Лекция 20. Ксантогенрирование щелочной целлюлозы.

Ксантогенирование – это обработка щелочной целлюлозы сероуглеродом с получением ксантогената целлюлозы.

Ксантогента целлюлозы это сложный эфир целлюлозы и дитиугольной кислоты.

Процесс ксантогенирования сопровождается основным уравнением в результате которого образуется ксантогенат целлюлозы

 

и побочными уравнениями в результате которых образуются Na₂S, карбонат Na, тритиокарбонат Na(Na₂CS₃).

СS₂ + 6NaОН = Na₂СО₃ +Na₂S+ ЗН₂О

Na₂S + CS₂ = Na₂CS₃

Особенности реакции ксантогенирования

1.Реакция обратима

2.Реакция протекает с выделением тепла

3.Сероуглерод расходуется на основное и побочное уравнение

4.Степень этерификации 50-70, данная степень обеспечивает получение растворимого ксантогената целлюлозы

 

1.Для уменьшения расхода сероуглерода необходимо улучшить отжим щелочной целлюлозы.

2. перерабатывать целлюлозу с высоким содержанием ОВЦ(сульфатную)

3.Выдерживать температурный режим при ксантогенировании

 

Различают два способа ксантогенирования: мокрое и сухое

Сущность сухого ксантогенирования заключается в обработки щелочной целлюлозы сероуглеродос с последующим добавлением растворительной щелочи.

Сущность мокрого ксантогенирования заключается в обработки щелочной целлюлозы сначала распылительной щелочью, а затем сероуглеродом

Аппаратурное оформление процесса ксантогенирования

Для проведения ксантогенирования применяют аппараты-ксантогенаторы

Рзличают следующие виды ксантогенаторов:

1.вакуум-ксантогенат-смесители

2.барабанные ксантогенаторы

3.одномешалочные

Одномешалочный ксантогенатор

Рнс.53. Схема ксантогенатора периодического действия: 1 — мешалка; 2—4 — штуцера соответст­венно для создания вакуума н загрузки сероуглерода и щело­чи; 5 — люк; б — цик­лон для загрузки ще­лочной целлюлозы; 7 — штуцер для вы­грузки.

Он имеет горизонтальную лопастную мешалку 1, штуцеры 2—4 соответственно для создания вакуума, подачи сероуглерода и щелочи. Загрузка щелочной целлюлозы осуществляется через люк 5 или пневмо-транспортом — через циклон 6. Выгрузка суспензии, кантогената и растворительной щелочи производится через нижний штуцер 7. С целью снижения взрывоопасное аппараты снабжены предохранительными мембранами, рассчитанными на избыточное давление 0,05—0,1 МПа.

В процессе ксантогенирования происходит разогрев реакционной массы как за счет теплоты химических реакций, так и энергии, идущей на перемешивание. Температура при этом возрастает на 6—8°С. Для поддержания заданного температурного режима аппарат имеет рубашку, в которой циркулирует вода или рассол. Производственный опыт показал, что наиболее важным является выдерживание постоянства температурного режима между разными партиями ксантогената. С этой целью через рубашку ксантогенатора пропускают воду с постоянной температурой (например, 26°С), которая несколько выше начальной температуры, обычно равной 22—24 °С, и ниже конечной температуры (28—30°С). При таком режиме достигается высокая стандартность в выдерживании технологических параметров, что обеспечивает надежное ведение технологического процесса.

Общий временный цикл работы аппарата зависит от его объема, температурного режима, способов загрузки и выгрузки. Обычно для аппаратов емкостью 8—24 м³ с загрузкой 750-1900 кг щелочной целлюлозы он составляет 180-220 мин. По-видимому, это максимальная производительность аппаратов периодического действия и дальнейшая интенсификация должна идти по пути создания непрерывно действующих аппаратов.

Вопросы для закрепления

1.Ксантогенирование-это?

2.Ксантогенат целлюлозы -это?

3.Сравните способы ксантогенирования?

4. Виды ксантогенаторов?

5.Сущность предсозревания в ДТА?

Лекция 21.Растворение ксантогената целлюлозы.

Растворение ксантогената целлюлозы производится в растворителях на процесс растворения влияет степень этерефикации, однородность ксантогената целлюлозы, температура растворения, аппаратурное оформление процесса растворения.

Чем больше степень этерификации, тем лучше растворимость ксантогената целлюлозы. Под однородностью ксантогената целлюлозы понимают равномерное замещение гидроксильных групп на тиокорбоновые в макромолекуле целлюлозы.

Чем больше равномерность замещения, тем выше растворимость продукта и меньше вязкость вискозы.

Рис. 54. Технологиче­ская схема растворения ксантогената: 1 — ксантогенатор; 2 — шту­цер для подачи раствори- тельион щелочн; 3 — вальцо­вый растиратель; 4 — диско­вый растиратель; 5 — верти­кальный растиратель; 6 — насос для подачи вискозы 4а подготовку к формова­нию.

Чем выше температура растворения, тем больше скорость реакции, но с увеличением скорости растворения ухудшается качество вискозы.

Начальная температура растворения 11-12⁰С, конечная 17-18⁰С. Для уменьшения продолжительности растворения применяют растиратели(центрифугальные, лопастные, роторные).

Их используют для растирания комочков ксантогената целлюлозы. Комочки образуются из гелиобразных частиц- это сильно набухшие целлюлозные волокна с низкой степенью этерификации.

В результате растворения получаем вискозу.

Вискоза- ксантогенат целлюлозы растворимый в щелочи и в воде.

Существует большое число различных типов растворителей и технологических схем для проведения процесса растворения ксантогената. Главной задачей в выборе оптимального технологического режима и аппаратурного оформления является получение вискоз высокой степени чистоты с минимальной затратой энергии и возможно более экономичным составом.

На рис.54 изображена наиболее оправдавшая себя в производственной практике технологическая схема. После завершения ксантогенирования в ксантогенатор 1через штуцер 2 подают растворительную щелочь, охлажденную до 4—6°С. Образующаяся в ксантогенаторе пульпа самотеком выгружается через вальцевый растиратель 3, где производится грубое растирание
ксантогената, и далее поступает в дисковый растиратель 4, в котором происходит тонкое измельчение ксантогената до частиц размером 1—3 мм. Полученная суспензия ксантогената поступает в вертикальный растворитель 5 с низкой частотой вращения (45—50 об/мин). Начальная температура растворения устанавливается равной 12—14°С. Во время растворения, которое по продолжительности обычно совпадает с циклом работы ксантогенатора, т. е. составляет 2,5—3,5 ч температура возрастает до
16—18 °С. Для предотвращения чрезмерного разогрева растворитель имеет рубашку, через которую циркулирует охлажденная вода или рассол. После окончания растворения раствор передается на подготовку для формования.

Как указывалось выше продолжительность растворения находится в квадратичной зависимости от размеров комков ксантогената.

Помимо изображенного на схеме двухступенчатого измельчения часто применяют растирочные центрифуги. Продавливание и измельчение ксантогенатной пульпы в них происходит за счет центробежной силы. Ротор центрифуги состоит из трех концент­рических корзин с перфорацией. У внутренней корзины размеры отверстий 7, средней — 5 и третьей — 3 мм. Частота вращения — 980 об/мин. На один ксантогенатор устанавливают две центрифу­ги. Продолжительность прохождения пульпы не превышает 10— 15 мин.

Растирочные центрифуги обеспечивают быстрое и полное рас­творение. Однако они имеют повышенную взрывоопасность. Даже при применении в качестве защитного газа азота в производстве, оснащенном растирочными центрифугами, при малейших наруше­ниях в подаче защитного газа происходят взрывы смеси с кис­лородом воздуха.

 

Вопросы для закрепления

1.Что влияет на растворимость ксантогената целлюлозы?

2.Сущность схемы растворения ксантогената?

3.Сущность растирания в центрифуги?