О методических указаниях к разработке ТУ на химволокно

2 часть занятия (экскурсия на завод «Химволокно»)

Учащихся предупреждают об экскурсии на комбинат «Химволокно», где они смогут познако­миться с технологией производ­ства химических волокон на при­мере вискозного (ацетатного) во­локна. Предварительно в классе необходимо разобрать с учащимися химическую сущность процессов, которые они будут наблюдать в производственных ус­ловиях. Чтобы обеспечить сознательное усвоение экскурсионного материала, учитель сообщает о сущности методики разработки технических условий на продукцию химического предприятия.

Об условиях выработки вискозы

О методических указаниях к разработке Учитель отмечает, что вискозное волокно представляет собой регенерированную целлюлозу; поэтому является наиболее дешевым из искусственных волокон, в промышленности получают его в огромных количествах. На основе вискозы народное хозяйство выпускает широкий ассортимент материалов: шелковые и штапель­ные ткани, кордные ткани, пленочный целлофан, искусственный каракуль. Гидрофильное (хорошо впитывающее влагу) вискозное волокно нашло широкое применение (в чистом виде или в смеси) для изготовления нательного белья, рубашек и других изделий, для которых гигиенические свойства имеют наиболее существенное зна­чение. Учитель вывешивает таблицу, используя которую зна­комит учащихся в общих чертах с ходом превращений целлюлозы в вискозный шелк.

Уравнения реакций, протекающие при этом, даются не для запоминания, а в ознакомительном плане для более осознанного понимания процессов. Их следует объяснять только в свете тех понятий, которыми учащиеся владеют. Так, например, взаимодействие между целлюлозой и щелочью можно сравнить с реакцией между многоатомным спиртом — глицерином и гидроксидом меди (II). В состав целлюлозы входят гидроксильные груп­пы; следовательно, она обладает некоторыми свойствами много­атомного спирта и подобно глицерину реагирует с основаниями, что можно выразить следующей схемой:

C6H7O2(OH)3]n+nNaOH [C6H7O2(OH)2·ONa]n + nН2О

Далее щелочную целлюлозу обрабатывают сероуглеродом, в результате чего образуется оранжево-желтый ксантогенат целлю­лозы: рисунок

Ксантогенат целлюлозы в отличие от исходной и щелочной цел­люлозы хорошо растворяется в растворе гидроксида натрия. Обра­зуется вязкий щелочной раствор ксантогената целлюлозы — это так называемая вискоза (от лат. viscosus — клейкий). Из этого раствора формируют тонкие волоконца, которые затем скручивают в нить и получают вискозный шелк.

Об условиях передвижения и правилах безопасности

Экскурсия. В начале экскурсии дается краткая общая харак­теристика комбината. Экскурсовод называет производства, объеди­ненные в комбинат, и указывает, что знакомство с комбинатом начнется с рассмотрения производства искусственных волокон, в частности производства вискозного волокна. Напоминает школь­никам правила поведения во время передвижения по цехам, объ­яснения и осмотра машин и аппаратов.

Затем ведет учащихся на склад. Здесь им показывают, как хранится основное сырье для производства вискозного волокна — целлюлоза, каустик NaOH, сероуглерод, серная кислота. Отмечают, что на данном производ­стве расходуется много воды. Кратко рассказывают о некоторых стандартных требованиях, предъявляемых к каждому виду сырья. Учащиеся узнают, что на комбинат поступает отбеленная древесная сульфитная целлюлоза 1 с влажностью не более 8% в виде листов размером 60×80 см, похожих на картон, в пачках массой по 100 кг каждая, в водонепроницаемой упаковке. Чтобы пони­зить влажность и выровнять ее в различных местах, целлюлозу высушивают в специальных сушильных аппаратах нагретым до 70—80С воздухом.

Об условиях работы цеха по обработке целлюлозы

Во время осмотра сушилок обращают внимание на применяе­мый здесь принцип противотока. Учащимся показывают, как влаж­ная целлюлоза движется навстречу потоку горячего воздуха. Отмечают, что принцип противотока позволяет более экономно рас­ходовать горячий воздух и экономить топливо, необходимое для его нагревания.

Затем учащиеся переходят в цех и наблюдают, как листы цел­люлозы поступают в бак, куда подается раствор щелочи, массовая доля NaOH в котором составляет 18—20%- Процесс обработки целлюлозных материалов раствором щелочи называется мерсери­зацией (по имени английского изобретателя Дж. Мерсера). Он придает целлюлозным материалам блеск, повышает гигроскопичность и способность окрашиваться, увеличивает сопротивление раз­рыву. В результате образуется щелочная целлюлоза.

Учащиеся наблюдают, как набухшие листы щелочной целлюлозы отжимают от избытка раствора щелочи NaOH и дробят зубчатыми лопастями мешалки, а отжатый раствор щелочи регенерируется и возвра­щается в производственный цикл. Измельченную, рыхлую массу выдерживают при 60 С в тече­ние 3 ч — происходит процесс предсозревания. При этом целлю­лоза окисляется кислородом воздуха, что вызывает разрыв цепочек макромолекул и соответственно понижение степени полимериза­ции (с 800—1000 в исходной целлюлозе до 500). Такая деполиме­ризация целлюлозы дает возможность регулировать вязкость полу­чаемого в дальнейшем прядильного раствора.

Учащиеся наблюдают, как после предсозревания щелочная целлюлоза поступает в смеситель. Здесь ее обрабатывают сероуг­леродом при 25—30С в течение 2—3 ч, вследствие чего образует­ся оранжево-желтый ксантогенат целлюлозы — происходит про­цесс ксантогенированйя. Полученный ксантогенат целлюлозы рас­творяют в растворе гидроксида натрия, массовая доля NaOH в котором составляет 4—7%, и получают вязкий щелочной раствор ксантогената целлюлозы, т. е. вискозу.

Современные заводы целлюлозы обеспечивают рабочим безопасные условия труда

вискозаУчащимся показывают щелочную целлюлозу, ксантогенат и вискозу и подчеркивают, что на современных заводах все процес­сы получения прядильного раствора (первая стадия производст­ва)—мерсеризация, предсозревание, ксантогенирование и раство­рение ксантогената целлюлозы — производят в одном аппарате ВА (вискозный аппарат).

Обращают внимание на охрану труда рабочих, на созданную программу производственного контроля (ППК), в рамках которой проводят мероприятия и проверки соблюдения требований санитарного законодательства и нормативных правовых актов по обеспечению безопасности труда работников. Для очистки воздуха цех оборудован мощной приточно-вытяжной вентиляцией, благодаря чему в течение часа воздух в цехе меняется 10—15 раз. Отсасывание воздуха осуществляется в фундаментах аппаратов, а трубы приточной вентиляции располагаются в верхней части це­ха, зимой по ним подается нагретый воздух. На случай какой-либо аварии в цехах имеются противогазы.

Об условиях процесса созревания целлюлозы на заводе

Далее учащимся рассказывают, что образовавшуюся вискозу, которая и является прядильным раствором, выдерживают еще ИЗ—20 часов при температуре 14—17С — происходит процесс созревания. В это время осуществляется неполное омыление ксантогената (гидролиз небольшого числа групп — OCSSNa в макро­молекулах с превращением их в группы — ОН). Это необходимо для того, чтобы повысить способность вискозы к коагуляции при мокром способе формования волокна.

Во время созревания вискоза постоянно движется; чтобы при­дать однородность, ее перемешивают в огромных баках, несколько раз фильтруют под давлением через ткань в фильтр-прессах, ос­вобождают от пузырьков воздуха в баках под вакуумом. Формо­вание волокна требует совершенно чистой вискозы, потому что посторонние включения, даже пузырьки воздуха, при прядении вызывают частый обрыв нити и понижают качество волокна, так как нарушена структура волокна.

Посещение прядильного цеха – в каких условиях готовят прядильный раствор

Учащимся показывают неочищенную и чистую вискозу и перед посещением прядильного цеха демонстрируют фильеры и центри­фуги, затем ведут школьников в цех. Они наблюдают, как подготовленный прядильный раствор (массовые доли компонентов: цел­люлозы — 6—9%, гидроксида натрия — 6—7%, серы — 2,2—2,3%, воды — 82—83%) поступает на прядильную машину. Начинается процесс формования волокна (вторая стадия производства). Он осуществляется по мокрому способу из раствора вискозу подают насосом, продавливают через тканевой фильтр, затем через филье­ры в осадительную ванну.

Внимание учащихся обращают на состав раствора осадительной ванны. Чтобы предотвратить излишнюю твердость и ломкость волоконец, к раствору серной кислоты добавляют растворы сульфатов натрия и цинка. Эти вещества придают волокнам мягкость и эластичность. С этой же целью в цехе поддерживается высокая влажность воздуха и температура 28—30″С. Учащимся показыва­ют, как из корыт прядильных машин раствор поступает па реге­нерацию, очищается и снова подается в производство. Использова­ние циркуляции раствора и солей уменьшает расходы на произ­водство волокна и, следовательно, понижает его себестоимость.