Исследование и разработка реакторов шнекового типа для процесса твердофазного карбоксиметилирования целлюлозы

• Автор: Легаев, Александр Иванович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 106 с. : ил.

1 Анализ производства натрийкарбоксиметилцеллюлозы

1.1 Физикохимические свойства и области применения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.

1.1.1 Химическая структура, физические и химические свойства натриевой

соли карбоксиметилцеллюлозы

1.1.2 Применение натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы

1.2. Химизм основных и побочных реакций.

1.3 Исходные материалы и виды целлюлозного сырья

1.4 Способы получения натрийкарбоксиметилцеллюлозы.

1.4.1 Твердофазный способ.Г.

1.4.2 Суспензионный способ

1.5.1 Аппаратурнотехнологические схемы периодического получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы
1.5.2 Аппаратурнотехнологические схемы непрерывные получения натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы
1.6 Особенности оборудования твердофазного способа получения натрийКМЦ
1.6.1 Смешивание компонентов в производстве натрийкарбоксиметилцеллюлозы.
1.6.1.1 Общие сведения
1.6.2 Методы инженерного расчета смесителей для высоковязких и дисперсных материалов
1.6.3 Сушка порошковых и волокнистых материалов.
1.6.4 Анализ теплофизических характеристик дисперсных материалов
1.6.5 Математическое моделирование реакторов шнекового типа
2. Аналитические исследования процесса карбоксиметилирования целлюлозы в условиях тепломассообмена
2.1 Основные допущения.
2.2 Анализ основных закономерностей процесса карбоксиметилирования щелочной целлюлозы.
2.3 Тепловой баланс процесса карбоксиметилирования целлюлозы в условиях тепломассообмена.
3 Экспериментальные исследования процесса карбоксиметилирования целлюлозы
3.1 Экспериментальные установки
3.1.1 Лабораторная смесительная установка
3.1.2 Кондуктометрическая установка
3.1.3 Реактор адиабатического типа.
3.1.4 Лабораторная реакционносмесительная установка.
3.2 Методика проведения экспериментов.
3.2.1 Подготовка реакционной массы.
3.2.2 Определение коэффициента теплопроводности реакционной массы и готового продукта.
3.2.3 Изучение кинетики процесса карбоксиметилирования щелочной целлюлозы в адиабатических условиях.
3.2.4 Изучение кинетики процесса карбоксиметилирования щелочной целлюлозы в условиях тепломассообмена
3.2.5 Определение коэффициента теплоотдачи от реакционной массы к стенкам смесителя.
3.2.6 Определение параметров тепломассообмена со свободной поверхности реакционной массы
3.3 Обсуждение результатов экспериментальных исследований.
3.3.1 Определение коэффициента теплопроводности натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы
3.3.2 Определение константы скорости реакции и реального теплового эффекта процесса карбоксиметилирования щелочной целлюлозы.
3.3.3 Определение коэффициента теплопередачи при перемешивании реакционной массы.
3.3.4 Определение коэффициента массоотдачи при перемешивании
реакционной массы.
3.3.5 Проверка адекватности математической модели карбоксиметилирования в условиях тепломассообмена.
4. Разработка аппаратурнотехнологического оформления процесса карбоксиметилирования целлюлозы.
4.1 Методика инженерного расчета основных параметров реакторов для карбоксиметилирования целлюлозы.
4.1.1 Выбор и определение геометрических параметров реактора
4.1.2 Пример расчета двухшиековото реактора непрерывного действия для карбоксиметилирования целлюлозы.
4.2 Фаза карбоксиметилирования с использованием двухшнекового реактора
4.2.1 Фаза получения реакционной массы
4.2.2 Получение влажной карбоксиметилцеллюлозы
4.2.3 Описание конструкции реактора.
4.2.4 Анализ работы промышленного реактора для карбоксиметилирования целлюлозы.
4.2.5 Система управления реактором для карбоксиметилирования целлюлозы шнекового типа
Заключение.
Список используемой литературы


Разработка аппаратурнотехнологического оформления процесса карбоксиметилирования целлюлозы. Методика инженерного расчета основных параметров реакторов для карбоксиметилирования целлюлозы. Пример расчета двухшиековото реактора непрерывного действия для карбоксиметилирования целлюлозы. Фаза карбоксиметилирования с использованием двухшнекового реактора
4. Описание конструкции реактора. Анализ работы промышленного реактора для карбоксиметилирования целлюлозы. Заключение. Список используемой литературы. Особенностью ряда предприятий оборонного комплекса является наличие собственных производств хлопковой целлюлозы, которые в условиях резкого снижения государственного заказа на основную продукцию оказались частично незадействованными. В результате, многие предприятия в ходе конверсии организовали выпуск продукции гражданского назначения. В частности были созданы технологические линии по переработке хлопковой целлюлозы в различные производные. Среди них наибольший интерес представляет натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы натрийКМЦ. Благодаря своим загущающим, стабилизирующим, пленкообразующим свойствам натрийКМЦ используется при бурении нефтяных и газовых скважин, в производстве синтетических моющих средств, в горнохимической, текстильной, бумажной и других отраслях промышленности. Потребность в натрийКМЦ в России оценивается в 0 тысяч тонн в год и удовлетворяется отечественными производителями лишь частично. Увеличение выпуска натрийКМЦ в России идет по пути создания непрерывнодействующих технологических линий, построенных на основе твердо
фазного способа. Эти линии снабжены высокоинтенсивным оборудованием, режимы работы которого определяют как производительность, так и качество готовой продукции. Однако эксплуатация типового оборудования выявила серьезные проблемы, связанные с получением продукции заданного качества. Необходимо использовать специальные реакторы для проведения, в частности, процесса карбоксиметилирования целлюлозы. Методы расчета таких реакторов недостаточно разработаны на сегодняшний день. В этой связи данная работа посвящена созданию методов инженерного расчета реакторов для карбоксиметилирования целлюлозы, а также разработке принципов управления режимами их работы. Карбоксиметилцеллюлоза простой эфир целлюлозы и гликолевой
кислоты, известна как в форме целлюлозогликолевой кислоты НКМЦ, так и в виде различных ее солей. Наибольшее практическое значение имеет натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы натрийКМЦ 1. НатрийКМЦ обычно характеризуют степенью замещения и степенью полимеризации. Степень замещения число показывающее, сколько натрийкарбоксиметильных групп СНгСООИа содержится в 0 элементарных звеньях макромолекулы исходной целлюлозы. Теоретически степень замещения может достигать 0, но наибольшее практическое применение имеет техническая натрийКМЦ со степенью замещения до 0. В этом случае степень замещения обычно обозначают в процентах. Например или означает, что степень замещения составляет единиц. Степень полимеризации величина, показывающая среднее число элементарных звеньев в макромолекуле натрийКМЦ . Свойства натрийКМЦ во многом определяются свойствами целлюлозы 5. Основная структура молекулы целлюлозы представлена на рисунке 1. Целлюлоза представляет собой природный полимер, состоящий из так называемых остатков ангидроглюкозы, которые связаны друг с другом через 1,4глюкозидные связи. Каждый остаток ангидроглюкозы имеет три гидроксильные группы в положениях С2, С3, С6, которые могут быть замещены. Преиму
щественно замещение гидроксильных групп происходит в положении атома С6 оксиметильной группы глюкопиранозного цикла. Это связано с ослаблением интенсивности водородных связей в макромолекуле натрийКМЦ при увеличении степени замещения 6. Идеализированная структура натрийКМЦ со степенью замещения 0 изображена на рисунке 1. Количество карбоксиметильных групп и длина молекулярной цепочки макромолекулы натрийКМЦ формирует такое свойство, как растворимость натрийКМЦ в различных растворителях, и определяет вязкость растворов. Рисунок 1. Рисунок 1.