Разработка технологического процесса фазы нитрация целлюлозы по периодическому способу

 

Министерство образования и науки Пермского края

государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

 

«Пермский химико-технологический техникум»

(ГБОУ СПО «ПХТТ»)                                            

 

 

                                                                  Специальность:240503«Производство              изделий и покрытий из полимерных

                           материалов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

 

Дисциплина: «Технология переработки полимерных материалов»

 

Тема: «Разработка технологического процесса фазы нитрация целлюлозы по периодическому способу»

 

 

 

                                                              Выполнил студент группы Т 10-9

 

       __________________(Нуртдинов В.С)

 

        Руководитель проекта

 

                                                                __________________(Севастьянова Г.П)

 

 

2014

 

 

Министерство образования и науки Пермского края

государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

 «Пермский химико-технологический техникум»

 

ЗАДАНИЕ

Для курсового проектирования по дисциплине:  Технология переработки полимерных материалов»

студенту:     специальности 240503        курса:        4        группы:       Т-10-9

Нуртдинову Вадиму Сергеевичу

(фамилия, имя, отчество)

Тема задания: Разработка технологического процесса фазы нитрация целлюлозы по периодическому способу.

Курсовой проект на указанную тему выполняется в следующем объеме:

Пояснительная записка:

Введение. 1 Выбор и обоснование способа производства. 2. Характеристика готовой продукции, сырья и материалов. 3.Технологический процесс производства. 4 Мероприятия по  выпуску качественной продукции. 5 Механизация и автоматизация производства. 6.Отходы производства на участке и их использование. 7.Краткая характеристика производственного здания 8.Охрана труда. 9.Материальные расчеты.   Заключение. Литература.

.

 Расчетная часть проекта:

1. Материальные расчеты

 

Графическая часть проекта:

Лист 1. Технологическая схема нитрации целлюлозы

Лист 2. Чертеж общего вида центрифуги

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дата выдачи :            __________________

 

 

Срок окончания:     __________________

 

 

Преподаватель________________ Г.П. Севастьянова

 

 

 

 

 

Содержание

 

 Введение…………………………………………………………………………4

1 Выбор и обоснования способа производства………………………………..6

2 Характеристика готовой продукции, сырья и материалов………………….7

2.1 Характеристика готовой продукции………………………………………..7

2.2 Характеристика сырья и материалов……………………………………….8

3 Технологический процесс производства……………………………………10

3.1 Описание технологической схемы………………………………………...11

3.2 Разработка проектируемой фазы…………………………………………..12

3.3.1 Характеристика основного оборудования………………………………12

3.3.2 Назначение вспомогательного  оборудования…………………………..18

4 Мероприятия по  выпуску качественной продукции………………………19

5 Автоматизация и механизация  на фазе производства……………………...20

6 Отходы производства на участке и их использование……………………..22

7 Краткая характеристика производственного здания……………………….23

8 Охрана труда………………………………………………………………….24

8.1 Характеристика веществ по степени опасности и токсичности…………24

8.2 Мероприятие по ТБ при введение технологического процесса…………25

8.3 Требование к оборудованию и электрооборудованию, приборам КИП

и автоматики с точки зрения ТБ……………………………………………….25

8.4 Особые требованию к  освещению, отоплению, вентиляции……………25

8.5 Средство индивидуальной защиты………………………………………...26

9 Материальный расчет ………………………………………………………...27

Заключение ……………………………………………………………………...29

Литература……………………………………………………………………….30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Нитроцеллюлоза — один из первых искусственных полимеров.

В 1832г. — французский химик Анри Браконно  обнаружил, что при обработке крахмала  и древесных волокон азатной кислотой  образуется нестойкий горючий и взрывоопасный материал, который он назвал Ксилоидин

В 1838г. — другой французский химик, Теофиль-Жуль Пелуз  обработал подобным образом бумагу и картон и получил похожий материал, названный им Нитрамидин  Низкая стабильность полученной нитроцеллюлозы не позволяла использовать её в технических целях.

В 1846г. — швейцарский химик Кристиан Фридрих Шёнбейн случайно обнаружил более практичный способ получения нитроцеллюлозы. Во время работы в кухне он пролил концентрированную азотную кислоту на стол. Для удаления кислоты химик воспользовался хлопковой тряпкой, а затем повесил её сушиться на печь. После высыхания ткань сгорела со взрывом. Шёнбейн разработал первый приемлемый способ получения нитроцеллюлозы — обработкой одной части хлопковых волокон в пятнадцати частях смеси серной и азотной кислот в соотношении 50:50. Азотная кислота реагировала с целлюлозой с образованием воды и серная кислота была необходима для предотвращения разбавления. После нескольких минут обработки хлопок удалялся из кислоты, промывался в холодной воде до удаления кислот и высушивался.

Полученный новый материал незамедлительно был применён в производстве пороха под названием ружейного хлопка - Guncotton. Нитроцеллюлоза давала в 6 раз больший объем продуктов горения, чем дымный порох, намного меньше дыма и меньше нагревала оружие. Однако производство её было крайне опасным и сопровождалось многочисленными взрывами на производствах. Дальнейшие исследования показали, что ключевую роль в опасности производства играет чистота сырья — если хлопок не был тщательно очищен и высушен, происходили внезапные взрывы.

В 1869г. — в Англии под руководством Фредерика Августа Абеля  была разработана технология с измельчением нитроцеллюлозы в специальных аппаратах- голландерах и многократными (до 8 раз) длительными промывками и сушками, каждая из которых длилась до 2 суток. Соотношение серной и азотной кислот в смеси было изменено до 2:1. По такой технологии удавалось получать достаточно стабильный при хранении и применении продукт

Нитроцеллюлоза производится в больших количествах во многих странах мира и находит много различных применений:

-Бездымный порох.. За более чем 100-летнюю историю развития химии и технологии предложены тысячи разнообразных составов, многие из которых производились десятками и сотнями тысяч тонн. (Баллистит, Кордит).

-Взрывчатые вещества. Нитроцеллюлоза в чистом виде из-за низкой термической стойкости не применяется, но существует неисчислимое множество реальных и фантастических взрывчатых составов с её применением. В 1885 году была впервые получена смесь нитроцеллюлозы с нитроглицерином, названная «гремучий студень».

-Ранее использовалась как подложка Фото- и киноплёнки. в связи с горючестью была вытеснена ацетилцеллюлоза полиэтилентерефталатом (лавсаном).

-Целлулоид. До сих пор лучшие шарики для настольного тенниса производятся из нитроцеллюлозы.

-Нитроцеллюлозные мембраны для иммобилизации белков.

-В индустрии развлечений для производства быстросгорающих предметов в реквизите артистов-фокусников.

-Нитроцеллюлозные мембраны используют для гибридизации нуклеиновых кислот, например, при Саузерн блоттинге

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Выбор и обоснования способа производства

 

Существует два способа нитрации целлюлозы, периодический и полунепрерывный. В полунепрерывном способе основным оборудованием нитрации является аппараты нитратор-дозер, аппарат непрерывного удаления отработанных кислот (НУОК). Полунепрерывный способ нитрации целлюлозы предусматривает большие обьемы выпускаемой продукции. При малом объеме продукции -Коллоксилина «Н» рационально использовать периодический способ, в котором основным оборудованием служат нитратор-дозер и центрифуга фильтрующая горизонтальная пульсирующая

(ФГП)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Характеристика готовой продукции

 

2.1 Характеристика готовой продукции

 

Нитроцеллюло́за (нитрат целлюлозы, нитроклетчатка) — групповое название химических соединений, азотнокислых сложных эфиров целлюлозы с общей формулой [C6H7O2(OH)3-x(ONO2)x] n, где х — степень замещения (этерификации), а n — степень полимеризации

Нитроцеллюлоза — волокнистая рыхлая масса белого цвета, по внешнему виду похожа на целлюлозу. Одна из важнейших характеристик — степень замещения гидроксильных групп на нитрогруппы. В практике чаще всего применяется не прямое обозначение степени замещения, а содержание азота, выраженное в процентах по массе. В зависимости от содержания азота различают

Коллоксилин «Н» (11,85 — 12,29 % азота)

Плотность 0,0158 — 0,0165 кг/м³. Степень полимеризации коллоксилина 150—600 (молекулярная масса 37500 — 150000 а. е. м.), Универсальный растворитель для всех видов нитроцеллюлозы — ацетон. В воде и неполярных растворителях (бензол, четырёххлористый углерод) нитроцеллюлоза не растворяется,Растворимость н. в полярных растворителях зависит от содержания азота. В кислых и щелочных средах н. имеет низкую химическую стойкость. Температура начала разложения сухой нитроцеллюлозы 40 — 60 °C, при быстром нагреве может произойти вспышка и взрыв.

В табл. 1 представлена техническая характеристика нитроцеллюлозы.

Таблица 1 − Техническая характеристика нитроцеллюлозы

Вид нитрата целлюлозы	Техническое название	Содержание азота		Условная вязкость, мПа·с (оЭ − градус Энглера)	Область применения
		N, %	мл NO/г
1	2	3	4	5	6
Коллоксилин «Н»	Коллоксилин НХ, НД	11,85−12,29	189−196	8,5−15,8 (1,9−3,0)	Для баллиститных порохов

 

Технические требования к коллоксилину «Н» приведены в таблице 2

Таблица 2 Технические требование к коллоксилину «Н»

Наименование показателя	Требования
1	2
Содержание азота NO, мл/г	189,0 – 194,5
Растворимость в спиртоэфирном смеси, %	98,0
Химическая стойкость не более, мл NO на 1 г НЦ	2,5
Щелочь, не более %	0,2
Массовая доля влаги, не менее %	25,0
Засорение коллоксилина посторонними включениями видимому глазу	Не допускается
Массовая доля залы, не более %	0,5
Растворимость в этиловом спирте, не более %	10,0

 

2.2 Характеристика сырья и материалов

 

Азотная кислота. HNО3 - нитрующий агент в нитрационных кислотных смесях.

С увеличением в нитрационной кислотной смеси содержания азотной кислоты ее смачивающая способность улучшается и скорость проникновения во внутренние зоны волокна увеличивается. Это объясняется меньшим поверхностным натяжением и большим коэффициентом диффузии азотной кислоты по сравнению с серной.

Серная кислота.H2SО4 Исследование кинетики и установления механизма нитрования спиртов и целлюлозы, а также изучение строения (растворов кислот) нитрующих смесей позволили установить, что серная кислота не принимает непосредственного участия в процессе нитрования, а необходима для того, чтобы сместить равновесие в кислой среде в сторону образования N2О5(NО2)+, кислого сульфита нитрония и поддерживать высокую кислотность среды при введении большого числа гидроксидов.

Серная кислота поддерживает азотную кислоту в негидратированном (безводном) состоянии и тем самым обусловливает нитрующую способность нитрующей кислотной смеси. Когда количество выделяющейся воды превысит количество, необходимое для образования тригидрата серной кислоты, начинается образование гидрата азотной кислоты, при этом нитрующая способность кислотной смеси уменьшается.

Серная кислота увеличивает степень набухания целлюлозы и тем самым ускоряет диффузию нитрационной кислотной смеси во внутрь волокна. Кроме того, серная кислота уменьшает окисляющее и гидролизирующее действие на целлюлозу азотной кислоты, что не только способствует получению нитратов целлюлозы, менее загрязненных продуктами окисления и гидролиза, но и уменьшает удельный ее расход. Поэтому желательно введение в нитрационные кислотные смеси до 50–69 % серной кислоты.