فناوری هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر نوعی اتر سلولزی غیرقطبی محلول در آب سرد است که از سلولز طبیعی از طریق قلیایی شدن و اصلاح اتریفیکاسیون به دست می آید.

کلمات کلیدی:هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر؛ واکنش قلیایی شدن؛ واکنش اتریفیکاسیون

1. فناوری

سلولز طبیعی در آب و حلال‌های آلی نامحلول است، در برابر نور، گرما، اسید، نمک و سایر محیط‌های شیمیایی پایدار است و می‌توان آن را در محلول قلیایی رقیق مرطوب کرد تا سطح سلولز را تغییر دهد.

هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر نوعی اتر سلولز غیر قطبی و محلول در آب سرد است که از سلولز طبیعی از طریق قلیایی شدن و اصلاح اتریفیکاسیون به دست می آید.

2. فرمول اصلی واکنش شیمیایی

2.1 واکنش قلیایی شدن

دو امکان برای واکنش سلولز و هیدروکسید سدیم وجود دارد، یعنی با توجه به شرایط مختلف برای تولید ترکیبات مولکولی R – OH – NaOH. یا برای تولید ترکیبات الکل فلزی، R – ONa.

اکثر محققان بر این باورند که سلولز با قلیایی غلیظ واکنش می دهد و یک ماده ثابت را تشکیل می دهد و فکر می کنند که هر یا دو گروه گلوکز با یک مولکول NaOH ترکیب می شوند (یک گروه گلوکز با سه مولکول NaOH ترکیب می شود وقتی واکنش کامل شود).

C6H10O5 + NaOH→C6H10O5 NaOH یا C6H10O5 + NaOH→C6H10O4 ONa + H2O

C6H10O5 + NaOH→(C6H10O5) 2 NaOH یا C6H10O5 + NaOH→C6H10O5 C6H10O4 ONa + H2O

اخیراً برخی از محققان بر این باورند که برهمکنش سلولز و قلیایی غلیظ دو اثر را همزمان خواهد داشت.

صرف نظر از ساختار، فعالیت شیمیایی سلولز را می توان پس از عمل سلولز و قلیایی تغییر داد و می تواند با محیط های شیمیایی مختلف واکنش نشان دهد تا گونه های معنی دار به دست آورد.

2.2 واکنش اتریفیکاسیون

پس از قلیایی شدن، سلولز قلیایی فعال با عامل اتریفیکاسیون واکنش داده و اتر سلولز را تشکیل می دهد. عوامل اتریف کننده مورد استفاده متیل کلرید و پروپیلن اکسید هستند.

هیدروکسید سدیم مانند یک کاتالیزور عمل می کند.

n و m به ترتیب نشان دهنده درجه جایگزینی هیدروکسی پروپیل و متیل بر روی واحد سلولز هستند. حداکثر مجموع m + n 3 است.

علاوه بر واکنش اصلی فوق الذکر، واکنش های جانبی نیز وجود دارد:

CH2CH2OCH3 + H2O→HOCH2CH2OHCH3

CH3Cl + NaOH→CH3OH + NaCl

3. شرح فرآیند هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر

فرآیند هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر (به اختصار "اتر سلولز") تقریباً از 6 فرآیند تشکیل شده است که عبارتند از: خرد کردن مواد خام، (قلیایی کردن) اتریفیکاسیون، حذف حلال، فیلتراسیون و خشک کردن، خرد کردن و مخلوط کردن، و بسته بندی محصول نهایی.

3.1 آماده سازی مواد اولیه

سلولز پرز کوتاه طبیعی که در بازار خریداری می‌شود، توسط پودرساز به پودر تبدیل می‌شود تا پردازش بعدی را تسهیل کند. قلیایی جامد (یا قلیایی مایع) ذوب شده و آماده می شود و تا حدود 90 گرم می شود°C برای تهیه محلول سود سوزآور 50 درصد برای استفاده. متیل کلرید واکنش، عامل اتریفیکاسیون اکسید پروپیلن، ایزوپروپانول و حلال واکنش تولوئن را همزمان آماده کنید.

علاوه بر این، فرآیند واکنش به مواد کمکی مانند آب گرم و آب خالص نیاز دارد. بخار، آب خنک کننده با دمای پایین و آب خنک کننده در گردش برای کمک به برق مورد نیاز است.

لینترهای کوتاه، متیل کلرید و اتریفیکاسیون اکسید پروپیلن مواد اصلی برای تولید سلولز اتری شده هستند و از لینترهای کوتاه به مقدار زیاد استفاده می شود. متیل کلرید و پروپیلن اکسید به عنوان عوامل اتریفیکاسیون برای اصلاح سلولز طبیعی در واکنش شرکت می کنند، مقدار استفاده زیاد نیست.

حلال ها (یا رقیق کننده ها) عمدتاً شامل تولوئن و ایزوپروپانول هستند که اساساً مصرف نمی شوند، اما با توجه به تلفات حباب شده و تبخیر شده، کاهش جزئی در تولید وجود دارد و مقدار مصرف آن بسیار ناچیز است.

فرآیند تهیه مواد خام دارای یک منطقه مخزن مواد خام و یک انبار مواد خام متصل است. عوامل اتریف کننده و حلال ها مانند تولوئن، ایزوپروپانول و اسید استیک (که برای تنظیم مقدار pH واکنش دهنده ها استفاده می شود) در منطقه مخزن مواد خام ذخیره می شوند. عرضه شورت لینت کافی است، می تواند در هر زمان توسط بازار ارائه شود.

پرز کوتاه خرد شده با گاری جهت استفاده به کارگاه ارسال می شود.

3.2 (قلیایی شدن) اتریفیکاسیون

اتریفیکاسیون (قلیایی) فرآیند مهمی در فرآیند اتریفیکاسیون سلولز است. در روش تولید قبلی، واکنش های دو مرحله ای به طور جداگانه انجام می شد. اکنون این روند بهبود یافته است و واکنش های دو مرحله ای در یک مرحله ترکیب شده و به طور همزمان انجام می شود.

ابتدا مخزن اتریفیکاسیون را با جاروبرقی بکشید تا هوا خارج شود و سپس با نیتروژن جایگزین کنید تا مخزن عاری از هوا شود. محلول هیدروکسید سدیم آماده شده را اضافه کنید، مقدار مشخصی ایزوپروپانول و حلال تولوئن را اضافه کنید، شروع به هم زدن کنید، سپس پنبه کوتاه را اضافه کنید، آب در گردش را روشن کنید تا خنک شود و پس از اینکه دما به حد معینی کاهش یافت، دمای پایین را روشن کنید. دمای آب برای کاهش دمای مواد سیستم تا حدود 20 کاهش یابد℃، و واکنش را برای مدت معینی تا قلیایی شدن کامل حفظ کنید.

پس از قلیایی شدن، عامل اتریف کننده متیل کلرید و پروپیلن اکسید را که توسط مخزن اندازه گیری سطح بالا اندازه گیری شده است، اضافه کنید، به هم زدن ادامه دهید، از بخار برای بالا بردن دمای سیستم تا نزدیک به 70 استفاده کنید.℃~ 80℃و سپس از آب گرم برای ادامه گرمایش و نگهداری استفاده کنید. دمای واکنش کنترل می شود و سپس دمای واکنش و زمان واکنش کنترل می شود و با هم زدن و مخلوط کردن برای مدت زمان مشخصی می توان عملیات را کامل کرد.

واکنش در حدود 90 انجام می شود°C و 0.3 مگاپاسکال.

3.3 نابودی

مواد فرآیندی که در بالا ذکر شد به حلال‌زدای فرستاده می‌شوند و مواد جدا می‌شوند و با بخار گرم می‌شوند و حلال‌های تولوئن و ایزوپروپانول تبخیر شده و برای بازیافت بازیابی می‌شوند.

حلال تبخیر شده ابتدا با آب در گردش سرد شده و تا حدی متراکم می شود و سپس با آب با دمای پایین متراکم می شود و مخلوط میعانات وارد لایه مایع و جداکننده می شود تا آب و حلال جدا شود. حلال مخلوط تولوئن و ایزوپروپانول در لایه بالایی به نسبت تنظیم می شود. مستقیماً از آن استفاده کنید و آب و محلول ایزوپروپانول را در لایه زیرین برای استفاده به حلال‌کننده برگردانید.

اسید استیک را پس از حل شدن به واکنش دهنده اضافه کنید تا هیدروکسید سدیم اضافی را خنثی کنید، سپس از آب داغ برای شستشوی مواد استفاده کنید، از ویژگی انعقادی اتر سلولز به آب داغ برای شستن اتر سلولز استفاده کامل کنید و واکنش دهنده را تصفیه کنید. مواد تصفیه شده برای جداسازی و خشک شدن به فرآیند بعدی فرستاده می شوند.

3.4 فیلتر و خشک کنید

مواد تصفیه شده توسط پمپ پیچ فشار قوی برای جداسازی آب آزاد به جداکننده پیچ افقی فرستاده می شود و مواد جامد باقیمانده از طریق فیدر پیچ وارد هوا خشک کن می شود و در تماس با هوای گرم خشک می شود و سپس از سیکلون عبور می کند. جداکننده و هوا جداسازی، مواد جامد وارد خرد شدن بعدی می شود.

آب جدا شده توسط جداکننده مارپیچ افقی پس از ته نشینی در مخزن ته نشینی وارد مخزن تصفیه آب می شود تا سلولز حباب شده جدا شود.

3.5 خرد کردن و مخلوط کردن

پس از خشک شدن، سلولز اتری شده دارای اندازه ذرات ناهموار خواهد بود، که باید خرد و مخلوط شود تا توزیع اندازه ذرات و ظاهر کلی مواد مطابق با الزامات استاندارد محصول باشد.

3. 6 بسته بندی محصول نهایی

ماده ای که پس از عملیات خرد کردن و اختلاط به دست می آید، سلولز اتری شده تمام شده است که می توان آن را بسته بندی و در انبار قرار داد.

4. خلاصه

فاضلاب جدا شده حاوی مقدار معینی نمک، عمدتاً کلرید سدیم است. آب زائد برای جداسازی نمک تبخیر می شود و بخار ثانویه تبخیر شده می تواند برای بازیابی آب متراکم شده متراکم شود یا مستقیماً تخلیه شود. جزء اصلی نمک جدا شده، کلرید سدیم است که به دلیل خنثی شدن با اسید استیک، مقدار مشخصی استات سدیم نیز دارد. این نمک تنها پس از تبلور مجدد، جداسازی و خالص سازی ارزش استفاده صنعتی دارد.