Способи одержання хімічних волокон

Вступ

П Л А Н Л Е К Ц ІЇ

ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА ХІМІЧНИХ ВОЛОКОН

ЛЕКЦІЯ 4

ОСНОВНА ЛІТЕРАТУРА

1. В.С.Клубань, А.П.Петров, В.С.Рябиков. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса. М.: Стройиздат, 1987. с.227.

2. М.В.Алексеев, А.Г. Исправникова. Пожарная профилактика при производстве пластических масс и химических волокон.-М.: -1966, с.98-146.

3. М.А. Артеменков. Техника безопасности при производстве химических волокон.- М.:”Химия”, 1966,-с.145.

4. С.Л. Задо, В.А. Кузнецов. Техника безопасности и противопожарная техника в промышленности химических волокон. М.:”Химия”- 1968.-с.123.

5. Правила безопасности для производства химических волокон. Госгортехнадзор. СРСР, М.: “Недра” 1974, с.108.

6. В.В. Юркевич Технология производства химических волокон. М.:”Химия”,- 1987.-

Вступ 5 хв.

1. Класифікація хімічних волокон і способи їх одержання. 25 хв.

2. Пожежна безпека виробництва віскозного волокна. 40 хв

2.1.Характеристика і пожежонебезпечні властивості основної

сировини виробництва віскози.

2.2.Пожежна безпека процесу одержання лужної целюлози..

2.3.Пожежна безпека процесу ксантогенування.

2.4.Пожежна безпека процесу приготування прядильного розчину.

2.5.Пожежна безпека процесу формування й обробки волокна.

Висновки 5 хв.

Завдання на самопідготовку. 5 хв.

Виробництва хімічної та нафтохімічної ппромисловості характеризуються великою кількістю різнорідних вибухонебезпечних процесів, безпечне проведення яких залежить від технології, оснащення ефективними засобами контролю, регулювання та протиаварійного захисту.

Сьогодні попередження НС природного та техногенного характеру є актуальною проблемою сучасності. На підставі ст.1 Закону України „Про правові засади цивільного захисту” питаннями забезпечення пожежної безпеки, запобігання і реагування на інші надзвичайні ситуації техногенного та природного характеру займається державна служба - служба цивільного захисту, до якої ми маємо відношення. Одним із важливих питань діяльності підрозділів цивільного захисту є забезпечення безпеки об’єктів підвищеної небезпеки, до яких відносяться і хімічні підприємства.

1. Класифікація хімічних волокон і способи їх одержання

Волокном називають тонку непрядену нитку рослинного, тваринного, мінерального або штучного чи синтетичного походженння, придатну для виготовлення пряжі, текстильних та трикотажних виробів тощо. Волокно має велику довжину і малу товщину, є гнучким та міцним.

Усі застосовувані в даний час волокна можна розділити на 2 класи: натуральні і хімічні (у залежності від їхнього походження).

Природні волокна, чи натуральні підрозділяються на

n білкові (тваринного походження)- вовна, шовк;

n - целюлозні (рослинного походження)- бавовна, льон, джут, прядиво;

n силікатні (мінеральні) волокна (азбест, базальт).

Хімічні волокна. До 80-х років 19 ст. для виготовлення тканин та трикотажу використовували лише природні волокна: бавовняні, вовняні, шовкові, лляні, конопляні. У 1831 р. у м. Безансон (Франція) почав діяти перший у Світі завод хімічного волокна, на якому виробляли нітрошовк. З того часу випуск хімічних волокон постійно зростає і вже перевищив половину загального обсягу виробництва текстимльних волокон.

На сьогодні відомо 500 видів хімічних волокон, з них промисловість виробляє 40 видів. Хімічні волокна виробляють у вигляді моноволокон, комплексних ниток, штапельних волокон та джуту.

Хімічні волокна підрозділяють на штучні і синтетичні й одержують їх із природних і синтетичних полімерів.

Штучні волокна одержують хімічною переробкою природних високомолекулярних сполук - целюлози, білків. Синтетичні волокна одержують із синтетичних високомолекулярних сполук. Це поліамідні, поліакрілонітрильні, поліефірні, поліуретанові та полівінілхлоридні волокна.

Х І М І ЧНІ В О Л О К Н А

ШТУЧНІ СИНТЕТИЧНІ

на основі природних ВМС на основі синтетичних ВМС:

(целюлози, білків): - віскозні,

- поліамід,

- мідноаміачні - поліакрилонітрил,

- ацетатні і т.д. - поліефір,

- поліуретан,

- ПВХ волокна і т.д.

Зі штучних волокон найбільше значення мають віскозне й ацетилцелюлозне волокно, із синтетичних - капрон, лавсан, нітрон. З усіх синтетичних волокон, що випускаються сьогодні, на частку поліамідних приходиться понад 50% (капрон СНГ), силон (Чехія), найлон-6 (США), дедерон (Німеччина).

Сьогодні велика увага приділяється виробництву синтетичних волокон, оскільки їх властивості кращі, а затрати праці при їх отриманні менші. Наприклад, стійкість автомобільних шин до стирання при заміні бавовняного каркаса на каркас із хімічних волоколн підвищується більше ніж у 2 рази. На сьогодні всі технічні тканини виготовляють тільки із синтетичних волокон. Особливо економічно вигідно використовуватим синтетичні тканини у процесі виробництва фільтрів, пилеуловлювачів. Але синтетичні волокна менш гігієнічні, ніж штучні, не вбирають воду, електризуються, тому з них майже не виробляються тканини для пошиття натільної білизни.

Природніх полімерів, придатних для одержання хімічних волокон дуже небагато. Це целюлоза (бавовняна чи деревна) і білок (казеїн і зеин). Промислове значення має тільки целюлоза.

Весь технологічний процес одержання хімічних волокон в залежності від виду використовуваної вихідної сировини можна розділити на чотири стадії.

Перша стадія - одержання вихідної сировини, придатної для виробництва хімічних волокон. Для штучних волокон - виробництво целюлози. Для синтетичних волокон ця стадія полягає в синтезі вихідного полімеру з мономера.

Друга стадія - приготування прядильного розчину або розплаву для формування волокна (тому що одержати волокно безпосередно з твердого полімеру практично неможливо). У процесі використовують органічні (ацетон, етиловий спирт тощо) та неорганічні розчинники. Для поліпшення властивостей прядильної маси та якості волокон до прядильної маси додають ПАР, барвники тощо. Отриману рідинну масу дегазують, фільтрують і подають на формування волокна (прядіння).

Третя стадія - формування волокна (раніше називалося прядінням) є найбільш відповідальною при виробництві хімічних волокон. Ця стадія полягає в тому, що прядильний розчин або розплав полімеру продавлюється через філ’єру з отворами, діаметр яких 40-900 мкм у залежності від способу формування. Найтонші струмки прядильного розчину коагулюють (затвердівають) в осадильній ванні (спосіб мокрого формування з розчину), чи твердіють після випару розчинників (спосіб сухого формування з розчину), або твердіють на повітрі, переходячи з розплавленого стану у твердий (спосіб формування з розплаву) і перетворюються в окремі елементарні нитки. Додатково зміцнюють волокна, накручуванням їх на ролики, бобіни тощо. У процесі формування та натягування при накручуванні лінійні макромолекули впорядковуються вздовж осі волокна, що підвищує його міцність. Потім із волокон виготовляють нитки скручуванням або ріжуть на відрізки довжиною 130-150 мм.

Четверта стадія - полягає в проведенні різних хімічних і механічних операцій, яким піддають нитку для обробки і надання їй визначених властивостей.

Одним із найбільш пожежонебезпечних виробництв хімічних волокон є виробництво віскозного шовку.

Віскоза – від лат. „viscosus” – клейкий, вязкий.

Основною сировиною для виробництва віскози є целюлоза (клітковина), яка надходить на заводи штучного волокна у вигляді картону. Віскозне волокно не розчиняється в органічних розчинниках, має порівнянно велику міцність та витримує нагрівання до 100-120⁰С. Проте воно не стійке в лугах і в разі зволоження наполовину втрачає міцність. Із віскозного волокна виробляють шовк, корд, целофан, каракуль тощо.

Розглянемо технологічний процес виробництва віскозного волокна, що складається з наступних операцій:

- одержанні лужної целюлози шляхом хімічної обробки целюлози;

- одержанні ксантогената целюлози;

- одержанні прядильного розчину віскози;

- очищення віскози від механічних домішок і повітря;

- формування волокна;

- обробка волокна.

ОДЕРЖАННЯ ЛУЖНОЇ ЦЕЛЮЛОЗИ (МЕРСЕРИЗАЦІЯ)

Целюлоза у виді волокнистої маси або листів (5-6% вологості) зі складу

надходить у хімічний цех. Для підвищення рівномірності обробки її перемішують, ріжуть і гофрують.

Одержання лужної целюлози полягає в обробці целюлози великим

надлишком 18%-ного розчину їдкого натру з наступним віджимом целюлози від надлишку лужного розчину. Мерсеризація (походить від прізвища англійського вченого Дж. Мерсера) проходить в агрегаті-мерсеризаторі при температурі 60-70⁰С.

При періодичній обробці застосовуються ванни-преси з віджимним пристроєм. У них завантажують целюлозу, заливають 18%-ным розчином лугу і витримують протягом 1 години. Утворюється лужна целюлоза (алкалицелюлоза):

(С₆Н₁₀О₅)_n+nNaOH--> (C₆H₁₀O₅NaOH)_n

Безупинний процес одержання лужної целюлози здійснюється у вертикальних барабанах з мішалкою з наступним віджимом на фільтрах або у черв'ячних пресах.

Потім целюлозу подрібнюють у спеціальних апаратах-подрібнювачах для прискорення наступного процесу обробки алкилцелюлозы.

Після витримування лужної целюлози протягом визначеного часу при постійній температурі (25-26⁰С) (відбувається зниження молекулярної ваги) її стрічковим транспортером подають у цех ксантогенування, на наступну стадію.

ОДЕРЖАННЯ КСАНТОГЕНАТА ЦЕЛЮЛОЗИ.

По закінченні процесу виспівання лужна целюлоза піддається обробці сірковуглецем. При взаємодії сірковуглецю з целюлозою утворюється ксантогенат целюлози - складний ефір целюлози та дитиовугільної кислоти.

Ксантогенування проводиться при температурі 28-32⁰С, протягом 1-2,5 год. Реакція супроводжується виділенням тепла. Для регулювання температури апарати ксантогенування постачають системою для охолодження.

Основними параметрами, що визначають ступінь утворення ксантогената целюлози, є тривалість процесу, температура, кількість витрати CS₂ і ступінь віджиму лужної целюлози.

Закінчення ксантогенування визначають по зміні тиску в апараті.

Перед реакцією в апараті створюють вакуум у межах 0,053-0,066 МПа. Після впуску CS₂ у результаті його випаровування створюється підвищений тиск. В міру вступу CS₂ у реакцію тиск падає і до кінця процесу в апараті створюється вакуум.

При підвищенні температури значно зростає швидкість ксантогенування. Враховуючи екзотермічність реакці ксантогенування, температурний режим звичайно вибирають таким чином, щоб кінцева температура була вище початкової на 5-7⁰С, тому що при підвищених температурах йдуть побічні процеси.

Кількість CS₂, що подається в ксантогенатор, визначається видом вироблюваного вихідного волокна. При одержанні віскозних ниток і волокна звичайно витрачається 32-36% CS₂ від маси вихідної целюлози, а для одержання високоміцних ниток - 40-43%.

Враховуючи те, що CS₂ є основною причиною небезпеки віскозного виробництва, зниженню кількості CS₂ при ксантогенуванні придается особлива увага.

АПАРАТУРА ДЛЯ КСАНТОГЕНУВАННЯ

Для ксантогенування застосовують апарати різної конструкції. По найбільш старому технологічному процесі, ксантогенування проводять у ксантат-барабанах, де здійснюється тільки процес ксантогенування й отриманий ксантогенат вивантажують вручну.

В даний час для ксантогенування найчастіше застосовуються одномішалочні ксантогенатори найпростішої конструкції і вакуум-ксантат-мішалки.

Одномішалочний ксантогенатор представляє собою герметично закриту судину, з горизонтальною лопатковою мішалкою й системою охолодження. Ємність апарата розрахована на завантаження 750-1250 кг целюлози. Поруч з апаратом установлюється центрифугальний розтирач.

Ксантогенування в апараті продовжується 90 хв. Для видалення парів CS₂ з апарата за 5 хв. до кінця процесу його продувають за допомогою спеціального вентилятора протягом 1-2 хв. і вводять 85% усіх добавок, потім усю масу передають через центрифугальний апарат-розтирач для дорозчинення. Для видалення залишків ксантогената апарат промивають лугом.

Таким чином, загальний цикл роботи ксантогенатора включає наступні етапи:

-завантаження лужної целюлози;

-продувка азотом;

-створення розрідження в апараті (0,053-0,066);

-подача сірковуглецю;

-ксантогенування;

- добавка лугу;

-вивантаження апарата;

Дата добавления: 2014-01-06