เทคโนโลยีไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเธอร์

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์เป็นอีเทอร์เซลลูโลสที่ไม่มีขั้วชนิดหนึ่งที่ละลายได้ในน้ำเย็นที่ได้จากเซลลูโลสธรรมชาติผ่านการดัดแปลงอัลคาไลเซชันและเอเทอริฟิเคชั่น

คำสำคัญ:ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์; ปฏิกิริยาอัลคาไลเซชัน ปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชัน

1. เทคโนโลยี

เซลลูโลสธรรมชาติไม่ละลายในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ มีความเสถียรต่อแสง ความร้อน กรด เกลือ และสารเคมีอื่นๆ และสามารถชุบในสารละลายด่างเจือจางเพื่อเปลี่ยนพื้นผิวของเซลลูโลส

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์เป็นอีเทอร์เซลลูโลสที่ไม่มีขั้วและละลายได้ในน้ำเย็นที่ได้จากเซลลูโลสธรรมชาติผ่านการดัดแปลงอัลคาไลเซชันและเอเทอริฟิเคชัน

2. สูตรปฏิกิริยาเคมีหลัก

2.1 ปฏิกิริยาอัลคาไลเซชัน

มีความเป็นไปได้สองประการสำหรับปฏิกิริยาของเซลลูโลสและโซเดียมไฮดรอกไซด์ นั่นคือ ตามเงื่อนไขที่แตกต่างกันเพื่อสร้างสารประกอบโมเลกุล R - OH - NaOH; หรือทำให้เกิดสารประกอบโลหะแอลกอฮอล์ R – ONa

นักวิชาการส่วนใหญ่เชื่อว่าเซลลูโลสทำปฏิกิริยากับด่างเข้มข้นเพื่อสร้างสารคงที่ และคิดว่ากลูโคสแต่ละกลุ่มหรือสองกลุ่มจะรวมกันเป็น NaOH โมเลกุลหนึ่ง (กลุ่มกลูโคสหนึ่งกลุ่มจะรวมกับโมเลกุล NaOH สามโมเลกุลเมื่อปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์)

C6H10O5 + NaOHC6H10O5 NaOH หรือ C6H10O5 + NaOHC6H10O4 ONa + H2O

C6H10O5 + NaOH(C6H10O5 ) 2 NaOH หรือ C6H10O5 + NaOHC6H10O5 C6H10O4 ONa + H2O

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิชาการบางคนเชื่อว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลลูโลสและด่างเข้มข้นจะมีผลกระทบสองประการในเวลาเดียวกัน

กิจกรรมทางเคมีของเซลลูโลสสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่คำนึงถึงโครงสร้างหลังจากการกระทำของเซลลูโลสและอัลคาไล และสามารถทำปฏิกิริยากับสื่อเคมีต่างๆ เพื่อให้ได้สายพันธุ์ที่มีความหมาย

2.2 ปฏิกิริยาอีเทอร์ริฟิเคชั่น

หลังจากอัลคาไลเซชัน เซลลูโลสอัลคาไลแอคทีฟจะทำปฏิกิริยากับสารอีริฟิเคชั่นเพื่อสร้างเซลลูโลสอีเทอร์ สารอีเทอร์ไฟเออร์ที่ใช้คือเมทิลคลอไรด์และโพรพิลีนออกไซด์

โซเดียมไฮดรอกไซด์ทำหน้าที่เหมือนตัวเร่งปฏิกิริยา

n และ m แสดงถึงระดับของการทดแทนไฮดรอกซีโพรพิลและเมทิลบนหน่วยเซลลูโลสตามลำดับ ผลรวมสูงสุดของ m + n คือ 3

นอกจากปฏิกิริยาหลักที่กล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีปฏิกิริยาข้างเคียงอีกด้วย:

CH2CH2OCH3 + H2OHOCH2CH2OHCH3

CH3Cl + NaOHCH3OH + โซเดียมคลอไรด์

3. คำอธิบายกระบวนการของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์

กระบวนการของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ (“เซลลูโลสอีเทอร์” เรียกสั้น ๆ ) ประกอบด้วย 6 กระบวนการ ได้แก่: การบดวัตถุดิบ, การทำให้เป็นด่าง (การทำให้เป็นด่าง), การทำให้เป็นกรด, การกำจัดตัวทำละลาย, การกรองและการอบแห้ง, การบดและการผสม และการบรรจุผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

3.1 การเตรียมวัตถุดิบ

เซลลูโลสที่เป็นขุยสั้นตามธรรมชาติที่ซื้อในตลาดจะถูกบดเป็นผงโดยเครื่องบดเพื่ออำนวยความสะดวกในการแปรรูปในภายหลัง อัลคาไลที่เป็นของแข็ง (หรืออัลคาไลของเหลว) จะถูกละลายและเตรียม และให้ความร้อนที่ประมาณ 90°C เพื่อทำสารละลายโซดาไฟ 50 % ไว้ใช้ เตรียมปฏิกิริยาเมทิลคลอไรด์, สารอีเทอร์ริฟิเคชั่นโพรพิลีนออกไซด์, ไอโซโพรพานอลและตัวทำละลายปฏิกิริยาโทลูอีนในเวลาเดียวกัน

นอกจากนี้ กระบวนการทำปฏิกิริยายังต้องใช้วัสดุเสริม เช่น น้ำร้อนและน้ำบริสุทธิ์ ต้องใช้ไอน้ำ น้ำหล่อเย็นอุณหภูมิต่ำ และน้ำหล่อเย็นหมุนเวียนเพื่อช่วยในการใช้พลังงาน

ลินเทอร์ชนิดสั้น เมทิลคลอไรด์ และสารอีเทอร์ริฟิเคชั่นโพรพิลีนออกไซด์เป็นวัสดุหลักในการผลิตเซลลูโลสอีเทอร์ไฟด์ และมีการใช้ลินเทอร์ชนิดสั้นในปริมาณมาก เมทิลคลอไรด์และโพรพิลีนออกไซด์มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเป็นสารอีเทอร์ริฟิเคชั่นเพื่อปรับเปลี่ยนเซลลูโลสธรรมชาติ ปริมาณการใช้ไม่มาก

ตัวทำละลาย (หรือสารเจือจาง) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโทลูอีนและไอโซโพรพานอล ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะไม่ถูกใช้ แต่เมื่อพิจารณาถึงการสูญเสียที่เกิดขึ้นและระเหยได้ จึงมีการสูญเสียในการผลิตเล็กน้อย และปริมาณที่ใช้มีน้อยมาก

ขั้นตอนการเตรียมวัตถุดิบมีพื้นที่ถังวัตถุดิบและคลังวัตถุดิบที่แนบมา สารอีเทอร์ริฟายเออร์และตัวทำละลาย เช่น โทลูอีน ไอโซโพรพานอล และกรดอะซิติก (ใช้ในการปรับค่า pH ของสารตั้งต้น) จะถูกเก็บไว้ในบริเวณถังวัตถุดิบ ผ้าสำลีสั้นมีเพียงพอ ตลาดสามารถจัดหาได้ตลอดเวลา

ผ้าสำลีสั้นที่บดแล้วจะถูกส่งไปยังเวิร์คช็อปพร้อมรถเข็นเพื่อใช้งาน

3.2 (อัลคาไลไนเซชัน) อีเทอร์ริฟิเคชัน

(อัลคาไลน์) อีเทอร์ริฟิเคชั่นเป็นกระบวนการสำคัญในกระบวนการอีเทอร์ริฟิเคชั่นของเซลลูโลส ในวิธีการผลิตก่อนหน้านี้ ปฏิกิริยาสองขั้นตอนดำเนินการแยกกัน ขณะนี้กระบวนการได้รับการปรับปรุงแล้ว และปฏิกิริยาสองขั้นตอนจะรวมกันเป็นขั้นตอนเดียวและดำเนินการไปพร้อมๆ กัน

ขั้นแรก ให้ดูดถังอีเทอร์ริฟิเคชั่นเพื่อกำจัดอากาศออก จากนั้นแทนที่ด้วยไนโตรเจนเพื่อทำให้ถังไม่มีอากาศ เติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เตรียมไว้ เติมไอโซโพรพานอลและตัวทำละลายโทลูอีนจำนวนหนึ่ง เริ่มคน จากนั้นเติมสำลีเส้นสั้น เปิดน้ำหมุนเวียนเพื่อทำให้เย็นลง และหลังจากอุณหภูมิลดลงถึงระดับหนึ่งแล้ว ให้เปิดสวิตช์อุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิของน้ำเพื่อลดอุณหภูมิวัสดุของระบบให้ลดลงเหลือประมาณ 20℃และคงปฏิกิริยาไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้เป็นด่างอย่างสมบูรณ์

หลังจากอัลคาไลเซชัน ให้เติมสารอีเทอร์ริฟายเออร์ เมทิลคลอไรด์และโพรพิลีนออกไซด์ที่วัดโดยถังสูบจ่ายระดับสูง เริ่มกวนต่อไป ใช้ไอน้ำเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของระบบเป็นเกือบ 70℃~ 80℃จากนั้นใช้น้ำร้อนเพื่อให้ความร้อนและบำรุงรักษาต่อไป อุณหภูมิของปฏิกิริยาจะถูกควบคุมอุณหภูมิ จากนั้นจะควบคุมอุณหภูมิของปฏิกิริยาและเวลาของปฏิกิริยา และการดำเนินการจะเสร็จสิ้นได้โดยการกวนและผสมในช่วงระยะเวลาหนึ่ง

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ประมาณ 90°C และ 0.3 MPa

3.3 ความสิ้นหวัง

วัสดุในกระบวนการที่ทำปฏิกิริยาตามที่กล่าวข้างต้นจะถูกส่งไปยังเครื่องกำจัดตัวทำละลาย และวัสดุจะถูกลอกออกและให้ความร้อนด้วยไอน้ำ และตัวทำละลายโทลูอีนและไอโซโพรพานอลจะถูกระเหยและนำกลับมารีไซเคิลเพื่อรีไซเคิล

ตัวทำละลายที่ระเหยจะถูกทำให้เย็นลงก่อนและควบแน่นบางส่วนด้วยน้ำหมุนเวียน จากนั้นควบแน่นด้วยน้ำอุณหภูมิต่ำ และส่วนผสมคอนเดนเสทจะเข้าสู่ชั้นของเหลวและตัวแยกเพื่อแยกน้ำและตัวทำละลาย ตัวทำละลายผสมระหว่างโทลูอีนและไอโซโพรพานอลในชั้นบนจะถูกปรับตามสัดส่วน ใช้โดยตรง และคืนน้ำและสารละลายไอโซโพรพานอลในชั้นล่างไปยังเครื่องกำจัดตัวทำละลายเพื่อใช้งาน

เพิ่มกรดอะซิติกลงในตัวทำปฏิกิริยาหลังจากการละลายเพื่อทำให้โซเดียมไฮดรอกไซด์ส่วนเกินเป็นกลาง จากนั้นใช้น้ำร้อนเพื่อล้างวัสดุ ใช้ลักษณะการแข็งตัวของเซลลูโลสอีเทอร์อย่างเต็มที่ในน้ำร้อนเพื่อล้างเซลลูโลสอีเทอร์ และปรับแต่งสารตั้งต้น วัสดุที่ผ่านการกลั่นจะถูกส่งไปยังกระบวนการถัดไปเพื่อแยกและทำให้แห้ง

3.4 กรองและทำให้แห้ง

วัสดุที่ผ่านการกลั่นจะถูกส่งไปยังเครื่องแยกสกรูแนวนอนโดยปั๊มสกรูแรงดันสูงเพื่อแยกน้ำอิสระ และวัสดุแข็งที่เหลือจะเข้าสู่เครื่องทำลมแห้งผ่านเครื่องป้อนสกรู และแห้งเมื่อสัมผัสกับอากาศร้อน จากนั้นจึงผ่านพายุไซโคลน เครื่องแยกและการแยกอากาศ วัสดุที่เป็นของแข็งจะเข้าสู่การบดในภายหลัง

น้ำที่คั่นด้วยเครื่องแยกเกลียวแนวนอนจะเข้าสู่ถังบำบัดน้ำหลังจากการตกตะกอนในถังตกตะกอนเพื่อแยกเซลลูโลสที่กักไว้

3.5 การบดและการผสม

หลังจากการอบแห้ง เซลลูโลสอีเทอร์ไฟด์จะมีขนาดอนุภาคไม่เท่ากัน ซึ่งจำเป็นต้องบดและผสมเพื่อให้การกระจายขนาดอนุภาคและลักษณะโดยรวมของวัสดุเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานผลิตภัณฑ์

3. 6 บรรจุภัณฑ์ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

วัสดุที่ได้รับหลังจากการบดและผสมคือเซลลูโลสอีเทอร์ไฟด์ที่เสร็จแล้ว ซึ่งสามารถบรรจุและจัดเก็บได้

4. สรุป

น้ำเสียที่แยกออกมาจะมีเกลืออยู่จำนวนหนึ่ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโซเดียมคลอไรด์ น้ำเสียจะถูกระเหยเพื่อแยกเกลือ และไอน้ำทุติยภูมิที่ระเหยไปสามารถควบแน่นเพื่อนำน้ำที่ควบแน่นกลับคืนมา หรือปล่อยออกโดยตรง ส่วนประกอบหลักของเกลือที่แยกออกมาคือโซเดียมคลอไรด์ซึ่งมีโซเดียมอะซิเตตอยู่จำนวนหนึ่งเนื่องจากการทำให้เป็นกลางด้วยกรดอะซิติก เกลือนี้มีมูลค่าการใช้ประโยชน์ทางอุตสาหกรรมหลังจากการตกผลึกใหม่ การแยก และการทำให้บริสุทธิ์เท่านั้น