Ацилирование отходов растительного происхождения алифатическими карбоновыми кислотами

   Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Факультет (институт) ФПХП

Кафедра Химической технологии

Специальность Технология переработки пластических масс и эластомеров

УДК    661.123                                                              Допустить к защите в ГАК

Заведующий  кафедрой _________ А.С. Потапов

                                                                                                                      

                                                                 «_____»__________________ 2014г.

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ДР 240502.05.000 ПЗ

обозначение документа

 

Ацилирование отходов растительного происхождения алифатическими карбоновыми кислотами

тема дипломной работы

 

Пояснительная записка

 

Студент группы  ТППиЭ-91                                         _____           С.Г.Бобриков

                                                                                                                                                            и.о., фамилия

Руководитель

проекта                  доцент, к.х.н.                                                      В.В. Коньшин

                                         должность, ученая степень                                                                      и.о., фамилия

 

Консультанты:

Экономика, организация

и планирование     - доцент, к.т.н.                       Л.В. Полякова

раздел проекта          должность, ученая степень             подпись               и.о., фамилия

 

Охрана труда и охрана

окружающей среды – доцент ,к.х.н.                     А.А. Вихарев

раздел проекта        должность,   ученая степень          подпись                 и.о., фамилия

 

 

 

 

                                                                                                     

БАРНАУЛ 2014

 

Реферат

В данной работе проведен анализ реакционной способности древесины осины в реакции ацилирования в среде тионилхлорид-уксусная кислота.

В результате проведенных исследований были синтезированы продукты ацилирования, определено содержание связанной уксусной кислоты потенциометрическим методом, проведено исследование методом ИК-спектроскопии. На основе полученных данных определены степени превращения, константы скорости реакции и термодинамические параметры активированного комплекса реакции ацилирования.

В экономической части произведен расчет продолжительности выполнения этапов и затрат на научно-исследовательскую работу. Наибольшую часть в структуре себестоимости занимают затраты на оплату труда, что говорит о трудоемкости НИР.

В разделе «Безопасность жизнедеятельности» рассмотрены вопросы техники безопасности при работе в лаборатории, опасные и вредные производственные факторы и их влияние на человека, а также пожарная профилактика и гидравлический расчет воздушных сетей. 
Список используемых сокращений

ЛЦМ – лигниноцеллюлозный материал;

ДР – древесина;

ЦЕЛ – целлюлоза;

УК – уксусная кислота;

ТФУК – трифторуксусная кислота;

ТХ – тионилхлорид;

ИК – инфракрасный;

НИР – научно-исследовательская работа;

Ссв.к – содержание связанной кислоты. 
Содержание

Введение

1 Литературный  обзор.

1.1 Отходы деревообрабатывающей промышленности.

1.2 Химия древесины.

1.3 Получение ацилированной  древесины и её свойства. 
Введение

 

Древесина – это продукт биологического (растительного) происхождения. Она представляет собой сложный комплекс, как в анатомическом, так и в химическом отношении. Древесина, как любой биологический организм, состоит из клеток. Клеточные стенки примерно на 99% состоят из органических соединений, которые можно подразделить на углеводную часть, ароматическую и так называемые экстрактивные вещества.

Углеводная часть древесины состоит из различных полисахаридов, которые могут гидролизоваться кислотами. В углеводную часть входит целлюлоза – полисахарид, который является основным компонентом древесины и нецеллюлозные полисахариды – гемицеллюлозы. Всю углеводную часть в целом называют холоцеллюлозой.

Ароматическую часть составляет лигнин – смесь полимеров родственного строения. Эта часть древесины называется негидролизуемой. Она получается в остатке после обработки древесины концентрированной кислотой. Следует подчеркнуть, что отдельные органические соединения очень трудно выделить из древесины в чистом виде, так как они, как правило, изменяются при выделении.

К экстрактивным веществам относятся: смола, летучие масла, терпены и родственные им соединения, смоляные кислоты, стерины, жирные кислоты, а также танниды.

 

1 Литературный обзор

1.1 Отходы  деревообрабатывающей промышленности

 

По сведениям американских и канадских специалистов при лесопилении отходы составляют в среднем 60%. При этом в отходы идет лучшая, заболонная часть древесины.

Из общего количества отходов 34% приходится на трудно используемые: кору (11%), стружку (10%) и опилки (13%). Лишь 26% составляют крупномерные отходы, которые могут служить отличным сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности и производства плит [].

Процесс обработки и переработки древесины во всех производствах связан с получением большого количества отходов. Начиная с первой стадии — рубка леса и вывоза хлыстов, и кончая последней стадией — обработкой древесины, процесс сопровождается отходом части древесины, которая не используется в дальнейшем производстве. Объем отходов не только соизмерим с его объемом получающейся продукции, но зачастую и превосходит его. Так, при рубке и вывозке древесины из леса около 20% древесного сырья составляют отходы в виде ветвей, пней, корней, а их вывезенной около 20% составляет неделовая древесина (дрова). В лесопильном производстве количество отходов составляет 35-42%. В мебельных производствах количество отходов в среднем составляет 53-65% от поступивших пиломатериалов. При выработке фанеры отходы составляют 52-54%, строганного шпона — 30-45%. Ежегодное количество отходов и неделовой древесины по стране составляет около 300 млн м3 [].

К промышленным древесным отходам относятся отходы деревообрабатывающей промышленности, содержащие более 50% древесины. Частные древесные отходы – это различного рода изделия из дерева, более чем на 50% состоящие из древесины и ставшие лишними в хозяйстве. Если квалифицировать частный древесный мусор относительно легко, то с промышленными отходами из дерева дело обстоит сложнее.  
Так, например, стружка получаемая при распилах, не относится к промышленным отходам из дерева, а стружка, производимая деревообрабатывающими предприятиями, принадлежит к группе промышленных отходов из дерева. Ежегодно в мире собирается около 3,4 млрд т отходов из дерева.

Согласно статистике, 50-60% этих отходов используются как дрова. Древесные отходы в ФРГ употребляют, в основном, двумя способами: энергетическим и материальным. В ФРГ, как и в большинстве других европейских стран, преобладает первый способ, а именно, энергетический. Так в 2009 году 2/3 всех древесных отходов в ФРГ были сожжены для получения тепла.  
Энергетический способ использования дерева наглядно демонстрируют тепловые и электрические станции. Здесь тепло, получаемое в результате сожжения древесных отходов, преобразуется в другие виды энергии, например в электричество. Древесностружечные плиты представляют собой наглядный пример материльного использования древесных отходов.  
Теперь от теории передём к конкретным практическим примерам использования древесных отходов. Один пример уже был назван, а именно: производство древесностружечных плит. В ФРГ ежегодно перерабатывается от 1,7 до 3,0 млн т древесных отходов для прозводства этих плит.

В Австрии, Швейцарии и немецкой Баварии имеются особые столяры, использующие древесные отходы в оформлении внутреннего и внешнего интерьера домов. При этом древесные отходы больших размеров сначала освобождаются от насекомых.

Древесные отходы используются также для производства следующих продуктов: активный уголь, фильтрационная бумага, наполнитель для батареек, древесный камень, средство для уборки улиц, чистящее средство, средство для полировки, шлифовальный круг, мыло, связующее средство, средство для сушки и др.

Очень популярным продуктом, изготавливаемым из древесных отходов, является линолеум, который, к сожалению, сегодня несправедливо забыт. Причина малой популярности линолеума – наличие других достойных материалов, например, различного рода смесей древесных опилок с синтетическими веществами (бакелит).  
На сегодняшний день в США эти смеси особенно популярны. Так, материал под названием Wood Plastic Composites (WPC) в последние 10 лет практически завоевал строительный рынок.  
В Швейцарии аналогом американской смеси из древесных опилок и синтетических материалов является innovation wood (iwood). Этот материал используется как при строительстве из дерева, так и в мебельной промышленности. Wood - это лёгкий в обработке, дешёвый и экологический чистый материал, произведённый из древесных опилок и древесной пыли.

Отходы древесины, являющейся вторичным сырьем, могут частично или полностью заменить первичное сырье на предприятиях, выпускающих древесностружечные и древесноволокнистые плиты, на предприятиях деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, лесохимической промышленности и в производстве строительных материалов. Конечная продукция из отходов может быть получена механической обработкой, химической, микробиологической и энергохимической переработкой.

Крупные кусковые отходы могут быть использованы для выработки мелкой продукции, изделий ширпотреба, тарной дощечки, штакетника, штукатурной и кровельной драни, кровельной плитки и гонта, предметов домашнего обихода, игрушек, простейшей мебели (вешалок, полочек, подставок, ящиков, шкафчиков). Сотни различных наименований мелких изделий изготавливают из кусковых отходов.

Все мелкие кусковые отходы на различных производствах могут быть переработаны на технологическую щепу, которая используется как сырье в целлюлозном производстве, в производстве древесностружечных и древесноволокнистых плит, в гидролизном, химическом и других производствах. Технологические опилки используются в гидролизных и других производствах.

Хвоя и листья служат ценным сырьем для получения хвойно-витаминной муки, употребляемой как добавка к кормам животных и рыб, эфирных масел, хвойных лечебных экстрактов, хлорофилло-каротиновой пасты, которая применяется как леченое средство и для изготовления косметической продукции. Лесосечные отходы используются для переработки на древесный уголь, применяемый в металлургической и других отраслях промышленности, а также как сырье для переработки в технологическую щепу. Стружки и опилки используются для производства различных строительных материалов, а также как сырье для химической и гидролизной промышленности.

Щепа технологическая используется в качестве сырья для производства сульфитной и сульфатной целлюлозы, полуфабриката тарного картона, древесноволокнистых и древесностружечных плит, гидролизного спирта и кормовых дрожжей.

Основным размером щепы является ее длина, которая при рубке регулируется величиной выпуска рубильных ножей под плоскостью диска (при прочих постоянных параметрах). Толщина и ширина щепы при переработке кусковых отходов на рубительных машинах не регулируются, а являются производными.

Поскольку главным размером щепы является ее длина, а ширина и толщина не регулируются, при разработке технических условий на щепу достаточно указывать только длину щепы или ее пределы - наибольший и наименьший размеры, а также оптимальный. Однако в других условиях рубки или дробления (дробилками и др.) указанная пропорциональность может не иметь места. Поэтому должна быть предусмотрена сепарация для получения щепы не только требуемой длины, но и толщины. В этом случае полезный выход щепы заметно снижается.

Применительно к технологии производства древесностружечных плит целесообразно различать два термина: специальная стружка и стружка-отход.

Специальная стружка изготовляется непосредственно в производстве древесностружечных плит, а стружка-отход поставляется для использования в этом производстве с дереообрабатывающих предприятий.

Наиболее близко отвечает интересам деревообрабатывающих предприятий использование стружки-отхода для изготовления древесностружечных плит, поскольку эти плиты являются основным конструкционным материалом в мебельном производстве.

Из стружки можно изготовлять арболит - экономичный и эффективный строительный материал. Это - легкий бетон, получаемый на основе подобранной смеси цемента, органического заполнителя (стружки), химических добавок и воды. Изделия из арболита применяются для стен и теплоизоляции покрыли жилых, общественных и производственных зданий. Они разделяются на теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные, конструкционно-неармированные, армированные, гладкие, сложного профиля. Номинальные размеры изделий из арболита: длина до 6 м и ширина до 3 м.

Чистые опилки и стружка деревообрабатывающих цехов считаются лучшим сырьем для изготовления древесной муки, употребляемой в качестве наполнителя в производстве фенольных пластмасс, линолеума, взрывчатых веществ и пьезотермопластиков.

Из просеянных опилок изготовляют древесные плиты способом экструзионного прессования. В этом случае применяют до 50% опилок вместе со стружкой. Способность опилок лучше упрессовываться и увеличивать объемный вес наружных слоев при увлажнении поверхности ковра перед горячим прессованием позволяет получать трехслойные плиты, лицевые поверхности которых обладают высокой твердостью и износостойкостью, а средний слой имеет сравнительно небольшую объемную массу. Такие стружечно-опилочные плиты могут использоваться для лицевых покрытий панелей и для полов в жилых и общественных зданиях.