Применение в целлюлозно-бумажном производстве высокомолекулярных флокулянтов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат технических наук Ерин, Николай Юрьевич

• Ерин, Николай Юрьевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ерин, Николай Юрьевич

Условные сокращения и обозначения.

Введение.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Аспекты применения флокулянтов в ЦБП.

1.2. Типы применяемых в ЦБП флокулянтов

1.2.1. Неорганические флокулянты и флокулятны природного происхождения.

1.2.2. Синтетические водорастворимые органические полимеры.

1.3. Современные представления о механизмах флокуляции волокнистых дисперсий.

1.3.1. Мозаичная и мостиковая модели флокуляции.

1.3.2. Другие возможные механизмы флокуляции.

1.4. Понятие гомофлокуляции и гетерофлокуляции волокнистых дисперсий.

1.5. Влияние примесей на процесс флокуляции волокнистых дисперсий.

1.6. Обоснование ^-потенциала для волокнистых дисперсий.

1.7. Основы кинетики флокуляции.

1.8. Физико-химические основы применения ВМФ.

1.8.1. Методы исследования флокуляции.

1.8.2. Понятие флокуляционной эффективности (активности).

1.8.3. Природа флокулянта.

1.8.4. Доза флокулянта.

1.8.5. Молекулярная масса флокулянта.

1.8.6. Способ внесения флокулянта.

1.8.7. Флокуляция в присутствии электролитов.

1.9. Современное положение в применении флокулянтов на отечественных ЦБП.

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Лабораторный синтез "Акромидан ЛК-Б".

2.1.1. Вакуум-разгонка ДМАЭМ.

2.1.2. Кватернизация ДМАЭМ.

2.1.3. Полимеризация четвертичной соли.

2.1.4. Регенерация ацетона.

2.2. Лабораторный синтез "Акромидан ЛК".

2.2.1. Кватернизация ДМАЭМ.

2.2.2. Полимеризация четвертичной соли.

2.3. Определение скорости обезвоживания.

2.4. Определение механических свойств бумаги.

2.4.1. Определение сопротивления разрыву

2.4.2. Определение прочности бумаги раздиранию.

2.5. Определение концентрации целлюлозной суспензии.

2.6. Определение концентрации каолина

2.7. Приготовление растворов флокулянтов.

2.8. Определение степени удержания наполнителя в бумажной массе.

2.9. Определение оптической плотности (мутности) фильтрата

2.10. Определение остаточного анионного заряда.

2.11. Определение полного поверхностного заряда волокнистых материалов.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Синтез и физико-химическая характеристика ВМФ.

3.1.1. Продукт I. Поли М,1чГ,1чГ,1чГ-метакрилоилоксиэтилтриметил-аммоний метил сульфат ("Акромидан ЛК").

3.1.2. Продукт II. Поли К,Ы,МДч[-метакрилоилоксиэтилтриметил-аммоний бензолсульфонат ("Акромидан ЛК-Б").

3.1.3. Продукт III. Сополимер >Щ,М,1Ч-метакрилоилоксиэтилтри-метиламмоний метилсульфата с акриламидом

3.1.4. Физико-химическая характеристика ВМФ.

3.1.5. Технологические схемы производства ВМФ.

3.1.6. Технологическое оборудование для производства ВМФ.

3.1.7. Расчет оптимального режима работы реактора-кватернизатора.

3.2. Лабораторные испытания ВМФ.

3.2.1. Влияние значения рН среды на флокуляционную активность ВМФ типа "Акромидан".

3.2.2. Оптимальные концентрации и расход ВМФ для подачи в бумажную массу.

3.2.3. Влияние анионных примесей на флокулирующую активность ВМФ типа "Акромидан".

3.2.4. Определение флокуляционной эффективности отечественных ВМФ в сравнении с импортными аналогами

3.3. Опытно-производственные испытания "Акромидан ЛК".

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение в целлюлозно-бумажном производстве высокомолекулярных флокулянтов»

Современное ЦБП предусматривает на стадии формования бумажного полотна применение высокоэффективных удерживающих средств - ВМФ [7]. Применение таких продуктов обеспечивает высокую производительность БДМ за счет уменьшения потерь волокна и наполнителей, уменьшает износ дорогостоящего оборудования - сетки БДМ, снижает затраты на очистку оборотной воды от механических взвесий [3, 4, 68], уменьшает энергозатраты в сушильной части БДМ вследствие лучшей водоотдачи при обезвоживании на сетке и, наконец, позволяет улучшить качество выпускаемой бумаги [10, 15, 30]. Поэтому исследование процессов синтеза новых ВМФ, изучение их свойств и разработка новых технологий применения ВМФ с целью ускорения разделения дисперсных фаз при формовании бумажного полотна при минимальном расходе и стоимости реагентов являются актуальными проблемами.

В данной работе определены оптимальные условия синтеза, условия применения в ЦБП в качестве удерживающих средств и основные физико-химические свойства ВМФ на основе полимерных солей ДМАЭМ, получивших торговое название "Акромидан" [13, 14].

Выпуск отдельных неионогенных полимеров класса акриламидов и некоторых сополимеров сдерживался отсутствием мономерной базы. Прорыв в промышленном производстве ДМАЭМ в России произошел в 1994 году, когда на одном из предприятий РФ было пущено в эксплуатацию производство ДМАЭМ мощностью 500 тонн в год, найдена и разработана технология эффективного биоспособа получения акриламида из дешевого акрилонитрила [32].

Целью работы является разработка основ технологии производства нов типов универсальных ВМФ и определение их эффективности в качестве удер вающих средств для бумажного производства в сравнении с импортными анало ми. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

- осуществление синтеза универсальных ВМФ - катионных полиэлектролит;

- оптимизация отдельных стадий технологической схемы производства В на базе математического моделирования процесса и обоснование необходим аппаратурного оформления процесса;

- лабораторные испытания ВМФ в условиях ЦБП;

- разработка технологии применения ВМФ при производстве бумаги на Б ДМ.

Научная новизна. Дана количественная оценка влияния технологических раметров применения в условиях бумажного производства (рН среды, концент ция и расход ВМФ, влияние анионных примесей) на флокулянционную эффект ность новых универсальных ВМФ, при использовании их в качестве удержив щих средств.

Практическая значимость. Выполнено комплексное законченное научное исследование с внедрением в производство, включающее разработку технологии получения ВМФ; наработку опытных партий и анализ эколого-биологических испытаний и экспертизу новых флокулянтов; оценка эффективности использования ВМФ в качестве удерживающих средств и сравнение их с зарубежными аналогами.

Лично диссертантом осуществлены физико-химические исследования свойств новых флокулянтов на базе лабораторий Сыкт ГУ и уточнение технологических режимов синтеза этих продуктов.

При личном участии автора проведены производственные испытания ВМФ "Акромидан Ж" на АО 'Сыктывкарский ЛПК' при выработки газетной бумаги и укрупненно-лабораторные испытания ВМФ "Акромидан ЛК-Б" и сополимера N,N,N,14, -метакрилоилоксиэтилтриметиламмоний метилсульфата с акриламидом.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины», Ерин, Николай Юрьевич

выводы

1. Разработана технологическая схема синтеза новых ВМФ на основе солей полимерных четвертичных аммониевых оснований:

-поли1Ч,К,М,1Ч-метакрилоилоксиэтилтриметиламмоний метилсульфат ("Акромидан Ж");

-поли^И ,14 ДЧ-метакрилоилоксиэтилтриметиламмоний бензолсульфонат ("Акромидан ЛК-Б");

-сополимерК,]^,1Ч,К-метакрилоилоксиэтилтриметиламмоний метил-сульфата с акриламидом.

2. Добавка новых видов ВМФ в качестве удерживающих средств при их расходе 0.12 кг/т целлюлозы позволяет:

- повысить степень общего удержания минерального наполнителя и тонкого волокна на 36 %;

- увеличить скорость обезвоживания бумажного полотна на 19 %;

- улучшить физико-механические показатели получаемой бумаги: разрывную длину - на 30 %, прочность на излом - на 29 %, прочность на раздирание - на 6 %, степень белизны - на 10 %;

- снизить загрязненность оборотной воды минеральными примесями: уменьшение оптической плотности на 36 %, содержание анионных взвешенных примесей - на 50 %.

3. Выполнено обоснование технологии применения новых отечественных ВМФ при производстве газетной (офсетной) бумаги на современных БДМ и технологического регламента процесса с применением ВМФ;

4. Проведенные производственные испытания нового ВМФ "Акромидан ЛК" показали целесообразность организации в РФ промышленного производства этого флокулянта широкого спектра действия - для полного обеспечения ЦБП отечественными удерживающими средствами и постепенного вытеснения с российского рынка импортных аналогов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ерин, Николай Юрьевич, 1999 год

1. Асхадский A.A. Расчетные способы определения физических характеристик полимеров//Успехи химии. 1977. Т.46. Вып.8. С.1122-1151.

2. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.¡Наука, 1977. 355 с.

3. Балин H.H., Таскаев А.И. и др. Государственный доклад о состоянии окружающей Среды Республики Коми в 1994 г. Сыктывкар: Коми книжное изд-во, 1995. 225 с.

4. Балин H.H., Таскаев А.И. и др. Государственный доклад о состоянии окружающей Среды Республики Коми в 1995 г. Сыктывкар: Коми книжное изд-во, 1996. 200 с.

5. Баран A.A., Теленко А.Я. Флокулянты в биотехнологии. JL, 1990. 150 с.

6. Будтов В.П. Физическая химия растворов полимеров. Спб.:Химия, 1992. 200 с.

7. Будтов В.П., Гнатюк П.П., Кротов А.П. и др. Флокулянты: свойства, получение, применение. М.: Стройиздат, 1997. 200с.

8. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессе очистки природных и сточных вод. М.:Стройиздат, 1984. 318 с.

9. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.:Химия, 1976. 512 с.

10. И.Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. 4.1. Теоретический основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. М.:Химия, 1995. 399 с.

11. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. 4.2. Мас-сообменные процесы и аппараты. М.:Химия, 1995. 367 с.

12. Иванов С.Н. Технология бумаги. М.:Лесная промышленность, 1970. 366 с.

13. Иохансон Х.Э Способ получения бумаги / Патент СССР № 1607691 // БИ №26. 15.07.93.

14. Калицкая И.В. и др. Количественная спектроскопия ЯМР и 13С лигнина // Химия древесины. 1989. № 6. С. 17-23.

15. Карклинь В.Б. ИК-спектроскопия древесины и ее основных компонентов. V. Количественное сравнение ИК-спектров древесины на основе внешнего стандарта гексаферрицианида калия // Химия древесины. 1975. № 1. С.55-62.

16. Кулезнев В.И. Смеси полимеров. М.гНаука, 1980. 304 с.

17. Кутепов A.M., Бондарева Т.И., Веренгартен М.Г. Общая химическая технология. М.:Высшая школа, 1990. 430 с.

18. Лендьел П., Морвей Ш. Химия и технология целлюлозного произвосдвта / Пер. с нем. Ф.Б.Дубровинского под ред. канд. тех. наук А.Ф.Тищенко. М.:Лесная промышленность, 1980. 543 с.

19. Леонович A.A., Оболенская A.B. Химия древесины и полимеров. М.:Лесная промышленность, 1988. 152 с.

20. Липатов Ю.С. Коллоидная химия полимеров. Киев, 1984. 344 с.

21. Мерзляков Е.В. Упущенные возможности СЛПК // Материалы XIII Коми республиканской научной конференции. Сыктывкар, 1997. С.120-121.

22. Мерс Э. Нейтральное производство бумаги с использованием в проклейке "Аквапел'7/ Целлюлоза, бумага, картон. №№ 11-12, 1996. С.с. 20-24.

23. Молотков В.А., Курлянкина В.И., Кленин С.И., Шишкина Г.В. Новый тип флокулянтов "Акромидан" на основе полисахаридов и виниловых полимеров // Всесоюзная конференция: Коагулянты и флокулянты в очистке природных вод. Тезисы. Одесса, 1988. С.60-71.

24. Мосягин В.И. Вторичные ресурсы целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности. М.:Лесная промышленность, 1987. 200 с.

25. Мухленов И.П., Горштейн А.Е., Гумаркина Е.С., Кузичкин И.В. Основы химической технологии. М.-Высшая школа, 1991. 455 с.

26. Найдис Ф.Б., Молотков В.А., Сюткин В.Н., Ерин Н.Ю. Способ получения поли N,N,N,N- триметилэтилизобутанат метилсульфата / Патент РФ № 2088503 от 11.04.96.//БИ№ 21. октябрь 1997.

27. Папулов Ю.Г. Строение молекул. Тверь, 1995. 200 с.

28. Перепечкин Л.П. Эфиры целлюлозы. Владимир: ВНИИС, 1997. 388 с.

29. Подалкин И.Г. Охрана окружающей среды в гидролизной промышленности: проблемы и решения // Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1989. №7. С. с. 1-5.

30. Сюткин В.Н. Моделирование электронной структуры азотсодержащих производных целлюлозы // Доклад на заседании Президиума Коми филиала АН СССР 9 января 1986 г. Серия препринтов "Научные доклады". Сыктывкар, 1986. Вып. 143. 43 с.

31. Сюткин В.Н. Синтез и свойства производных целлюлозы, содержащих нит-рильные группы. Автореф. дис. канд. хим. наук. Л.:ИВС РАН СССР, 1967. 19 с.

32. Тагер A.A. Физикохимия полимеров. М., 1978. 544с.

33. Тагер A.A., Шолохович Т.И., Цилипоткина М.В. Оценка термодинамической устойчивости систем полимер-полимер // Высокомолек. соед. 1972. Т. 14А, №6. С. 1423-1424.

34. Твердохлебова И.И. Конформация макромолекул. М: Химия. 1981. 284 с.

35. Флятте Д.М. Бумагообразующие свойства волокнистых материалов. М. Лесная промышленность, 1986. 398 с.

36. Флятте Д.М. Свойства бумаги. Л.:Лесная промышленность, 1986. 516 с.

37. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. М.:Химия, 1984. 368 с.

38. Фрог Е.Г., Левченко А.П. Водоподготовка. МГУ, 1996. 680 с.

39. Холькин Ю.И., Макаров B.JI., Кинд В.Б. Флокуляционная очистка отработанной культуральной жидкости в гидролизно-дрожжевом производстве. М.:Лесная промышленность, 1990. Вып.2. С.27-31.

40. Harrington Т., Midmore В. Adsorbtion of ions at the cellulose (agenous electrolyte interface) // J.Chem.-Soc., Fr.Trans-1, 1994. P. 1525-1537.

41. Horn D. Colloids and Polymer SCI. New York, Oxford: Pergamon Press, 1980. 251 p.

42. Ногп D. Polyethilenimine phiskochemical, properties and applications polymeric amines and ammonium salts. New York, Oxford: Pergamon Press, 1980.333 р.

43. La Мег V. Discuss Faraday Soc. V.42. 1966. P.248-261.

44. Langley J., Litchfield E. Combinations of alkaline-activated bentonite and non-ionic high molar mass polyacrylamides for an increase in retention and drainage rates / European Patent №17353, 1980.

45. Linhart F. Retention. Ludwigshafen: Marketing Prozesschemikalien Bodische Anylin und Soda Fabrik, 1990. 120 s.

46. Roberts J. (editer). Paper Chemistry (second edition). Blackie Academic & Professional, London, 1996. P.p. 64-81.

47. Yerin N., Syutkin V., Popov V., Gladilov V., Yerin Yu. The ecological problems in the bleached celluloses industry // International Congress. Section: Technology and the environment. Abstract. Voronezh, September 1996. p.p. 14-15.

48. Yerin N., Syutkin V., Popov V., Kan M., Yerin Yu. The technology of getting ecologycal pure sanitary-hygienic and // International Congress. Section: Technology and the environment. Abstract. Voronezh, September 1996. P.p. 34-35.

49. Yerin N., Syutkin V., Popov V., Syutkina V., Danilova L., Romanchuk N.

50. Receipt of polyfunktional combinations on the basis of cellulose // International Congress. Section: Technology and the environment. Abstract. Voronezh. September 1996. P.35-36.1. УТВЕРЖДАЮ'1. СОГЛАСОВАНО"

51. Генеральный директор АО "Сыктывкарский ЛПК"

52. Проректор по научной работе Сыктывкарского госуниверситета,1997г.1. Ю. Магийкандидат -физико-мате1997г.

53. ЗАКЛЮЧЕНИЕ об опытно-производственных испытаниях отечественных высокомолекулярных быстрорастворимых флокулянтов типа "АКРОМИДАН"

54. В рамках совместной научно-исследовательской работы между Сыктывкарским госуниверситетом (СГУ) и АО "Сыктывкарский ЛПК" (АО

55. СЛПК") в условиях Центральной лаборатории ЛПК (ЦЛ ЛПК) были испытаны отечественные образцы высокомолекулярных флокулянтов (ВМФ).

56. В качестве удерживающих и обезвоживающих средств при производстве бумаги были предложены три отечественных образца катион-ных ВМФ, синтезированных на основе полимерных солей четвертичных аммониевых оснований:

57. Композиция офсетной бумаги