Лекція №8

Тема: Основи полімерних виробництв

Вид заняття: поточна лекція

Мета: ознайомити студентів з основними полімерними виробництвами

Основні поняття:

План заняття

1. Виробництво целюлози

2. Виробництво каучуку і гуми

Література:

6. Ганзюк Л.І. Основи хімії і фізики високомолекулярних сполук. Т.1. Загальні положення. Волокноутворюючі полімери. Сучасні методи досліджень полімерів: Навч. посібник. - Хмельницький: ТУП, 2002. - 235с.

7. Суровцев О.Б. Хімічна технологія виробництва полімерів: Навч. посібник/ О.Б. Суровцев, І.А. Мандзюк. - Хмельницький: ТУП, 2003. - 250с.

8. Стрепихеев А.А. Основы химии высокомолекулярных соединений:Учеб.пособие/ А.А. Стрепихеев, В.А. Деривицкая. - 3-е изд., пер. и доп. - М.:Химия, 1976.-440с.

9. Тагер А.А. Физикохимия полимеров: Учеб.пособие. - 3-е изд., пер.-М Химия, 1978.-544с.

10. Кулезнев В.Н. Химия и физика полимеров: Учеб.пособие/ В.Н. Кулезнев, В.А. Шершнев. - М.: Высш. школа, 1988. - 312с.

Конспект лекційного заняття

1. Виробництво целюлози

Виробництво целюлози з деревини засновано на її високій стійкості до деяких хімічних сполук, що у той же час у визначених умовах перекладають у розчин менше стійкі речовини, що супроводжують целюлозу: лігнін, геміцелюлозу й ін. У залежності від застосовуваних з'єднань методи одержання целюлози можна розділити на 3 основні групи: кислотні, лужні і комбіновані. В даний час промисловість застосовує такі методи: сульфітний, сульфатний, сульфатний із попереднім кислотним або водяним гідролізом деревини, сульфітно-лужний, азотно-лужний і ін. Найбільше поширення одержали перші два методи. Основні стадії виробництва деревної целюлози: 1) підготування деревини; 2) готування варочних розчинів; 3) готування деревини і 4) опрацювання отриманої целюлози: очищення, сортування, звезводнювання, пресування, різання на листи й іноді оздоба, облагороджування і відбілювання целюлози. На якість готової целюлози впливає не тільки метод виробництва, але і порода дерева, його вік, щільність і вологість деревини, наявність у ній гнили, сучків і інших пороків

Хоча целюлозу можна одержувати з будь-якої породи дерева, але дотепер переважно вживається деревина малосмолистих порід: їли, ялиця, бука, що можна переробляти будь яким із засобів готування, що застосовуються. Смолисті породи (сосна) переробляються більше лужними методами. Волокна соснової целюлози коротше, чим ялинової. Деревина листяних порід містить велику кількість пентозанів і волокна її дуже короткі. Для одержання якісної целюлози уживається відсортована, однорідна і витримана протягом визначеного часу балансова деревина (баланс) - відрізки деревних стовбурів установлених розмірів (від 0,75 до 3,2м) і якості. Підготування деревини полягає в тому, що баланс обчищається від кори, сучків і гнили і ізмільчається на рубільних машинах у тріски довжиною 15-30 і товщиною до 3 мм. Для готування варочної кислоти в сульфітному методі виробництва грубні гази, отримані в результаті випалу колчеданна або спалювання сірки, очищають від з'єднань селена, миш'яку, 8Оз, пилюки, несгорівшої сірки і т.п., присутність яких порушує нормальний хід готування целюлози і погіршує її якість. Особо шкідливою домішкою є селен, що робить при готуванні каталітична дія на окислювання бісульфітних розчинів із переходом SО3 2-, у SО4 2-. Тому кількість селена в колчедані повинно бути не більш 0,012% і в сірці - 0,03%. Очищений і охолоджений до ЗО—35°С газ пропускається через високі вежі? заповнені вапняком і зрошувані водою. Відбувається абсорбція SО2 й утворюється розчин сірчистої кислоти SО2+Н₂0=Н₂SО3, що, взаімодіє з вапняком, утворить розчин бісульфіту кальцію: 2Н₂SО3 + CaCO3=Ca(HSO3)2+CO2+H₂O Вежі іншого типу зрошуються вапняним молоком: 2НSО3 + Са(ОН)₂==Са(НSО3)2+2Н₂0

Отриману варочну кислоту додатково насичують двоокисом сірки, що утримується в газах сдувки, що віддаляться в процесі готування. Таким чином, підготовлена варочна кислота містить надлишок сірчистої кислоти (від 3 до 6% вільної SO₂ і біля 2% SО₂,пов'язаної у виді бісульфіта кальцію, магнія, натрію або амонію).

Готування целюлози провадиться у великих сталевих казанах (мал.1) ємністю 340 м²1 і більше (зисота 12-16 і діаметр циліндричної частини 5-6,5м). Казани футеруються прошарком кислотоупорного бетону, до якого на спеціальній замазці прикріплюються кислотоупорні керамічні плитки. Загальна товщина такої футеровки складає 170-180мм. У останні роки стали випускати біметалічні казани. Для цього до листів углеродистої сталі гарячим прокатуванням приєднують тонкий прошарок кислотоупорної сталі, що охороняє від корозійного впливу варочной кислоти. Казан працює періодично. Весь період готування триває від 6 до 12 годин і складається з основних операцій: 1) наповнення казана трісками і кислотою, 2) готування, 3) спуск із казана газу і луги, 4) розвантаження казана. Після завантаження казана трісками через верхню горловину через штуцера в нижній горловині подають варочну кислоту з розрахунку 0,6-0,7 м³ на 1 м³обсягу казана. Варочна кислота просочує тріски.

Сульфатний метод виробництва, при якому тріски варяться в лужному розчині (NaOH+NaгS), сприяв розширенню сировинної бази промисловості, тому що даним методом можна переробляти "будь-яку деревину й у тому числі відходи лісопиляння і деревообробки. Добре розроблена система регенерації луги з наступним поверненням його у виробництво дозволила зводити до мінімуму скидання забруднених вод, що порівняно велика у виробництві сульфітної целюлози. В даний час усе ширше застосовується безупинне готування. Застосовувані для цієї цілі реактори на зразок казана або труб із безупинної завантажки вихідної сировини і розвантажки готової целюлози розраховані на випуск 300-400 т/добу. целюлози. Барочні апарати в залежності від тривалості перебування сировини можуть бути підрозділені на дві групи: апарати, у яких сировина знаходиться до 4 год., і апарати для швидкісного готування (до 1 год.). На мал. 2 поданий багатотрубний апарат "Пандія", що має від двох до восьми труб довжиною 6-10 м кожна і діаметром від 300 до 1200 мм. Усередині кожної труби обертається шнек, що служить для переміщення сировини до виходу з труби. Луга і пар, що забезпечують готування, подаються через сопла, розташовані на верхній частині першій і другій варочних труб. Умови готування: тиск до 12-105 Н/м2 і температура 170-190°С. Барочний апарат працює при режимі, близькому до ідеального витиснення.

Усе ширше розвивається виробництво деревної маси, успішно використовуваної у виробництві паперу і картону різноманітних марок.

Мал. 2. Трубчастий нарочний апарат типу "Пандія":

1 - бункер; 2 - шнековий живильник; 3 - варочні труби зі шнеками;

4 - розвантажувальний механізм; 5 - видувна труба

У Україні випускається біля 350 видів і марок паперу і приблизно 200 видів картону. Звичайна деревна маса утворюється механічним стиранням деревини на циліндричних каменях із шорсткуватою поверхнею - дефибрерах, в присутності є води. Хімічну деревну масу одержують або з балансів, просочених хімікатами зі стиранням їх на дефибрерах, або з просочених трісок.