RO107840B1 - Procedeu și instalație, pentru obținerea de perle din celuloză, modificată, cu structură microporoasă și suprafață înalt adsorbantă - Google Patents

Abstract

Invenția se referă Ia un procedeu și la o instalație, pentru obținerea de perle din celuloză, cu structură microporoasă și capacitate înalt adsorbantă, procedeul constând în aceea că în timpul formării perlelor, la derivatul de celuloză se adaugă un material spumant cu formare de gaz, precum și unul sau mai multe materiale de umplutură, formându-se- și coagulându-se picături, pentru a se obține perle cu structură cavernoasă, timpul de amestecare, precoagulare, coagulare secundară, păstrare și uscare fiind ales, conform jumătății de viață a vitezei de descompunere a agenților de spumare utilizați. Instalația, conform invenției, pentru realizarea procedeului este constituită dintr-o matriță de formare a picăturilor cu știfturi speciale din material plastic și un amestecător static pentru amestecarea aditivilor solizi și lichizi, o baie de coagulare cu o muchie de înclinare, pentru controlul timpului de coagulare, un separator rețea cu o formă specială, de curbă spațială, constând din combinarea rețelelor din plastic, pentru separarea produsului de acid, un injector cu jet acționat cu soluția de tratare, pentru transportul produsului și un reactor cu fluid pentru post tratament, unghiul de înclinație al reactorului fiind variabil între 0 și 90°.

Description

Invenția se referă la un procedeu și la o instalație pentru obținerea unor perle cu structură microporoasă și suprafață înalt adsorbantă din soluție de celuloză.

Se cunoaște că adsoibantul ideal este de formă sferică. Există multe posibilități de folosire a adsorbantului din perlă de celuloză, totuși, acesta se folosește, în special, ca microcapsula. Domeniul de utilizare a periei de celuloză se extinde în funcție de combinarea cu diverse materiale de umplutură. Produsul are proprietăți excelente, de exemplu este antiacid, antialcalin și rezistent la solvenți. Ca urmare a acestor proprietăți avantajoase, el poate fi folosit pentru spălarea antibioticelor în cazul fermentației, spălarea acizilor oleici, extragerea pigmenților naturali, recuperarea componentelor utile din apele reziduale, purificarea rețelelor de canalizare, eliminarea impurităților organice, absorbția protectorilor și materialelor nutritive pentru plante.

Utilizările multiple explică faptul că în ultimii ani s-au elaborat un număr foarte mare de procedee pentru producerea de perle din celuloză.

Astfel, este cunoscut, conform brevetelor japoneze nr.73-21738 și 7360753 un procedeu în care perla se foO ează din soluție vâscoasă, prin trecerea acesteia printr-o deschidere, cu viteză mare, coagularea realizându-se într-o baie rotativă. Pentru realizarea procedeului se utilizează un aparat folosit în mod curent în domeniul respectiv.

Conform brevetului SUA nr.3579350, materialul de pornire este o soluție de celuloză, folosindu-se un solvent organic pentru prepararea unei suspensii care se precipită într-o soluție acidă.

Conform brevetelor CS nr.2858-74, DE nr.2523893 și US nr.4055510, suspensia se prepară din soluție vâscoasă în mediu neapos. Pentru modificarea produsului final se folosește epiclorhidrină, iar precipitarea se realizează cu o soluție acidă.

Brevetul SUA nr.3737337 ilustrează un procedeu ce constă din prepararea de microgranule dintr-o soluție apoasă de polimeri organici, folosind un solvent organic.

Este, de asemenea, cunoscut că pulberile adsoibante se utilizează drept aditive pentru îmbunătățirea caracteristicilor adsoibante ale perlei celulozice sau pentru dezvoltarea capacității selective adsoibante. Un astfel de procedeu este descris în brevetele CH nr.625716 și ΓΓ nr.5020381. Pentru creșterea capacității de adsorbție și de retenție a apei de către perla celulozică se folosesc polimeri hidrofilici drept componenți de amestecare, conform brevetului DD nr. 206679. în cazul soluțiilor descrise în brevetele respective, procedeul este privit ca important și implicând folosirea unei aparaturi în sine cunoscute: numai întrun singur caz sistemul cu orificii de formare a perlei se combină cu vibrația.

Perlele formate într-un mod cunoscut, au o structura compusa dintr-un strat exterior, In care se afla o umplutură de gel celulozic și pulbere adsorbantă.

Această structura prezintă dezavantajul că reduce capacitatea adsorbantă a granulelor.

Scopul invenției este de a realiza perie celulozice care au, datorită structurii lor, o capacitate adsorbantă mai mare decât produsele cunoscute în prezent

Problema pe care o rezolvă invenția este realizarea unui procedeu care să ducă la formarea de perie de celuloză cu structură cavernoasă care să le mărească suprafața de adsorbție.

Procedeul, conform invenției, elimină dezavantajele arătate prin aceea că în timpul formării perlelor, la derivatul de celuloză se adaugă un material spumant cu formare de gaz, precum și unul sau mai multe materiale de umplutură, formându-se șî coagulându-se picături pentru a se obține perle cu structură cavernoasă, timpul de amestecare, precoagulare, coagulare secundară, păstrare și uscare fiind ales conform jumătății de viață a vitezei de desoompuneie a agenților de spumate utilizați.

Instalația, conform invenției, pentru realizarea procedeului, este constituita dintr-o matrița de formare a picăturilor cu știfturi speciale din material plastic și un amestecător static, pentru amestecarea aditivilor solizi și lichizi, o baie de coagulare cu o muchie de înclinare pentru controlul timpului de coagulare, un separator rețea, cu o formă specială de ciubă spațiala, constând din combinarea rețelelor din plastic pentru separarea produsului de acid, un injector cu jet acționat cu soluția de tratare pentru transportul produsului și un reactor cu fluid pentru post tratament, unghiul de înclinație al reactorului fiind variabil între 0 și 90°.

Procedeul, conform invenției, se referă astfel la producerea de perle celulozice cu structură poroasă și de înaltă capacitate adsorbantă, care diferă de procedeele descrise anterior prin aceea ca se folosesc agenți de formare de gaze și de spumare pentru formarea periei și pentru tratamentul ulterior. Comparativ cu procedeele cunoscute, prin această procedură se pot forma perie cu structuri fundamental diferite. Această structură nouă asigură acțiuni suplimentare neașteptate cu efecte pozitive la aplicarea produsului rezultat Conform invenției, agentul de spumare se amestecă într-o soluție de celuloză sau derivat de celuloză, cum ar fi xantogenatul de celuloză, care se țăcură în baia de precipitare printr-o deschidere cu un diametru preferabil de 1—10 mm. Vâscozitatea soluției de celuloză este, de preferință, de

200...10000 mPs. Agenții de spumare folosiți sunt gazele, cum ar fi N2, O2, NH3, aer, N2O, hidrogen, acetilenă etc. sau carbonați, de preferință Na2CO3, ZnCO3 sau (NH4)2 CO3, carbonat de calciu și magneziu. După dorință, soluția vâscoasă poate conține umpluturi. La picurare, gazele de CO2, SC>2, CS2, O2, H2, C2H2, N2, NH3 formate la suprafața și interiorul picăturilor, produc cavități în perlă. Structura periei obținută pe această cale diferă de cea a perlei uzuale, întrucât suprafața sa este poroasă, secțiunea sa transversală conținând cavități și canale. Această diferență de structură poate fi observată pe fotografiile microscopice electronice. Baia acidă de precipitare poate fi, de exemplu, de soluție aridă 2...6 N (de preferință arid sulfuric) conținând, de regulă, o soluție de sulfat de sodiu cu densitatea de 50.-200 g/cm.

în formarea structurii poroase influențarea descompunerii xantogenatului de celuloză, viteza de eliberare a dezvoltării vaporilor de bisulfură de carbon, ca și agenții de formare de gaze încărcați cu soluție vâscoasă, joacă un rol important

Produsele de descompunere a materialelor cu perioade de înjumătățire diferite apar cu oîntârzierede timp în producerea lor astfel, încât produsele gazoase ale reacțiilor simultane facilitează dezvoltarea canalelor. Produsele de descompunere ale materialelor ce formează gazele accelerează formarea scheletului de celuloză.

Procesul, conform invenției, având ca scop producerea de perle de celuloză dă rezultate pozitive cu acțiuni suplimentare comparativ cu procedeele cunoscute care se manifestă ele însele prin modificarea structurii perlelor. La perlele formate în modul cunoscut, se dezvoltă un strat exterior în care poate fi găsită o umplutură de gel celulozic și pulbere adsorbantă. Perla spumată realizată, conform procedeului, conform invenției, are totuși o structură spongioasă pe suprafață largă pe care adsorbanții se așază ușor. Aceste fenomene pot fi văzute pe fotografii microscopice electronice. Materialul producător de spumă nu are efect distrugător asupra proprietăților aditivilor, acesta chiar crescându-i acțiunea. în cadrul procedeului, conform invenției, mai pot fi folosite, de asemenea, umpluturi uzuale, cum sunt carbonul activ, silicagelul, zeolitul, bentonita, rășina schimbătoare de ioni, cărbunele de case, silicagelul de aluminiu, pulberi polimerice (CMG, alginat de sodiu, hidroxietil, ce107840 luloză, polivinil alcoolul / poli/acrilonitrilul) etc.

Procedeul de producere a perlelor spumate, conform invenției, permite realizarea unei variante foarte avantajoase a perlelor de silicagel care urmează a fi formate. Astfel, pulberea de silicagel se amesteca în soluția vâscoasă din care rezulta perla. în acest caz granulometria silicagelului, omogenitatea soluției vâscoase gi condițiile de precipitare determină aranjamentul silicagelului în interiorul perlei. Dacă silicagelul nu se amesteca în soluția vâscoasă ci se formează simultan cu perla, el acoperă peretele spațiilor de perlă într-un strat foarte fin. Aceasta se poate obține prin precipitarea silicagelului pe peretele perlei.

în continuare, se pot produce perle cu proprietăți noi prin utilizarea acizilor humici. Acidul humic se formează în sistemul de încărcare a humaților. In perlă mai pot fi încorporate clorofila și ciclodextrina. Se pot obține perle cu valoare practică bună prin folosirea oxidului de fier magnetic (magnetita) drept umplutură, care își mențin activitatea proprie în perlele celulozice. Se poate, de asemenea, utiliza noroi roșu activat Pe lângă cei cunoscuți, aditivii de pulbere polimerică pot fi: poliamida, polipropiîena, polietilena. Mai pot fi încorporate sulful, protectorii de plante solizi san lichizi care sunt insolubili în apă.

în cazul procedeelor cunoscute până în ρΐΰζβηζ problema este în general rezolvată într-un număr de faze tehnologice, acmdându-se o atenție insuficientă rentabilității, care poate fi un alt avantaj.

Influențarea noii structuri poate fi bine observată pe fotografiile microscopice electronice.

Se dau mai jos exemple de realizare a invenției în legătură și cu fig.l...6, care reprezintă niște fotografii microscopice electronice și servesc la ilustrarea structurii, iar fig.7 este o schiță a instalației, conform invenției:

- fig.1 gi 2, ilustrează faptul că fără spumarea unei suprafețe relativ netede se formează o sticlă fără pori gi canale;

- fig.3 și 4, arată că suprafața produsului fabricat prin procedeul și cu instalația, conform invenției, este fragmentată, alveolară și conține numeroși pori;

- fig.5, în secțiunea transversală se pot vedea cavități interioare și canale mici care conduc la suprafață; în cazul tipului umplut din fig.6 se poate observa o structură mai solidă cu pori mai mici.

Structura de mai sus poate fi schimbată, conform scopului aplicării, prin influențarea tehnologiei.

Acest tip de perlă absoarbe soluțiile din preajma sa și le elimină în condiții neschimbate. în acest fel, ea asigură o componență ideală de transport

Noutatea soluției, conform invenției, constă în aceea că produsul rezultat, dorit, se obține prin faze tehnologice care asigura proprietățile noi împreună cu echipamente speciale. Astfel, se poate folosi un agitator static pentru amestecarea aditivilor. Presiunea de suport a piesei de formare a picăturilor este, de preferință, 1...10 bari.

Timpul de coagulare se stabilește cu ajutorul unei muchii oscilante din material plastic, iar produsul coagulat se separă din acid, de exemeplu cu ajutorul unui separator rețea. Produsul brut poate fi antrenat printr-un injector de lichid, iar pentru operarea acestuia se poate utiliza o a doua baie de coagulare. Coagularea secundară se poate realiza, de preferință, sub presiune redusă.

Pentru realizarea eliminării acidului și desulfurării acestuia, este preferabilă utilizarea unui echipament cu fluid de contact, având un unghi de înclinare ce se schimbă uzual între 0 și 90° gi în care direcția de curgere a ciclurilor individuale este variabilă: fluidul de tratare poate fi circulat în mod alternativ în echicurent sau contracurent

Uscarea se face, de preferință, la

6O...15O°C, timp de 1...20 h. Viteza de uscare gi viteza de eliberare a aburului din structura interioară contribuie, toto107840 dată, la formarea unei structuri favorabile.

Noutatea invenției constă în continuare în aceea că se creează o linie de producție la scara industrială din instalații care nu au mai fost folosite în scopuri similare, asigurându-se o soluție extrem de economică.

Se dă, în continuare, explicația fig.7.

Soluția celulozică (de preferință vâscoasa) pentru utilizare se încarcă într-un recipient de agitare A, după care se adaugă materialul de formare de gaze, preparat într-un recipient anterior 9. Materialul de formare de gaze poate fi o soluție reală sau o suspensie, dar poate conține bule de gaz foarte bine.

După amestecarea soluției vâscoase 1 cu aditivii 2 (pulberi solide, soluții, agenți de încrucișare etc.) ca și materialul de formare de gaze, soluția vâscoasă trece prin agitatorul static B (omogenizare intensivă) și ajunge la matrița C de formare a picăturilor. Matrița C de formare a picăturilor conține elemente de formare a picăturii cu coeficient de frecare scăzut produse prin tehnici speciale de profilare a materialelor plastice; această soluție permite formarea unui număr de 1000...100000 picături/sec.

Din matrița C de formare a picăturilor (care poate fi acționată la o presiune de

1...10 bari), soluția vâscoasă ajunge la baia de coagulare D sub formă de picături. Aici are loc precoagularea și începe formarea structurii poroase. Din picături se formează coagulatul de perle, al cărui transport continuu trebuie asigurat, întrucât altfel ciocnirile a multe mii de picături și perle formate într-o secundă ar avea ca rezultat o adezivitate redusă, conducând la formări distorsionate. Transportul continuu poate fi asigurat prin ajustarea debitului și sensului de curgere din baia de coagulare, controlul nivelului și preluarea continuă a produsului fiind asigurate printr-o margine de înclinare oblică formată corespunzător. în interesul unui efect general favorabil, distanța dintre matrița de formare a picăturilor și baia de coagulare

- adică lungimea de cale libera a picăturilor

- se poate ajusta.

Din rezervorul de precipitare (baia de coagulare) D, perla celulozică în stare de precoagulare ajunge în aparatul de coagulare secundară E prin gravitație. Separatorul rețea introdus între aparatele D și E are rolul de a separa perla celulozică din fluidul coagulant, fluid care se returnează în sistemul de circulație.

Separatorul rețea este un așa-numit grătar din material plastic armat, format prin trasare de tip hiperbolă ce este vizibil din partea laterală a fluxului de produs

- o rețea din material plastic șlefuit cu diamante incluzând un unghi de 60° și având o distanță de margine de 2 mm, fiind armat pe partea din spate cu un grătar de suport hexagonal cu o distanță de margine de 25 mm. Cele două tipuri de grătare sunt fixate împreună prin tratament termic.

Scheletul celulozic se dezvoltă în aparatul de coagulare secundară E, reacția de spumare și formarea structurii poroase fiind continuate. Acest aparat poate fi barometric, de preferință el este totuși aparat la presiune redusă.

Din aparatul de coagulare secundară E produsul se trece în reactorul de tratare ulterioară G printr-un injector cu jet F. Aid are loc eliminarea prin spălare cu apă fieibinte a resturilor din baia de coagulare și descompunerea produselor procesului de spumare, spălarea și eliminarea cu soluție alcalină a compușilor de sulf formați în reacțiile secundare, precum și decolorarea produsului dacă este necesar. Acest procedeu contribuie, de asmenea, la formarea structurii cu canale.

Aparatul G este un reactor cu fluid de contact al cărui unghi de înclinație variază între 0 și 90°, direcția de curgere a soluțiilor de tratare, putând fi schimbată în ciclurile individuale. Produsul obținut prin tratamentul ulterior trece din aparatul G fo uscături H. Acest nscător asigură o amestecare, foarte intensă, care face posibilă eliminarea rapidă a apei.

Această eliminare din cavitățile interioare este faza finală în formarea sistemului de canale poroase.

Exemplul 1. Se amestecă 1600 dm³ de soluție vâscoasă, conținând 8%, în masă celuloza (numărul clorură de amoniu = 7,9) cu 100 kg de Na2CO3 pentru a obține o soluție omogenă care este picurată în 4000 dm³ de acid sulfuric 20% -soluție acidă cu ajutorul unui aparat special de picurare. Perlele formate după coagulare sunt spălate cu apă pentru eliminarea sulfului, după care sunt uscate. Periele formate au diametrul de 1...5 mm, în funcție de parametrii aplicați.

Exemplul 2. în soluția vâscoasă a cărei compoziție și cantitate sunt date în exemplul 1, se amesteca 1,50 kg de ZnCO3, perla se formează din aceasta soluție. Precipitarea și tratamentul ulterior sunt aceleași ca în exemplul 1.

Exemplul 3. Se amestecă 2000 dm³ de soluție vâscoasă din industria de fibre cu 120kgde Na2CO3 și 140 kg de carbon activ, într-un amestecător static. Formarea perlelor se face conform exemplului

1. Se obțin perie celulozice care sunt umplute cu carbon activ și au o bună capacitate adsorbantă. Aparatul de picurare funcționează la o presiune de 2 bari, nivelul acid de coagulare se asigură cu ajutorul unei muchii înclinate, scoaterea constantă a perlelor formate continuu fiind asigurată corespunzător

Exemplul 4. La 1000 dm³ de soluție vâscoasă se amestecă 60 kg de Na2GO3 și 100 1 de silicat de sodiu. Fiind dispersate, periele umplute cu silicagel se obțin dacă soluția se picurează într-un acid sulfuric 15%. Prin marginea înclinată produsul ajunge la separatorul cu plasă împreună cu acidul și după aceea la aparatul de coagulare secundară. Separatorul cu plasă separă acidul de produse și îl reciclează în sistemul de circulație.

Exemplul 5. La 2000 dm³ soluție vâscoasă conform exemplului 3, se amestecă într-un agitator static NagOCb gi 700 kg de bentonită. Formarea perlelor se face la fel ca ta exemplul anterior. Se obțin perie celulozice conținând peste 80% ca masă, bentonită pentru posttratamentul cărora se folosește spălarea oblică cu fluid de contact

Produsul obținut are aspectul superficial și în secțiune transversală ilustrat în figurile anexate.

Exemplul <6. La 1500 dm³ soluție vâscoasă se adaugă 100 kg de (NH4)2OO3 și 25 kg de clorofilă. Soluția se omogenizează și periele sunt formate conform producerii din exemplul 5. Conținutul în clorofilă al perlei ajunge la circa 15% masă.

Exemplul 7. La 2000 dm³ soluție vâscoasă omogenă conținând 120 kg de carbonat de calciu magneziu se amestecă 75 kg magnetită, perlele formându-se așa cum s-a descris mai sus. Se obțin 270 kg de perie magnetice cu capacitate adsorbantă înaltă. Picurarea se realizează pe o matriță conținând cuie din material plasticspecial, în care se formează 1000... 100000 picături pe secundă. în scopul unei bune coagulări și pentru evitarea unei adezivități nocive a picăturilor, se folosește un aparat de reglare a curgerii cu muchie înclinată, lichidul fiind separat de produsul solid cu ajutorul unui separator cu plasă cu traseu hiperbolic. Poet tratamentul se face într-un reactor cu fluid de contact

Claims (12)

1. Procedeu pentru obținerea perlelor de celuloză, cu structura microporoasă și capacitate înalta adsorbantă, caracterizat prin aceea că în timpul procesului de formate a perlei se adaugă la derivatul de celuloza un material spumant care formează gaze și unul sau mai multe materiale de umplutură, formându-se și coagulându-ee picături pentru a crea perie cu structură cavernoasă, timpul de amestecare, precoagulare, coagulare secundară, post tratare și uscate, fiind jumătatea de viață a vitezei de descompunere a agenților utilizați pentru formarea spu107840 mei.

2 Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că drept material spumant se folosește un gaz, de preferința azot, bioxid de carbon, aer, oxigen, hidrogen, SO2, CS2, N2O sau acetilenă sau carbonați de magneziu de NH4, de Za, de Na, de Ca sau amestecuri ale acestora.

3. Procedeu, conform revendicărilor 1 sau 2, caracterizat prin aceea că perlele se formează din soluție de derivați de celuloză, de preferință din soluție vâscoasă sau din viscoză reziduală.

4. Procedeu, conform revendicărilor

1.. .3, caracterizat prin aceea că drept material de umplutură se folosește silicagel obținut din silicat de sodiu sau potasiu, in timpul formării perlei, cantitatea de silicat fiind de 10...80% masice, de preferință 40...50% masice față de celuloză.

5. Procedeu, conform revendicărilor

1.. .4, caracterizat prin aceea că în timpul formării perlei drept umplutură se folosesc oxidul de fier magnetic, noroiul roșu activat, clorofila, pulberi polimerice, acizi humici, pulberi cu activitate înalt adsorbantă, materiale protectoare sau nutritive pentru plante.

6. Procedeu, conform revendicărilor

1.. .5, caracterizat prin aceea că perlele se formează printr-un orificiu de 1...10 mmdiamteru, la o presiune de 1...10 bari.

7. Procedeu, conform revendicărilor

1.. .6, caracterizat prin aceea că pentru coagularea celulozei se folosește o soluție acidă 2...6 N, conținând 50...200 g/dm sulfat de sodiu și de preferință 10 g/dm³ formaldehidă.

8. Procedeu, conform revendicărilor 1—7, caracterizat prin aceea că se folosesc soluții celulozice cu o viscozitate de

200.. .10000,mPs.

9. Procedeu, conform revendicărilor

1.-8, caracterizat prin aceea că coagularea secundară se realizează la presiune redusă.

10. Procedeu, conform revendicărilor

1.. .9, caracterizat prin aceea că în timpul posttratamentului, fluidul este circulat în echicurent sau contracurent prin turbionare.

11. Procedeu, conform revendicărilor

1.. .10, caracterizat prin aceea că uscarea se realizează la o temperatură de 60... 150°C, timp de 1.-10 h.

12 Instalație pentru realizarea procedeului, conform revendicărilor 1...11, caracterizată prin aceea că este formată dintr-o matriță de picurare (C) cu știfturi din material plastic special, un amestecător static (A) pentru amestecarea adizivilor solizi sau lichizi, o baie de coagulare (D) cu o muchie înclinată pentru controlul timpului de coagulare, un separator (nefigurat) rețea cu o formă specială de curbă spațială, constând din combinația de rețele plastice pentru separarea produselor și a acidului, un injector cu jet (F) acționat cu soluție de tratare pentru transportul produsului și un reactor pentru fluid (G) pentru posttratare, unghiul de înclinare a reactorului variind între 0...90°.