离心机进行离心（将水与物料分离），分离后水排入下水道，物料进入流化床进行干燥（操作工可根据半成品水分需要控制离心干燥速度；为保证产量离心最长时间不超过3小时）；干燥后的物料进入粉碎机进行细粉碎，粉碎后的物料经振动筛筛分以达到规定的要求（第一道振动筛网面为60目，第二道振动筛网面为80目）；过筛后物料由化验室取样化验后化验室根据销售订货要求进行配批，成品工段根据化验室下达的配批单进行混料，混料严格遵守“混料规定”，混料后经过筛后装入成品袋进行包装后入库。

一、影响产品质量指标的重要因素
根据产品性质及反应原理和操作经验得知，溶剂的活性、反应的程度等因素直接影响产品的各项重要质量指标。

(1)溶剂是反应过程的催化剂，溶剂的活性直接影响产品的粘度、比重、PH值等重要指标，溶剂活性低会导致物料反应不彻底，粘度比重偏低、PH值超标等，根据产品性质及反应原理和操作经验，溶剂使用一定的时间后活性便降低，定期对系统补入少量新的溶剂以提高溶剂的活性（试甲苯/异丙醇的比值在合适的范围内）。

(2)反应程度直接决定半成品的各项指标，反应不彻底会导致各项指标有可能不合格，根据产品性质及反应原理和操作经验，反应釜搅拌频率调整为压碱后就增至45HZ,加大了反应釜搅拌频率，提高了搅拌转速；增大了物料的接触速率。

系统溶剂加入量为7300 kg，增大了物料的接触面积，使物料更加充分的接触反应。

二、粘度
根据产品性质及反应原理和操作经验得知，粘度与原料精制棉的聚合度、反应釜的密封程度、投料速度、抽真空速度、氮气纯度和投料温度等因素有关
提高粘度：
（1：）采用高聚合度的纤维素原料。

（2：）加入抗氧剂。

（3：）加快投料速度，抽真空、排空气、充氮气保护。

降低粘度：
（1：）采用低聚合度的纤维素原料。

（2：）在碱化过程或醚化过程中加入氧化剂。

（3：）通过辐射降粘（通过外力破坏分子结构而降粘）。

三、比重
根据产品性质及反应原理和操作经验得知，比重与系统中的总水量、片碱在系统中的比例、化碱程度、碱化温度和碱化程度等因素有关
（1）溶剂中的水分以化验单和经验相结合，反应釜操作工根据溶剂浑浊程度决定。

（2）根据半成品质量结果不定期对片碱的加量做调整。

(3)严格遵守操作规程，化好片碱，控制好碱化时间和温度（根据产品性质及反应原理和操作经验，碱化温度最佳确定为20-23度），使其碱化彻底。

(4)精制棉松密度低会影响精制棉与碱的接触，导致碱化不彻底；精制棉松密度 150以上，以确保所使用精制棉达到工艺要求。

四、PH值
根据产品性质及反应原理和操作经验得知，PH值与反应程度、中和用的醋酸浓度等因素有关，
(1)碱化反应不彻底会导致反应后系统中仍存有残碱，进而导致PH超标；为避免由于反应异常导致PH值超标，可根据经验对醋酸做出相应的调整。

(2)中和用的醋酸浓度不合格，会直接影响中和效果，导致PH 值超标，经纤维素车间商议决定，醋酸浓度为50％±1，配料区向车间打之前要充分打好循环。

(3)根据片碱在系统中的比例变化而进行调整中和用醋酸的加量。

为降低醋酸的结晶温度，使醋酸和混合溶剂混合使用，比例1:1，调PH值从混合醋酸重量上控制
五、灰分
根据产品性质及反应原理和操作经验得知，灰分与反应所用原料、洗涤水的加量和硬度等因素有关，
(1)所用原料中如果杂质含量过高（如精制棉灰分偏高、片碱碳酸钠含量偏高等）会直接影响灰分.
(2)洗涤的用水量直接影响洗涤效果，根据生产需要对洗涤用水量进行调整。

洗涤用水的硬度也直接影响洗涤效果，如洗涤用水硬度过高，起不到洗涤的效果。

六、甲氧基、羟丙基
（1：）改变反应体系用碱量
纤维素碱化过程用碱量会直接影响产品的醚化效率和集团的含量比例。

碱液浓度高或加入固碱量增大，会增加甲氧基含量。

碱液浓度低或加入固碱量减少，在同样的工艺条件下，可适当提高产品的羟丙基含量。

羟丙基含量与碱液浓度成反比，甲氧基含量与碱液浓度成正比。

（2：）调节生产工艺的温度变化
HPMC醚化阶段，主要是甲氧基化和羟丙基化的反应。

两种反应所要求的反应条件不同，二者的正负反应速率也有较大的差异。

（3：）醚化剂的加入量
在工艺条件确定的条件下，醚化剂氯甲烷和环氧丙烷与二者的比例对产品的甲氧基和羟丙基值有直接和明显的影响。

七、保水率、透光率、凝胶温度
甲氧基、羟丙基含量与比值，对产品的水溶性、保水能力、表面活性和凝胶温度有一定的影响。

甲氧基含量高、羟丙基含量低的HPMC：水溶性、表面活性好，凝胶温度低。

适当提高羟丙基含量、降低甲氧基含量，可提高凝胶温度，但羟丙基含量过高，凝胶温度降低、水溶性和表面活性变差，在有机溶剂中的溶解性能提高。