Реєстраційний номер
0824U003012, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
06-09-2024
Статус
Захищена
Назва роботи
Зменшення техногенного навантаження на довкілля у виробництві вибухових речовин
Здобувач
Тищенко Сергій Дмитрович,
Керівник Пляцук Леонід Дмитрович
Керівник Лукашов Володимир Костянтинович
Опонент Моісєєв Віктор Федорович
Опонент Іванченко Анна Володимирівна
Рецензент Аблєєва Ірина Юріївна
Рецензент Черниш Єлизавета Юріївна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Сумський державний університет
Опис
Дисертаційна робота присвячена дослідженню можливості зменшення техногенного навантаження на довкілля у виробництві вибухових речовин шляхом розробки, екологічно безпечної технології виробництва нітрату крохмалю із замкненим обігом кислот, яка заснована на нітруванні крохмалю нітрувальними середовищами на основі нітратної кислоти. Використання такої технології виключає потрапляння кислих стоків у оточуюче середовище та забезпечує високу хімічну стійкість одержуваного нітрату крохмалю.
Нітрування крохмалю нітратною кислотою протікає одночасно з розчиненням крохмалю та є двостадійним, що пов’язано з різною швидкістю розчинення аморфних та кристалічних областей крохмальних зерен у нітратній кислоті. Вміст нітрогену в одержуваному нітраті крохмалю після певного часу нітрування набуває близького до постійного значення через дуже повільне розчинення в нітратній кислоті найбільш досконалих фрагментів кристалічних областей (кристалітів). Серед режимних параметрів такого процесу найбільший вплив на вміст нітрогену в нітраті крохмалю має вміст води в кислоті, що нітрує крохмаль. Найбільший вплив на кінетику нітрування крохмалю має вміст води в кислоті, що нітрує крохмаль, причому зі збільшенням її вмісту швидкість нітрування падає. Ці результати стали основою для розробки математичної моделі кінетики процесу нітрування крохмалю нітратною кислотою, яка дозволяє задаючи його параметри, проводити розрахунки вмісту нітрогену в нітраті крохмалю за різного часу нітрування та, відповідно, обґрунтовувати вибір раціональних режимів його одержання, що знижує об’єм кислотних відходів виробництва, енерговитрати на їх переробку, що зменшує техногенне навантаження на довкілля. У разі нітрування крохмалю сумішшю нітратної та сульфатної кислот вміст нітрогену в нітраті крохмалю набуває максимального значення за масового співвідношення кислот у нітрувальній суміші H2SO4/HNO3 ≈ 3, початкового вмісту води у суміші 8-10%, початкової її температури 35-40°С, часу нітрування 30-35 хвилин і модулю нітрування 30-40. Нітрат крохмалю одержаний з використанням суміші нітратної та сульфатної кислот на відміну від випадку нітрування однією нітратною кислотою, зберігає зернисту структуру початкового крохмалю, але на поверхні зерен утворюються характерні дефекти внаслідок зміни їх внутрішньої структури. Осадження нітрату крохмалю з розчинів нітратної кислоти відбувається за спінодальним механізмом. Воно відбувається одразу під час контакту з осаджувальною водою з утворенням двох фаз: полімерної та низькомолекулярної. Найбільший вплив на характер взаємодії розчину нітрату крохмалю з осаджувально водою мають її температура та концентрація розчину. Склад осаджувального середовища та модуль осадження не мають істотного впливу на процес осадження та стан осадженого нітрату крохмалю, що дозволяє проводити осадження в розбавлену нітратну кислоту, концентрація якої після осадження стає достатньою для регенерації. Нітрат крохмалю, одержаний нітруванням крохмалю однією нітратною кислотою є значно більш хімічно стійким у порівнянні з нітратом крохмалю, одержаним за використання для нітрування суміші нітратної та сульфатнотної кислот, за будь-якого варіанту стабілізації, внаслідок відсутності в ньому нестійких сульфатнокислотних естерів крохмалю, які каталізують його розкладання. Встановлено, що для стабілізації такого нітрату крохмалю достатньо промивки водою з температурою 90-95°С протягом 10 хвилин, об’єм якої становить 0,19 м3/кг нітрату крохмалю. Це дозволяє обмежити об’єм кислих стоків мінімальною кількістю води, необхідною для забезпечення його хімічної стійкості, що зменшує техногенне навантаження на довкілля. Також було визначено показник для оцінки хімічної стійкості нітрату крохмалю: нітрат крохмалю вважаємо стійким, якщо температура початку його активного розкладання перевищує 168°С.Запропоновано екологічно безпечний варіант технологічної схеми безперервного виробництва нітрату крохмалю з використанням барабанного вакуум-фільтру, в якому поєднані всі операції його стабілізації. Технологія заснована на нітруванні крохмалю концентрованою (не менше 90%) нітратною кислотою, подальшому осадженні нітрату крохмалю з одержаного розчину у 40-55%-овому водному розчині нітратної кислоти, концентрація якої після осадження стає ≈50%, що є достатньо для ефективної її регенерації. Стабілізація осадженого нітрату крохмалю проводиться шляхом промивання його водою з температурою 90-95°С, яка після додавання у неї концентрованої нітратної кислоти використовується для приготування осаджувального середовища. Відпрацювання такого технологічного процесу в лабораторних умовах дозволило встановити його режими за яких забезпечується ефективна регенерація осаджувального середовища та висока хімічна стійкість одержуваного нітрату крохмалю. Використання розробленої технології є запорукою значного зменшення техногенного навантаження на довкілля у сфері виробництва вибухових речовин.
Дата реєстрації
2024-09-04
Додано/оновлено в НРАТ
2024-09-04 / 2026-07-02
