Введение к работе
Актуальность темы. Целлюлоза в форме порошка к настоящему времени нашла достаточно широкое применение в различных отраслях промышленности.
Б последние годы в связи с возникшей потребностью использования порошковой целлюлозы различными отраслями промышленности ряд предприятий, в том числе и конверсионных, занимается разработкой технологии производства порошковой целлюлозы. На данном этапе технологии получения этого продукта разрабатываются опытным путем без учета физико-химических закономерностей процесса. Недостаток сведений по изменению физико-химических сеойств целлюлозы в процессе получения порошковой целлюлозы и по оптимизации технологических параметров не способствует разработке эффективной экологически безопасной технологии получения порошковой целлюлозы.
Наиболее распространенным способом получения порошковой целлюлозы является кислотный гетерогенный гидролиз.
Исследование физико-химических закономерностей процесса гидролиза волокнистой целлюлозы до получения порошковой целлюлозы позволит разработать научно-обоснованную более совершенную, эффективную и экологически надежную технологию. Такая технология может быть реализована и на конверсионных предприятиях на основе высвобождаемого сырья, оборудования и химикатов, что в нынешних экономических условиях является весьма актуальным. При этом особое значение приобретает уменьшение загрязненности окружающей среды сточными водами данной технологии, получение продукта более высокого качества при меньшін расходах сырья, химикатов и тепловой энергии, что служит базой для расширения сферы использования порошковой целлюлозы.
Работа выполнялась в соответствии с утвержденными в 1996 г. Правительственной комиссией по научно-технической политике «Приоритетными направлениями развития науки и техники», а именно «Исследование, и переработка природных полимеров», а также «Критические технологии федерального уровня» (химический и биологический синтез лекарственных и пищевых вешеств).
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является разработка научно-обоснованной технологии производства порошковой целлюлозы из хлопкового и древесного целлюлозного сырья.
Исходя из этого были поставлены задачи: а разработать оптимальные условия получения порошкообразной целлюлозы методом кислотного гетерогенного гидролиза из хлопковой и древесной целлюлозы с использованием в качестве деструктарующих агентов водных растворов азотной и соляной кислот;
н исследовать различными физико-химическими методами свойства полученных образцов порошковой целлюлозы и оценить возможность использовании ее для пищевых и медицинских целей;
в изучить динамику изменения основных физико-химических свойств разных видов целлюлозы в процессе гидролиза по разработанным оптимальным режимам;
в исследовать процесс промывки порошковой целлюлозы и изучить влияние многократного использования отработанного деструктирующего раствора на свойства порошковой целлюлозы, количество и характеристику сточных вод, возможность повышения экологической безопасности предлагаемой технологии производства;
и исследовать влияние условий сушки на качественные показатели порошковой целлюлозы;
а разработать технологическую схему производства порошковой целлюлозы применительно к условиям конверсионного предприятия;
в оценить технико-экономические показатели производства порошковой целлюлозы в условиях конверсионного предприятия.
Научная новизна. Исследованы условия гидролиза хлопковой и древесной вискозной целлюлозы водными растворами азотной и соляной кислот и получены математические модели этих процессов, на основании которых вычислены оптимальные условия получения порошковой целлюлозы. Исследована динамика изменения длины волокон и физико-химических свойств хлопковой и древесной целлюлозы в процессе гидролиза по разработанным оптимальным релси-мам. Показано, что при гидролизе одного и того же віща сырья (хлопковой целлюлозы) вид деструктируюшего агента оказывает влияние на выход, предельную степень полимеризации, а также показатели, характеризующие степень гидролитической и окислительной деструкции: растворимость в 1 %-ном NaOH, медное число, массовую долю карбонильных групп и не оказывает влияния на показатели водоудержания и сорбционной способности целлюлозного порошка. Установлено, что при использовании для гидролиза одного и того же деструктирующего агента (водного раствора соляной кислоты) древесная целлюлоза гид-ролизуется труднее по сравнению с хлопковой целлюлозой. Порошковая целлюлоза, полученная из древесной целлюлозы, характеризуется меньшим выходом и более высокими значениями предельной степени полимеризации, возможно, вследствие рекристаллизации аморфной части. Вид исходного волокнистого ' материала и его морфологическая структура оказывают влияние на показатели водоудержания и сорбционной способности целлюлозного порошка- более высокие значения этих показателей характерны для порошковой целлюлозы, полученной из древесного целлюлозного сырья.
Практическая ценность. На основании физико-химических закономерностей процесса гидролиза целлюлозы, выявленных в результате проведенных исследований, разработана научно-обоснованная технология производства по-
:>
рошковоіі целлюлозы из хлопковой и древесной целлюлозы. Изучение влияния вида и качества исходного сырья и деструктирующего агента в процессе гидролиза на свойства порошковой целлюлозы, позволило разработать оптимальные и экологически более надежные режимы переработки целлюлозы с получением продукта требуемого качества (в зависимости от назначения) при меньших расходах сырья, химикатов и тепловой энергии. Исследован процесс промывки порошковой целлюлозы с многократным использованием оборотного промывного раствора. Показано, что использование отработанного деструктирующего раствора в 10 циклах не ухудшает качества порошковой целлюлозы и способствует снижению количества и степени загрязненности стоков. Изучение условий сушки порошковой целлюлозы позволило определить наиболее оптимальную температуру сушки без ухудшения качества порошкообразного продукта. Для конверсионного предприятия разработаны технологическая схема и режим производства порошковой целлюлозы, акт внедрения которых на Пермском заводе им. СМ .Кирова приведен в диссертации.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на трех международных и двух уральских конференциях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано: статей - 2, тезисов докладов - 9.
Автор выносит на защиту. о научно-обоснованную технологию производства порошковой целлюлозы из хлопкового и древесного целлюлозного сырья;
а результаты исследования свойств порошковой целлюлозы е зависимосга от вида и качества исходного сырья и используемого пгдррлизующего агента, условий процесса гидролиза;
и закономерности изменения физико-химических свойств целлюлозы в процессе гидролиза;
п результаты исследования влияния многократного использования отработанного деструктирующего раствора на свойства порошковой целлюлозы, количество и качество сточных вод;
а результаты исследования влияния условий сушки иа качественные показатели порошковой целлюлозы. .
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической и экспериментальной частей, выводов, списка использованной литературы и изложена на 181 страницах, включая 40 рисушсов,2? таблиц, библиографию из 133 наименований и 2 приложения на 16 страницах.