ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზის ეთერის ტექნოლოგია

ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზის ეთერი არის ერთგვარი არაპოლარული ცელულოზის ეთერი, ხსნადი ცივ წყალში, მიღებული ბუნებრივი ცელულოზისგან ალკალიზაციისა და ეთერიფიკაციის მოდიფიკაციის გზით.

საკვანძო სიტყვები:ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერი; ალკალიზაციის რეაქცია; ეთერიფიკაციის რეაქცია

1. ტექნოლოგია

ბუნებრივი ცელულოზა უხსნადია წყალში და ორგანულ გამხსნელებში, მდგრადია სინათლის, სითბოს, მჟავას, მარილისა და სხვა ქიმიური საშუალებების მიმართ და შეიძლება დატენიანდეს განზავებულ ტუტე ხსნარში ცელულოზის ზედაპირის შესაცვლელად.

ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზის ეთერი არის ერთგვარი არაპოლარული, ცივი წყალში ხსნადი ცელულოზის ეთერი, რომელიც მიიღება ბუნებრივი ცელულოზისგან ალკალიზაციისა და ეთერიფიკაციის მოდიფიკაციის გზით.

2. ძირითადი ქიმიური რეაქციის ფორმულა

2.1 ალკალიზაციის რეაქცია

არსებობს ცელულოზისა და ნატრიუმის ჰიდროქსიდის რეაქციის ორი შესაძლებლობა, ანუ სხვადასხვა პირობების მიხედვით წარმოქმნის მოლეკულურ ნაერთებს, R – OH – NaOH; ან ლითონის სპირტის ნაერთების წარმოქმნას, R – ONa.

მეცნიერთა უმეტესობა თვლის, რომ ცელულოზა რეაგირებს კონცენტრირებულ ტუტესთან და ქმნის ფიქსირებულ ნივთიერებას და ფიქრობს, რომ გლუკოზის თითოეული ან ორი ჯგუფი გაერთიანებულია ერთ NaOH მოლეკულასთან (ერთი გლუკოზის ჯგუფი შერწყმულია სამ NaOH მოლეკულასთან, როდესაც რეაქცია დასრულებულია).

C6H10O5 + NaOH→C6H10O5 NaOH ან C6H10O5 + NaOH→C6H10O4 ONa + H2O

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

ცოტა ხნის წინ, ზოგიერთი მეცნიერი თვლის, რომ ცელულოზასა და კონცენტრირებულ ტუტეს შორის ურთიერთქმედება ერთდროულად ორ გავლენას მოახდენს.

სტრუქტურის მიუხედავად, ცელულოზის ქიმიური აქტივობა შეიძლება შეიცვალოს ცელულოზისა და ტუტე მოქმედების შემდეგ და მას შეუძლია რეაგირება მოახდინოს სხვადასხვა ქიმიურ მედიასთან მნიშვნელოვანი სახეობების მისაღებად.

2.2 ეთერიფიკაციის რეაქცია

ალკალიზაციის შემდეგ, აქტიური ტუტე ცელულოზა რეაგირებს ეთერიფიკაციის აგენტთან ცელულოზის ეთერის წარმოქმნით. გამოყენებული ეთერიფიკატორია მეთილის ქლორიდი და პროპილენოქსიდი.

ნატრიუმის ჰიდროქსიდი მოქმედებს როგორც კატალიზატორი.

n და m წარმოადგენს ცელულოზის ერთეულზე ჰიდროქსიპროპილის და მეთილის ჩანაცვლების ხარისხს, შესაბამისად. m + n-ის მაქსიმალური ჯამი არის 3.

ზემოაღნიშნული ძირითადი რეაქციის გარდა, ასევე არსებობს გვერდითი რეაქციები:

CH2CH2OCH3 + H2O→HOCH2CH2OHCH3

CH3Cl + NaOH→CH3OH + NaCl

3. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერის პროცესის აღწერა

ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერის (მოკლედ „ცელულოზის ეთერი“) პროცესი დაახლოებით შედგება 6 პროცესისგან, ესენია: ნედლეულის დამსხვრევა, (ალკალიზაცია) ეთერიფიკაცია, გამხსნელის მოცილება, ფილტრაცია და გაშრობა, დამსხვრევა და შერევა და მზა პროდუქტის შეფუთვა.

3.1 ნედლეულის მომზადება

ბაზარზე შეძენილი ბუნებრივი მოკლე ცელულოზა ფხვნილად იშლება პულვერიზატორით, რათა ხელი შეუწყოს შემდგომ დამუშავებას; მყარი ტუტე (ან თხევადი ტუტე) დნება და მზადდება და თბება დაახლოებით 90-მდე°C გამოსაყენებლად კაუსტიკური სოდას 50%-იანი ხსნარის დასამზადებლად. მოამზადეთ სარეაქციო მეთილის ქლორიდი, პროპილენოქსიდის ეთერიფიკაციის საშუალება, იზოპროპანოლი და ტოლუოლის რეაქციის გამხსნელი.

გარდა ამისა, რეაქციის პროცესი მოითხოვს დამხმარე მასალებს, როგორიცაა ცხელი წყალი და სუფთა წყალი; ელექტროენერგიის დასახმარებლად საჭიროა ორთქლი, დაბალი ტემპერატურის გამაგრილებელი წყალი და მოცირკულირე გამაგრილებელი წყალი.

მოკლე ლიტრი, მეთილის ქლორიდი და პროპილენოქსიდის ეთერიფიკაციის აგენტები ძირითადი მასალებია ეთერიფიცირებული ცელულოზის წარმოებისთვის, ხოლო მოკლე ლიტრი გამოიყენება დიდი რაოდენობით. მეთილის ქლორიდი და პროპილენის ოქსიდი მონაწილეობენ რეაქციაში, როგორც ეთერიფიკაციის აგენტები ბუნებრივი ცელულოზის შესაცვლელად, გამოყენების რაოდენობა დიდი არ არის.

გამხსნელებში (ან გამხსნელებში) ძირითადად შედის ტოლუენი და იზოპროპანოლი, რომლებიც ძირითადად არ მოიხმარენ, მაგრამ შეწოვისა და აორთქლებული დანაკარგების გათვალისწინებით, მცირე ზარალია წარმოებაში და გამოყენებული რაოდენობა ძალიან მცირეა.

ნედლეულის მომზადების პროცესს აქვს ნედლეულის სატანკო ფართობი და თანდართული ნედლეულის საწყობი. ეთერიფიკატორი და გამხსნელები, როგორიცაა ტოლუოლი, იზოპროპანოლი და ძმარმჟავა (გამოიყენება რეაგენტების pH მნიშვნელობის დასარეგულირებლად), ინახება ნედლეულის ავზის არეში. მოკლე ლინის მარაგი საკმარისია, ბაზარმა შეიძლება უზრუნველყოს ნებისმიერ დროს.

დაქუცმაცებული მოკლე ღერო იგზავნება საამქროში გამოსაყენებლად.

3.2 (ალკალიზაცია) ეთერიფიკაცია

(ტუტე) ეთერიფიკაცია მნიშვნელოვანი პროცესია ცელულოზის ეთერიფიკაციის პროცესში. ადრინდელ წარმოების მეთოდში ორსაფეხურიანი რეაქციები ცალ-ცალკე ტარდებოდა. ახლა პროცესი გაუმჯობესებულია და ორსაფეხურიანი რეაქციები გაერთიანებულია ერთ ეტაპზე და ერთდროულად ტარდება.

ჯერ გაასუფთავეთ ეთერიფიკაციის ავზი ჰაერის მოსაშორებლად და შემდეგ შეცვალეთ იგი აზოტით, რათა ავზი ჰაერისგან გაათავისუფლოს. დაუმატეთ მომზადებული ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარი, დაუმატეთ გარკვეული რაოდენობის იზოპროპანოლი და ტოლუოლის გამხსნელი, დაიწყეთ მორევა, შემდეგ დაამატეთ მოკლე ბამბა, ჩართეთ მოცირკულირე წყალი გასაცივებლად და მას შემდეგ, რაც ტემპერატურა გარკვეულ დონეზე დაეცემა, ჩართეთ დაბალი წყლის ტემპერატურა სისტემური მასალის ტემპერატურის შესამცირებლად დაწევა დაახლოებით 20-მდე℃, და შეინარჩუნოს რეაქცია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში სრული ალკალიზაციისთვის.

ალკალიზაციის შემდეგ, დაამატეთ ეთერიფიკატორი მეთილის ქლორიდი და პროპილენის ოქსიდი, რომელიც გაზომილია მაღალი დონის გამრიცხველიანების ავზში, განაგრძეთ მორევა, გამოიყენეთ ორთქლი სისტემის ტემპერატურის 70-მდე ასამაღლებლად.℃~ 80℃, და შემდეგ გამოიყენეთ ცხელი წყალი გათბობის გასაგრძელებლად და შესანარჩუნებლად. რეაქციის ტემპერატურა კონტროლდება, შემდეგ კი რეაქციის ტემპერატურა და რეაქციის დრო კონტროლდება და ოპერაცია შეიძლება დასრულდეს გარკვეული პერიოდის განმავლობაში მორევითა და შერევით.

რეაქცია ტარდება დაახლოებით 90 საათზე°C და 0.3 მპა.

3.3 დაშლა

ზემოაღნიშნული რეაქციის პროცესის მასალები იგზავნება გამხსნელში, მასალები იხსნება და თბება ორთქლით, ხოლო ტოლუოლისა და იზოპროპანოლის გამხსნელები აორთქლდება და აღდგება გადამუშავებისთვის.

აორთქლებული გამხსნელი ჯერ გაცივდება და ნაწილობრივ კონდენსირებულია მოცირკულირე წყლით, შემდეგ კი კონდენსირებულია დაბალი ტემპერატურის წყლით, ხოლო კონდენსატის ნარევი შედის თხევად ფენაში და გამყოფში წყლისა და გამხსნელის გამოსაყოფად. ტოლუოლისა და იზოპროპანოლის შერეული გამხსნელი ზედა ფენაში მორგებულია პროპორციულად. გამოიყენეთ იგი უშუალოდ და ქვედა ფენაში არსებული წყალი და იზოპროპანოლის ხსნარი გამოსაყენებლად დააბრუნეთ გამხსნელში.

დაუმატეთ ძმარმჟავა რეაგენტს დაშლის შემდეგ ჭარბი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის გასანეიტრალებლად, შემდეგ გამოიყენეთ ცხელი წყალი მასალის გასარეცხად, სრულად გამოიყენეთ ცელულოზის ეთერის დამახასიათებელი კოაგულაცია ცხელ წყალში ცელულოზის ეთერის გასარეცხად და დახვეწეთ რეაგენტი. დახვეწილი მასალები იგზავნება შემდეგ პროცესზე გამოყოფისა და გასაშრობად.

3.4 გაფილტრეთ და გააშრეთ

დახვეწილი მასალა იგზავნება ჰორიზონტალურ ხრახნიან გამყოფში მაღალი წნევის ხრახნიანი ტუმბოს მიერ თავისუფალი წყლის გამოსაყოფად, ხოლო დარჩენილი მყარი მასალა ხრახნიანი მიმწოდებლის საშუალებით შედის ჰაერის საშრობით და ცხელ ჰაერთან კონტაქტში შრება და შემდეგ გადის ციკლონში. გამყოფი და ჰაერის გამოყოფა, მყარი მასალა შედის შემდგომ დამსხვრევაში.

ჰორიზონტალური სპირალური სეპარატორის მიერ გამოყოფილი წყალი შემოდის წყლის გამწმენდ ავზში დანალექის ავზში დალექვის შემდეგ, რათა გამოეყოს ჩალაგებული ცელულოზა.

3.5 დაქუცმაცება და შერევა

გაშრობის შემდეგ, ეთერიფიცირებულ ცელულოზას ექნება არათანაბარი ნაწილაკების ზომა, რომელიც უნდა დაიმსხვრა და შეურიოს ისე, რომ ნაწილაკების ზომის განაწილება და მასალის საერთო გარეგნობა დააკმაყოფილოს პროდუქტის სტანდარტის მოთხოვნებს.

3. 6 მზა პროდუქტის შეფუთვა

დამსხვრეული და შერევის ოპერაციების შემდეგ მიღებული მასალა არის მზა ეთერიფიცირებული ცელულოზა, რომლის შეფუთვა და შენახვა შესაძლებელია.

4. რეზიუმე

გამოყოფილი ჩამდინარე წყლები შეიცავს გარკვეული რაოდენობის მარილს, ძირითადად ნატრიუმის ქლორიდს. ნარჩენი წყალი აორთქლდება მარილის გამოსაყოფად, ხოლო აორთქლებული მეორადი ორთქლი შეიძლება კონდენსირებული იყოს შედედებული წყლის აღსადგენად, ან უშუალოდ ჩაშვებული. გამოყოფილი მარილის მთავარი კომპონენტია ნატრიუმის ქლორიდი, რომელიც ასევე შეიცავს გარკვეულ რაოდენობას ნატრიუმის აცეტატს ძმარმჟავასთან ნეიტრალიზაციის გამო. ამ მარილს აქვს სამრეწველო სარგებლობის ღირებულება მხოლოდ რეკრისტალიზაციის, გამოყოფისა და გაწმენდის შემდეგ.