автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Разработка состава и технологии получения парафинсодержащей связки для производства керамических изделий

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Особенности технологии изготовления керамических изделий методом горячего литья под давлением и составы используемых технологических связок на предприятиях отрасли.

1.1.1. Технология производства керамических изделий ^

1.1.2. Результаты обследования промышленных производств керамических изделий. Состав применяемых технологических связок.

1.1.3. Приготовление шликера.^

1.1.4. Горячее литье под давлением. ^

1.1.5. Термообработка изделий. ^

1.2. Технологические связки. ^

1.2.1. Нефтяной парафин как основа технологической связки.•.

1.2.2. Состав и физико-механические свойства твердых нефтяных парафинов.

1.2.3. Природные и нефтяные воски.

ГЛАВА 2. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ' ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методы исследования температур фазовых превращений.

2.2. Методика и реализующая ее установка изучения прочностных и пластичных характеристик дисперсных структур парафинов и парафинсодержащих нефтепродуктов.

2.3. Методика исследования контракции парафина ^

2.4. Оценка пластичности парафинсодержащих дисперсных структур с помощью кривых напряжение-деформация(Р-Е).

2.5. Рентгенографический метод анализа фазовых превращений парафинсодержащих нефтепродуктов.

2.6. Методика исследования величины удельной адсорбции ПАВ на поверхности керамического порошка.

2.7. Методика определения.

2.8. Характеристика объектов исследования.

3.5.2. Литейные свойства

ГЛАВА 3. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУР ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ И СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАФИНОВ И ПАР АФИНСО ДЕРЖАЩИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ И РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПАРАФИНОВОЙ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВЯЗКИ.

3.1. Исследования физико-химических и структурно-механических свойств твердых нефтяных парафинов и парафинсодержащих нефтепродуктов.

3.2. Терморентгенография нефтяного парафина В2 и защитного воска ЗВ

3.3. Терморентгенографическое исследование фазового состояния церезина Ц-67.

3.4. Рентгенографическое исследование сплавов твердого парафина В2 с защитным воском ЗВ-1 и церезином Ц-67.

3.5. Физико-химические, структурно-механические и литейные свойства парафинсодержащих нефтепродуктов.

3.5.1. Вязкость.эд

3.6. Разработка рекомендаций по контролю необходимых свойств парафинов при использовании их в литейном производстве.

Выводы к главе 3.^

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩИХ И СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ФРАКЦИЙ

СИНТЕТИЧЕСКИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ (СЖК), ПОЛУЧЕННЫХ НА РАЗЛИЧНЫХ ЗАВОДАХ, ПРИМЕНИТЕЛЬНО К

ПАРАФИНО-ВОСКОВОЙ СВЯЗКЕ.

4.1. Пластифицирующее действие ПАВ. ^

4.1.1. Исследование фракции СЖК как стабилизаторов керамических дисперсий в неполярной парафиновой среде.

Развитие электронной техники требует создания новых высококачественных керамических материалов с заданными электрическими, тепловыми и другими свойствами /1/. Одним из распространенных способов производства поликристаллических керамических изделий всевозможных конструкций (твердых микросхем, радиоэлектронных устройств, резисторов и др.) является горячее литье под давлением. Технологические особенности процесса горячего литья керамических изделий и качество последних зависят от их состава и свойств литейных систем, представляющих собой керамический порошок с определенным составом и размером гранул и связывающий его композиционный материал (технологическая связка) на основе парафина /2,3/.

В последнее время в промышленности в качестве технологической термопластической связки используется нефтяной парафин с добавкой пчелиного воска. В ряде случаев, кроме пчелиного воска, добавляют олеиновую и стеариновую кислоты. Однако применяемый состав связки не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым предприятиями отрасли. Выход годных изделий весьма низок. Используемый природный пчелиный воск является дефицитным дорогостоящим продуктом непостоянного химического состава, что делает процесс литья нестабильным. Пока не уточнена роль и не разработаны критерии оценки качества отдельных компонентов (парафина и воска), которые бы позволяли надежно контролировать их пригодность для шликерного литья. До настоящего времени не исследован механизм структурообразования дисперсных систем парафиновых нефтепродуктов с поверхностно-активными веществами (пчелиным воском, синтетическими жирными кислотами, высшими эфирными спиртами и др.) как связующими керамического порошка.

Используемые составы технологических связок, как правило, не оптимальны и научно не обоснованы. В связи с вышеизложенным целью данной работы является разработка состава временной связки для 6 керамического порошка со стабильными улучшенными свойствами, а также технологических способов направленного регулирования этих свойств. Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка критериев оценки качества отдельных составляющих технологической связки на основании изучения требований потребителей и особенностей технологии изготовления керамических изделий.

2. Экспериментальное исследование закономерностей структурообразования нефтяных парафинов и восков с различными поверхностно-активными веществами, в том числе синтетическими жирными кислотами и их фракциями во взаимосвязи с литейными качествами их смесей.

3. Обоснование качественного и количественного состава временных технологических связок для керамических дисперсий с точки зрения коллоидной химии.

4. Промышленные испытания наиболее эффективных разработанных составов технологических связок и внедрение их в производство керамических изделий.

5. Разработка технологических приемов улучшения литьевых свойств керамического шликера.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате обследования технологии и контроля промышленных производств керамических изделий разработаны требования к качеству парафиновой основы технологической связки керамической дисперсии и составлены для нее технические условия. Одним из требований, предъявляемых к парафиновым нефтепродуктам, рекомендуемым в качестве основы временной технологической связки, является их способность к гексагонально-ромбическому фазовому превращению в твердом состоянии.

2. Методами ДТА и терморентгенографии для нефтяного защитного воска ЗВ-1 установлено наличие гексагонально-ромбического перехода при температуре 301 К, что позволило рекомендовать его в качестве основы технологической связки керамического порошка "Синоксаль - 49" на УЗЭШ.

3. Исследованы физико-механические свойства производственного образца пчелиного воска (прочность 0,375 МПа, пластичность Рш = 1,25-103 МПа4, объемная усадка ДУ^93 = 14,8%).

Установлено, что пчелиный воск наиболее близок по механическим характеристикам к нефтяному воску ЗВ-1 и выполняет роль не только стабилизатора керамической дисперсии, но и пластификатора дисперсной структуры парафина.

4. Методом ДТА, физико-химической механики и терморентгенографии показано, что смеси фракции С17- С20 СЖК с нефтяными парафинами в широких пределах их концентраций образуют структурно несовершенные твердые растворы. Добавление фракций С)7- С20 СЖК к парафину Т смещает его гексагонально-ромбический переход в область более низких температур, обуславливает разупрочнение дисперсной структуры парафина и повышение ее пластичности.

5. Установлена критическая концентрация мицеллообразования ККМ = 4 %масс для фракции С17- С20 СЖК в расплаве нефтяного парафина. Показано,

123 что оптимальная концентрация ПАВ-СЖК в парафиновой технологической связке должна рассчитываться с учетом удельной поверхности керамического порошка при условии образования на его поверхности мономолекулярного адсорбционного слоя.

6. Выявлена идентичность структурно-механических свойств керамических шликеров ВК-94-1, приготовленных на связке с пчелиным воском и вновь разработанной с ПАВ-СЖК (Р?;?3 = 6,26 и 7,28 МПа, АУ,;93 = 4,0 и 3,7%), подтверждающая целесообразность замены пчелиного воска на СЖК.

7. Разработаны, испытаны и внедрены в производство на предприятиях п/я Р-6281, УЗЭТИ и ЮЗРК новые парафино-кислотные технологические связки для керамических порошков "Синоксаль-49" и ВК-94-2.

1. Грибовский П.О. Керамические твердые схемы. - М.: Энергия, 1971. -448с.

2. Добровольский А.Г. Шликерное литье. М.: Металлургия, 1977. - 240с.

3. Дошкарж М. и другие. Точное литье в керамические формы. М.: Машиздат, 1962. - 146с.

4. Ивановский JI. Энциклопедия восков, т. 1,2. Д.: Гостоптехиздат, 1956. -146с.

5. Ряховский В.И. Мед, воск, прополис. Алма-Ата.: Кайнар, 1977. - 95с.

6. Темнов В.А. Технология продуктов пчеловодства. М.: Колос, 1967. - 191с.

7. Чудаков В.Г. Технология продуктов пчеловодства. -М.: Колос, 1974. 153с.

8. Александрова Э.А. Докторская диссертация "Структурообразование дисперсных систем парафинов и парафинсодержащих нефтепродуктов", М.: МГУ, 1988. 175с.

9. Переверзев А.Н., Богданов Н.Ф., Рощин А.Н. Производство твердых парафинов. М.: Химия, 1972. - 287с.

10. Казакова П.П. Твердые углеводороды нефти. М.: Химия, 1996. - 171с.

11. Edwards R.T. Petrol. Red. 1957. -№1. - p. 180; 1959 - № 2. - p. 45-49.

12. Furner W.R., Brown S., Harrison D.V // Jnd Eng. Chem. 1955. - № 6. - p. 1219.

13. Казакова П.П. Крейн С.Э. Физико-механические основы производства нефтяных масел. -М.: Химия, 1978. 319с.

14. Александрова Э.А., Гришин А.П., Тимашова Г.Г. и другие. Физико-химические и структурно-механические свойства парафинов Ромашкинского и Туймазинского месторождения. // Известия ВУЗов. Нефть и газ. 1983. -№ 17.-с. 44-47.

15. Minchin S.N., Y. // Jnd Petrol. 1948. - V. 34. - № 296. - p.542 - 602.

16. Химия нефти и газа. Учебное пособие для ВУЗов / под редакцией В.А. Проскурякова и А.Е. Драбкина. Д.: Химия, 1981. - 359 с.

17. Сергиенко С.Р. Высокомолекулярные соединения нефти. М.: Химия, 1964. -370с.

18. Jurnee W.R. normal alkanes // Jnd. Eng. Chem. 1971. - V. 10. - №3. - p. 238260.

19. Seylr W.F., Kuranifzy. Fesile Strenglh and Densify at warions temperatures // Jnd. Eng. Chem. 1935 - V. 7 - № 5 - p. 567-570.

20. Nelson W.L., Stcwand L.D. Effect of oil an Plastic Properties of Petroleum Waxes // Jnd. Eng. Chem. 1949. V. 41. - №10. - p. 2231-2238.

21. Мосихин Е.П., Виноградов Г.В. Исследование механических свойств пластичных дисперсных систем в условиях одноосного растяжения.// Коллоидный журнал. 1957. - т. 19. - №3. - 311с.

22. Macheren F.H. Evaluation of Quality of Paraffine Waxes // Jnd. Eng. Chem. -1950. V. 42. -№10. - p. 2134-3141.

23. Вотлохин Б.З. Автоматизация и КИП в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1977, №9. -с. 10-12.

24. Богданов Н.Ф., Гладышев В.П. Определение прочности твердых парафинов на излом.// Нефтепереработка и нефтехимия. 1977. - №9. - с. 25-26.

25. Агранат Н.М., Широков М.Ф. Теория метода предельного напряжения сдвига дисперсных систем погружением конуса. // Коллоидный журнал. -1950.-т. 19.-№1.-с.9.

26. Сочевко Т.И., Лукашевич И.П. Исследование структурно-механических свойств твердых углеводородов методом погружения конуса. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1972. -№1. - с. 15-16.

27. Александрова Э.А., Лобачев Ю.Ю., Киприянова Е.Н. Зависимость структурно-механических свойств парафинов от температуры. // Известия

28. ВУЗов. Нефть и газ. 1979. - №12. - с.42.

29. Производство и применение нефтяных восков и церезинов. Сборник тезисов межотраслевой конф., Волгоград, ноябрь. 1967. - г. Волгоград, 1970.-с. 44-55.

30. Benett Н. Yndustial Waxel / Chemical Pullishing Company. New York. -1963.-p. 54.

31. Рыбак Б.М. Анализ нефти и нефтепродуктов. М.: Гостоптехиздат, 1962. -888 с.

32. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. Новая область науки. М.: Знание, 1958. - 64 с. (Всесоюзное общество по распространению политических и научных знаний: Сер. 4, № 39-40).

33. Нефтепродукты. Методы испытаний М.: Издательство Комитета стандартов, 1967. -766 с.

34. Голдберг Д.О. Контроль производства масел и парафинов. М.: Химия, 1964.-766 с.

35. Чечулин В.Б., Марунин М.П., Агальцов К. Ультразвуковой прибор для автоматического измерения температуры кристаллизации углеводородных топлив. A.c. 236809 // Бюл. из. 1969. - №7. - с. 103.

36. Паллей С.С. Устройство для определения температуры застывания нефтепродуктов. A.c. 171668 //Бюл. из. 1963. - Т.253. - с. 73-75.

37. Абрамович С.Ш. Действие ультразвука на суспензии парафинов. Тр. БАТТТНИИ НП. Производство масел и парафинов из сернистых нефтей. -М.: Химия, 1971. -Вып.9. с. 21-24.

38. Смольянинов С.И. Влияние различных факторов на температуру застывания парафинов из томских нефтей. Известия ТПН - 1967. - Т.253. - с. 73-75.

39. Александрова Э.А., Гришин А.П., Лобачев Ю.Ю. Исследование температур фазовых превращений парафинов методами дилатометрии и термографии. // Нефть и газ. 1977. - №6. - с. 52-57.

40. Лобачев Ю.Ю., Александрова Э.А., Гришин А.П, Хандочин Ю.Б. и другие .Автоматический лабораторный анализатор температуры плавления парафинов. // Заводская лаборатория. 1988. - №8. - с. 981-983.

41. Ни К.А., Уразгалиев Б.У., Рязанцева В.И. и другие. О кристаллизации парафина в растворах. В сб.: Физико-механические исследования минерального сырья Западного Казахстана. 1973. - Т.5 - с. 65.

42. Шкленник ЯМ. Литье по выплавленным моделям. М.: Машгаз, 1961. -455 с.

43. Лобачев Ю.Ю., Александрова Э.А., Гришин А.П. Исследование влияния термической обработки на температурные и структурно-механические свойства нефтяных парафинов. // Нефть и газ. 1979. - №10 - с. 47-50.

44. Лобачев Ю.Ю., Александрова Э.А. и Гришин А.П. Устройство для определения предельного напряжения сдвига. A.c. СССР 634169. // Бюл. из.- 1978.-№43.

45. Трапезников A.A., Федотова В.А. Зависимость величины упругой деформации амогема от скорости деформации и ее связь с вискозиметрическими свойствами. Доклад 1952. - Т.62. - №1. - с. 97-100.

46. Александрова Э.А., Гришин А.П., Ребиндер Э.А., Маркина З.Н. Исследование деформационно прочностных свойств парафинсодержащих дисперсных структур. // Коллоидный журнал. - 1971. - Т.33. - №1. - с. 6-8.

47. Кассанова О.И., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука,. 1970.

48. Рудакова Н.Я., Тимошина A.B., Черепнева. Производство парафинов. -М.: Химия, 1973 -с. 22.

49. Справочник нефтепереработчика. Под редакцией Ластовкина Г.А., Радченко К.Д., Рудина М.Г. Л.: Химия, 1986. - 648 с.

50. Филатов С.К. Кристаллохимия и структурный типоморфизм минералов. -Л.: Наука, 1985.-56 с.

51. Хейкер Д.М., Зевин JI.C. Рентгеновская дифрактометрия. Под редакцией Проф. Жданова Г.С. М.: Физматгиз. - 1963. - 380 с.

52. Руководство по рентгеновскому исследованию минералов. Под редакцией Франк Каменецкого В.А. - JL: Недра, 1975. - 399 с.

53. Путилова И.Н. Руководство к практическим занятиям по коллоидной химии. М.: Высшая школа, 1961. - 332 с.

54. Черезнеченко В.П. Оценка содержания микроколичеств ароматических углеводородов в жидких парафинах по УФ-спектрам. Сб. тр. ГрозНИИ. Производство и применение нефтяных парафинов. 1974 - Вып. 28. -с.118-123.

55. Беллалин Л.Д. Инфракрасные спектры сложных молекул. -М.: Иностранная литература, 1963. 190 с.

56. Бранд, Эглинтон. Применение спектроскопии в органической химии. -М.: Мир, 1987.-210 с.

57. Беллалин. Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул. Перевод с англ. Под редакцией д.х.н., проф. ТентинаЮ.А. М.: Мир, 1971. 318 с.

58. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия. Основы, техника, аналитическое применение. / Перевод с англ. / Под редакцией Мальцева A.A. М.: Мир, 1982.-327 с.

59. Мангольд X. Ароматические липиды / Хроматография в тонких слоях. -М., 1965.-с. 140-185.

60. Петров A.A. Химия алканов,- М.: Наука, 1974. 243 с.

61. Chichli М. Jessen F.W. // Jnd. Eng. Chem. 1967. - V. 59 - №5.

62. Александрова Э.А., Киприянова E.H., Лобачев Ю.Ю., Богатырева Л.Е. Исследование температур фазовых превращений и структурно-механических свойств бинарных смесей синтетических парафинов. // Известия ВУЗов. Нефть и газ. 1980. - №6. - с. 41-44.

63. Киприянова E.H., Гришин А.П., Александрова Э.А., Лобачев Ю.Ю. Исследование структурно-механических свойств сплавов нефтяногопищевого парафина с очищенными церезинами. // Известия ВУЗов. Нефть и газ.- 1982. №5-с. 41-45.

64. Чистяков И.Г. Жидкие кристаллы. М.: Наука, 1966. - 127 с.

65. Современная кристаллография. Образование кристаллов. Т.З. М.: Наука, 1980.-406 с.

66. Китайгородский А.И. Порядок и беспорядок в мире атомов. М.: Наука, 1966. 167 с.

67. Варма А. Рост кристаллов и дислокация /Перевод с англ./ М.: Издатинлит, 1958.-216 с.

68. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. М.: Техтеоретиздат, 1953. -411 с.

69. Шубников A.B. Образование кристаллов. М.: Из-во АН СССР, 1947. 74 с.

70. Данилов В.И. Строение и кристаллизация жидкости. Киев: Из-до АН УССР, 1956.-586 с.

71. Вихвне Н.Г. Методы выращивания монокристаллов /Пер. с немец./ М.: Мир, 1968.-423 с.

72. Бартон В., Кабреда Н., Франк Ф. В кн.: «Элементарные процессы роста кристаллов». /Пер.с англ./М.: Издатинлит, 1959. с. 11-109.

73. Козлова О.Г. Рост кристаллов. М.: Из-во МГУ, 1967. -235 с.

74. Хонигман Б. Рост и форма кристаллов /Пер. с немец./ М.: Издатинлит, 1961 -212 с.

75. Сирота H.H. В кн.: «Кристаллизация и фазовые переходы». Минск: Изд. АН БССР, 1962. с.82-105.

76. Китайгородский А.И. Молекулярные кристаллы. М.: Наука, 1991. 424 с.

77. Кабилов А.Г., Нальсина М.П. Совмещенная схема депарафинизации рафината и обезмасливания петролатума // Нефтепереработка и нефтехимия. -1964. -№12.

78. Нигматуллин Р.Г., Кушнир И.Л., Багаутдинов Д.Т., Ольков П.Л., Азнабаев Ш.Т., Маслакова Е.М., Коханая Л.В. Использование остатка вакуумной

79. Поконова Ю.В., Задеребкина Л.И. Нефтяные фракции как связующие для углеродных адсорбентов. // Химия и технология топлив и масел. 2000. -№1. -с. 41-42.

80. Шагов B.C., Доминина Н.С. Модифицированный окисленный полиэтиленовый воск как присадка к смазочному маслу. // Химия и технология топлив и масел. 1992. - № 7. - с.4-5.

81. Анисимов Н.Г. Состояние производства и пути улучшения ассортимента и качества церезино-восковых продуктов. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1994.-№8.-с. 18-19.

82. Куцевалов В.В., Думский Ю.В., Юхно М.В., Нестеренко Е.А. Новый специальный нефтяной воск для автомобильных термостатов // Нефтепереработка и нефтехимия. 1994. - №10. - с. 29-31.

83. Бадыштова K.M., Шабалина Т.Н., Елашова О.М., Тюмкин C.B., Дискина Д.Е., Лесков Г.С., Китова М.В. Альтернативное сырье для производства парафино-церезиновых композиций. //Химия и технология топлив и масел. -1996.-№3. с.13-14.

84. Афанасьев А.Н. Синергетические эффекты при окислении парафинов до синтетических жидких кислот. // Химия и технология топлив и масел. -1994.-№6.-с.6-7.

85. Шидряев С.Б., Фукс И.Г. Кислородсодержащие ПАВ как регуляторы объемных и поверхностных свойств пластичных смазок. // Химия и технология топлив и масел. 1993. - №1. - с.24-25.

86. Сагитова Ч.Х., Яушев Р.Г., Сафиева Р.З. Влияние ПАВ на коллоидное строение масляных дистиллятов. // Химия и технология топлив и масел.-1992.-№6.-с.29-31.

87. Шолом В.Ю., Гилев А.Г., Абрамов А.Ю. и др. Смазка для холодной листовой штамповки «Росойл 222». / Сб. Ново-Уфимского НПЗ «Исследования интенсификации химико-технологических систем переработки нефти». М.:ЦНИИТЭнефтехим, 1996. - с.81-84.132

88. Афанасьев А.Н., Матишев В.А., Сюняев З.И., Фарафонов В.В. Плавление и кристаллизация парафинов. // Химия и технология топлив и масел. 1993. -№11. - с.24-25.

89. Ларионов С.Л., Горбачев C.B., Везиров P.P. и др. Повышение качества твердых парафинов с использованием природных минеральных сорбентов. //Нефтепереработка и нефтехимия. 1997. №8. - с.56-60.

90. Нигматуллин Р.Г. Об изменении микроструктуры базового компонента защитного воска. //Нефтепереработка и нефтехимия. 1993. - №11. - с.35-36.

91. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник. Под ред. В.М. Школьникова. М.: ИЦ «Техинформ», 1999. 596 с.

92. ЮО.Морозов В.А., Танеева З.Х., Карябин В.А. и др. Промышленное освоение производства узких парафиновых фракций. // Нефтепереработка и нефтехимия. 1991. -№6. - с. 14-15.1. Длина волны, нм

93. Рис. 1. УФ-спектры выделенных фракций легкой (а) и тяжелой (б) ароматики парафина марки Т озексуатской нефтесмеси3500 2500 1500 1400 1000 600 2001. Длина волны, см"1

94. Рис. 6. ИК-спектр легких (а) и тяжелых (б) ароматических углеводородов парафина марки Т озексуатской нефтесмеси140