Введение к работе
Актуальность работы. Действующие в настоящее время производства макрогетероциклических красителей и, в частности, фталоцианина меди Р-модификации, не в состоянии обеспечить стабильно высокое качество продукции при соблюдении требований по энерго- и ресурсосбережению производства. Получаемый в промышленных условиях фталоцианин меди не может быть использован в качестве пигмента из-за крупных вторичных и третичных частиц, большого количества примесей, присутствия кристаллов другой модификации в продукте, отрицательно влияющих на колористические и физико-химические показатели красителя. Существенным недостатком получаемого фталоцианина меди является его способность к агломерированию при сушке и к флоккуляции в красках, что обусловлено низкой лиофилизацией частиц. Последнее влечёт за собой агрегативігую и седиментационную неустойчивость лакокрасочной системы. Поэтому, возникает необходимость в разработке прогрессивных технологий получения пигментной формы фталоцианина меди высокого качества.
Предложенные в диссертации способы и конструкции для получения пигмента голубого фтапоцианинового Р - модификации теоретически обоснованы, экспериментально проверены и позволяют получить целевой продукт с улучшенными колорисптсескими и реологическими показателями. При этом выполняются требования по энерго- и ресурсосбережению, что имеет актуальное научное и промышленное значение.
Работа выполнялась в соответствии с Единым заказ-нарядом Министерства образования РФ по теме "Разработка теоретических основ расчета и конструирования аппаратов и технологических узлов гибкігх автоматизированных установок химических и микробиологических производств" и грантом Министерства образования РФ по фундаментальным исследованиям в области машиностроения "Теория и методы создания энерго- и ресурсосберегающего оборудования многоассортиментных автоматизированных органических полупродуктов и красителей" (шифр - 97 - 24 - 12.2 -13) за 1999 г.
Целью работы является разработка прогрессивных способов и оборудования геометрического модифицирования фталоцианиновых красителей (на примере фталоцианина меди) с целью улучшения ігх колористичесюгх и реологических показателей, а также создание пилотных и опытно-промышленных установок производства фталоцианшювого пигмента и исследование эффективности их функционирования.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены задачи: разработка новых способов геометрического модифицирования фталоцианина меди; исследование кинетики модифицирования фталоцианина меди на пилотных установках периодического и непрерывного действия; математическое моделирование периодігческого и непрерывного процессов получения пигментной формы фталоцианина меди; оптимизация режимных параметров и оптимальное проектирование оборудования периодического и непрерывного технологических процессов перевода фталоцианина меди в пигментную форму; разработка опытно-промышленной установки получения пигмента; разработка рекомендаций по применению в про-
мышленности прогрессивного способа и оборудования геометрического модифицирования органических пигментов.
Методы исследования. В работе использованы современные экспериментальные методы спектро-фотометрии, однократного рассеивания лазерного луча на приборе Autosuser-II, реологических исследований на установке Plasticorder, инструментальные методы химического анализа, методы математического моделирования на базе аппарата искусственных нейронных сетей и оптимизации по методу последовательного квадратичного программирования.
Научная новизна:
исследована кинетика диспергирования и "подращивания" (геометрического модифицирования) фталоцианина меди в псевдопластичной пасте с кальцинированной содой (инертный материал);
предложен и обоснован новый непрерывный способ перевода фталоцианина меди в пигментную форму (патент № 2148601);
разработана математическая модель процесса геометрического модифицирования фталоцианина меда для машин периодического и непрерывного действия с использованием искусственной нейронной сети типа многослойного персептро-на;
найдены оптимальные режимные условия проведения процесса перевода фталоцианина меди в пигментную форму и предложен способ получения макроге-тероциклических пигментов с улучшенными колористическими и реологическими показателями.
Практическая значшюсть доказывается решением актуальной промышленной задачи повышения качества отечественных макрогетероциклических красителей.
Разработанный способ перевода фталоцианина меди в пигментную форму реализован на опытно-промышленном смесителе-диспергаторе многоступенчатого типа непрерывного действия и рекомендован к внедрению на ОАО "Пигмент", *г. Тамбов.
Предложенные в диссертационной работе математические модели исследуемого процесса могут быть использованы при изучении процессов модифицирования других кристаллических веществ в структурно-вискозных или в псевдопластичных средах.
Разработанный непрерывный способ геометрического модифицирования фталоцианина меди позволяет улучшить колористические и реологические показатели отечественных фталоцианиновых пигментов, например, красящую способность увеличить на 8 %, а текстуру уменьшить на 5 мкм по сравнению с существующим типовым образцом на ОАО "Пигмент", г. Тамбов.
Реализация результатов работы. Предлагаемый способ геометрического модифицирования фталоцианина меди апробирован в лабораторных условиях, на опытно-промышленной установке и рекомендован к внедрению в производство ОАО "Пигмент", г. Тамбов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на: Международных научно-технических конференциях "Техника и технология экологически чистых химических производств" (Москва, 1998 г.), "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомоле-
кулярных соединений" (Казань, 1998 г.), "МКХТ-99" (Москва, 1999 г.), "Жидкофазные системы и нелинейные процессы в химии и химической технологии" (Иваново, 1999 г.); Всероссийской конференции "Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций" (С.-Петербург, 1998 г.); региональных научно-технических конференциях "Проблемы химии и химической технологии" (Липецк, 1997 г.; Воронеж, 1998 г.; Воронеж, 2000 г), "Экология - 98" (Тамбов, 1998 г.); научно-технических конференциях ТГТУ (1997 - 2000 гг.).
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы, изложены в 21 публикации в научных журналах и сборниках трудов конференций. По результатам инженерной части работы получен патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Она содержит 172 страницы основного текста, 41 рисунок, 15 таблиц и источников из 179 наименований.