Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология неорганических веществ

Диссертационная работа:

Крайнова Екатерина Александровна. Разработка технологии сульфокатионитов методом сернокислотного обугливания различных видов целлюлозосодержащих твердых отходов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.01 / Крайнова Екатерина Александровна; [Место защиты: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева]. - Москва, 2008. - 157 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/440

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Перечень условных обозначений 6

Введение 7

Глава 1. Литературный обзор 9

  1. Теоретические основы метода сульфирования 10

  2. Способы получения сульфоновых углей 13

  3. Источники образования целлюлозосодержащий твердых отходов 20

  4. Характеристика биополимеров, входящих в состав растительных остатков 23

  5. Выводы по литературному обзору 30

Глава 2. Экспериментальная часть 32

  1. Характеристика объектов исследования 33

  2. Получение сульфокатионита методом сернокислотного обугливания 35

  3. Получение сульфированных карбонизатов 37

  4. Разделение гетерогенной смеси 40

  5. Методики исследования сырья, полученного углеродосодержащего материала и фильтратов 42

  1. Определение физико-химических свойств сырья и углеродосодержащего материала.. 42

  2. Определение физико-химических свойств фильтратов и растворов 48

Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 51

  1. Исследования структуры углеродосодержащего материала 51

  2. Исследование влияния основных физико-химических параметров на процесс получения сульфокатионита из березовой стружки 57

  1. Влияние температуры процесса и времени контакта фаз на степень разложения березовой стружки 58

  2. Влияние удельного расхода и начальной массовой концентрации серной кислоты на степень разложения березовой стружки 64

  3. Нейтрализация 68

  4. Исследование процесса промывки полуфабриката от избыточного количества серной кислоты , 69

  5. Сушка 78

?

і

  1. Получение сульфокатионита методом сернокислотного обугливания из сырья растительного происхождения 80

  2. Влияние вида сырья на основные физико-химические свойства и технические характеристики полученного сульфокатионита 85

  1. Гипотетический механизм химических реакций, происходящих при сернокислотном обугливании целлюлозосодержащего сырья в определенных условиях 89

  2. Сорбционная активность по иону кальция 93

  3. Сорбционная активность по иону аммония 98

  4. Физико-химические свойства сульфокатионитов, полученных методом сернокислотного обугливания из ЦТО 101

  1. Получение сульфокатионита термохимическим методом 101

  2. Сравнительная характеристика физико-химических свойств углеродсореджащих материалов, полученных разными методами 108

  1. Адсорбция воды из воздуха (гигроскопичность) 108

  2. Сорбционная активность по метиленовому голубому 110

  3. Обменная емкость 112

3.7. Возможные направления применения 112

Глава 4. Технологическая схема производства 114

  1. Описание технологической схемы процесса переработки целлюлозосодержащих твердых отходов 114

  2. Расчет материальных потоков 117

  3. Выбор оборудования 121

  4. Расчет себестоимости сульфокатионита 122

  1. Расчет режима работы установки 123

  2. Расчет стоимости основных фондов и капитальных затрат по установке 123

  3. Расчет численности работающих и фонда заработной платы (ФЗП) 124

  4. Определение потребности в сырье, материалах и энергии 124

Выводы 128

Литературные источники 130

ПРИЛОЖЕНИЯ 137

Приложение 1. Параметры пиролизного и активированного углей [59] 138

Приложение 2. Материальный баланс процесса нейтрализации по сульфату аммония
.'. 138

Приложение 3. Разделение гетерогенной смеси фильтрованием под вакуумом 138

Приложение 4. Изменение рН фильтрата от удельного расхода промывной воды в
статических условиях при t(eodbi) =20С
139

Приложение 5. Изменение рН фильтрата от удельного расхода промывной воды в
динамических условиях при і(водьі) —20С.
140

Приложение 6. Изменение рН фильтрата от удельного расхода промывной воды в
динамических условиях при Цводы)
= 75"С 140

Приложение 7. Определение окисляемости перманганатной фильтрата после
промывки водой
141

Приложение 8. UV-VIS -исследования фильтрата 142

Приложение 9. Определение адсорбции воды из воздуха (гигроскопичность)
полученных углеродосодержащих материалов
143

Приложение 10. Данные для расчета изотермы адсорбции метиленового голубого
(МГ) на поверхности сульфокатионита из березовой стружки
144

Приложение 11. Определение динамической обменной емкости с заданным расходом
регенерирующего вещества
144

Приложение 12. Выходная кривая ионного обмена катионов кальция на
сульфокатионите из ЦТО фракционного состава 0,5—2,0мм
145

Приложение 13. Кривая элюирования ионов кальция из насыщенного
сульфокатионита из ЦТО
146

Приложение 14. Данные для расчета окисляемости перманганатной фильтрата
после определения обменной емкости по гидроксиду натрия на поверхности
сульфокатионита из ЦТО в ЕҐ-форме
147

Приложение 15. Данные для расчета изотермы адсорбции ионов аммония на
поверхности сульфокатионита из ЦТО в Н
]v-форме после хранения 148

Приложение 16. Данные для расчета окисляемости перманганатной фильтрата
после определения обменной емкости по хлориду аммония на поверхности
сульфокатионита из ЦТО в ТҐ-форме
148

Приложение 11. Расчет и выбор оборудования 149

Приложение 18. Прейскурант стоимости оборудования 153

Приложение 19. Итоговая стоимость оборудования для производства 153

Приложение 20. Основные фонды и капитальные затраты 154

Приложение 21. Баланс времени одного рабочего 154

Приложение 22. Расчет фонда заработной платы рабочих 154

Приложение 23. Потребность в сырье и материалах 154

Приложение 24. Расчет планово-заготовительных цен на сырье и материалы 155

Приложение 25. Расчет расхода электроэнергии 155

Приложение 26. Расчет амортизационных отчислений по оборудованию
производства
155

Приложение 27. Расчет амортизационных отчислений по капитальным затратам
156

Приложение 28. Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования
производства
156

Приложение 29. Калькуляция себестоимости 156

Перечень условных обозначений

со (H2S04)

СО (H2SO4) нач. СО (H2SO4) кон.

Ф (H2S04) нач.

/ Р Уф

АУ БАУ

БС ДОЕ

омм оск

ОФ СОЕ

СУ ТБО

УМ УФ ФЗП

UV-VIS-спектра

массовая концентрация серной кислоты, %маСс

начальная массовая концентрация серной кислоты, %масс.

конечная массовая концентрация серной кислоты, %масс

степень полезно используемого сырья, %

степень разложения, %

выход углеродосодержащего материала, %

удельный массовый расход, соотношение массы серной кислоты к

массе исходного сырья, кг(Н2804)/кг(сырья)

степень извлечения серной кислоты из гетерогенной смеси, %

плотность, кгм^3

скорость фильтрования, см3-мин -1

активные угли

березовый активированный уголь

березовая стружка

динамическая обменная емкость, моль-м "'

отработанное моторное масло

отработанная серная кислота

окисляемость перманганатная фильтрата

статическая обменная емкость, мг-эквт""1

серная кислота

сульфоуголь

твердые бытовые отходы

технический гидролизный лигнин

углеродосодержащий материал

ул ьтрафиолетовая

фонд заработной платы

целлюлозосодержащие твердых отходов

карбоксиметилцеллюлоза

удельная поверхность углеродного материала, см2т~'

спектр в ультрафиолетовой и видимой области молекулярный ансамбль, состоящий из углеродного скелета

Введение к работе:

Актуальность работы. В настоящее время ионообменные процессы широко используются для обессоливания воды и очистки сточных вод от ионов металлов. В качестве ионитов применяются природные и синтетические материалы. Так, при обугливании сырья растительного происхождения (например, технического гидролизного лигнина, бурых и каменных углей) 20%-ным олеумом образуются сульфоугли. Производство данных материалов связано с высокими расходами ценного сырья и образованием кислой суспензии, которая содержит высокие остаточные количества серной кислоты. Применение олеума требует использования специальных способов защиты поверхностей аппаратов и трубопроводов от химической коррозии, что увеличивает себестоимость продукции.

Для утилизации отработанной серной кислоты обычно используется отмывка обессоленной водой до содержания серной кислоты в промывных водах 0,2%масс, при этом удельный расход воды равен 100 м на тонну готовой продукции, далее кислые сточные воды нейтрализуют. В некоторых способах сначала проводят нейтрализацию серной кислоты в самой суспензии, а далее промывают водой от образовавшихся солей.

В то же время известно, что сульфоугли можно получать из целлюлозосодержащих материалов, в том числе из отходов производства и потребления, с использованием серной кислоты вместо олеума. В настоящее время этот процесс малоизучен. Однако, развитие данного направления позволило бы уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду и получить полезные продукты для природоохранных целей с меньшими затратами энергии и реагентов.

Таким образом, разработка эффективного способа получения сульфокатионитов из целлюлозосодержащих твердых отходов (ЦТО) на современном этапе является актуальной задачей.

Данная диссертация проводилась для решения этой научной задачи.

Цель диссертационной работы: разработка технологии сульфокатионитов методом сернокислотного обугливания различных видов целлюлозосодержащих твердых отходов. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

  1. установить основные стадии процесса получения углеродного материала;

  2. определить влияние температуры и времени контакта фаз на степень разложения сырья, а также степень полезно используемого сырья при различных начальных концентрациях серной кислоты и ее удельных расходах;

  3. определить микроструктуру углеродного материала и предложить механизм процесса получения сульфокатионита;

  4. установить физико-химические свойства (гранулометрический состав, насыпную плотность, влажность, массовую долю водонерастворимой и водорастворимой золы, суммарный объем пор по воде, статическую и динамическую обменные емкости) и сравнить свойства полученных углеродных материалов со свойствами известных сульфокатионитов;

  5. предложить технологическую схему получения сульфокатионита из ЦТО и оценить ее экономическую эффективность.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

  1. Впервые выявлены физико-химические параметры, влияющие на процесс получения сульфокатионита при обработке серной кислотой растительного сырья и ЦТО. Установлена их взаимосвязь, чем обоснованы основные стадии разработанной технологии.

  2. На основании изучения параметров микроструктуры сульфокатионита установлена связь с морфологическим составом используемого сырья и условиями разделения гетерогенной смеси.

Выявлено, что данные преобразования структуры влекут за собой
изменения адсорбционных и прочностных свойств

углеродсодержащего материала, и являются лимитирующими при выборе направления применения полученного сорбента в различных индустриальных приложениях.

  1. Предложен гипотетический механизм химических реакций, происходящих при сернокислотном обугливании целлюлозосодержащего сырья в определенных условиях.

  2. Определены физико-химические свойства и технические характеристики сульфокатионитов, полученных из различного сырья растительного происхождения и ЦТО.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

  1. Предложена технологическая схема процесса переработки целлюлозосодержащих компонентов твердых бытовых отходов (ЦТО) и низкосортных отходов растительного происхождения с получением углеродного сульфокатионита и определены оптимальные условия реализации ее основных стадий, рассчитаны расходные коэффициенты и себестоимость целевого продукта.

  2. Определены и обоснованы предложения по рациональному использованию сульфокатионитов для решения технологических и экологических задач.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на XI Всероссийской научно-методической конференции «Университетская гимназия - 2002» (Секция «Экология и картография», Санкт-Петербург, 2002г.); XVII Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии» (Москва, 2003 г.); Научно-практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов и молодых ученых «Экологические проблемы Московской области» (Дубна, 2005 г.); XII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

«Ломоносов - 2005» (Секция «Фундаментальное материаловедение», Москва, 2005 г.); XIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2006» (Секция «Фундаментальное материаловедение», Москва, 2006 г.); XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2007» (Секция «Фундаментальное материаловедение», Москва, 2007 г.).

Проект «Разработка технологии получения углеродного материала из твердых бытовых отходов, собираемых нераздельно» стал финалистом (Проект № 4) IV Конкурса русских экологических инноваций, презентация которого прошла 25.01.2006г. в Научном Парке МГУ (г. Москва).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 10 (десяти) печатных изданиях, включая 6 статей, 4 тезисов докладов. Из них в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук - 2 статьи.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы 157 страниц машинописного текста, включая 37 рисунков, 25 таблиц, 7 фотографий и 112 ссылок на источники литературы.

Подобные работы
Шаврак Елена Игнатьевна
Разработка ресурсосберегающей технологии выделения жирных кислот из отходов щелочной рафинации растительных масел
Агаев Нарча Бахман оглы
Разработка технологии модифицированного суперфосфата с применением промышленных отходов, содержащих соединения микроэлементов
Хромов Сергей Владимирович
Разработка технологии глубокой очистки экстракционной фосфорной кислоты комбинированным методом
Смирнова Наталья Анатольевна
Разработка технологии изготовления подложек CdZnTe для выращивания гетероструктур CdHgTe/CdZnTe методом жидкофазной эпитаксии
Денисов Игорь Андреевич
Разработка технологии выращивания эпитаксиальных слоев кадмий-ртуть-теллур методом жидкофазной эпитаксии для инфракрасных фотоприемников
Чапыгин Анатолий Михайлович
Разработка способов переработки твердых и жидких отходов производства поликристаллического кремния
Москаленко Людмила Викторовна
Разработка технологии получения термостабильного удобрения на основе аммиачной селитры
Киселев Андрей Алексеевич
Разработка технологии реактивных марок фосфатов аммония и натрия из растворов технического фосфата аммония
Ильин Владимир Александрович
Разработка технологии сложного азотно-фосфатного удобрения на основе плава аммиачной селитры
Параскевопуло Калерия Васильевна
Разработка технологии и процесс формирования никельалюмохромовых катализаторов гидрирования оксидов углерода и бензола

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net