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?