Исследование влияния давления на химический состав высокотемпературной смолы при ее нагревании

Заказать работу

А.Н. Чистяков и С.Н. Лисин (Ленинградский технологический институт)

В настоящее время каменноугольную смолу перерабатывают на коксохимических предприятиях в трубчатых печах с одно- или двухколонным агрегатом. Ее нагревание осуществляют в радиантной части до 400°С при давлении, не превышающем 500 кПа.

В последнее время внимание специалистов привлекает процесс переработки смолы под повышенным давлением (Пат. 3835024 (США), 1974) [1]. Понятно, что изменение технологического режима должно приводить к изменению не только физико-химических свойств смолы, но и химического состава. Однако сведения об экспериментах в этом направлении переработки каменноугольной смолы отсутствуют.

В данной статье приведены результаты исследования химического состава смолы, обезвоженной в промышленной трубчатой печи и подвергнутой термообработке при 350°С в течение 30 мин при давлениях инертного газа (гелия) от 500 до 2000 кПа. Характеристика исходной обезвоженной смолы следующая:

Плотность, г/см3 1, 94
Содержание, % (по массе):
фенолов 1, 15
оснований 1, 28
нафталина 11, 28
веществ, нерастворимых в толуоле 8, 60
Зольность, % (по массе) 0, 11

Схема лабораторной установки приведена на рис. 1.

Рисунок 1 - Схема лабораторной установки термической обработки смолы под давлением:

1 - редуктор; 2 - распределитель газа; 3 - запорный вентиль; 4 - гильза; 5 - термостат.

Гильзы (рис. 2) из нержавеющей стали имели следующие размеры: внутренний диаметр 16 мм, наружный диаметр 30 мм, высота 170 мм.

Устройство гильзы: 1 - карман для термопары; 2 - накидная гайка; 3 - шайба; 4 - капиляр; 5 - прокладка; 6 - корпус;

Пробу смолы (~30 г) загружали в гильзы, закрывали накидными гайками с шайбами, которые соединялись с распредителем газа капиллярами (диам. 2X1 мм) из нержавеющей стали. Перед опытом истему для удаления воздуха продували 1—2 мин гелием (Р = 200 кПа) при неплотно закрученных гайках. Затем, не снижая подачи гелия, гайки плотно закручивали и при помощи алюминиевых прокладок добивались полной герметизации. После проверки на герметичность в системе устанавливали заданное давление и одну из гильз (или все пять) помещали в воздушный термостат с постоянной и регулируемой (с точностью ±0, 5°С) температурой.

Термостат работал по принципу воздушных термостатов-газовых хроматографов и позволял поддерживать температуру в пределах 80—500°С.

Исходную смолу и термообработанную разделяли на фракции с помощью растворителей по известным методикам. Химический состав фракций смолы определяли на хроматографе «Цвет-104» с пламенно-ионизационным детектором и программированием температуры. Условия хроматографирования: колонка длина 2 м, диаметр 3 мм; неподвижная фаза хезасорб AW-HMDS с 5 % (по массе) SЕ-30; температура испарителя 300 °С; программирование температуры от 50 до 300 °С со скоростью 4 град/мин; скорость газа-носителя (гелия) 100 мл/мин, водорода 100 мл/мин, воздуха 1 л/мин.

Идентификацию компонентов проводили по известным временам удерживания [2, 3]. Для этой же цели использовали метод введения эталонных веществ с дальнейшим анализом исследуемой смолы на хроматографе ОС-1С фирмы «Шимадзу» при следующих условиях: колонка длина 3, 5 м, диаметр 3 мм; неподвижная фаза хезасорб AW-HMDS с 5 % (по массе) SЕ-30; температура испарителя и детектора соответственно 350 и и 330°С; линейное программирование температуры колонок от 50 до 320 °С со скоростью 2 град/мин; скорость газа-носителя (гелия) 120 мл/мин, водорода 90 мл/мин, воздуха 1, 7 л/мин.

Сравнение хроматограмм, полученных на разных приборах при использовании одного и того же наполнителя колонок, давало возможность достаточно точно идентифицировать компоненты, При этом применяли единую нумерацию пиков, а так как качество разделения на разных приборах различалось, то совместившиеся пики обозначали несколькими номерами. Общее количество идентифицированных соединений в каменноугольной смоле равно 59, 26—62, 09 % (по массе).

Типичные хроматограммы растворимой в гептане γ - фракции смолы, полученные на хроматографе «Цвет-104», представлены на рис. 3.

Рис. 3. Хроматограммы γ - фракций, выделенных из исходной (а) и термообработанной (б) смол при 350 °С и Р=500 кПа

Количественное содержание каждого компонента определяли методом нормализации площадей пиков, а количество хроматографируемых веществ — с помощью внутреннего стандарта додекана, пик которого появлялся после нафталина и не накладывался на другие пики [4].

Выход фракций из исходной и термообработанных в течение 30 мин смол приведен в табл. 1, из которой видно, что с повышением давления термообработки до 2000 кПа наблюдается значительный рост содержания в смоле α - фракции (на 3, 25 %) за счет увеличения ее части, растворимой в хинолине ( α 2 - фракции), и некоторого снижения доли β - фракции. Известно, что при нагревании имеют место реакции конденсации, а также происходит термическая деструкция недостаточно стабильных веществ, что в конечном итоге приводит к накоплению в смоле более высококонденсированных соединений, а значит и к изменению физико-химических свойств. Это направление реакций усиливается с повышением давления термообработки.

Таблица 1 - Выход фракций из исходной и термообработанных в течение 30 минут смол.

Условия термообработки Выход фракций, %
температура, °С давление, кПа α1 α2 α β γ
- - 3, 33 5, 27 8, 60 38, 40 53, 00
350 500 2, 66 7, 06 9, 72 34, 51 55, 77
350 1000 3, 24 7, 22 10, 46 29, 76 59, 73
350 1500 2, 99 8, 21 11, 20 32, 40 56, 72
350 2000 2, 58 9, 27 11, 87 33, 84 54, 31

Изменения химического состава смол после термообработки для отдельных компонентов прослеживаются четко, например, снижается содержание веществ, которым соответствуют пики 10—14 (ксилидин, изопропилфенол, диметилкумарон), 24 (аценафтилен), 30 (метилдифениленоксиды), 34 (дифениленсульфид, бензотионафтены), 46 (бензодифениленоксиды). Одновременно увеличивается концентрация веществ с пиками 21 (метилинданолы, 2, 6-диметилнафталин), 25, 26 (аценафтен), 27 (дифениленоксид), 32 (метилфлуорены, диметилдифениленоксид), 47 (пирен), 59 (хризен), 68—70 (бензпирены), 79 (коронен) и др.

Вывод

Термообработка смолы при повышенных давлениях вызывает изменения химического состава в направлении значительного повышения высоконденсированных соединений, чего нельзя не учитывать при организации процесса переработки смолы при высоких давлениях.

Список литературы

Р.К. Лисицкая //Кокс и химия, 1981, №9, с.54-56

K.F. Lang, J. Eigen //Fortschr. der chem. Forschung, 1977, Bd 8, Heft 1, S. 91-170

E. Proksch //Osterreichische Chemiker Zeitung, 1966, Heft 4, S. 105-112.

С.Д. Ногаре, Р.С. Джувет, Газожидкостная хроматография: Пер. с англ. Л.: Недра, 1966. 471 с.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua/

Другие материалы

  • Усовершенствование технологии получения изделий из полиамида методом литья под давлением
  • ... до +700° С. В настоящее время ведется активная работа по усовершенствованию технологии получения базальтовой нити, супертонкого базальтового волокна, холста из базальтового волокна [4]. Свойства БВ Базальтовые волокна и изделия на их основе обладают более высокими теплозвукоизоляционными и ...

  • Разработка системы защиты атмосферы при производстве поливинилхлорида
  • ... 659,973 3,299865 1088,955 1 Итого 65997,3 329,9865 108895,5 100 4. Разработка контроля и автоматики технологического процесса производства поливинилхлорида Применение методов и средств автоматизации позволяет повысить производительность труда, уменьшить брак и потери. ...

  • Структура и адгезионные свойства отверждённых эпоксидных смол
  • ... высокую теплостойкость, хорошие химические и диэлектрические свойства. 2.2. Структура и свойства отверждённых эпоксидных смол Отверждённые эпоксидные смолы имеют микрогетерогенную структуру глобулярного типа, причём формирование структуры наблюдается уже в жидкой фазе на начальных стадиях ...

  • Исследование твердых электролитов
  • ... ионного транспорта в них. В чистом виде такие закономерности наиболее четко прослеживаются при исследовании монокристаллических твердых электролитов. В то же время при использовании твердых электролитов в качестве рабочих сред функциональных элементов необходимо учитывать, что нужны материалы ...

  • Методы химического анализа
  • ... параметры при этом служат аналитическими сигналами, при условии, что они измерены достаточно точно. Электрохимические методы анализа в практику химического анализа вошли сравнительно давно и занимают в ней важную роль. Впервые потенциометрическое титрование было проведено в 1893 г. в институте ...

  • Физико-химические основы адсорбционной очистки воды от органических веществ
  • ... – с одной стороны, десорбция адсорбированных молекул (при регенеративной очистке воды) или деструктивное их разрушение и, с другой стороны, восстановление адсорбционной способности активного угля. Для удаления органических веществ с поверхности активного угля используют вытеснительную десорбцию, ...

  • Химические элементы
  • ... . Первый «вольтов столб» состоял из кружочков цинка и меди. И в современных химических источниках тока отрицательный электрод чаще всего делается из элемента №30. Значительна роль этого элемента в полиграфии. Мы уже упоминали о типографских сплавах на основе цинка, но главное в другом. Из цинка ...

  • Исследование возможности извлечения редких металлов из золы-уноса ТЭЦ (MS Word 97)
  • ... четырехкратной обработкой раствором щелочи концентрацией 200 г/л при t=80C и Т:Ж=1:10. Извлечение ванадия из золы-уноса ТЭЦ растворами кислоты и щелочи в исследованных условиях составляет 11-12%. Добавка NaCl при кислотном выщелачивании позволяет извлечь в раствор 79,8% железа и 24% галлия ...

  • Состав строительных материалов
  • ... состав гипсовых вяжущих, их влияние на эксплуатационные свойства материалов на основе гипсовых вяжущих   Гипсовые вяжущие материалы – воздушные вещества, получаемые из гипсового камня или ангидрита. По своим технико-экономическим показателям они относятся к эффективным строительным материалам ...

  • Материалы в приборостроении
  • ... -бензостойкие и химически стойкие даже при нагреве, негорючие и стойкие к истиранию, достаточно прочные и эластичные. В машиностроении и приборостроении различают девять классов резиновых деталей: уплотнительные; вибро- и звукоизоляционные и противоударные; опоры скольжения; гибкие компенсационные ...

  • Получение молибдена из отходов промышленности
  • ... (СН2)5СО и ацетофеноном СН3СОС6Н5. Экстрагирование молибдена дорганическими веществами с целью его выделения из отходов молибденового производства является наиболее рациональным способом получения молибдена. Глава 2. Свойства молибдена и его соединений Рассмотрим основные физические и ...

  • Отходы производства в строительстве
  • ... физико-механических показателей. Разогретая смесь срезается с вальцев и поступает на участок для производства готовой продукции. Б) Резиновые вулканизированные отходы (РВО) - это отходы производства резиновых смесей на стадии вулканизации и отделки готовых видов продукции, а также бракованные ...

  • Огнестойкое стекло "Пиран"
  • ... элементы, причем разделяющий элемент размещен между пластинами, а окантовывающий элемент установлен примыкающим к торцам пластины. Получение окрашенного огнестойкого органического стекла осуществляется путем полимеризации 5‑метилен – 1,3 – диоксолан‑4‑она или его смеси ...

  • Производство тетрахлорметана и тетрахлорэтилена
  • ... весь углерод в виде СО2. В последнее время разработаны более эффективные процессы, на которых основаны современные методы производства тетрахлорметана и тетрахлорэтилена. Различные хлоралифатические отходы подвергают высокотемпературному хлорированию в газовой фазе. При этом из соединений С2 ранее ...

Каталог учебных материалов

Свежие работы в разделе

Наша кнопка

Разместить ссылку на наш сайт можно воспользовавшись следующим кодом:

Контакты

Если у вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь на email администратора: admin@kazreferat.info