CC BY
6
A UNIVERSUM:
№11(128)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_ноябрь. 2024 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИАНИОННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, ПОЛУЧАЕМОЙ ИЗ ВОЛОКОННЫХ ОТХОДОВ ХЛОПКООЧИСТИТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ, И ЕЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МЕХАНО-СТРУКТУРНЫХ СВОЙСТВ
Рахманов Жахонгир Жалилович
доцент,
Университет экономики и педагогики, Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: raxmanov.jaxongir@mail. ru
Бозоров Отабек Нашвандович
профессор,
Университет экономики и педагогики, Республика Узбекистан, г. Карши
THE COTTON INDUSTRY IS ENGAGED IN RESEARCH AND DEVELOPMENT OF PRODUCTS MADE OF POLYANION CELLULOSE FIBERS AND PHYSICO-CHEMICALS HAMDA HOSSALARI FACULTY OF MECHANICS AND STRUCTURE
Jakhongir Rakhmanov
Associate Professor, University of Economics and Pedagogy, Republic of Uzbekistan, Karshi
Otabek Bozorov
Professor,
University of Economics and Pedagogy, Republic of Uzbekistan, Karshi
АННОТАЦИЯ
Для состава новых видов буровых смесей для нефтегазовой промышленности проведены исследования по получению фракции полукарбоксиметилцеллюлозы с низким обменным курсом на основе полианионной целлюлозы и отходов текстильного волокна из волокнистых отходов хлопкоочистительных предприятий. При химической обработке образцов целлюлозы на основе волокнистых отходов хлопкоочистительных заводов (ПТКТЧ) в зависимости от химического состава целлюлозы родственные препараты часто вступают в разные реакции, этерифицируются с разной скоростью и дают продукты разного качества. Эфиры целлюлозы обычно получают обработкой щелочной целлюлозы галогенированными алкилами, оксидами олефинов и галогенированными кислотами. Карбоксиметилцеллюлоза используется в качестве стабилизатора растворов, применяемых при бурении нефтяных скважин.
ABSTRACT
For the composition of new types of drilling mixtures for the oil and gas industry, research was carried out to obtain a fraction of semi-carboxymethylcellulose with a low exchange rate based on polyanionic cellulose and textile fiber waste from fibrous waste from cotton gins. When chemically processing cellulose samples from cotton gin waste (GFR), depending on the chemical composition of the cellulose, related drugs often undergo different reactions, esterify at different rates, and produce products of different quality. Cellulose ethers are usually prepared by treating alkali cellulose with halogenated alkyls, olefin oxides and halogenated acids. Carboxymethylcellulose is used as a stabilizer for solutions used in oil drilling.
Ключевые слова: целлюлоза, препараты, макромолекулы, гомогенная этерификация, препараты, полианионные, обмен, реакция, реагенты, смесь.
Keywords: cellulose, drugs, macromolecules, homogeneous esterification, drugs, polyanionic, exchange, reaction, reagents, mixture.
Библиографическое описание: Рахманов Ж.Ж., Бозоров О.Н. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИАНИОННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, ПОЛУЧАЕМОЙ ИЗ ВОЛОКОННЫХ ОТХОДОВ ХЛОПКООЧИСТИТЕЛЬНЫХ ЗАВОДОВ, И ЕЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МЕХАНО-СТРУКТУРНЫХ СВОЙСТВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 11(128). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/18730
Введениие: известно, что стабилизаторы играют важную роль в бурении нефтяных скважин, поскольку использование термостойких марок стабилизирующих реагентов позволяет снизить норму расхода применяемых химических веществ [1]. В следующем разделе будут рассмотрены значимые исследовательские работы, проведенные в этом направлении, которые продемонстрировали положительные результаты. Для нефтегазовой промышленности были проведены исследования по разработке новых типов буровых растворов на основе полианионной целлюлозы и волокнистых отходов текстильной промышленности, а также по получению фракции полукарбоксиметилцеллюлозы с низким уровнем замещения, используемой для армирования [2].
В четвертой главе, посвященной исследованию получения полианионной целлюлозы из и фракции полукарбоксиметилцеллюлозы с низким уровнем замещения, используемой для армирования буровых растворов на основе волокнистых отходов текстильной промышленности, представлены результаты исследований и анализ процессов получения полукарбоксиметилцеллюлозы, а также физико-химических и механико-структурных свойств [3]. Также описаны этапы освоения технологии новых композиционных типов буровых растворов с использованием полианионной целлюлозы и полукарбокси-метилцеллюлозы, полученной на основе, с низким уровнем замещения, а также представлена принципиальная схема разработки технологии новых фракций буровых растворов для нефтегазовой промышленности на основе местного сырья [4-6].
Обычные эфиры целлюлозы получают воздействием галогенированных алкилов, олефиновых оксидов и галогеновых кислот на целлюлозу. Карбоксиметилцеллюлоза теоретически представляет собой простой эфир целлюлозы и гликолевой кислоты [7-8].
Методология исследования: для получения карбоксиметилцеллюлозы в качестве сырья используются натриевая соль уксусной кислоты и сульфатная целлюлоза. В промышленности целлюлозу обычно обрабатывают в водном растворе щелочи при обычной температуре, после чего ее измельчают и разделяют на волокна. Затем на нее воздействуют натриевой солью хлорной кислоты при температуре 35-40 °С, что приводит к образованию КМЦ [9].
[СбН702(0Н)з*Ка0Н]„+С1СН2С00Ка [СбН702(0Н)х(0СИ2С00Ка)у]„
35-40"
В промышленности эфиры имеют степень замещения и = 0,5-1,2, что соответствует у = 50-120. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) представляет собой твердый продукт белого или желтоватого цвета. КМЦ обладает гигроскопичностью и при обычных условиях может поглощать до 12% воды. Свойства КМЦ в значительной мере зависят от степени ее эфирирования. Например, КМЦ с эфирной степенью 50 и выше растворима в разбавленных растворах щелочей.
КМЦ используется в качестве стабилизатора в растворах, применяемых при бурении нефтяных скважин. Благодаря растворимости эфирной соли в воде, ее также применяют в качестве замены крахмала для технических нужд. Растворы эфирной соли находят широкое применение в текстильной промышленности при отделке пряжи, обогащении ценными рудами для извлечения металлов и производстве клея. Кроме того, КМЦ широко используется для производства синтетического мыла и улучшения качества бумаги. КМЦ производится зарубежными компаниями под различными торговыми названиями, такими как тилоза, актизола, фриколат, куриоза, блакоза, целлюфикс, майол, нимцел, целик, ловоза, финфикс и другими.
Количество воды в составе смеси должно быть на необходимом уровне, чтобы обеспечить диффузию реагентов по целлюлозным волокнам. В противном случае значительное увеличение количества воды ускоряет процесс гидролиза целлюлозы и натриевой монохлорацетата, что отрицательно сказывается на степени замещения образованной КМЦ и ухудшает ее растворимость [3].
Технология получения карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в промышленности по всему миру в основном основана на древесной целлюлозе. Это связано с тем, что аморфная часть макромолекул древесной целлюлозы значительно больше, чем у хлопковой целлюлозы, и степень кристаллизации у нее ниже, что, соответственно, обеспечивает более высокую реакционную способность и экономическую целесообразность в производстве [4].
Существует несколько методов производства КМЦ, которые в основном были разработаны в результате научных исследований, направленных на получение высокополимерных соединений с высокой степенью замещения и, в целом, на достижение положительных результатов. Ниже представлена принципиальная схема получения КМЦ, отражающая текущую технологическую последовательность в производстве.
1-ролганг; 2-транспортёр; 3-мерсеризатор; 4-фильтр; 5- щелочность; 6-массонасос; 7- манометр; 8- компрессионный пресс; 9- щелочной измельчитель целлюлозы; 10- щелочной целлюлозный хладагент; 11- щелочная собирающая способность целлюлозы; 12-дозатор; 13- МаМХУК собирательная способность; 14-дозатор ЫаМХСК; 15-аппарат для смешивания щелочной целлюлозы с ЫаМХСК; 16- ферментационный реактор КМЦ; 17- реактор, передающий КМЦ; 18- сушильное оборудование; 19- вентилятор; 20-циклон;21- дробильное устройство; 22- упаковочное оборудование.
Рисунок 1. принципиальная схема получения КМЦ, отражающая текущую технологическую
последовательность в производстве
Согласно этому, целлюлоза поступает в мерсери-затор через транспортер. Здесь целлюлоза обрабатывается щелочным раствором. Процесс обработки целлюлозы в щелочи проводится при температуре 14-16 °С. Затем щелочная целлюлоза проходит через пресс для сжатия и в дальнейшем подготавливается к обработке [5].
СбН702(0Н)з+хКа0Н^ СбН702(0Н)з-х(0Ка)х+хШ0
Полученная щелочная целлюлоза, то есть обработанная целлюлоза, затем охлаждается и помещается в аппарат Вернера-Плейдерера. Здесь щелочная целлюлоза карбоксиметилируется натриевой монохлор-ацетатой. Эта реакция называется алкилированием.
В макромолекуле целлюлозы гидроксильная группа (ОН) на шестом углероде расположена удаленно от глюкозидного кольца, поэтому она первым делом подвергается замещению, то есть карбоксиметилированию.
Если мольные соотношения целлюлозы и натриевой монохлорацетаты увеличиваются, гидрок-сильные группы на втором и третьем углеродах также участвуют в реакции алкилирования.
Процесс карбоксиметилирования продолжается в течение определенного времени. Затем полуфабрикат переводится в реактор для завершения реакции.
В этом месте в результате экзотермической реакции образуется КМЦ.
СбН702(0Н)з-х(0Ка)х+хС1СН2С00Ка^
СбН702(0Н)з-х(0СН2С00Ка)х+хКаС1
Температура массы поднимается до 90-100 °С. Процесс получения КМЦ завершается размещением в складских помещениях через сушильные устройства и мельницы [6].
В результате исследований был разработан упрощенный метод получения КМЦ. В соответствии с ним исключены избыточные технологические процессы, ранее использовавшиеся в производстве.
В новом упрощенном методе целлюлоза поступает непосредственно в монопарат, где к ней добавляется щелочной раствор в необходимом соотношении, и затем последовательно выполняются процессы мерсеризации, охлаждения щелочной целлюлозы и алкилирования. Полученный полуфабрикат проходит через сушильные устройства и размещается в складских помещениях через мельницы. Отдельно выделенная часть приведенной выше схемы относится именно к упрощенному технологическому процессу производства КМЦ [7].
Результаты и обсуждение: при налаживании производства КМЦ с высокими качественными показателями важную роль играют различные реакции, входящие в технологические процессы. Одна из этих реакций - процесс созревания. Процесс созревания основан на экзотермической реакции, в результате которой из КМЦ выделяется тепло в диапазоне 50-100 °С.
Это приводит к завершению реакции различных реагентов, которые не полностью вошли в реакцию,
и увеличивает степень замещения, а также содержание основного вещества (КМЦ%). В то же время между макромолекулами полученного продукта происходит процесс деструкции, что негативно сказывается на степени полимеризации КМЦ [8].
В следующей таблице приведены физико-химические нормы для №-КМЦ, полученного на основе волокнистые отходы хлопкоочистительных предприятий, в сравнении с нормами, указанными в стандарте ТУ-2231-001-5353-5770-01.
Таблица 1.
Сравнение качественных показателей ^-КМЦ, полученного на основе волокнистых отходов хлопкоочистительных предприятий, с нормами, указанными в стандарте ТУ-2231-001-5353-5770-01,
а также физико-химические результаты.
№ Индикаторы ПЦОЦ КЦ, ПВОХП ПЦОЦ, ПТВО ТУ 85/600
1 Полимеризация, не менее 1294 799 498
2 Степень замещения карбоксильной группы 103 89 59-78
3 Содержание основного вещества, % 64 69 44
4 Динамическая вязкость 2%-ного водного раствора, мПас 324,0 295,8 90-150
5 Растворимость в воде, % 97,3 94,5 93
6 Среда, рН 11 12 8-12
*ПАЦОЦ КЦ, ПВОХП - полианионная целлюлоза на основе целлюлозы, полученной из волокнистых отходов хлопкоочистительных предприятий.
*ПАЦОЦ, ПТВО - полианионная целлюлоза на основе целлюлозы, полученной из текстильных волокнистых отходов.
Из 2-й таблицы можно наблюдать, что качествен- 5353-5770-01, что позволяет использовать его в ка-
ные показатели полученного ПАЦ соответствуют честве качественного стабилизатора для буровых
требованиям технических условий ТУ-2231-001- растворов [9].
Таблица 2.
Основные качественные показатели производимого химического реагента ПАЦ
Индикаторы Качественные показатели ПАЦ
Технические требования Состав Заключительный анализ
Абсолютная потеря воды из сухого КМЦ в глиняном растворе составляет 0,75 см3/мин (при расчете на основное вещество), не более. 4,0 3,8 Соответствует
Доля воды в массе, не более. 10 10 Соответствует
Показатель водорода, pH в 1,5%-ном водном растворе. 6,0-10 7 Соответствует
Анализ проведен в соответствии с требованиями TSh 39.3-275:2011 — в соответствии с устойчивостью к фильтрации буровых жидкостей
Производимый химический реагент (полианионная целлюлоза на основе волокнистых отходов текстильных предприятий и композитной целлюлозы) (анализ проведен в соответствии с требованиями ТУ 39.3-275:2011 — в соответствии с устойчивостью к фильтрации буровых жидкостей) демонстрирует, что состав реагентов на основе ПАЦ характеризуется использованием в качестве стабилизирующего сырья для нефтегазовой промышленности.
Заключение: Фракция полукарбоксиметил-целлюлозы синтезирована на основе местного сырья -
поли анионной целлюлозы и волокнистых отходов хлопчатобумажных фабрик. Разработана технология синтеза нового соединения. Реакции проводили в присутствии галогенированных алкилов, оксидов олефинов и галогенированных кислот. Определены области применения синтезированного соединения, и оно рекомендовано в качестве стабилизатора растворов, применяемых при бурении нефтяных скважин. Проведено сравнение качественных показателей синтезированного соединения карбоксиметил-целлюлозы со стандартными растворами и отмечены преимущества.
№ 11 (128)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
■ 7universum.com
ноябрь, 2024 г.
Список литературы:
1. Прогожин М.Н. моделирование процессов гомогенного ацетилования целлюлозы. Дисс. На соиск. Учёной степени канд.хим.наук. Л., 1970.
2. Кузнецов Е.П., и др. Производство эфиров целлюлозы. "Химия", Ленг. Отд., 1974, с.23.
3. Tanawan Pinnarat, Nattajak Wongkam. (2022). Hydrothermal reaction of cellulose in ionic liquid catalyzed by Er(OTf)3. Results in Engineering. Vol. 16. pp. 100631. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100631
4. Рахмонбердиев Г.Р., Сидщов А.С. Изменение надмолекулярной структуры целлюлозы при активационных обработках фосфорорганическими соединениями. ХПС, Т, 2000,№ 6 с. 497-499.
5. Лендве К., Морвин Ш. Химия и технология целлюлозного производства. Лесная промышленность. 1978, с. 544.
6. Усмонов Х.Ч. и др. Перспективы переработки отходов хлопководства. Тошкент, ФАН, 1964, с.174
7. Набиев Д.С. Разработка технологии получения хлопковой целлюлозы для вискозной сосисочной облочки. Тошкент, 1990, с.145.
8. Jing-Huan Chen, Jin-Gang Liu, Yan-Qun Su, Ze-Hong Xu, Mei-Can Li, Rui-Feng Ying, Jian-Quan Wu. (2013). Preparation and properties of microfibrillated cellulose with different carboxyethyl content. Carbohydrate Polymers. Vol. 206. pp. 616-624. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.11.024.
9. Keshipour, S., Maleki, A. (2019). Modification of Cellulose. In: Mondal, M. (eds) Cellulose-Based Superabsorbent Hydrogels. Polymers and Polymeric Composites: A Reference Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-77830-3 17
