Дипломы-2 / ВЗД-172 / Документы / Производство / ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ВТСНТ – 2013

В основе исследования получения органоминеральных сорбентов с минеральными добавками использовался метод математического планирования экспериментов (ПФЭ) типа 23, позволяющий осуществить поиск оптимальной области режимов сушки и гранулирования с максимальным выходом нефтеёмкости гранулированного продукта и одновременным улучшением других качественных характеристик гранул (прочность, конечная влажность и их усадка). Фотография гранул сорбента представлена на рис.1.

Рис.1.Гранулыорганоминеральногосорбента

В результате проведённых теоретических и экспериментальныхисследований [3,4] была разработана инженерная методика расчёта конвективной многосекционной конвективной сушилки с плотным слоем.

Перед проведением расчёта методика предусматривает получение экспериментальных кривых сушки W(τ) и изменении температуры материала в слое t(τ), позволяющих получить исходную информацию о критическом и равновесном влагосодержании высушиваемого материала и времени его сушки.

Рис.2. Изменение влажности материала от времени сушки

Далее, используя метод отрезков (итераций), из кривой сушки определяют граничные значения влагосодержаний материала по ходу движения секций в аппарате. Выбор количества секций зависит от технологических соображений

159

Секция 4. Химические и биотехнологии.

(конечной влажности продукта, производительности установки по готовому продукту, времени сушки и т.д.).

Расчет сушилок с плотным слоем осуществлялся с применением пакета прикладных программMathCADивключалследующиеосновныеэтапы.

Рис.3. Изображение многосекционной сушки в диаграмме I-X

По заданной производительности сушилки, начальной и конечной влажностей материала из материального баланса сушилки находят производительность по влажному продукту и количество испаряемой в нём влаги.

Выбрав температурный режим, из уравнения теплового баланса с использованием диаграммы I-Х (см. рис.3), а также ряда вспомогательных зависимостей определяют расход газового теплоносителя, подаваемого в аппарат. Зная расход газового теплоносителя и значение фиктивной скорости газа в аппарате, легко определить количество секций и габаритные размеры сушилки.

Методика предусматривает проведение компьютерного графоаналитического расчёта промышленных многосекционных сушилок с изображением процесса сушки на диаграмме I-Х (рис. 3).

Список литературы

1.Лиштван И. И., Базия Е.Т., Косов В.И.Торф в народном хозяйстве.- М.,1988. 156с.

2.Овчинников Л.Н., Овчинников Н.Л. Расчётно-экспериментальные исследования получения органоминеральных сорбентов на основе торфа.// Изв. вузов.Химия и хим.технология.- Иваново,2012,Т.55,вып.11 ,С.85-89.

3.Овчинников Л.Н. Моделирование процесса сушки минеральных удобрений во взвешенном слое.// Изв. вузов.Химия и хим.технология.-

Иваново,2009,Т.52,вып.7 ,С 122-124.

4.Овчинников Н.Л., Овчинников Л.Н., КалинниковЮ.А. Конвективная сушка гранулированных сорбентов на основе торфа. // Сб. науч. трудов четвёртой МНК «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ– 2011». – Т.1.– С. 317-320.

160

ВТСНТ – 2013

СИНТЕЗ БЕНЗОИЛ ПРОИЗВОДНЫХ ГЛЮКОЗЫ

М. А. Ключенко Научный руководитель: инженер Е. В. Степанова

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, г.Томск,

пр. Ленина, 30, 634050

E-mail:klyuchenkomaksim@mail.ru

В природе существует большое разнообразие соединений, производных глюкозы, а также фенолгликозидов, содержащих остатки бензойных и коричных кислот в глюкозной части (рис.1). Данные соединения широко представлены в экстракте коры осины [1]. Кора осины - давно известное народное средство, хорошо зарекомендовавшее себя при целой гамме заболеваний различных органов и систем, как противопаразитарное средство [1], а также обладающее противовоспалительным действием, противоопухолевой активностью, антиоксидантными свойствами, антивирусными свойствами [2].

Однако в связи с малым содержанием данных соединений и трудностью выделения их из природных источников, они являются малодоступными, что препятствует их физическо-химическому и фармакологическому изучению. Так, например, при выделении гликозидов из тополя дельтовидного (Populus grandidentata) в присутствии ацетата свинца [3] наблюдается миграция бензоильной группы в разные положения глюкозы. Из-за этого невозможно определить, какой из гликозидов: популин, тремлуидина и чаеномелоидин (рис.1) действительно содержится в экстракте тополя дельтовидного.

Таким образом, важной задачей является получение бензоил-производных глюкозы, а так же фенолгликозидов, содержащих остаток бензойной кислоты в количествах, достаточных для их дальнейшего медицинского изучения.

Рис. 1. Природные фенолгликозиды, содержащие ацильный остаток в глюкозе

161

Секция 4. Химические и биотехнологии.

Целью данной работой является разработка наиболее простого и эффективного способа синтеза бензоил производных глюкозы, изучением физикохимических свойств полученных соединений с последующим доказательством их структуры. В рамках данной работы была осуществлена попытка синтеза четырех наиболее интересных с фармакологической и фитохимической точки зрения бензоилпроизводных глюкозы: 1-β-О-бензоил-β-D-глюкопиранозы 1, 2-О-бензоил-β-D- глюкопиранозы 2, 3-бензоил-β-D-глюкозы 3, 6-бензоил-β-D глюкозы 4 (рис.2). Некоторые из этих соединений обнаружены в природных источниках. К примеру, соединение 1 (перипланетин) было выделено из секрета насекомого вида Американского таракана (Periplaneta americana), а соединение 4 (вакцинин) обнаружено в ягодах брусники. Соединения 2 и 3 из природных источников выделены не были, но гликозиды содержащие остаток бензойной кислоты во втором и в третьем положении глюкозы широко представлены в растениях семейства Ивовые

(Рис. 1).

Рис. 2. Целевые соединения: 1’-O-бензоилглюкоза 1, 2’-O-бензоилглюкоза 2, 3’-O-бензоилглюкоза 3, 6’- O-бензоилглюкоза 4

Рис. 3. Схема синтеза бензоил-производных глюкозы

Синтез полного ацетата бензоилглюкозы, замещенной по первому гидроксилу 8, осуществлялся путем бензоилирования ацетобромглюкозы (АБГ) 5 в присутствии щелочи. АБГ является промежуточным соединением также для получения ацетата 2-бензоилглюкозы 9. Для этого АБГ обрабатывали ацетатом натрия с получением 1,3,4,6-тетра-О-ацетилглюкопиранозы 6.

Синтез полного ацетата бензоилглюкозы, замещенной по шестому гидроксилу 10, осуществлялся путем бензоилирования 1,2,3,4 -тетра-О- ацетилглюкопиранозы 7.

В полученных бензоил-ацетил-глюкозах 8, 9, была произведина попытка снять ацетильные группы с использованием селективной системы HCl/C2H5OH/CHCl3. К сожалению, в случае ацетата 1-бензоилглюкозы 8 реакцию осуществить не удалось, поскольку ацил-гликозидная связь оказалось неустойчивой в данных условиях. Но данная система оказалась приемлемой для снятия

162

ВТСНТ – 2013

ацетильных групп с сохранением бензоильной в случае ацетата 6-бензоилглюкозы 10 с получением природного соединения перипланетина 4 [4].

Рис. 4. Схема синтеза 3-бензоилглюкозы 3

Соединение 3, 3-бензоилглюкоза, было получено из глюкозы путем получения ее диизопропилиден-производного 11, его последующего бензоилирования с, получением соединения 12, и снятия защитных изопропилиденовых групп (рис.4).

Таким образом, в данной работе были получены полные ацетаты природных соединений: вкцинина и перипланетина, а также не встречающиеся в природе 3- бензоилглюкоза. Кроме того, впервые были получены направленным синтезом природное соединение вакцинин (6-бензоилглюкоза) и 3-бензоилглюкоза.

Список литературы

1.Zhang X.F., Thuong P.T., Min B.S. Phenolic Glycosides with Antioxidant Activity from the Stem Bark of Populus davidiana. J. Nat. Prod., 2006, 69 (9), 1370–1373.

2.Van Hoof L. Torre J. Corthout L.A. Plant Antiviral Agents, VI. Isolation of Antiviral Phenolic Glucosides from Populus Cultivar Beaupre by Droplet Counter-Current Chromatography. J. Nat. Prod., 1989, 52 (4), 875–878с.

3.Irwin A. Pearl, Stephen F. Darling. Studies on the leaves of the family salicaceae. III. Migration of acyl groups during isolation of glycosides from Populus grandidentata leaves Archives of Biochemistry and Biophysics. Volume 102, Issue 1, July1963, Pages 33–38.

4.Goo Soo Lee, Yun-Jo Lee, So Yeun Choi, Yong Soo Park, and Kyung Byung Yoon J. Am. Chem. Soc., Vol. 122, No. 49, 2000.

163

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

ПРОЦЕССЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ПО НОВОЙ ДВУХСТАДИЙНОЙ ТЕХНОЛОГИИ.

Б.С. Семухин профессор, д.т.н., Л.М. Алтарева, магистрант гр.101.1 Томский Государственный Архитектурно-Строительный Университет, 634003, г.Томск, пл. Соляная, 2,

E-mail: milaia@sibmail.com

Рассмотрены вопросы безопасности технологии получения пеностеклокристаллического материала с наносоставляющими на основе стеклогранулята двумя способами. Рассчитаны «деревья отказов» и потенциальные риски. Показана высокая технологичность и экологическая безопасность технологии производства пеностекла.

Известно, что наноматериалы, обладая иными физико-химическими свойствами и биологическим действием по сравнению с традиционными аналогами, следует отнести к новым видам материалов и продукции, характеристика потенциального риска производства и применения которых для здоровья и жизни человека является обязательной. Уже разработаны методические указания, которые устанавливают требования к выявлению наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека, путём прогнозирования их потенциально неблагоприятных биологических эффектов на основе анализа имеющихся данных о физических, физико-химических, молекулярнобиологических, цитологических, токсикологических и экологических характеристиках наночастиц и наноматериалов [1]. В этих методических рекомендациях предложена процедура по выявлению информации о наноматериалах и нанотехнологической продукции, позволяющая с высокой степенью достоверности предсказать возможность появления у этих объектов свойств, потенциально опасных для здоровья и жизни человека и среды его обитания. Однако описание факторов риска, возникающих при производстве, представлено явно недостаточно.

Вработе [2] был начат анализ возможных причин возникновения опасных или чрезвычайных ситуаций при производстве строительного материала нового поколения – теплоизоляционного пеностеклокристаллического материала (ПСКМ).

Внастоящей статье продолжено рассмотрение этих факторов на примере оценки вероятности возникновения экологически опасных событий при технологии производства данного материала.

Втехнологии ПСКМ могут возникать следующие факторы экологически опасных событий: образование пылевидного облака при подготовке сырьевых материалов и исходных смесей, выделение газов (углекислого газа, сероводорода), образование технологических отходов. Технологический процесс ПСКМ, близкого по свойствам к пеностеклу и отличающегося повышенными прочностными характеристиками, предусматривает не только улучшение физико-технических свойств материала, но и создание технологических схем производства с максимальной механизацией и автоматизацией технологического оборудования, использование отходов производства и местного сырья.

Взависимости от вида готового изделия (гранулы, щебень, плиты) используются различные технологические схемы, оборудование и соответствующие

166

ВТСНТ – 2013

технологические параметры процесса. Рассмотренные в данном разделе технологические решения ориентированы на создание производства пеностеклокристаллических материалов на основе низкотемпературного стеклогранулята [3, 4].

Технологические условия получения пеностекольного материала, включающие стадию низкотемпературного синтеза гранулята на основе природного или техногенного сырья и стадию вспенивания, позволяют получить материал с аморфной матрицей, содержащей наноразмерные образования, отличающиеся максимальной прочностью. При увеличении размера частиц кристаллической фазы до 1000 нм прочность уменьшается, но превышает значение прочности пеностекла, полученного на стеклобое (1–1,5 МПа). Для формирования наноразмерных структур в готовом пеноматериале предусмотрен постадийный контроль технологических параметров и проведение специальных операций, включающих механоактивацию кремнеземистого компонента и подготовку исходной кристаллической фазы, размер которой не должен превышать 50 мкм. Вторичная термообработка стеклогранулята на стадии вспенивания обеспечивает уменьшение размера частиц остаточного кварца за счет дополнительного растворения в силикатном расплаве.

К настоящему времени, как показывают результаты анализа научной литературы, имеются положительные примеры получения и использования гранулированного пеностекла [5–9]. Гранулы пеностекла применяются в качестве заполнителя при изготовлении легких бетонов, а также в качестве насыпного материала для утепления стен, полов, кровель промышленных и гражданских зданий.

Основными способами изготовления гранулированного пеностекла являются методы окатывания на тарельчатом грануляторе и во вращающейся печи. Достоинствами метода окатывания на тарельчатом грануляторе являются простота конструкции и возможность осуществления визуального контроля за процессом окатывания, незначительные капитальные и энергозатраты.

Эффективным способом получения пеностекла, освоенным зарубежными производителями, является технологический процесс «непрерывной ленты», позволяющий получать плиты и блоки пеностекла большого формата без применения форм, а также в виде пеностекольного гравия. Применение последнего в строительстве дорог значительно экономит время, что связано с простотой доставки и перемещения гравия на стройплощадке, способностью выдерживать высокие нагрузки на сжатие, отказом от бетононасосов и возможностью заезда автомиксеров непосредственно на бетонируемую поверхность.

Рассмотрим логико-графический анализ вероятности возникновения отказов для процесса получения гранулированного ПСКМ. Тщательному анализу причин событий и выработке мероприятий, наиболее эффективных для их устранения, способствует построение дерева отказов и неработоспособных состояний. Такой анализ проводят для каждого периода функционирования, каждой части или системы в целом.

На основе рассмотренных причинно-следственных связей предложено «дерево отказов» для процесса получения ПСКМ. Параметрический и функциональный отказ будут иметь место, если будут реализованы приводимые в табл. 1 прогнозируемые события.

167

Секция 5. Проблемы надежности машиностроения и машиностроительные технологии.

Таблица 1

Прогнозируемые события отказов

Из анализа «дерева отказов» при нарушении технологии получения гранулированного ПСКМ видно, что основной причиной нарушения данного технологического процесса могут являться параметрические отказы. Во избежание чрезмерного повышения/понижения температурно-временных условий следует: исключить возможные неблагоприятные внешние факторы; исключить возникновение необратимых изменений в датчике температуры и времени; произвести расчет условий оптимального режима термообработки шихт.

В целях снижения вероятности нарушения технологического процесса получения пеностеклокристаллического материала необходимо осуществлять приведенные в табл. 2 мероприятия.

Таблица 2

Мероприятия по минимализации нарушений технологического процесса

168