Типовые схемы производства высокомолекулярных соединений. Производство целлюлозы и ее производных

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НААУКИ

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное агентство по образованию 

Тихоокеанский государственный  экономический университет

Кафедра Пищевой биотехнологии 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

По  дисциплине Общая  химическая технология

ТЕМА: Типовые схемы производства высокомолекулярных соединений. Производство целлюлозы и ее производных 
 
 
 
 
 
 

                                                                      Студент 431Пб гр. Моляренко О. А.

                                                                    Руководитель доц. Фищенко Е.С.

Курсовая  работа допущена к  защите:

_______________________________

^{подпись руководителя________________}

«___» _________________ 20   г.___

Курсовая  работа защищена________

с оценкой:______________________

«___» _________________ 20   г.___ 
 
 
 
 

Владивосток

2010

Тихоокеанский государственный  экономический университет

Кафедра Пищевой биотехнологии

ЗАДАНИЕ

на  курсовую работу студента 3 курса

Моляренко Олеся Андреевна 

1. Тема курсовой  работы: Типовые схемы производства высокомолекулярных соединений. Производство целлюлозы и ее производных

2. Цель и общее  направление работы: ознакомиться с понятием целлюлоза. Изучить производство целлюлозы и  ее применение в пищевой промышленности.

3. Содержание работы.

1. Понятие о  целлюлозе

а) понятие о  целлюлозе

2. Методы получения  целлюлозы

а) выделение  целлюлозы из хлопка

б) получение  технической целлюлозы

в) варка целлюлозы

г) хлорно-щелочной и азотнокислый способы варки

д) производные  целлюлозы

3. Применение  целлюлозы в различных отраслях АПК 

4. Сроки выполнения  курсовой работы:

Начало работы _______________________________________________________

Конец работы ________________________________________________________

Срок представления  работы на кафедру __________________________________ 
 

Руководитель  курсовой работы  _________________________________________

Студент _____________________________________________________________

Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………4 1. ПОНЯТИЕ О ЦЕЛЛЮЛОЗЕ……………………………………………………6

    1.1 Понятие о целлюлозе………………………………………………………..6

2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ  ЦЕЛЛЮЛОЗЫ……………………………………..10

    2.1 Выделение целлюлозы из хлопка………………………………………….10

       2.1.1 Технология выделения из хлопка………………………………………10

    2.2 Получение технической целлюлозы………………………………………11

       2.2.1 Виды целлюлозы………………………………………………………..12

    2.3 Варка целлюлозы…………………………………………………………...12

       2.3.1 Производство сульфатной целлюлозы………………………………...13

       2.3.2 Аппаратурно-технологическая схема………………………………….15

       2.3.3 Производство сульфитной целлюлозы………………………………...16

       2.3.4 Технологическая схема…………………………………………………17

    2.3.5 Получение целлюлозы бисульфитным способом………………………20

    2.4 Хлорно-щелочной и азотнокислый способы варки……………………….22

       2.4.1 Хлорно-щелочной способ……………………………………………….22

       2.4.2 Аппаратурно-технологическая схема…………………………………..25

       2.4.3 Азотно-кислый способ…………………………………………………..27

    2.5 Производные целлюлозы……………………………………………………29

       2.5.1 Сложные эфиры как реагенты…………………………………………..30

       2.5.2 Синтез простых эфиров…………………………………………………30

3. ПРИМЕНЕНИЕ  ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ  АПК……….31

    3.1 Целлюлоза в бумажной промышленности…………………………………31

    3.2 Целлюлоза в текстильной промышленности………………………………31

    3.3 Целлюлоза в пищевой промышленности…………………………………..32

    3.4 Целлюлоза как лекарственный препарат…………………………………..33

    3.5 Применение производных целлюлозы……………………………………..34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………….35

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………36

ВВЕДЕНИЕ

Среди многочисленных веществ, встречающихся  в природе, резко выделяется группа соединений, отличающихся от других особыми  физическими свойствами, высокой  вязкостью растворов, способностью образовывать волокна, пленки и т.д. К этим веществам относятся целлюлоза, лигнин, пентозаны, крахмал, белки и нуклеиновые кислоты, широко распространенные в растительном и животном мире, где они образуются в результате жизнедеятельности организмов.

Высокомолекулярные  соединения получили свое название вследствие большой величины их молекулярного веса, отличающие их от низкомолекулярных веществ, молекулярный вес которых лишь сравнительно редко достигает нескольких сотен. В настоящее время принято относить к ВМС вещества с молекулярным весом более 5000.

Молекулы  ВМС называют макромолекулами, а химию ВМС – химией макромолекул и макромолекулярной химией.

Наибольший  интерес среди продуктов фотосинтеза  растений на протяжении всего времени  существования человеческой цивилизации  привлекала целлюлоза, ежегодный прирост  количества которой составляет около 100 млрд. т. Целлюлозные материалы занимают видное место в удовлетворении потребностей человека: природные целлюлозные волокна (прежде всего хлопок, лен и другие лубяные волокна) и сегодня являются существенной частью в балансе сырья для текстильной промышленности. Хлопковая и древесная целлюлоза широко применяются для изготовления бумаги и картона, искусственных волокон, некоторых пластмасс и лаков, эмульгаторов и загустителей для нефтяной, текстильной, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности.

Целлюлоза - основной компонент клеточных стенок всех высших растений. В наиболее чистом виде целлюлоза содержится в волокнах семян хлопчатника и лубяного растения рами (в зрелом хлопковом  волокне целлюлозы содержится до 99,5% его массы). Древесина, основное сырье, из которого выделяют целлюлозу для технических целей, содержит (в зависимости от породы дерева, его возраста, условий произрастания) 35-45% целлюлозы. Спутниками целлюлозы в клеточных стенках большинства растений являются полисахариды - углеводы, отличающиеся по строению от целлюлозы (ксилан, маннан, галактан, пектиновые соединения), а также вещества неуглеводного характера: лигнин - пространственный полимер ароматического строения, диоксид кремния, смолистые вещества и др. Если иметь в виду, что именно целлюлозные волокна в тканях растений обеспечивают механическую прочность как отдельных тканей, так и растения в целом, можно утверждать, что именно природа явилась первым создателем материалов, позднее получивших название "композиты". Широкие возможности использования целлюлозы определяются особенностями химического строения, структуры и свойств этого природного полимера. 
 
 
 
 
 
 
 

1. ПОНЯТИЕ О ЦЕЛЛЮЛОЗЕ  И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫЕ

1.1 Понятие о целлюлозе

Целлюлоза — это высокомолекулярный полисахарид, имеющий общую формулу (С6Н10О5)n, которую, принимая во внимание три активных гидроксила в каждой структурной ее единице, можно записать в виде [С6Н₇О₂(ОН)₃]n. Молекулы целлюлозы построены в виде цепей. Целлюлоза обладает ориентированным аморфно-кристаллическим строением, которое объясняет все ее свойства — реакционную способность, набухание в воде (чем и вызывается увеличение размеров древесины при увлажнении) и др.

Целлюлоза, клетчатка - главный строительный материал растительного мира, образующий клеточные стенки деревьев и других высших растений. Самая чистая природная форма целлюлозы – волоски семян хлопчатника

Целлюлоза и ее производные широко используются во многих отраслях промышленности (текстильной, целлюлозно-бумажной, искусственных волокон, пищевой, фармацевтической и др.). [1]

Рисунок 1. Структура  молекулы целлюлозы. Это длинноцепной полисахарид, состоящий из гликозидных  остатков (n указывает на большое число таких остатков), связанных между собой эфирными мостиками (1,4 – β-глюкозидными связями). 
 

Характеристика  целлюлозы

Важнейшими  химическими компонентами растений являются целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин. Кроме этих компонентов в них содержатся в небольших количествах различные жиры, воски, смолы, красящие и неорганические вещества. Химический состав некоторых важнейших видов растительного сырья приведен в таблице 1.

Сущность  процесса варки заключается в  том, чтобы из растительного сырья  получить целлюлозу по возможности  в неизменном виде. Целлюлоза представляет собой цепной высоко-полимерный углевод, состоящий из глюкозных элементарных звеньев, соединенных β-глюкозидной связью в положении 1,4. Число входящих в макромолекулу целлюлозы ангидро-глюкозных единиц определяет ее степень полимеризации. Природный полимер целлюлоза состоит из нескольких тысяч мономерных единиц. Она состоит из цепей с различной степенью полимеризации и представляет собой полимолекулярное вещество, важнейшей характеристикой которого является средняя степень полимеризации. В целлюлозе содержится большое количество гидроксильных групп, в результате взаимодействия которых образуются водородные межволоконные связи. Водородные связи бывают внутримолекулярные, образующиеся внутри молекулы глюкозы, и межмолекулярные, возникающие между двумя соседними макромолекулами. Глюкозная единица содержит три свободные гидроксильные группы: первичную у атома углерода С₆ и две вторичные у атомов С₂ и С₃.

Химические  реакции целлюлозы зависят от положения гидроксильных групп  в ее молекуле. Поведение гидроксильных групп определяется еще и тем, в какой части целлюлозы они размещаются. 

Таблица 1. Химический состав некоторых важнейших  видов

растительного сырья (% к абсолютно сухой древесине)

 
 
 
 
 
 
 
 

В определенных областях целлюлозные цепи упакованы  очень плотно. При исследовании этих областей методом рентгеновской дифракции обнаруживается кристаллическая структура, труднодоступная для жидкостей, в то время как другие, менее плотно упакованные области целлюлозы более доступны для проникновения жидкостей. В принципе все связи целлюлозной цепи равноценны, но, несмотря на это, обнаруживаются в ней так называемые рыхлые участки. Поскольку макромолекула целлюлозы имеет довольно большие размеры, обнаружить в ней очень малое количество неглюкозидных связей довольно трудно. Результаты новейших исследований позволяют предположить, что в природной целлюлозе отсутствуют рыхлые участки; они появляются лишь в процессе ее получения. Согласно другой теории [2] легкодоступные участки целлюлозы образуются вследствие того, что целлюлозные цепи с числом звеньев более 500 складываются и на изгибах целлюлоза менее устойчива и легче подвергается деструкции.