Баранович Дмитро Сергійович. Одержання полімерної і дисперсної сірки кислотним розкладом натрію тіослуьфату в закритій системі

Короткий опис

Баранович Дмитро Сергійович. Одержання полімерної і дисперсної сірки кислотним розкладом натрію тіослуьфату в закритій системі : Дис... канд. наук: 05.17.01 - 2008.

Баранович Д.С. Одержання полімерної і дисперсної сірки кислотним розкладом натрію тіосульфату в закритій системі. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 технологія неорганічних речовин. Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2008.
У дисертації наведено результати досліджень, спрямованих на розроблення теоретичних основ і технології полімерної та дисперсної сірки новим методом, яка відрізняється від існуючої тим, що процес здійснюється в закритій системі. В дисертаційній роботі встановлено закономірності та кількісні залежності впливу основних технологічних параметрів на процес розкладу натрію тіосульфату хлоридною кислотою в закритій системі. Визначено закономірності та кількісні залежності впливу різноманітних чинників на поглинальну здатність розчину, якісний і кількісний склад рідкої фази в процесі абсорбції SO2водним розчином Na2S2O3та фізико-хімічні характеристики одержаної сірки. Запропоновано механізм кислотного розкладу натрію тіосульфату з участю сірки (IV) оксиду з отриманням полімерної та інших видів сірки. На базі одержаних закономірностей та залежностей створено новий технологічний процес одержання полімерної сірки розкладом натрію тіосульфату хлоридною кислотою під тиском і дрібнодисперсної як продукту абсорбції SO2водним розчином Na2S2O3і розкладу політіонових кислот, а також додаткового продукту мірабіліту. Виконані узагальнені техніко-економічні розрахунки переконливо свідчать про економічність і екологічність розробленої технології полімерної і дисперсної сірки.
Матеріали дисертації викладено в 10 друкованих працях.

Вирішене важливе науково-технічне питання, яке має екологічне, економічне і народногосподарське значення вперше розроблено технологічний процес полімерної і дрібнодисперсної сірки розкладом натрію тіосульфату хлоридною кислотою у закритій системі.
Існуючі промислові методи одержання полімерної і дрібнодисперсної сірки мають ряд істотних недоліків в технологічному та екологічному аспектах. Новим перспективним напрямком у технології полімерної сірки є її одержання кислотним розкладом натрію тіосульфату, який є багатотоннажним відходом коксохімічних та багатьох інших галузей промисловості, накопичується і не утилізується. Разом з тим, запропонованій і розробленій технології притаманний недолік тільки половина введеної сірки із натрію тіосульфатом конвертується в сірку, друга в сірки (IV) оксид, що зумовлює необхідність його утилізації, а відтак призводить до ускладнення технологічного процесу.
Одним із перспективних шляхів удосконалення вказаного технологічного процесу є здійснення кислотного розкладу натрію тіосульфату під тиском. Це дасть змогу залучити газоподібний SO2в сферу процесу і тим самим забезпечити збільшення ступеня перетворення сірки та зменшення питомої витрати HCl.
Натрію тіосульфат володіє високою сорбційною здатністю по відношенню щодо SO2(понад 1,3 моль SO2/моль Na2S2O3). Взаємодія сірки (IV) оксиду з натрію тіосульфатом це складний, багатостадійний процес, який відбувається через послідовні стадії утворення сульфонатів і політіонових кислот, які в підсумку розкладаються з утворенням сірки і сульфат-іона.
Оптимальними умовами абсорбції SO2розчином натрію тіосульфату є такі: температура 400С, мольне співвідношення SO2до Na2S2O3 1,2-1,3 : 1. За цих умов утворюється дрібнодисперсна сірка з розміром частинок 8-10 мкм і політіонові кислоти, які характеризуються високою стійкістю в часі.
Акустичні коливання в ультразвуковому діапазоні пришвидшують розклад політіонових кислот, які утворюються внаслідок взаємодії SO2з Na2S2O3, в 15-16 разів. При цьому утворюється дрібнодисперсна сірка з розміром частинок 5-10 мкм.
Оптимальними умовами отримання полімерної сірки, яка переважно належить до щ-модифікації є: тиск не вище 1,1МПа; стехіометричне співвідношення реагентів Na2S2O3: HCl 1,25-1,35 : 1; швидкість подачі розчину Na2S2O3 50-100 дм3розчину Na2S2O3(390 г/л) на 1 мл HCl (35,5%)/хв.; інтенсивність перемішування, якій відповідає Reпр= 7500-11000; температура процесу 60-650С; кількість 20%-го розчину синтанолу ДС-10 5-25 мл на 1 м3водного розчину (390-400 кг/м3) натрію тіосульфату.
Введення ПАР до реакційного середовища в закритій системі забезпечує зменшення адгезії частинок, збільшення дисперсності продукту, покращення експлуатаційних властивостей каучуку, вулканізованого цим продуктом; на відміну від відкритої системи ПАР не сприяє збільшенню виходу продукту.
Здійснення процесу в закритій системі дає змогу, порівняно з відкритою, зменшити питому витрату хлоридної кислоти на 70%, кристалогідрату натрію тіосульфату на 50%; повністю утилізувати SO2, який утворюється за основною реакцією процесу; збільшити ступінь перетворення тіосульфатної сірки на 15,3%; одержати дрібнодисперсну сірку з розміром частинок 8-10 мкм і додатковий продукт мірабіліт.
Розроблена технологічна схема одержання полімерної та дрібнодисперсної сірки є простою в технологічному і апаратурному аспектах, вона забезпечує одержання полімерної сірки із вмістом основної речовини 57%, що відповідає стандарту Struktol SU135, і дрібнодисперсної з розміром частинок 5-10 мкм. Одержану полімерну сірку можна використовувати для виробництва окремих деталей шин; дрібнодисперсну як фунгіцид у сільському господарстві; мірабіліт може бути використаний у будівельній галузі.
Запропонований технологічний процес, порівняно із існуючим, є досконалішим в економічному і екологічному планах. Витрати на одержання 1 т полімерної сірки і 0,72 т дрібнодисперсної за сировиною, матеріалами, реагентами та енергією становлять 1800 грн. проти 4000 грн. у відкритій системі.