了得網工業技術_天然紡織纖維原料過程工程原理與應用

編輯推薦

word-wrap: break-word; word-break: break-all;">

陳洪章、彭小偉編寫的《天然紡織纖維原料過程工程原理與應用》在總結天然紡織纖維原料煉制共性規律和方法的基礎上，分別對莖稈纖維生態產業、韌皮纖維生態產業、葉脈纖維生態產業、植物蛋白纖維生態產業、廢棄動物毛纖維生態產業、海洋生物纖維生態產業和發酵纖維生態產業進行論述，分析了其具體存在的問題及新技術、新方法和生態產業模式。

內容簡介

天然紡織纖維原料種類繁多，轉化方法多樣，產品豐富。天然紡織纖維原料過程工程原理與應用從天然紡織纖維原料特征分析入手，利用過程工程及生態學原理，梳理歸納了其共性轉化規律，提出了天然紡織纖維原料生態產業新模式。

天然紡織纖維原料過程工程原理與應用在總結天然紡織纖維原料煉制共性規律和方法的基礎上，分別對莖稈纖維生態產業、韌皮纖維生態產業、葉脈纖維生態產業、植物蛋白纖維生態產業、廢棄動物毛纖維生態產業、海洋生物纖維生態產業和發酵纖維生態產業進行論述，分析了其具體存在的問題及新技術、新方法和生態產業模式。

天然紡織纖維原料過程工程原理與應用可供從事紡織纖維科學研究、教學的科研人員及研究生閱讀，也可為從事生物質資源利用和產業開發的科技人員和管理人員提供參考。

前言
第1章緒論
1.1 紡織原料的發展歷程
1.2 天然紡織纖維原料及其纖維制備方式
1.3 天然纖維和再生纖維的特點
1.3.1 天然纖維
1.3.2 再生纖維
1.4 天然紡織纖維原料煉制存在的問題
1.5 過程工程與天然紡織纖維原料煉制
1.5.1 過程工程原理及內涵
1.5.2 過程集成理論基礎
1.5.3 過程研究開發思路與方法
1.5.4 天然紡織纖維原料過程工程
1.6 天然紡織纖維原料煉制新模式前言
第1章緒論
1.1 紡織原料的發展歷程
1.2 天然紡織纖維原料及其纖維制備方式
1.3 天然纖維和再生纖維的特點
1.3.1 天然纖維
1.3.2 再生纖維
1.4 天然紡織纖維原料煉制存在的問題
1.5 過程工程與天然紡織纖維原料煉制
1.5.1 過程工程原理及內涵
1.5.2 過程集成理論基礎
1.5.3 過程研究開發思路與方法
1.5.4 天然紡織纖維原料過程工程
1.6 天然紡織纖維原料煉制新模式
1.6.1 過程替代
1.6.2 原料替代
1.6.3 綜合利用
1.6.4 生物量全利用技術集成和生態產業鏈的建立
參考文獻
第2章天然紡織纖維原料種類與特性
2.1 植物纖維原料
2.1.1 種子纖維
2.1.2 韌皮纖維
2.1.3 葉脈纖維
2.1.4 莖稈纖維
2.1.5 植物蛋白纖維
2.1.6 海藻纖維
2.2 動物纖維原料
2.2.1 動物毛
2.2.2 蠶絲
2.2.3 甲殼素
2.3 微生物纖維原料
參考文獻
第3章天然紡織原料研究方法
3.1 原料預處理
3.1.1 物理預處理方法
3.1.2 化學預處理方法
3.1.3 生物預處理方法
3.1.4 汽爆預處理方法
3.2 原料組分分離與綜合利用
3.2.1 半纖維素的分離與利用
3.2.2 木質素分離與利用
3.2.3 羊毛脂的分離與利用
3.2.4 藥用成分的提取與分離
3.3 原料組分分析與表征
3.3.1 化學分析方法
3.3.2 儀器分析方法
3.4 纖維制備與改性
3.4.1 天然纖維制備
3.4.2 再生纖維制備
3.4.3 纖維改性
參考文獻
第4章天然紡織纖維原料生態產業鏈基本原理
4.1 生態產業鏈原理
4.1.1 生態產業要素
4.1.2 生態產業鏈的理論基礎
4.2 生態產業鏈的三個層次
4.3 生態產業鏈的特點和功能
4.3.1 注重整體生態效率
4.3.2 梯級循環利用資源
4.3.3 促進企業結構轉型
4.3.4 保護生態環境
4.3.5 實現經濟環境雙贏
4.4 天然紡織纖維原料生態產業鏈構建
4.4.1 技術創新
4.4.2 技術集成
4.4.3 經濟分析
參考文獻
第5章莖稈纖維生態產業
5.1 莖稈纖維資源特性及利用現狀
5.1.1 木材纖維
5.1.2 秸稈纖維
5.1.3 竹纖維
5.2 莖稈纖維產品特性及制備方法
5.2.1 竹纖維產品
5.2.2 黏膠纖維
5.2.3 新型功能纖維
5.3 產業目前存在的問題
5.4 生態產業開發的可行性分析
5.5 生態產業鏈開發關鍵技術
5.6 生態產業新模式
5.7 生態產業技術示範
參考文獻
第6章韌皮纖維生態產業
6.1 韌皮纖維資源狀況
6.2 韌皮纖維原料生態特征及應用現狀
6.2.1 生態特征
6.2.2 應用現狀
6.3 韌皮纖維原料化學組分
6.3.1 韌皮纖維的化學組成與特性
6.3.2 韌皮纖維植物根、葉、花和籽成分
6.4 韌皮纖維產業目前存在的問題
6.5 建設新的韌皮纖維原料生態產業鏈的必要性
6.6 韌皮纖維生態產業化基礎
6.6.1 原料基礎
6.6.2 行業現狀
6.6.3 新技術的開發應用
6.7 韌皮纖維原料生態產業化應用方向
6.8 韌皮纖維生態產業鏈開發關鍵技術
6.8.1 韌皮纖維傳統脫膠
6.8.2 韌皮纖維化學脫膠
6.8.3 韌皮纖維生物脫膠
6.8.4 韌皮纖維微波、超聲波物理脫膠
6.8.5 韌皮纖維汽爆清潔脫膠
6.8.6 韌皮纖維改性
6.8.7 韌皮纖維原料及加工落物的綜合利用
6.9 韌皮纖維生態產業技術示範
參考文獻
第7章葉脈纖維生態產業
7.1 葉脈纖維資源及利用現狀
7.2 葉脈纖維的特性及用途
7.2.1 菠蘿纖維
7.2.2 香蕉纖維
7.3 植物葉脈纖維紡織原料加工存在的問題
7.4 植物葉脈纖維生態產業開發的重點方向
7.4.1 高值化利用
7.4.2 擴大生產規模
7.4.3 加快相關標準的制定
7.4.4 清潔生產
7.4.5 綜合利用
7.5 葉脈纖維生態產業鏈開發關鍵技術
7.5.1 植物葉脈纖維原料刮制機械制備技術
7.5.2 葉脈纖維脫膠技術
7.5.3 葉脈纖維原料組分的綜合利用技術
7.5.4 葉脈纖維的改性技術
7.6 葉脈纖維生態產業新模式
參考文獻
第8章植物蛋白纖維生態產業
8.1 植物蛋白資源特點
8.1.1 玉米蛋白
8.1.2 棉仁蛋白
8.1.3 大豆蛋白
8.2 植物蛋白產業存在的問題
8.2.1 玉米蛋白產業
8.2.2 棉籽粕產業
8.3 植物蛋白的成分及理化性質
8.3.1 玉米蛋白的成分及理化性質
8.3.2 棉仁蛋白的成分及理化性質
8.4 植物蛋白纖維生態產業開發可行性分析
8.4.1 玉米蛋白纖維生態產業開發的可行性分析
8.4.2 棉仁蛋白生態產業開發的可行性分析
8.5 植物蛋白纖維生態產業鏈開發關鍵技術
8.5.1 植物蛋白原料組分分離技術
8.5.2 植物蛋白提取技術
8.5.3 植物蛋白接枝改性技術
8.5.4 植物蛋白與黏膠混紡技術
8.6 植物蛋白纖維生態產業新模式
參考文獻
第9章廢棄動物毛纖維生態產業
9.1 動物毛資源分布
9.1.1 全國養羊概況
9.1.2 羊毛資源分布
9.1.3 其他動物毛資源分布
9.2 廢棄動物毛的成分及理化性質
9.2.1 羊毛的成分及理化性質
9.2.2 羽毛的形態結構和成分
9.2.3 角蛋白的形態結構和性質
9.3 產業目前存在的問題
9.4 廢棄動物毛生態產業開發的可行性分析
9.5 廢棄動物毛生態產業鏈開發關鍵技術
9.5.1 廢棄動物毛中角蛋白的提取
9.5.2 角蛋白與不同的載體交聯、共混制備纖維或地膜
9.5.3 角蛋白制備有機飼料
9.5.4 角蛋白制備後整理劑
9.5.5 羊毛脂的提取及其應用
9.6 廢棄動物毛生態產業新模式
9.6.1 羊毛生態產業新模式
9.6.2 羽毛生態產業新模式
參考文獻
第10章海洋生物纖維生態產業
10.1 豐富的海洋纖維資源
10.2 海洋生物纖維的特點及其用途
10.2.1 海藻纖維
10.2.2 甲殼素
10.2.3 海洋生物纖維資源非纖維組分及用途
10.3 海洋生物纖維產業目前存在的問題
10.4 海洋生物纖維資源生態開發可行性分析
10.5 海洋生物纖維資源生態開發關鍵技術及重要產品
10.5.1 原料煉制技術
10.5.2 新型共混海藻纖維制備技術
10.5.3 海藻復合纖維制備技術
10.5.4 功能性海藻纖維的制備
10.5.5 海藻纖維面料的研究與開發
10.5.6 甲殼素纖維
10.6 海藻纖維開發生態產業鏈模式
參考文獻
第11章發酵纖維生態產業
11.1 發酵纖維的性能與制備方法
11.1.1 PLA纖維
11.1.2 PTT纖維
11.1.3 PHA繫列纖維
11.1.4 細菌纖維素
11.2 產業目前存在的問題
11.2.1 PLA纖維產業存在的問題
11.2.2 PTT纖維產業存在的問題
11.2.3 PHA纖維產業存在的問題
11.2.4 細菌纖維素存在的問題
11.3 發酵材料開發的可行性分析
11.4 發酵纖維開發關鍵技術
11.4.1 木質纖維素煉制
11.4.2 玉米原料煉制工程——汽爆組分分離及各組分定向轉化
11.5 發酵材料生態產業新模式
11.6 發酵材料生態產業技術示範
11.6.1 以秸稈資源為原料發酵生產生化原料的生態產業技術示範
11.6.2 以玉米為原料發酵生產生化原料的生態產業技術示範
參考文獻

在線試讀

第1 章緒論
隨著人們生活水平的提高， “回歸自然” 成為世界潮流，人們對與人體親密接觸的服飾自然更加講究。來源於生物體的天然紡織纖維具有自然、舒適、生物相容性好和可再生等優點，受到大眾的青睞，天然紡織纖維原料越來越成為紡織行業的寵兒。天然紡織纖維原料種類繁多，有植物的韌皮部、葉、莖稈和植物蛋白，動物的毛發、蠶絲和外殼等，還有藻類和通過微生物發酵而成的細菌纖維素和PHA 等。應用天然紡織纖維原料制備紡織纖維，需要經提取、改性或再生等過程，這些過程往往會產生嚴重的污染，如麻纖維化學脫膠產生大量的高COD廢水，黏膠纖維的制備過程產生大量的有毒氣體二硫化碳。如何實現紡織纖維的高效清潔制備是學術界、產業界和有關部門共同關注的問題。
過程工程是以研究物質的物理、化學和生物轉化過程（包括物質的運動、傳遞、反應及其相互關繫）的過程科學為基礎，任務是解決實驗室成果向產業化轉化的瓶頸問題，創建清潔高效的工藝、流程和設備，其要點是解決不同領域過程中的共性問題［1 ，2 ］。利用過程工程的思路和方法，在研究天然纖維原料特性的基礎上，從天然原料中高效、清潔、經濟地分離制備紡織纖維，通過多種技術工藝的交叉和融合，在分離制備紡織纖維的同時，對原料的非纖維組分進行綜合利用，形成一些獨具特色的天然纖維原料生態產業集成，是天然紡織纖維原料產業發展的新思路。
1.1 紡織原料的發展歷程
衣、食、住、行是人類生存的四大要素，衣乃四維之冠。在歷史發展的長河中，人們的穿著經歷了蔽體遮羞、保暖、美觀、舒適和環保等幾個階段。我國是世界文明古國，在現代紡織工業出現以前，已有悠久的手工紡織業歷史。遠在新石器時代，人們已經開始利用葛、麻等韌皮纖維紡紗織布。4700 多年前，已能制造比較精細的絲綢。經過長期的發展，到商周時期，規格化的布（苎麻為原料）已經作為商品在市場上廣泛流通。春秋戰國時期和西漢初年，紡織技術已達到很高的水平，主要原料為麻和絲。養蠶取絲是舉世公認的偉大發明之一，早在2000 多年前就傳往東南亞， 1800 多年前傳到朝鮮和日本， 1600 多年前傳到中亞， 1400 多年前傳到希臘， 900 年前傳到意大利，意大利人正是受到養蠶吐絲的啟發後發明了化學纖維的生產技術！從漢代到唐代，大量的精美絲織品經由海路和陸路向外輸出，開拓了歷史上著名的“絲綢之路” ，中國因此被歐亞諸國譽為“絲綢之國” 。到了代，隨著棉花在中原地區和長江流域的廣泛種植，手工棉紡織業得到迅速發展，棉花逐漸成為主要的紡織原料。第1 章緒論

隨著人們生活水平的提高， “回歸自然” 成為世界潮流，人們對與人體親密接觸的服飾自然更加講究。來源於生物體的天然紡織纖維具有自然、舒適、生物相容性好和可再生等優點，受到大眾的青睞，天然紡織纖維原料越來越成為紡織行業的寵兒。天然紡織纖維原料種類繁多，有植物的韌皮部、葉、莖稈和植物蛋白，動物的毛發、蠶絲和外殼等，還有藻類和通過微生物發酵而成的細菌纖維素和PHA 等。應用天然紡織纖維原料制備紡織纖維，需要經提取、改性或再生等過程，這些過程往往會產生嚴重的污染，如麻纖維化學脫膠產生大量的高COD廢水，黏膠纖維的制備過程產生大量的有毒氣體二硫化碳。如何實現紡織纖維的高效清潔制備是學術界、產業界和有關部門共同關注的問題。

過程工程是以研究物質的物理、化學和生物轉化過程（包括物質的運動、傳遞、反應及其相互關繫）的過程科學為基礎，任務是解決實驗室成果向產業化轉化的瓶頸問題，創建清潔高效的工藝、流程和設備，其要點是解決不同領域過程中的共性問題［1 ，2 ］。利用過程工程的思路和方法，在研究天然纖維原料特性的基礎上，從天然原料中高效、清潔、經濟地分離制備紡織纖維，通過多種技術工藝的交叉和融合，在分離制備紡織纖維的同時，對原料的非纖維組分進行綜合利用，形成一些獨具特色的天然纖維原料生態產業集成，是天然紡織纖維原料產業發展的新思路。

1.1 紡織原料的發展歷程

衣、食、住、行是人類生存的四大要素，衣乃四維之冠。在歷史發展的長河中，人們的穿著經歷了蔽體遮羞、保暖、美觀、舒適和環保等幾個階段。我國是世界文明古國，在現代紡織工業出現以前，已有悠久的手工紡織業歷史。遠在新石器時代，人們已經開始利用葛、麻等韌皮纖維紡紗織布。4700 多年前，已能制造比較精細的絲綢。經過長期的發展，到商周時期，規格化的布（苎麻為原料）已經作為商品在市場上廣泛流通。春秋戰國時期和西漢初年，紡織技術已達到很高的水平，主要原料為麻和絲。養蠶取絲是舉世公認的偉大發明之一，早在2000 多年前就傳往東南亞， 1800 多年前傳到朝鮮和日本， 1600 多年前傳到中亞， 1400 多年前傳到希臘， 900 年前傳到意大利，意大利人正是受到養蠶吐絲的啟發後發明了化學纖維的生產技術！從漢代到唐代，大量的精美絲織品經由海路和陸路向外輸出，開拓了歷史上著名的“絲綢之路” ，中國因此被歐亞諸國譽為“絲綢之國” 。到了代，隨著棉花在中原地區和長江流域的廣泛種植，手工棉紡織業得到迅速發展，棉花逐漸成為主要的紡織原料。

由於棉花適宜於集中種植，單位產量高，服用性能好，再加上棉紡織加工技術的發展，特別是18 世紀中葉開始，以蒸汽機為動力，以棉紡織工業為帶頭產業，兩者的結合率先在英國構成推動世界次產業革命的原動力，從此棉花生產登上了世界紡織纖維的主導地位，直至20 世紀50 年代，棉花及棉紡織工業一直處於世界紡織工業的中心地位。蠶絲、羊毛雖然歷史也很悠久，但是由於養殖條件和地域環境上的種種限制，產量一直處於微弱地位，隻能當做一種珍貴紡織原料而存在。因此，從世界次產業革命到20 世紀中葉，以棉花為基礎的紡織工業先後統治世界紡織工業達200 年之久。

第二次世界大戰結束以後，以黏膠纖維為主體的纖維素纖維和以“耐綸、滌綸、腈綸” 為三大支柱的合成纖維開始進入工業化大生產。化學纖維的誕生和發展是世界紡織工業史上的一次偉大革命，它正改變著紡織工業的整個面貌。在短短30 多年的時間裡，一方面，它從數量上把紡織工業幾千年來依附於農型屬性推進到以農業和工業加工型為特型結構體繫上來；另一方面，它從使用性能上可以依靠人們的智慧和力量創造出具備前所未有的特殊功能的纖維，使之成為工業、農業、交通運輸、醫藥衛生和許多高科技領域中的基本原材料，把紡織工業由原來的單純加工業發展成原材料工業+ 加工工業的復合型產業的地位［3］。

人們生活質量在不斷提高，越來越追求舒適、環保的服飾。天然紡織纖維由於存在穿著舒適、透氣性好、有保健作用、防靜電和抗菌等優點而備受青睞，同時天然紡織纖維具有可生物降解和可再生的特征，符合清潔環保和可持續發展要求。石油等化石資源在不斷枯竭，可以預見，天然紡織原料將成為紡織產業的主導原料。天然紡織纖維將保持強勁的市場需求態勢，清潔天然原料煉制技術的應用以及新型天然纖維原料開發將取得更大進展。純天然竹原纖維、桑皮纖維、羅布麻纖維、菠蘿葉纖維和椰子殼纖維等將成為紡織業的常用原料。

1.2 天然紡織纖維原料及其纖維制備方式

天然紡織纖維原料是指自然界存在的紡織纖維原料，包括植物纖維原料、動物纖維原料、微生物發酵原料和礦物纖維原料。由於礦物纖維原料使用範圍窄、不可再生，本書不予討論。植物纖維原料來源於植物的韌皮部（如苎麻和桑皮）、植物葉（如菠蘿葉和劍麻）、植物莖稈（如竹子）、植物種子（如大豆蛋白）、植物果實（如椰殼）和海藻等。動物纖維原料主要為動物的毛發、甲殼類動物外殼和蠶分泌的蠶絲。來源於微生物的纖維原料有細菌纖維素、乳酸和聚羥基脂肪酸酯等。

由天然紡織纖維原料提取和制備纖維的方式主要有： ① 機械分離，天然纖維中棉纖維的纖維素含量（質量分數，下同）達到90 % ，直接從棉籽上機械分離便可用做紡織原料。② 植物纖維脫膠，植物韌皮部、葉和果中的纖維素的含量較低，提取紡織纖維需要去除纖維素以外的其他組分，通常稱為脫膠，脫膠方式有化學脫膠、生物脫膠和汽爆脫膠（在以後的章節中將詳述）。③ 微生物發酵制備，微生物利用澱粉或纖維素等作為碳源定向轉化生產具有特殊功能的纖維，如細菌纖維素（bacterial cellulose ， BC）和聚羥基脂肪酸酯（polyhydroxy alkanoates ，PHA）等，隨著生物質煉制技術和發酵技術的進步，微生物發酵纖維產業將逐漸壯大。④ 改性再生，以自然物中提取的天然高分子化合物為原料，經化學方法處理後紡成纖維，如再生纖維素纖維中的黏膠纖維和竹纖維；以蛋白質為原料的有植物蛋白纖維和毛蛋白纖維；還有甲殼素、殼聚糖和珍珠粉與黏膠共混而成的纖維素纖維。改性再生產生的纖維稱再生纖維，通常也歸類於人造纖維類，但其許多性能與天然紡織纖維相似，有些性能優於天然纖維。例如，黏膠纖維屬再生纖維素纖維，它的含濕率符合人體皮膚的生理要求，具有光滑涼爽、透氣、抗靜電和染色絢麗等特性。再生纖維是天然紡織原料利用的重要形式，本書將作詳細討論。

1.3 天然纖維和再生纖維的特點

可以用來制造紡織品的纖維，稱為紡織纖維。為滿足紡織加工和使用過程中的要求，紡織纖維必須具備以下物理和化學性質： ① 具有一定的長度和整齊度；② 具有一定的強度； ③ 具有一定的彈性； ④ 具有一定的抱合力和摩擦力； ⑤ 具有一定的吸濕性； ⑥ 化學穩定性好，具有一定的對光、熱、酸、堿及有機溶劑等的抵抗能力。

天然紡織纖維原料可直接提取天然纖維，或經化學方法處理後紡絲制備再生纖維，它們有各自的優缺點。

1.3.1 天然纖維

不同種類的天然纖維有不同的優點，同時也存在一些缺陷。

棉纖維的優點是穿著柔軟、舒適，色澤鮮艷，顏色豐富，耐熱，吸水性強，透氣性好；缺點為易起皺、需整燙、易染色、易發霉和耐酸性較差。

麻纖維特性與棉基本相似，吸水性更強，穿著涼爽；缺點為易皺，布料粗糙，穿著時沒有光滑的感覺。

取自動物身體的毛發，主要為羊毛及羊絨，其優點為保暖，輕，穿著時無潮濕感，柔軟而舒適，遇水不易掉色；缺點有水洗處理難，不能機洗，需平干，易變形，縮水性強。

蠶絲是衣料中的高檔品種，是世界上好的紡織原料之一。蠶絲絲支纖細，光潔柔軟，耐磨耐拉，富有彈性，而且能夠吸收人體排出的汗濕潮氣。蠶絲是天然纖維中長、細、軟、光亮的纖維。一個小小的蠶繭被解開時，它的蠶絲可長達1 km 以上。蠶絲的彈性好，吸濕性強。但蠶絲也很嬌貴，不耐日曬，不耐水洗。柞蠶絲比桑蠶絲粗，耐曬力稍強，但由於天然色素的存在，柞蠶絲難以漂白、染色，日曬後容易泛黃、褪色。用蠶絲織成的絲綢給人的印像是輕薄、飄逸，是四季皆宜的服裝面料。

1.3.2 再生纖維

再生纖維的大分子化學結構與紡前原料所具有的結構相同，改性後往往被賦予新的性能，如耐磨、抗腐蝕和阻燃等。再生纖維主要為再生纖維素纖維和再生蛋白纖維。再生纖維素纖維具有類似於天然纖維素纖維的吸濕性強、抗靜電性能好、易染色、作阻燃整理以及所制成的服用織物穿著舒適等優點。近年來，出現的莫代爾（ Modal）和天絲（ Tencel）等新一代再生纖維素纖維，深受消費者喜愛。但是，再生纖維素纖維也具有不可彌補的缺陷：首先是結構穩定性較差，濕強是干強的38 % ～ 42 % ，尤其是紡織品縮水率達到10 % 以上；其次是強力低，常規的黏膠纖維強力不超過2.85 cN/dtex ，一般在2.5 cN/dtex 以下，低於1.96 cN/dtex 的纖維難以正常紡紗；後，再生纖維素纖維制備過程污染嚴重，目前常規黏膠生產路線都存在大量廢氣、廢水的排放問題，雖然在治“廢” 技術上有些進展，但不能改變其污染嚴重的局面。

再生蛋白纖維中大豆蛋白纖維織物與人體肌膚有良好的親和性，光澤柔和，手感柔軟，懸垂性好，吸濕、透濕性優良，穿著舒適涼爽，是制作高檔內衣和時裝的面料。該纖維可純紡、混紡，其紗線可用於機織和針織，因此，它的市場發展前景良好。而角蛋白纖維是一種由動物毛發加工而成的紡織新材料，如以羊絨加工後的廢棄物為原料，通過提取角蛋白，進行化學加工而制成的纖維。這種纖維既有天然山羊絨所具有的手感柔軟、輕滑舒適的特點，又有山羊絨所無法比擬的快干、吸汗和透濕功能；然而其加工過程也存在污染嚴重的問題。

1.4 天然紡織纖維原料煉制存在的問題

天然紡織原料組分復雜，除能用於制備纖維的組分如纖維素和蛋白質外，還有其他組分，如果膠、半纖維素、木質素和脂類等，這些組分的存在嚴重影響著纖維組分的提取和再加工。另外，在纖維制備過程中這些組分往往按廢棄物處理，既浪費資源又污染環境。事實上，這些組分都有其用途，開發利用這些組分將其變廢為寶，不但可以提高原料的綜合利用效率，還能減少污染，形成天然紡織纖維原料的良性發展。歸納起來，天然紡織纖維原料煉制存在以下幾個問題：

（1）對原料組分特性的研究有待深入。原料組分研究是組分分離的基礎，隻有深入研究原料組分結構特性及相互關繫纔能將用於制備纖維的組分高效提取出來，同時綜合利用其他組分。目前對原料組分的研究主要集中在化學組成及各組分含量上，對各組分的空間結構及各組分之間的連接方式和相互關繫還有待於進一步研究。

（2）沒有形成有效的技術集成。目前天然紡織纖維原料的加工大多是以獲取纖維為目標，其他組分以廢棄物處理，造成資源浪費和環境污染。例如，原麻纖維脫膠制備精干麻，所采用的方法都是將原麻中的膠質（非纖維素組分）去除，保留纖維素組分並盡量不損傷纖維，保持纖維的強度，沒有重視非纖維素組分提取和利用。其實原麻的非纖維素組分如半纖維素、果膠和木質素都有應用價值，如半纖維素可制備低聚木糖、糠醛和木糖醇等，也可用於發酵生產沼氣、丁醇、微生物油脂的產品，而木質素可用來制備酚醛樹脂、黏合劑和分散劑等化工產品，甚至原麻中可以提取藥用成分，如黃酮和生物堿類化合物。在研究纖維原料組分特性的基礎上開發各組分分級利用技術，並形成有機的集成，將天然紡織纖維原料分級利用，不僅獲得纖維產品，同時其他組分也轉化為產品，這是天然紡織纖維原料煉制的發展方向。

（3）能耗高、污染嚴重是天然紡織纖維原料煉制普遍存在的問題，傳統的化學脫膠方法，制備1 t 精干麻需要消耗煤1.5 t 、液堿（32 % ） 1.5 t 、硫酸80 kg ，排放廢水400 t 以上，廢水中堿和膠質的降解物混合在一起，形成高COD 廢水，給周邊環境造成巨大的污染，許多脫膠工廠被迫關閉，嚴重影響麻紡產業的發展。黏膠纖維以天然纖維素為原料制成可溶性纖維素磺酸酯，再溶於稀堿液制成黏膠，經濕法紡絲而制成，其過程大量使用NaOH 與H2 SO4 ，生成大量CS2 與H2 S 氣體，形成嚴重的污染。如何降低能耗、減少污染是天然紡織纖維原料煉制必須解決的問題。新技術、新工藝的開發刻不容緩。

1.5 過程工程與天然紡織纖維原料煉制

1.5.1 過程工程原理及內涵

依據生產方式及生產時物質所經受的主要變化來分類，工業可以分為過程工業（process industry）與產品工業（product industry）兩大類。作為過程工業的理論基礎，過程科學可以被認為是以不同規模物質和能量轉化與傳遞過程的共性規律作為其主要研究內容，將物質、能量、信息轉化與傳遞過程的實驗室研究成果轉化為現實生產力的科學，其實質還是一門技術（工程）科學，其工程應用就形成了過程工程。從某種意義上說，過程工程可以理解為“泛化學工程” ，但又作了科學意義上的提升，其要點是解決不同領域過程中的共性問題，它包括實現物質轉化“過程” 的定量、設計、放大和優化等操作［4］。

從科學技術的角度出發，從諸多不同目標的工業中尋找和抽提出共性內涵，並形成普適性科學知識，然後反饋到廣泛應用對像的知識循環，稱為過程工程的學識基礎。將眾多過程中的共性操作進行歸類和歸納，分別進行研究，如從發酵液中分離出乙醇采用精餾，同樣，濃縮乙酸也采用精餾；從甘蔗液制糖和從海水中制鹽同樣屬於結晶過程，這些都屬於工藝操作的學識基礎，操作［4］。

過程工程有別於工業設計之處在於，設計工作是依據現有的成熟技術進行的，而過程工程是開發新工藝、新流程和新設備的創新研究，無論是過程原理的創新，還是繫統集成的創新，所得到的都是新的工業技術，是在為設計工作提供可靠的依據。過程工程研究的核心內容就是通過操作考察物質流的傳遞與轉化過程、能量流的傳遞與轉化過程，以及信息流的傳遞與集成過程［5］。

過程工程的內涵與科學基礎正在不斷發展，目前已經涉及信息論的範疇，過程工程要處理復雜繫統，包括尺度效應和協調機制等，因此過程工程理論的研究使繫統工程理論得到豐富。而繫統工程的思路也對過程工程的形成起到提升的作用，操作階段，雖然也考慮了一定的物質轉化的共性問題，但遠遠沒有從整體上進行綜合和把握，一旦引入繫統工程產生過程繫統工程，纔終發展到過程工程階段。另外，過程工程需要將不過程進行繫統集成，這便產生了過程集成理論及過程繫統工程［4］。

1.5.2 過程集成理論基礎

過程集成的研究始於20 世紀70 年代末，初主要用於繫統節能，並發展了用於換熱網絡分析和設計的繫統方法――夾點技術，在過程工業領域得到廣泛應用，在換熱網絡的集成思想和夾點技術的基礎上，其應用領域逐步擴展到提高原料利用率、降低污染物排放和過程操作等方面。目前過程集成的尺度主要在宏觀範圍內，其簡化的層次是單一生產過程內的集成；其次是把不同工藝過程之間的能量及物質集成統一起來考慮，構成企業級的過程集成；層次是要考慮過程工業與社會、環境的協調發展，形成生態工業。其中，過程和企業水平上的集成較為成熟，相比之下，工業生態化的過程集成研究則處於起步階段。建立一個生態工業繫統的關鍵是要通過技術集成實現繫統各過程之間的物質、能量和信息的充分利用和交換，因此必須對繫統的物質集成、能量集成和信息集成進行研究。另外，水是過程工業不可或缺的重要資源，現今研究將其作為一個重要的研究領域［6］。

商品搜索

商品分类

【醫學】

【各大出版社】