Введение к работе
Актуальность проблемы. Интенсивное развитие промышленности, требования к рациональному использованию природных ресурсов ставят перед учеными республики определенные задачи по разработке новых и усовершенствованию существующих технологических процессов, созданию материалов, обладающих принципиально новыми свойствами, повышенными требованиями к качеству получаемого сырья. Различные отходы хлопкоочистительной промышленности (отдельные виды линта, циклонный пух и др.) стебли хлопчатника - ценное целлюлозосодержащее сырье, количество которого увеличивается с ростом производства хлопка-сырца. По мере увеличения производства хлопка-сырца количество волокнистых отходов хлопкозаводов может достигать до 65-75 тыс. тонн в год. В настоящее время особый интерес представляет использование стеблей хлопчатника (гуза-пая). Запасы стеблей хлопчатника в нашей республике составляют более 5 млн. т/год, которые содержат в своем составе до 35-40% целлюлозы.
Следовательно, получение целлюлозы из низкосортного хлопкового сырья с дальнейшим использованием волокнистых полуфабрикатов в различных областях - проблема, имеющая крупное народнохозяйственное значение.
Для практического решения этой проблемы необходимо располагать научно обоснованной методологией, позволяющей создать технологию получения целлюлозы и предложить варианты рационального использования вырабатываемых продуктов с учетом технико-экономических и экологических требований. Выдвинутые в работе положения и технологические решения научно обоснованы и доказаны, их интерпретация дана в соответствии с современными представлениями о технологии получения хлопковой целлюлозы и ее химической переработке.
Цель работы. Создание прогрессивной технологии производства и переработки хлопковой целлюлозы из низкосортного хлопкового сырья.
Впервые, с позиции системного подхода, дана количественная оценка взаимосвязей основных параметров, характеризующих технологию получения целлюлозы из волокнистых отходов хлопкоочистительной промышленности, а также стеблей хлопчатника (гуза-паи), разработаны методологии и алгоритмы расчета параметров, определяющих структуру технологических схем производства целлюлозы. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать теоретические основы получения целлюлозы,
позволяющие определить количественные значения основных параметров,
характеризующих структуру производства;
на базе данных по исследованию параметров структуры низкосортного
хлопкового сырья разработать способы его подготовки для химической
переработки с целью получения волокнистых полуфабрикатов;
разработать теоретические основы выбора способов химической
переработки (варки) растительного сырья с заданными параметрами;
разработать теоретические предпосылки к методике выбора
компонентов и состава катализирующих и (или) стабилизирующих смесей,
обеспечивающих заданные параметры целевого продукта с учетом
экологических требований;
на основе экспериментальных данных по исследованиям кинетики варки полуфабрикатов из низкосортного хлопкового сырья разработать технологические режимы функционирования этих процессов;
исследовать бумагообразующие свойства хлопковых целлюлоз и разработать рекомендации по рациональному использованию полуфабрикатов для производства бумаг;
на основании полученных теоретических данных по выбору
катализирующих смесей разработать способы получения
микрокристаллической целлюлозы (МКЦ), исследовать основные направления
и режимы целевого использования этого продукта.
Научная новизна. Автором впервые предложена методология количественной оценки взаимосвязи, характеризующей технологию получения целлюлозы, и алгоритмы, позволяющие рассчитывать все основные параметры технологических схем с использованием средств электронно-вычислительной техники. Исследованы связи параметров растительного сырья с механизмом кинетики физико-химических превращений в процессах получения целлюлозы. На основании анализа этих данных определены способы варки целлюлозы, отвечающие требованиям современных, экологически безопасных технологий.
Разработан технологический режим процесса кислородно-щелочной варки целлюлозы из линта различных сортов, циклонного пуха и стеблей хлопчатника. Показана принципиальная технологическая возможность создания экологически безопасного производства целлюлозы. На основании результатов исследований упруго-релаксационных свойств бумаг, где в композициях используются различные виды целлюлоз, разработаны рекомендации по рациональному применению хлопковых полуфабрикатов для производства бумаг.
Разработана новая технология получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) из хлопковых целлюлоз методом кислотно-катализирующего гидролиза с использованием бинарных катализирующих смесей. Исследованы возможности использования МКЦ для производства продуктов различного назначения. Исследована кинетика процесса кислотно-катализируемого гидролиза хлопковых целлюлоз, получены кинетические уравнения и определены кинетические параметры процесса.
Доказана возможность использования гелей МКЦ в составе керамических масс для производства фарфора. Разработаны и внедрены составы фарфоровых масс с использованием гелей МКЦ.
Практическая ценность работы. На основе результатов исследований
разработаны технологии получения хлопковой целлюлозы из низких сортов
линта, циклонного пуха, улюка и стеблей хлопчатника, что позволяет решить
вопрос рационального использования волокнистых отходов
хлопкоочистительной промышленности и обеспечивает расширение сырьевой
базы производств, связанных с химической переработкой целлюлозы и выработкой МКЦ и бумага.
Рекомендовано использование МКЦ в качестве упрочняющей добавки в фарфоровой массе, способствующей значительному улучшению физико-механических и технологических свойств полуфабриката. Проведены широкие промышленные испытания в условиях Ташкентского и Кувасайского фарфоровых заводов; внедрена на Ташкентском фарфоровом заводе.
Совместно с итальянской фирмой "Пирал" были проведены технические испытания возможного использования МКЦ в качестве добавки в керамическую массу, что позволило увеличить механическую прочность, уменьшить время сушки, толщину, количество брака изделий и, как следствие, снизить их себестоимость.
Личный вклад автора состоит в проведении исследований в указанном направлении, ему принадлежит решающая роль в выборе и формулировании направления исследований, разработке технологии получения целлюлозы из волокнистых полуфабрикатов и обсуждении научных результатов работы. Приведенные технологические схемы разработаны автором лично, а в выполненных в соавторстве, автор активно участвовал на этапе постановки задачи, в обсуждении полученных результатов, формулировании закономерностей и выводов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: Международном симпозиуме по макромолекулярной химии "MACRO-78" (Ташкент, 1978 г.), Международной конференции "Силикон -89" (Будапешт, 1989г.), Международном симпозиуме "Полимер фанининг замонавнй муаммолари" (Ташкент, 1995 г.), Международном симпозиуме по механо-хнмии (Ташкент, 1995 г.), Международном симпозиуме 36-Jupac "MACRO-96" (Сеул, 1996 г.), lV-международном симпозиуме по полимерам гюркоязычных стран (Стамбул, 1996 г.), I,V - Всесоюзных конференциях по физике и химии целлюлозы (Рига, 1975 г., Ташкент, 1982 г.), IV - Всесоюзной конференции по проблемам "Старение и стабилизация полимеров" (Ташкент,
-
г.), VI - Всесоюзной конференции по химии и использованию лигнина [Рига, 1976 г.), XII - Всесоюзной конференции по калориметрии (Москва,
-
г.), II - Всесоюзной конференции по мембранным методам разделения гмесей (Владимир, 1977 г.), V, XIV - Всесоюзных Менделеевских съездах [Ленинград, 1978 г., Ташкент, 1989 г.), Всесоюзном совещании 'Микрокристаллическая и порошковая целлюлоза, получение и области использования" (Ташкент, 1986 г.), II - Всесоюзной конференции по лишкатам (Кишинев, 1979 г.), VI, VII - Всесоюзных конференциях по їезинтеграторной технологии (Таллин, 1989, 1991 гг.), Всесоюзной сонференции "Керамика-90" (Москва, 1990 г.), Всесоюзной научно-грактической конференции "Ученые и специалисты в решении социально-жономических проблем страны" (Ташкент, 1990 г.), Республиканских научно-ірактических конференциях молодых ученых и специалистов (Ташкент, 1987. 1988, 1989 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 71 научная работа, включая статьи, авторские свидетельства, тезисы на международных и всесоюзных симпозиумах, конференциях.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 254 страницах машинописного текста, содержит 44 таблицы, 57 рисунков и состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложения. Приложение содержит ТУ, регламенты, акты испытания, внедрения и экономические расчеты.