Автор: Овчинникова Татьяна Олеговна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №10 (33) октябрь 2011 г.

Статья просмотрена: 132 раза

Библиографическое описание:

Овчинникова Т. О. Влияние гидродинамической обстановки и температуры на кинетику процессов переэтерификации и полиэтерификации при получении органического пленкообразующего вещества // Молодой ученый. — 2011. — №10. Т.1. — С. 57-60. — URL https://moluch.ru/archive/33/3776/ (дата обращения: 13.12.2017).

В статье приведено исследование кинетики процессов переэтерификации и полиэтерификации при использовании в качестве катализатора ультрадисперсного оксида никеля (II), ингибированного хромом. Определены лимитирующие стадии процессов.
Лакокрасочный материал представляет собой композицию, которая после нанесения на поверхность окрашиваемого изделия формирует в результате сложных физических и химических превращений сплошное полимерное покрытие с определенными свойствами (защитными, декоративными, специальными) [1]. Основным компонентом любого лакокрасочного материала, определяющим свойства получаемого покрытия, является пленкообразующее вещество [2].
В химической промышленности тонкого органического синтеза перспективным направлением является разработка новых методов производства пленкообразующих веществ. Большинство пленкообразующих веществ, применяемых в лакокрасочной промышленности, представляют собой высокомолекулярные полимерные соединения [3]. Основными процессами при получении пленкообразующего вещества являются переэтерификация и полиэтерификация [4].
При применении катализаторов в ультрадисперсной форме [5] процессы переэтерификации и полиэтерификации относятся к процессам гетерогенного типа. Для определения области протекания проводились исследования влияния температуры и гидродинамического режима в аппарате на скорость процессов пере- и полиэтерификации. Экспериментальные исследования проводились на примере лака ПФ-060, представляющего собой сополимер фталевого ангидрида и смешанных эфиров линолевой, олеиновой кислоты и пентаэритрита.
Экспериментальные исследования процессов переэтерификации и полиэтерификации проводились при варьировании температуры процесса в пределах от 250 до 265°С при фиксированных значениях силы тока на приводе, что позволяло варьировать гидродинамический режим в аппарате.
Схема экспериментальной установки для проведения процессов синтеза пленкообразующего вещества представляла собой модель реактора – пятигорлая колба (5) с перемешивающим устройством, электроприводом (1), обратным холодильником (8) для конденсации паров воды, ловушкой (7) для улавливания паров воды, глицеринового затвора (3) для для поддержания герметичности в колбе, трубки для подачи инертного газа, термометра (4) для контроля температуры среды и электрообогревателя (6) для обеспечения температурного режима процесса синтеза. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Экспериментальная установка для получения органического пленкообразующего вещества
1- привод, 2-штатив, 3-глицериновый затвор, 4-термометр, 5- пятигорлая колба, 6-электрообогреватель, 7- ловушка Дина-Старка, 8-обратный холодильник.

Нормы расхода исходных компонентов для производства лака ПФ-060 представлены в таблице 1
Таблица 1 Нормы расхода исходных реагентов для проведения процесса синтеза лака ПФ-060

Наименование сырья

Ед. изм.

Количество

Растительное масло

г

330

Пентаэритрит

г

75

Фталевый ангидрид

г

120

Ультрадисперсный катализатор

г

0.0001


Скорость процесса переэтерификации рассчитывали по изменению концентрации пентаэритрита в предположении его полного расхода во время процесса:
(1)
Скорость процесса полиэтерификации находилась исходя из начальной и конечной концентрации карбоксильных групп в реакционной массе:
(2)
Начальная концентрация пентаэритрита рассчитывается по загрузкам на стадию:
(3)
где – масса пентаэритрита, кг;
– объем смеси, м3;
– молярная масса пентаэритрита, кг/моль;
– количество пентаэритрита, моль;
– плотность пентаэритрита, кг/м3;
– масса подсолнечного масла, кг;
– плотность подсолнечного масла, кг/м3.
Концентрация карбоксильных групп определяли по кислотному числу. Формула перевода кислотного числа в концентрацию карбоксильных групп имеет вид:
(4)
кислотное число в начале процесса полиэтерификации – ;
– плотность растительного масла, 989 кг/м3.
Тогда концентрация карбоксильных групп в начале процесса полиэтерификации равна:
(5)

Для визуализации влияния температуры и гидродинамической обстановки в аппарате на скорость процесса приводим графики зависимостей скорости процесса от температуры процесса и от частоты вращения мешалки в начальный момент времени.

Рис. 1 Скорость процесса переэтерификации от температуры при частоте вращения мешалки:
1 – 11.08 Гц; 2 – 11.61 Гц; 3 – 12.15 Гц

Рис. 2 Скорость процесса переэтерификации от температуры при частоте вращения мешалки:
1 – 11.08 Гц; 2 – 11.61 Гц; 3 – 12.15 Гц


Рис. 3 Скорость процесса переэтерификации от частоты вращения мешалки при температуре:
1 – 250˚С; 2 – 255˚С; 3 – 260˚С; 4 – 265˚С.

Рис. 4 Скорость процесса полиэтерификации от частоты вращения мешалки при температуре:
1 – 250˚С; 2 – 255˚С; 3 – 260˚С; 4 – 265˚С.


Анализируя данные графиков 1-4 можно сделать вывод, что для процесса переэтерификации наблюдается зависимость скорости процесса от температуры, при отсутствии зависимости от гидродинамической обстановки в аппарате (рис. 1 и 3), что говорит о протекании данного процесса в кинетической области.
Для процесса полиэтерификации наблюдается корреляция скорости реакции и показания шкалы реостата на всем исследуемом интервале (рис 4). Графические зависимости при различных температурах, за исключением 250˚С, практически идентичны, что говорит о малом влиянии температуры при ее значениях выше 255˚С. Из этого следует, что при температурах 255÷265˚С процесс протекает при лимитирующей стадии диффузионного переноса молекул реагента к поверхности катализатора, при температурах ниже 255˚С скорости химической реакции и диффузии примерно равны.

Литература:
1. Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика / пер. с англ., ред. Р. Ламбурн. – СПб.: Хиимя, 1991. – 512 с.
2. Дринберг С.А. Растворители для лакокрасочных материалов. Л.: Химия, 1980. – 160 с.
3. Орлова О.В., Фомичева Т.Н., Окунчиков А.З. Технология лаков и красок. Учебное пособие. – М.: Химия, 1990 г. – 384 с.
4. Сорокин М.Ф. Химия и технология пленкообразующих веществ. – М.: Химия, 1989. – 477 с.
5. Леонтьева А.И. Формирование качественных показателей органического пленкообразующего вещества на стадии переэтерификации / А.И. Леонтьева, Т.О. Деева // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. – 2011. – № 1(32). – С. 377-381.
Основные термины (генерируются автоматически): Скорость процесса, Скорость процесса переэтерификации, процесса полиэтерификации, пленкообразующего вещества, вращения мешалки, органического пленкообразующего вещества, частоты вращения мешалки, Скорость процесса полиэтерификации, температуры процесса, карбоксильных групп, начале процесса полиэтерификации, частоте вращения мешалки, гидродинамической обстановки, процесса синтеза, процессов переэтерификации, скорости процесса, варьировании температуры процесса, лака ПФ-060, влияния температуры, процесса синтеза лака.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос