CC BY
38
9
С 1b G X U/ в химии и химичесгай технологии. Том XXIV. 2010. №3(108)
дуктов взрыва в помещение. На третьем этапе расчетов оценивалось влияние пламягасящих добавок на температуру продуктов взрыва и содержание в них паров металла и кислорода. Результаты расчетов приведены на рисунке 7. Применение пламягасящих добавок позволяет полностью исключить попадание в помещение паров металла и вторичный взрыв с их участием. Наиболее эффективны добавки, связывающие алюминий в его оксид (карбонат кальция) или фторид (фторид кальция).
Библиографические ссылки
1. Недин В.В. Взрывоопасность металлических порошков/ В.В. Недин, О.Д. Нейков, А.Г. Алексеев. Киев: Наукова думка, 1971.
2. Бабайцев И.В. Максимальное давление взрыва аэровзвесей порошков металлов и сплавов/ И.В. Бабайцев, М.А. Могилевцева, O.A. Преснакова, М. А. Уршанский // Металлург, 2007. № 9. С. 23 - 25.
УДК 678.4.547.458.8
JI.B. Фоминых, А.И. Козлов, А.С. Новоселов, Б.А. Пономарев Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ПРОДУКТОВ ГИДРОЛИЗА НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗЫ КИСЛОРОДОМ ВОЗДУХА
In present work conditions of catalyst manufacturing for water purification against products of nitrocellulose hydrolysis with atmospheric oxygen are investigated.
В работе исследованы условия изготовления катализаторов для очистки воды от продуктов гидролиза нитроцеллюлозы кислородом воздуха.
Современная принципиальная схема очистки сточных вод (СВ) производства эфиров целлюлозы должна предусматривать предварительную механическую очистку, интенсифицированную физико-химическими методами, с завершающей доочисткой стоков непосредственно на биологических очистных сооружениях (БОС) предприятия, либо городских БОС. Необходимо отметить, что в предлагаемой схеме биологическим методам отводится заключительная роль. Основной акцент делается на механические, физико-химические и химические методы, которые практически подготавливают СВ, создавая благоприятные условия для жизнедеятельности биоценоза активного ила, осуществляющаяся в аэротанках доочистки СВ[1].
В процессе производства нитратов целлюлозы (НЦ) возникают проблемы с утилизацией СВ на стадии стабилизации продукта. СВ содержат продукты гидролиза НЦ, анализируемые как неоногенные поверхностно-активные вещества (Н-ПАВ) и влияющие на показатель химического потребления кислорода (ХПК) [2].
9
С lb 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 3 (108)
Анализ сточных вод стадии стабилизации, представленный в работе [2], подтвердил наличие веществ, анализируемых как Н-ПАВ. Их количество в СВ значительно превышает ПДКн-пав = 0,5 мг н-пав/л. [3]
В данной работе проведено изучение очистки СВ с целью снижения показателя ХПК до предельно допустимой концентрации для сброса СВ в водный бассейн путём каталитического окисления кислородом воздуха.
В работе [5] было показано, что обработка кислородом воздуха экономически перспективнее, чем озонирование сточных вод производства НЦ. Был создан катализатор Т-300, в присутствии которого обработка кислородом воздуха снижает показатель ХПК более чем в два раза.
С целью повышения эффективности очистки воды от продуктов гидролиза НЦ разрабатывались новые катализаторы. Об их эффективности судили по результатам очистки водного раствора, отобранного после содовой стабилизации образца НЦ, изготовленного из льняной целлюлозы, разбавленного в 2-2,5 раза перед проведением эксперимента. Окисление кислородом проводили методом пропускания воздуха через раствор в присутствии порошковых катализаторов (концентрация катализатора 2г на 20мл раствора, время эксперимента 10 мин).
Катализатор 1. В качестве носителя использовали порошок, состоящий из оксида алюминия а-АЬ Оз с размером частиц 100-150 мкм. Удельная поверхность а-АЬ Оз составляет 1 м2/г.
Для развития поверхности катализатора применяли диоксид цирко-ния_2г0г. В качестве исходного раствора для нанесения Zr02 использовался азотнокислый цирконил Zr0(N03)2. При термообработке при 450°С находящийся на поверхности Zr0(N03)2 разлагался до диоксида циркония Zr02 с высокоразвитой пористой поверхностью. Затем образцы пропитывались раствором ZrOCb и (NH4)2S04 и помещались в эксикатор с раствором NH4OH для гидролиза на 24 часа. После этого залили образцы 1Н раствором серной кислоты с последующей термообработкой при 400°С.
На данном катализаторе обработали раствор вышеописанным способом. Измерили УФ-спектры исходного и обработанного растворов. Пересчитали результат на количество содержащихся в них Н-ПАВ при длинах волн 260 и 280 нм (результаты в табл. 1).
Катализатор 2. Приготовленный предыдущим способом катализатор дополнительно обработали 1Н раствором H2SO4 с целью повышения его кислотности. Такой катализатор сразу при погружении обесцветил желтоватый содовый раствор после стабилизации НЦ. Но его пропускание при 260 и 280 нм даже после обработки воздухом увеличилось незначительно (табл.1)
Анализ данных показал, что снижение концентрации Н-ПАВ на катализаторах 1 и 2 не столь эффективно, как полученное ранее в 2,7 раза и опубликованное в статье [5].
Катализатор 3. Подложку из сульфатированного диоксида циркония пропитали раствором Zr(S04)2. Высушили и затем обожгли при 400°С в течение 2 часов. Получили катализатор с массовой долей сульфатированного оксида циркония 20%.
Испытания показали сильное снижение величин пропускания на 15-
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 3 (108)
20% в диапазоне длин волн от 200 до 340 нм.
Табл. 1. Расчет содержания Н-ПАВ в мг/л относительно исходного раствора
по данным УФ-спектров
Номер катализатора Снижение концентрации Н-ПАВ, раз
При длине волны 260 нм При длине волны 280 нм
Катализатор 1 1Д 1Д
Катализатор 2 1Д 1,3
Предположили, что это снижение происходит либо вследствие появления продуктов сильного окисления не ио но генных ПАВ, либо отмывания активного компонента с поверхности катализатора, который анализируется по УФ-спектрам в тех же условиях, что Н-ПАВ.
Для проверки последнего предположения было решено провести стандартный опыт, но вместо раствора взять дистиллированную воду. В результате пропускание воды упало на 80%! Следовательно, анализ УФ-спектров показал появление веществ в воде, анализируемых как Н-ПАВ.
Для проверки этого факта было решено значительно сократить количество наносимого активного компонента для уменьшения его влияния на оптическую плотность раствора.
Катализатор 4.
Приготовили катализатор аналогично предыдущему, но с массовой долей гг^С^Ь 5%.
Катализатор 5.
При соблюдении той же массовой доли активного компонента и того же размера частиц в качестве носителя использовали у-АЬОз, удельная поверхность которого значительно больше, чем у а-АЬОз. Результаты испытания этих образцов на воде см. в табл.2:
Табл. 2. Результаты отмывания катализаторов в дистиллированной воде в пересчете на количество Н-ПАВ по данным УФ-спектров
Номер катализатора Увеличение концентрации Н-ПАВ в воде, раз
При длине волны 260 нм При длине волны 280 нм
Катализатор 3 40,2 29
Катализатор 4 10,2 8,6
Катализатор 5 2,7 2,4
Сравнение катализаторов 3 и 4 показало, что при уменьшении количества активного компонента на катализаторе снижается степень его растворения в воде. А сравнение кат.4 и 5 - что образец на у-АЬОз дает меньшее растворение, чем образец на а-АЬОз. Поэтому было решено следующий образец приготовить на основе у-АЬОз с дальнейшим уменьшением массовой доли активного компонента.
Катализатор 6. Приготовлен на у-А120з с нанесением 2 % г^БО^г.
Оптическая плотность дистиллированной воды после обработки на
С lb б X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №3(108)
данном катализаторе практически совпадает с данными для катализатора 5 при длинах волн 260-280 нм. Испытали катализатор 6 на загрязненном растворе. Пересчет на количество неионогенных ПАВ, сделанный с учетом увеличения оптической плотности вследствие отмывки, обнаружил снижение их концентрации более чем в 6 раз (см. табл.3).
Табл. 3. Снижение концентрации ПАВ по сравнению с исходным раствором.
Номер катализатора Относительное содержание Н-ПАВ
При длине волны 260 нм При длине волны 280 нм
Без учета отмывки катализатора 3,6 3,8
С учетом отмывки катализатора. 6,2 6,4
ИК-спектроскопия. Сняли спектры катализатора и осадков растворов, полученных после обработки воды и исходного загрязненного раствора на катализаторе 6. Изменение в структуре Н-ПАВ происходит так же, как это было показано ранее [4], [5]. Также по ИК-спектрам можно подтвердить вывод о растворении части катализатора в воде. Выводы.
1. Проведено исследование водного раствора, отобранного после содовой стабилизации образца НЦ методами УФ-спектроскопии и ИК-спектроскопии.
2. Показана вероятность появления в рабочем растворе активного компонента катализатора - сульфата циркония. Этот фактор необходимо учитывать при разработке более эффективных катализаторов.
3. Приготовлена и испытана серия катализаторов на основе оксидов алюминия а-АЬОз и у-АЬОз с последующим нанесением оксида циркония и сульфата циркония. Сняты УФ-спектры обработанных растворов.
4. По результатам пересчета показаний УФ-спектров на содержание Н-ПАВ для рабочего раствора, окисленного кислородом воздуха на катализаторе 6, с учетом растворения катализатора показано снижение в обработанном растворе концентрации Н-ПАВ более чем в 6 раз.
Библиографические ссылки
1. Кривенко И.В. Современные технологии очистки сточных вод производства нитратов целлюлозы / И.В. Кривенко, В.В.Наместников, В.Ф. Со-пин// Материалы 11 Международной научно-технической конференции. Владимир, 15-18 мая, 2007. Владимир: Посад. 2007. С. 235-255.
2. Валюхова Н.И. Каталитическое озонирование отработанной воды после стабилизации нитратов целлюлозы. / Н.И. Валюхова, Н.Л. Щекотова, Б.А. Пономарёв, А.М. Семенихин // XI Международная конференция молодых учёных по химии и химической технологии «МКХТ-97»: Тез. докл. 4.2 /РХТУ им. Д.И.Менделеева; М.: Изд-во РХТУ им. Д.И.Менделеева, 1997. С. 40.
3. Гусева Т.В. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 3 (108)
/ Т.В.Гусева. М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2005. С. 54.
4. Козлов А.И. Очистка сточных вод предприятий после стабилизации нитратов целлюлозы от неиногенных поверхностно-активных веществ методом каталитического окисления воздухом. /А.И. Козлов, Т.А. Беликова, В.Н. Грунский, A.C. Новоселов, Б.А. Пономарев // Химическая промышленность сегодня, 2009. С. 16-21.
5. Саханенко A.C. Очистка воды от продуктов гидролиза нитроцеллюлозы кислородом воздуха на катализаторе /A.C. Саханенко, А.И. Козлов, A.C. Новоселов, Б.А.Пономарев // Современные проблемы технической химии: Материалы докладов н.-т. конференции. Казань, 2009. С. 176-180.
6. Пат. РФ №2329866. Высокопористый ячеистый катализатор с кислотными свойствами для модифицирования канифоли. / А.И. Козлов, A.B. Беспалов, В.Н. Грунский, И.А. Козлов. Опубл. 27.07.2008. Бюл. №21.
УДК 662.37
А.Н. Чёрный, А.И. Левшенков, В.П. Синдицкий Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ НИТРОЭФИРНЫХ СВЯЗУЮЩИХ, ПЕРХЛОРАТА АММОНИЯ И ОКТОГЕНА
The combustion of mixtures with gradually increased composition has been investigated. It turns out that the combustion mode of binary mixtures with oxidizer depends on the particle size of oxidizer, changing from combustion by binder layers to the combustion of the system as a whole. In the case of highly filled compositions, combustion is governed by combustion of HMX, regardless of the oxidizer particles size and the nature of the binder. These components influence the burning rate of propellants, consuming or supplying heat in the combustion zone of HMX.
Исследованы закономерности горения смесей с постоянно усложняющимся составом. Оказалось, что в случае бинарных смесей связующее - окислитель изменение размера частиц окислителя изменяет режим их горения от горения по прослойкам связующего до горения системы как единого целого. В случае высоко наполненных композиций их горение определяется горением октогена, вне зависимости от размера частиц окислителя и природы связующего. Эти компоненты влияют на скорость горения ТК, отбирая или поставляя тепло в зону горения НМХ.
Введение. Современные смесевые твердотопливные композиции (ТК) являются, как правило, высоконаполненными. В их состав входят: связующее, окислитель, металлическое горючее и высокоэнергетические наполнители, например, октоген (НМХ). В настоящее время используются как топлива на неактивном связующем, так и на активном. Применение активного связующего обычно приводит к значительному увеличению удельного импульса.
Регулирование баллистических характеристик смесевых высокона-полненных ТК как на активном, так и на неактивном связующем является
