CC BY
27
Список литературы:
1. Инновационный патент на изобретение PK № 21627. Механизм привода режущего аппарата уборочной машины / A.C. Адильшеев и [др.]. - 2008.
2. Турбин Б.И. Снижение вибраций и шумов в сельскохозяйственных машинах / Б.И. Турбин, В.Н. Дроздов. - М.: Машиностроение, 1976. - 224 с.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЫБОРА МЕТОДА СУШКИ ПОЛУПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ
© Брянкин К.В.*
Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов
Разработана классификация и определены уровни термической стойкости полупродуктов органических красителей (ПОК) в процессах сушки на основе анализа химической структуры рассматриваемых веществ, по результатам анализа данных, полученных при дериватогра-фических исследованиях термической устойчивости ПОК, с учетом особенностей протекания процессов тепло- и массообмена, выявленные при изучении кинетических характеристик процесса сушки ПОК. Предложены практические рекомендации по выбору способа сушки ПОК с учетом его термочувствительности.
Органические соединения, к которым относятся ПОК, характеризуются различной термической устойчивостью, что или не учитывается в настоящее время при проведении технологических процессов или учет термической устойчивости соединений производится без соответствующего научно-теоретического обоснования, основываясь лишь на эмпирических подходах, в основе которых лежат экспериментальные данные. Выбор температурных режимов процесса сушки производится на основе ряда экспериментов по сушке запускаемого в производство продукта в лабораторном сушильном шкафу при различных температурах. В качестве температуры процесса принимается такое значение, при котором при длительном термическом воздействии не происходит термодеструктивных превращений целевого вещества. Такой подход имеет множество недостатков.
Сложность выбора температурного режима возникают из-за недостаточного уровня проработки вопроса термической устойчивости ПОК, отсутствует классификация органических соединений по критерию «терми-
* Профессор кафедры «Химические технологии органических веществ», кандидат технических наук, доцент.
ческая устойчивость». Подобная ситуация возникла в силу объективных причин. В фундаментальных курсах органической и физической химии практически не рассматриваются свойства соединений с точки зрения термической устойчивости [1, 2]. В прикладных научно-исследовательских работах, как правило, имеются сведения отрывочного характера.
В связи с выше сказанным, вопросы учета термической устойчивости ПОК в заключительных операциях их производства предлагается решать по следующей методике:
1. рассмотрение ПОК с точки зрения их химической структуры. На основе анализа классификаций принятой в теоретической органической химии определение принадлежности ПОК к определенному классу органических соединений;
2. проведение анализа термической устойчивости ПОК. Выявление основных закономерностей, присущих ПОК в рамках класса;
3. проведение анализа кинетики сушки и нагрева ПОК;
4. на основе анализа полученных результатов разработка классификации ПОК по их термической устойчивости в процессе сушки;
5. обобщение экспериментального опыта по сушке ПОК, принадлежащих к выявленным классам по наиболее предпочтительным, с точки зрения сохранения целевого вещества, методам сушки и рациональным типам сушильного оборудования.
Одной из наиболее важных характеристик молекулы является энергия химических связей, определяющая ее поведение в реакциях и термическую устойчивость вещества. Значения энергий связей изменяются в очень широком диапазоне [3]. То есть, органические соединения могут содержать в своем составе, как очень прочные (С - С, С - Н, С - О, С - Е, Н - О, О - Р, О - 8, Н - К), так и слабые связи (К - N О - О, О - N С - I).
Учитывая факторы, от которых зависит распределение и подвижность электронов, то тип функциональных групп, входящих в состав молекулы, знаки индукционного и мезомерного эффектов заместителей также оказывают влияние на термическую устойчивость соединений.
В работе рассмотрены наиболее распространенные полупродукты органических красителей по следующим группам: арилиды, производные пира-золона, нафталина, бензола, стильбена и антрахинона, с точки зрения особенностей протекания процесса сушки и их термической устойчивости.
ПОК производных пиразолона. Наибольший практический интерес, в качестве ПОК этого класса, представляют следующие соединения: 1-фе-нил-3-метилпиразолон-5 (ФМП), (4'-сульфофенил)-3-метил-пиразолон-5 (ПСФМП), 1-(4'-толил)-3-метил-пиразолон-5 (ПТМП).
ПОК производных нафталина. Наиболее важными из производных нафталина, используемых в качестве полупродуктов для получения красителей, являются следующие соединения: дикалиевая соль-6,8-дисульфо-Р-
нафтола (Г-соль), динатриевая соль-3,6-дисульфо-Р-нафтола (Р-соль), 2-амино-б-нафтол-7-сульфокислота (И-кислота), 1 -диазо-2-нафтол-6-нитро-4-сульфокислоты (нитродиазоксид), 2-амино-8-нафтол-6-сульфокислота (Гамма-кислота), 2-нафтиламин-1-сульфокислота (амино-Тобиас-кислота).
ПОК производных бензола. Наиболее важными из производных бензола являются следующие соединения: парафенилендиамин, сульфанилат натрия, 4-толуидин-3-сульфонат натрия.
Из ПОК производных бензола наибольший интерес с точки зрения их термостойкости представляют аминопроизводные.
ПОК арилидов. Исследовались термические свойства следующих производных ацетоуксуной кислоты: ортохлоранилид ацетоуксусной кислоты (ОХА АУК), анилид ацетоуксусной кислоты (анилид АУК), ортоанизидид ацетоуксусной кислоты (ортоанизидид АУК), метоксилидид ацетоуксусной кислоты.
ПОК производных стилъбена. Дифенилэтилен может существовать в двух структурно-изомерных формах. Транс-форма этого углеводорода называется стильбеном. В производстве органических красителей из производных стильбена большое практическое значение имеет 4,4'-диамино-стильбен-2,2'-дисульфокислота (ДАС или ДС-кислота), которая является промежуточным продуктом, нарабатываемым из 4,4'-динитростильбен-2,2'-дисульфокислоты (ДНС-кислоты).
ПОК производных антрахинона. Антрахинон является наиболее важным ближайшим производным антрацена с температурой плавления 285 °С, термически весьма устойчивым.
В отличие от антрахинона, его некоторые производные и красители на их основе имеют низкую термическую устойчивость, незнание которой не сможет обеспечить сохранность этих продуктов при температурном воздействии.
Оценить термическую устойчивость ПОК и дать им классификацию по этому критерию предлагается при помощи метода дериватографическо-го исследования, как наиболее информативного в связи с тем, что сопоставление кривых БТА и БТв позволяет производить оценку происходящих в пробе термических реакций одновременно с двух сторон - изменения энтальпии и массы.
Исследования кинетических характеристик проводились на лабораторных и полупромышленных моделях сушилок, применяемых в химической промышленности.
Обобщив результаты анализа ПОК с точки зрения химической структуры вещества [4, 5], дериватографических исследований [6] и кинетические характеристики процесса сушки и нагрева ПОК [7-9] предлагается осуществления оценки термической устойчивости ПОК предлагается применить 6 уровней термостабильности (табл. 1).
Таблица 1
Качественные уровни термической стабильности ПОК
Уровень термической устойчивости ПОК Устойчивый Очень высокий Высокий Средний Низкий Очень низкий
Условное обозначение У OB В С Н ОН
Величина потерь, % 0 -г- 0,5 0,5 4 2 2 4 5 5 4 10 10 4 25 > 25
Используя описанные выше подходы, для выделенных групп ПОК были присвоены соответствующие классы, т.е. осуществлена их классификация по термической устойчивости, результаты которой представлены в табл. 2.
Таблица 2
Классификация ПОК по термоустойчивости
№ п/п Полупродукт Диапазон рабочих температур, °С Класс термической устойчивости
ПОК пиразолонового ряда
1. ПТМП 150^250 У
2. ПСФМП 150^200 С
3. ФМП 150^200 У
Арилиды
4. Анилид АУК до 120 У
5. Метоксилидид АУК до 120 У
Ортоанизидид АУК до 140 > 200 У он
6. Ортохлоранилид АУК до 140 > 210 У он
ПОК ряда нафталина, нафтолпроизводные
7. Г-соль до 150 в с
8. Р-соль до 100 н
9. Гамма-кислота до 130 с
10. И-кислота до 130 с
Нитродиазоксид до 60 ^ 70 > 130 с н
11. Амино-Тобиас кислота > 100 с
ПОК производные стильбена
12. дне до 90 > 100 в С-ОН (без использования инертных газов возможен взрыв)
13. ДАС до 150 > 370 ОВ ОН
14. Белофоры (КД-2, КД-93) до 150 > 350 ОВ он
Производные анилина
15. ПФД до 120 ОН (в отсутствии антиоксидантов) С (в присутствии бисульфита натрия)
16. 4-толуидин-3 -сульфонат натрия до 120 ОВ
17. 4-сульфанилат натрия до 120 ОВ-В
Типы сушильного оборудования, при использовании которых обеспечивается высокий и стабильный уровень термостойкости ПОК в процессах их термической обработки обозначены в качестве рекомендуемых для сушки материалов по указанным группам, а также для продуктов-аналогов со сходными физико-химическими характеристиками и близкими качественными показателями термической устойчивости (табл. 3).
Таблица 3
Сушильное оборудование, рекомендуемое для сушки ПОК
№ п/п Тип сушильного оборудования Ориентировочный диапазон изменения температуры сушки, °С Наличие специальных требований к сушильному агенту Дополнительные условия осуществления процесса
Производные пиразолона и аналогичных материалов
1. Полочные 80 4 90 С02 = 15 4 17 %
2. Полочные вакуумные 80 4 90
3. Ленточные одноярусные секционные 80 4 90 С02 = 7 4 8 %
4. Вибрационные 90 4 100 Сушка в токе азота при применении сушилки с открытым слоем Заторможенный виб-роаэрокипящий слой
5. СИН 80 4 100 С02 = 15 4 17 %
6. Вихревого слоя 90 4 100 С02 = 15 4 17 % Предварительное ворошение и подсушка
7. Вихревого слоя с измельчением 100 4 110 С02 = 15 4 17 %
8. Трубные пневматические 1004110 С02 = 15 4 17 % Предварительное ворошение и подсушка
9. Струйные 90 4 110 С02 = 15 4 17 %
Производные арилида и аналогичных материалов
10. Вибрационные 80 4 90 Сушка в токе азота при применении сушилки с открытым слоем Заторможенный виб-роаэрокипящий слой
11. Вихревого слоя 70 4 75 С02 = < 15 % Предварительное ворошение и подсушка
Производные нафталина и аналогичных материалов
12. СИН 1304200
13. Вихревого слоя с измельчением 70 4 100
14. Трубные пневматические 100 4 110 С02 = 15 4 17 % Предварительное ворошение и подсушка с измельчением
Производные стильбена и аналогичных материалов
15. |Полочные 70 4- 110 | С02 = 15 4 17 %
Продолжение табл. 3
№ п/п Тип сушильного оборудования Ориентировочный диапазон изменения температуры сушки, °С Наличие специальных требований к сушильному агенту Дополнительные условия осуществления процесса
16. Полочные вакуумные 80 4 120
17. Распылительные с центробежным распылом 1004320 Для неустойчивых соединений снижение содержания кислорода в сушильном агенте до С02= 15417 %, для нитропроизводных -сушка в токе азота
18. Распылительные с форсуночным распылом 1004320 Для неустойчивых соединений снижение содержания кислорода в сушильном агенте до С02= 15417 %, для нитропроизводных -сушка в токе азота
19. Вальцевые 60 4 120 С02= 7^8 %
20. Барабанные вакуумные 80 4 130
21. Вибрационные 90 4 110
22. СИН 1204250 для нитропроизводных С02 < 10 4 12 %
23. Вихревого слоя с измельчением 90 4 180 для нитропроизводных С02 < 15-17 %
Производные амина и аналогичных материалов
24. Вибрационные 80 4 100 Для неустойчивых соединений сушка в присутствии антиокислителей
25. Псевдоожиженного слоя 80 4 100 Для неустойчивых соединений сушка в присутствии антиокислителей
26. СИН 1004140
27. Псевдоожиженного слоя периодического действия 80 4 90 Для неустойчивых соединений сушка в присутствии антиокислителей
28. Фонтанирующего слоя 80 4 100 Для неустойчивых соединений сушка в присутствии антиокислителей
29. Вихревого слоя 90 4 110 С02 = 12 4 15 %
30. Вихревого слоя с измельчением 90 С02 = 12 4 1 5 % Для неустойчивых соединений сушка в присутствии антиокислителей
31. Трубные пневматические 90 С02 = 12 4 1 5 % Предварительное ворошение и подсушка
Таким образом, в качестве основного критерия классификации ПОК по их термической устойчивости принята величина потерь целевого веще-
ства, выраженная в процентах относительно его начальной концентрации, или, что тоже самое, значение разницы между максимально возможным и фактическим выходом ПОК на стадии термической его переработки.
Для осуществления оценки термической устойчивости ПОК предложена применить 6 уровней термостабильности. В соответствии с принадлежностью величины потери целевого вещества при тепловом воздействии к определенному диапазону.
Разработаны практические рекомендации по выбору способа сушки и его аппаратурного оформления для конкретного продукта с учетом его термочувствительности.
Список литературы:
1. Петров A.A. Органическая химия: учебник для вузов / A.A. Петров, X.B. Бальян, А.Т. Трощенко; под ред. A.A. Петрова. - изд. 3-е, испр. и доп.
- М.: Высшая школа, 1973. - 626 с.
2. Жиряков В.Г. Органическая химия. - М.: Химия, 1987. - 408 с.
3. Веденеев В.И. Энергии разрыва связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. Справочник / В.И. Веденеев, Л.В. Гурвич, H.H. Кондратьев, В.А. Медведев, Е.Л. Франкевич. - М.: Изд-во АН СССР, 1962. -216 с.
4. Леонтьева А.И. Влияние химической природы вещества на термическую устойчивость полупродуктов органических красителей / А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2009. - № 11(25). - С. 153-156.
5. Леонтьева А.И. Факторы, влияющие на стабильность концентрации целевого компонента в продукте при термическом воздействии / А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин, A.A. Дегтярев // В мире научных открытий. - 2009.
- № 6. - С. 16-21.
6. Брянкин К.В. Исследование термодеструктивных превращений, протекающих при температурном воздействии на полупродукты органических красителей / К.В. Брянкин, A.A. Дегтярев // Казанская наука. -2010. - № 1. - С. 14-18.
7. Леонтьева А.И. Сравнительный анализ кинетических характеристик процессов сушки полупродуктов органических красителей / А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, П. А. Фефелов, К.В. Брянкин, Е.А. Леонтьев // Проблемы химии и химической технологии: тезисы докл. 3-ей региональной на-учн.-техн. конф. - Воронеж, 1995. - С. 133-134.
8. Брянкин К.В. Интенсификация процесса сушки термолабильных продуктов / К.В. Брянкин, А.И. Леонтьева, Н.П. Утробин, С.Ю. Чупрунов // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: тезисы докл. международной научн.-техн. конф. - Воронеж, 1997. -С. 216-218.
9. Leontieva A.I., Bryankin K.V, Konovalov VI., Utrobin N.P. Heat and mass transfer during of liquid film from the surface of a single inert particle // Drying Technology. An International Journal. Special Issue On Drying And Dewatering Of Sludges. - 2002. - № 20(4&5). - P. 729-747.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ1
© Глушков В.А.*, Печенкин А.Ю.4, Нистюк А.И.*, Тарануха В.П/, Бекмачев Д.А.*
Ижевский государственный технический университет, г. Ижевск
В работе приведен сравнительный анализ и обоснование оптимального варианта методов и средств контроля и управления такими параметрами процесса пиролитической переработки растительной биомассы в топливный газ, как свойства и количество сырья, затраты энергии на процесс, давление и температура в реакционной зоне, динамика выработка топливного газа, энергетическая ценность топливного газа. Также рассмотрены средства реализации алгоритмов управления процессом.
Проблема поиска источников энергии, способных стать реальной альтернативой традиционным ископаемым энергоносителям, обретает в настоящее время все большую актуальность. Одним из наиболее реальных и доступных альтернативных энергоресурсов ресурсов является биомасса, прежде всего, ее растительная часть. В работах [1, 2] приведены результаты исследования перспективного направления переработки биомассы в энергоносители (топливный газ) на основе пиролиза - Пиролизная Регене-
1 Работа выполнена в рамках выполнения проекта «Исследование и разработка технологии получения возобновляемого энергетического ресурса из биологической массы для удовлетворения потребностей распределенной системы энергоснабжения региона» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
* Доцент кафедры «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры», кандидат технических наук.
* Доцент кафедры «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры», кандидат технических наук.
" Заведующий кафедрой «Сети связи и телекомммуникационные системы», доктор технических наук, профессор.
* Заведующий кафедры «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры», кандидат технических наук, доцент.
* Аспирант кафедры «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры».
