CC BY
90
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070
5. Якупов М.И., Морозов Н.М., Боровских И.В., Хозин В.Г. Модифицированный мелкозернистый бетон для возведения монолитных покрытий взлетно-посадочных полос аэродромов. // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2013. № 4. С. 257-261.
6. Мороз И.И. Технология строительной керамики: 3-е издание, перераб., доп. - М.: ЭКОЛИТ, 2011. 384с.
7. Морозов Н.М., Морозова Н.Н. Исследование долговечности модифицированных бетонов для монолитного строительства. // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2012. № 4. С. 312-318.
© Н.Н. Морозова, Л.М. Кузнецова, Т.Ф. Галиев. 2015
УДК 10167
М.А.Провоторова
Аспирант
Экологии и химической технологии факультет Воронежский государственный университет инженерных технологий
Г. Воронеж, Российская Федерация Н.С.Никулина К.т.н., преподаватель
Воронежский государственный институт противопожарной службы министерства чрезвычайных
ситуаций
Г. Воронеж, Российская Федерация С.С.Никулин Д.т.н., профессор Экологии и химической технологии факультет Воронежский государственный университет инженерных технологий
Г. Воронеж, Российская Федерация
ОТХОД СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА В ТЕХНОЛОГИИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИОННЫХ КАУЧУКОВ ИЗ ЛАТЕКСА
Аннотация
Рассмотрена возможность применения в технологии производства эмульсионных каучуков мелассы -отхода свеклосахарного производства. Показано, что расход мелассы соизмерим с расходом хлорида натрия. Применение мелассы для выделения каучука из латекса позволяет снизить расход подкисляющего агента.
Ключевые слова
Латекс СКС-30 АРК, меласса, расход, коагуляция, показатели
Промышленность, производящая синтетические каучуки, постоянно совершенствуется. Внедряются новые технологии, приборы и аппараты, совершенствуются компонентный состав эмульсии и коагулирующие системы. Большое внимание уделяется разработкам, позволяющим использовать отходы и побочные продукты ряда производств в технологии получения синтетических каучуков. Это позволяет не только более полно использовать углеводородное сырье, но и повысить производительность процесса, снизить стоимости получаемой продукции [1].
В технологии производства эмульсионных каучуков одной из проблемных стадий является стадия его выделения из латекса. Совершенствование данной технологии является важной и актуальной задачей производства эмульсионных каучуков.
Применение для выделения каучуков из латексов низко- и высокомолекулярных четвертичных солей аммония (ЧСА) позволяет исключить применение минеральных солей и снизить загрязнение окружающей
50
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070
среды [2]. Полимерные четвертичные соли аммония (ПЧСА) обладают высокой коагулируюшей способностью, и невысоким расходом при выделении каучука из латекса (3-5 кг/т каучука) [2]. Однако дефицитность и высокая стоимость данных продуктов приводит к удорожанию получаемого каучука. Кроме того ПЧСА обладают высокой антисептической активностью, что требует выдерживания точных их расходных норм, исключающих возможность проскока и попадания ПЧСА на очистные сооружения. Попадание ПЧСА на очистные сооружения может привести к дестабилизации их работы и сбросу в природные водоемы загрязненных (недостаточно очищенных) вод. Поэтому поиск новых коагулирующих агентов весьма актуален.
Перспективными коагулянтами в этом плане могут оказаться отходы предприятий молочной промышленности - пенный концентрат подсырной сыворотки, использование которой в процессе выделения каучука из латекса СКС-30 АРК позволяет исключить применение минеральных солей [3].
На предприятиях свеклосахарного производства образуются отходы (меласса), которые обладают малой токсичностью, безопасны для здоровья человека и окружающей среды.
Меласса свекловичная (патока) - отход свеклосахарного производства, сиропообразная жидкость темно-бурого цвета со специфическим запахом.
Из анализа состава мелассы следует, что она содержит 20-25 % воды, около 9 % азотистых соединений (преимущественно амидов), 58-60 % углеводов (главным образом сахара), 7-10 % золы. При этом необходимо отметить интересное поведение водных раствором мелассы при хранении выражающееся в изменении значения рН с 6-8 до 1,5-2,5. Это может быть связано с ферментативным брожение её водных растворов и образованием соединений, содержащих карбонильные группы. Перспектива применения мелассы в качестве коагулирующего агента базируется еще и на том, что она содержит азотистые соединения, использование которых в технологии выделения каучуков из латекса показано в работе [2]. Повышенная кислотность её водных растворов после хранения может позволить применять их в дополнение или вместо водных растворов серной кислоты, используемых при выделении каучука из латекса в большом количестве (до 15 кг/т каучука). Повышенная кислотность водных растворов мелассы, с одной стороны, не только позволит уменьшить расход подкисляющего агента, но и будет способствовать увеличению положительного заряда азотсодержащих соединений, присутствующих в ней. Это сопровождается повышением эффективности коагулирующей способности таких препаратов.
Таким образом, на основе проведенного предварительного анализа состава и свойств мелассы, можно сделать вывод о том, что она может быть использована в технологии выделения эмульсионных каучуков из латексов и может служить экологически чистым коагулянтом.
Цель данного исследования - изучение возможности применения мелассы для выделения каучука из латекса СКС-30 АРК с оценкой показателей резиновых смесей и вулканизатов на его основе.
Для выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса СКС-30 АРК исходный раствор мелассы разбавляли водой до концентрации 13-15 %, а сам процесс проводили по методике, описанной в работе [4].
В емкость для коагуляции вводили 10-20 мл латекса (сухой остаток 22,1 %) и помещали в термостат для поддержания заданной температуры. После термостатирования (10-15 минут) в каучуковый латекс смешивали с расчетным количеством водного раствора мелассы. Перемешивали в течение 2-3 минут и добавляли раствор серной кислоты (концентрация ~2,0 %) для поддержания кислой среды коагуляции (рН 2,5-3,0). Образующуюся крошку каучука отделяли от водной фазы, промывали в воде и сушили при 80-85 оС. Полученные образцы каучука после высушивания извлекали из сушильного шкафа, взвешивали, рассчитывали выход крошки каучука и оценивали коагулирующую способность мелассы.
Проведенными исследованиями установлено закономерное повышение выхода крошки каучука с увеличением расхода мелассы. Полноту выделения достигали при расходе мелассы 180-190 кг/т каучука (по сухому остатку).
Отмечена интересная закономерность по влиянию температуры на процесс коагуляции латекса. Повышение температуры с 20 до 60 оС приводит к снижению выхода крошки каучука (табл.).
51
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070
Таблица
Влияние расхода мелассы и температуры на полноту выделения
каучука СКС-30 АРК из латекса
Расход мелассы, кг/т каучука Выход крошки каучука, % при темпе] затуре, оС
0 20 60
20 55-57 55,8-56,7 12,8-14,0
50 79,5-81,3 80,4-82,0 27,7-29,0
70 85,9-86,7 84,8-86,1 31,6-33,0
90 87,7-89,0 86,3-87,8 34,7-36,0
120 91,5-93,0 90,0-91,5 51,5-53,0
150 94,0-95,5 91,0-92,2 85,6-87,0
185 95,5-96,2 92,8-93,6 91,4-92,5
200 96,0-97,0 95,0-96,0 94,6-95,8
Это может быть обусловлено двумя причинами. Во-первых, при низких температурах снижается растворимость и вымываемость из крошки каучука коагулирующего агента, а также продуктов его взаимодействия с компонентами эмульсионной системы. Во-вторых, при более низких температурах отмечается образование более плотного коагулюма, в то время как повышение температуры способствует образованию более «рыхлой» крошки каучука. Это приводит к накоплению в серуме некоторого количества мелкодисперсной крошки каучука, теряемой при его отмывке. Образование плотного коагулюма приводит к захвату им компонентов эмульсионной системы и масса его становится более высокой. Это может влиять в дальнейшем на свойства резиновых смесей и вулканизатов. Следовательно, в реальных технологических условиях необходимо учитывать комплексное воздействие температуры и расхода мелассы на полноту выделения и свойства получаемого каучука.
В промышленных условиях выделение каучука из латекса проводят при значении рН среды на уровне 2,5-3,0 [5]. Для выдерживания таких значений рН необходимо (с увеличением расхода мелассы с 10 до 200 кг/т каучука) снижать дозировку серной кислоты с 12-13 до 4-5 кг/т каучука. При сохранении высокого постоянного расхода серной кислоты порядка 12-13 кг/т каучука рН среды коагуляции снижалась до 1,0-1,5, что приводит к неоправданному перерасходу подкисляющего агента. Следовательно, использование мелассы экологически оправдано и приводит к экономии подкисляющего агента. Выделяемую крошку каучука промывали в воде, сушили и использовали для приготовления резиновых смесей и вулканизатов по общепринятой методике (ТУ 38.40355-99).
Проведенными испытаниями установлено, что вулканизаты, полученные на основе опытных образцов каучука соответствовали предъявляемым требованиям и были аналогичны контрольному образцу, полученному из латекса с применением хлорида натрия.
ВЫВОДЫ
1. Расход мелассы на выделение каучука из латекса по дозировке примерно соответствует расходу хлорида натрия.
2. Применение мелассы позволяет снизить расход серной кислоты при выделении качука из латекса.
3. Резиновые смеси и вулканизаты, полученные на основе каучука, выделенного из латекса с применением мелассы, соответствуют предъявляемым требованиям.
4. Применение мелассы в технологии выделения каучука из латекса позволяет снизить загрязнение окружающей среды.
Список используемой литературы
1. Никулин С.С., Шеин В.С., Злотский С.С., Черкашин М.И., Рахманкулов Д.Л. Отходы и побочные продукты нефтехимических производств - сырье для органического синтеза. М.: Химия, 1989. 240 с.
2. Вережников В.Н., Никулин С.С. Применение азотсодержащих соединений для выделения синтетических каучуков из латексов // Химическая промышленность сегодня. 2004. № 11. С. 26-37.
3. Никулин С.С., Щетилина И.П., Родионова Н.С., Кондратьева Н.А. Выделение каучука из латекса СКС-30 АРК пенным концентратом подсырной сыворотки // Производство и использование эластомеров. 2004 № 6. С. 4 .
4. Пояркова Т.Н., Никулин С.С., Пугачева И.Н., Кудрина Г.В., Филимонова О.Н. Практикум по коллоидной
химии латексов. М.: Издательский дом Академии Естествознания. 2011. 124 с.
52
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7/2015 ISSN 2410-6070
5. Аверко-Антанович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О., Давлетбаева И.М., Кирпичников П.А. Химия и технология синтетического каучука. М.: Химия, КолосС, 2008. 357 с.
© М.А.Провоторова, Н.С. Никулина, С.С.Никулин, 2015
УДК 536.46
В.А.Пухлий
Д.т.н., профессор Политехнический институт СевГУ Г.Севастополь, Российская Федерация
Л.Н.Пичугова Ст. преподаватель Политехнический институт СевГУ Г.Севастополь, Российская Федерация
А.В.Чуклина Преподаватель Политехнический институт СевГУ Г.Севастополь, Российская Федерация
ОБ ОДНОЙ АНАЛОГИИ В ТЕОРИИ ТЕРМОУПРУГИХ ОБОЛОЧЕК
В современной механике сплошных сред широко используются различного рода аналогии, позволяющие в ряде случаев существенно упростить решения задач. В настоящей работе рассматривается аналогия для оболочек находящихся в поле действия центробежных сил инерции и термоупругих оболочек, подверженных воздействию стационарного температурного поля, на основе которой для решения задачи термоупругости возможно использовать решение изотермической задачи для той же оболочки.
Рассмотрим задачу термоупругости для цилиндрической оболочки переменной жесткости (рис.1) в случае, когда физико-механические характеристики материала зависят от температуры:
E(T) = E(x, y, z); a(T) = a(x, y, z) .
Рисунок 1 - Геометрия и система координат цилиндрической оболочки. Напряженно-деформированное состояние оболочки описывается системой линейных дифференциальных уравнений термоупругости пологих оболочек смешанного типа относительно нормального перемещения W(x, у) и функции напряжений F (x, у) [1]:
53
