Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Исследование процесса концентрирования раствора молочной кислоты при использовании азеотропной отгонки воды с последующим синтезом лактида

Работа №10586
Тип работыДипломные работы
Предметанализ хозяйственной деятельности
Объем работы82
Год сдачи2016
Стоимость2700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено 13
Не подходит работа?

Узнай цену на написание
Введение 4
1 Технико-экономическое обоснование 7
1.1 Конъюнктура рынка биоразлагаемых полимеров 7
1.2 Российской рынок биоразлагаемой упаковки 11
2. Теоретическая часть 13
2.1 Общие сведения о полимерах 13
2.1.2 Свойства полимеров 15
2.1.3 Способы получения полимеров 16
2.2 Биоразлагаемые полимеры 17
2.2.1 Классификация биоразлагаемых полимеров 18
2.2.2 Получение и применение биоразлагаемых полимеров 19
2.2.3 Полимеры на основе полиэфиров и гидроксикарбоновых кислот 20
2.3 Полилактид (PLA) 20
2.4 Лактид 22
2.4.1 Получение лактида 24
2.5 Молочная кислота 25
2.6 Способы концентрирования растворов молочной кислоты 27
2.6.1 Термическая перегонка молочной кислоты 27
2.6.2 Концентрирование молочной кислоты с помощью азеотропной
отгонки воды 29
2.6.3 Основы азеотропной очистки молочной кислоты 30
2.7 Методы анализа 31
2.7.1 Методика определения молочной кислоты 31
2.7.2 Методика определения молекулярной массы олигомера 32
2.7.3 Инфракрасная спектроскопия 33
2.7.4 Дифференциальный термический анализ 35
3 Экспериментальная часть 39
3.1 Характеристика используемого сырья 39
3.2 Концентрирование раствора молочной кислоты 40
3.3 Синтез лактида 49
3.4 Очистка лактида 49
4 Обсуждение результатов 52
Заключение 59
Список публикаций 61
Список используемых источников 62
Приложение А 68
В течение последних десятилетий пластик проник во все сферы нашей жизни в промышленность и быт: упаковка, пластиковые окна, мебель, посуда, мебель, практически все сделано из пластика или содержит пластик [1].
Уже более тридцати лет полимеры лидируют среди упаковочных материалов. Это и понятно: полимеры удобны и безопасны, дешевы, а значит, их производство будет расти и дальше [2].
Полимеры обладают уникальными полезными свойствами, и сравнительно невысокой ценой. Но у них существуют так же определенные недостатки:
-большинство полимеров не разлагается в природе, что приводит к устойчивому загрязнению окружающей среды;
-проблема с утилизацией полимеров;
-большинство пластиков производится из невозобновляемого углеводородного сырья, запасы которого ограничены.
Традиционно пластики изготавливаются из синтетических полимеров, имеющих структуру, не встречающуюся в природе. Основываясь на последних достижениях в понимании взаимосвязи между структурой полимера, его свойствами и природными процессами, были разработаны новые материалы, по своим свойствами не уступающие обычным пластикам, но являющиеся биоразлагаемыми [3].
Биоразлагаемые (биодеградируемые) полимеры - это полимерные материалы, разрушающиеся в результате естественных природных (микробиологических и биохимических) процессов. Продуктами полного разложения в основном являются углекислый газ, вода и гумус [4].
Существует две основные сферы жизнедеятельности человека, которые остро нуждаются в применении биодеградируемых полимеров - это охрана окружающей среды и медицина [5].
Сегодня можно с уверенн.остью утверждать, что биопластики эффективные и технологически сформированные материалы. Они способны улучшить баланс между экологическими выгодами и воздействием пластмасс на окружающую среду. Анализ жизненного цикла показывает, что биопластик может сократить выбросы CO2 на 30^70% по сравнению с обычной пластмассой (в зависимости от материала и области применения). Более того, увеличение использования биомассы в биопластике имеет явное преимущество: возобновляемость и доступность.
Основными достоинствами биопластиков являются биосовместимость (неотторжение организмом изделий из биопластиков при использовании в медицине) и экологичность (быстрое и нетоксичное разложение изделий из биополимеров в окружающей среде). Поэтому они перспективны для использования в медицине (хирургические и одноразовые материалы), фармакологии (пролонгация действия лекарственных веществ), пищевой промышленности (упаковочный и антиоксидантный материал), сельском хозяйстве (обволакиватели семян, разрушаемые пленки).
Объектом исследования в данной работе является технология получения лактида, который служит исходным компонентом для получения полилактида.
Предметом исследования является процесс концентрирования раствора молочной кислоты и синтез лактида.
Новизна работы заключается в использовании азеотропной системы, которая способствует значительному сокращению времени при проведении процесса концентрирования раствора молочной кислоты.
Цель работы - исследование возможности применения азеотропной отгонки воды в процессе получения олигомера из водного раствора молочной кислоты.
Задачи:
1. Провести литературный обзор по синтезу лактида;
2. Подобрать оптимальные условия для проведения данного процесса;
3. Исследовать применение азеотропной системы растворителей для использования в процессе концентрирования водного раствора молочной кислоты;
4. Изучить и провести процесс синтеза лактида;
Практическая значимость заключается в том, что результаты данной работы позволяют использовать системы азеотропов для процесса концентрирования водного раствора молочной кислоты с последующим синтезом лактида и полилактида. Использование таких систем позволяет сократить время и температуру процесса.
Сегодня можно с уверенностью утверждать, что биопластики эффективные и технологически зрелые материалы. Они способны улучшить баланс между экологическими выгодами и воздействием пластмасс на окружающую среду. Анализ жизненного цикла показывает, что биопластик может сократить выбросы CO2 на 30-70 % по сравнению с обычной пластмассой (в зависимости от материала и области применения). Более того, увеличение использования биомассы в биопластике имеет явное преимущество: возобновляемость и доступность.
Несмотря на то, что в настоящее время доля биоразлагаемых полимеров достаточно мала, потенциал этого рынка огромен. Так в начале 2000-ых годов Research.Techart оценивал емкость рынка на 2010 год в 47тыс. тонн. В 2012 году производство биопластиков было равно 1395 тыс. т (пластики на растительной основе, не поддающиеся биологическому разложению - 791 тыс. т). Прогноз специалистов на 2017 год - 6 185 тыс. т (пластики на растительной основе, не поддающиеся биологическому разложению - 5 185 тыс. т). По прогнозам к 2020 году доля биоразлагаемых полимеров даже может достигнуть четверти мирового производства пластмасс.
Направления применения биополимеров расширяются от бытовых и сельскохозяйственных до общепромышленных и машиностроительных. Можно утверждать, что в ближайшие годы, помимо пищевой промышленности, потреблять биопластики начнут отрасли IT технологий, автомобилестроения, производства игрушек и т.д.
Сбыту биоразлагаемых полимеров способствует растущая обеспокоенность потребителей вопросами защиты окружающей среды и поощрение использования естественных ресурсов со стороны правительства. В частности, большие возможности для инноваций и роста рынка создает растущая популярность экологически чистой упаковки.
Росту потребления будут способствовать упрощение технологий производства биопластиков и их удешевление, снижение срока биодеградации.
Цель новейших разработок в области создания биоразлагаемых полимеров заключается в установлении общих закономерностей в подборе компонентов и технологических параметров при изготовлении материалов, сочетающих высокий уровень эксплуатационных характеристик (прочность, низкую газопроницаемость, экологическую безопасность, хорошую формуемость и др.) со способностью к биоразложению, и научиться регулировать процессы их деструкции для обеспечения быстрой и безопасной деградации упаковки по окончании срока ее службы.
В заключение следует отметить, что интенсификация исследований в области создания биоразлагаемых полимеров важна не только для дальнейшего успешного развития рынка, но и одно из перспективных направлений решения глобальной экологической проблемы, связанной с загрязнением окружающей среды отходами полимерных материалов.
Основные выводы по работе:
1. Установлено, что концентрирование растворов молочной кислоты с использованием АОВ позволяет снизить температуру процесса, а также существенно сократить время процесса получения олигомера МК.
2. Применение двойной системы растворителей помогает получить лактид - сырец и лактид с более высокой степенью чистоты (высокая температура плавления), по сравнению с одинарными системами.
1. Позитивные новости экологии, технологии, энергетики и природы. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.facepla.net.
2. Энциклопедия знаний. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.pandia.ru.
3. Коржан А., Биоразлагаемые полимеры и пластики. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.plastice.org
4. Тасекеев М.С. Производство биополимеров как один из путей решения проблем экологии и АПК/ Тасекеев М.С., Еремеева. - Аналит. Обзор. - Алматы: НЦ НТИ, 2009. -200 с.
5. Новые химические технологии. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.newchemi stry .ru/
6. Биоразлагаемые полимеры / Сырье и упаковка. №6 Июль-август 2012
7. Дулина Л. Биополимеры: тенденции, мнения перспективы / Полимеры- деньги.
8. Балов А., Ашпина О. Мировой рынок полимеров. The Chemical Journal. Март 2012, с.48-53.
9. Официальный сайт Европейской ассоциации биопластиков. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://en.european-bioplastics.org/
10. Шишацкий О.Н., Хлебопрос Р.Г., Волова Т.Г. Анализ рынка биопластиков и перспективы его развития. Красноярск: ИБФ, 2008.
11. Bioplastics packaging - Combining performance with sustainability. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://en.european-bioplastics.org/
12. Пармухина Е.Л. Российский рынок биоразлагаемой упаковки /Экологический вестник России с.32-34 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.techart.ru/
13. ГОСТ 24888-81. Пластмассы, полимеры и синтетические смолы. Химические названия, термины и определения. -М.: Из-во стандартов, 1981.
14. Сутягин В.М., Бондалетова Л.И. Химия и физика полимеров. Учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 208 с.
15. Полимеры /Волгахимпласт. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.volgahimplast.ru /
16.Основные понятия /Волгахимпласт. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.volgahimplast.ru /
17. Власова Г., Макаревич А. Биоразлагаемые пластики в индустрии упаковки. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://module-2010.ru/
18. Способы получения синтетических полимеров /Волгахимпласт. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.volgahimplast.ru /
19. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе: Учебное пособие - М.-Л: Химия, 1964. - 784 с.
20. Борисов Е. «В центре внимания - биоразлагаемые полимеры». The Chemical Journal. Май 2005, с.68-71
21. Волков А.А. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2005, №2. - 43 с.
22. Способы получения биоразлагаемых материалов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://plast-tech.ru
23. Mohammadi-Rovshandeh J., Sarbolouki N. Synthesis and In Vitro Hydrolytic Degradation of Polyglycolideand Its L-Lactide Copolymer.Iranian Polymer Journal. - 2001, Vol. 10 N 1.-р. 53-58.
24. Волова Т.Г. Введение в биотехнологию. Учебное пособие. - Красноярск: ИПК СФУ, 2008.
25. B.R.E. Drumright, P.R. Gruber, E. David, D.E. Henton. // Polylactic acid technology Adv. Mater., 23 - 2000. - pp. 1841-1846.
26. Химик [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.xumuk.ru/
27. Новый справочник химика и технолога. Основные свойства неорганических, органических и элементарноорганических соединений: в 5 ч. - СПб: Мир и семья: Профессионал, 2002.
28. Bonsignore PV. Production of high molecular weight poly(lactic acid). US Patent No. 5470944; 1995.
29. Получение и описание физико-химических свойств синтетических биодеградируемых полимеров. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://xreferat.ru/
30.Singh V., Tiwari M. Structure-Processing-Property Relationship of Poly(Glycolic Acid) for Drug Delivery Systems 1:Synthesis and Catalysis. Intern. J. of Polymer Science. - Volume 2010, Article ID 652719.
31. Malberg Sofia, Basalp Dildare, Finne-WistrandAnna, AlbertssonAnn-Christine. Bio-safe synthesis of linear and branched PLLA. // J. Polym. Sci. A. - 2010. - Т. 48; № 5. - с. 1214-1219.
32. Химическая энциклопедия. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.chemport.ru/
33. Fukushima Kazuki, Sogo Kazuaki, Miura Shigenobu, Kimura Yoshiharu. Production of D-lactic acid by bacterial fermentation of rice starch. // Macromol. Biosci. - 2004. - Т. 4; № 11. - pp. 1021-1027.
34. Огородников С.К., Лестева Т.М. и др. Азеотропные смеси. Справочник. од ред. проф. В. Б. Когана. Изд-во «Химия», Л., 1971, 848 с.
35. C. Wang, H. Li, X. Zhao. Ring opening polymerization of l-lactide initiated by creatinine // Biomaterials, 25 (2004), pp. 5797-5801.
36. Хорсли Л., Таблицы азеотропных смесей - М.: Изд-во иностранной литературы, 1951. - 299 с.
37. Воскресенский П.И. Техника лабораторных работ 9-е изд., исправл. и дополн. - М.: Госхимиздат, 1969. - 720 с.
38.Одабашян Г.В. Лабораторный практикум по химии и технологии основного органического и нефтехимического синтеза Учебное пособие для вузов/Под ред. Н. Н. Лебедева — М Химия, 1982, 240 с, ил.
39. Григорьева Л. Малый практикум по химии и физике полимеров Учебное пособие/ Кохтла-Ярве Изд.: Таллинский Технический Университет Вирумааский колледж, 2007, 30 с.
40. Краснокутская Е.А. Спектральные методы исследования в органической химии. Часть I. Электронная и инфракрасная спектроскопия: учебное пособие / Е.А.Краснокутская, В.Д. Филимонов; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томкого политехнического университета, 2012. - 56 с.
41. Шаповалова Е.Н., Пирогов А.В. Хроматографические методы анализа Методическое пособие. - Москва, 2007. - 109 с.
42. Nieuwenhuis J. Synthesis of polylactides, polyglycolides and their copolymers // Clin. Mater. 1992. V. 10. P. 59-67.
43. Гаврикова Н.А. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение: учебно-методическое пособие / Н.А. Гаврикова, Л.Р. Тухватулина, И.Г. Видяев, Г.Н. Серикова, Н.В. Шаповалова; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2014. - 73 с.
44. Конституция Российской Федерации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.consultant.ru/
45. Генеральное соглашение между общероссийскими объединениями
профсоюзов, общероссийскими объединениями работодателей и
Правительством Российской Федерации на 2014 - 2016 годы. Дата публикации на сайте «Консультант»: 26.12.2013/
46. Назаренко О.Б. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2001. - 87 с.
47. Гигиенические нормативы «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны ГН 2.2.5.1313-03», утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 27 апреля 2003 г.
48. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://www.complexdoc.ru/
49. СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://www.tehbez.ru/
50. ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности. [Текст]. -введ. 01.07.1984. - М.: Стандартинформ, 2008. - 13 с.
51. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности средств индивидуальной защиты» (ТР ТС 019/2011), принятый решением Комиссии Таможенного союза от 09.12.2011 № 878 «О принятии технического регламента Таможенного союза «О безопасности средств индивидуальной защиты», вступает в силу с 1 июня 2012 г.
52. ГОСТ Р 22.0.01-94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Основные положения [Текст]. - введ. 01.01.1995. - М.: Издательство стандартов, 1994. - 11 с.
53. Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197-ФЗ (ред. от 28.12.2013).
54. Свод правил СП 60.13330.2012 "СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха" (утв. приказом Министерства регионального развития РФ от 30 июня 2012 г. N 279).
55. Федеральный закон от 28.12.2013 N 426-ФЗ (ред. от 13.07.2015) "О специальной оценке условий труда"
56. Fomin V.A., Guzeyev V.V. Biorazlagayemye polimery, sostoyaniye i perspektivy ispolzovaniya. In Plasticheskiye massy. 2001; 2.
57. Новые технологии переработки пластмасс. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.polymery.ru/
58. Все о полимерах. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //polimer.ucoz.net/
59. Ашпина О. Мировой рынок биополимеров. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tcj.ru
60.Spinu M. l-d polylactide copolymers with controlled morphology. US Patent No.5270400; 1993.
61.Новиков В.Т., Фитерер Е.П., Глотова В.Н., Яркова А.В., Иженбина Т.Н., Гордеева О.С. Химия и химическая технология: достижения и перспективы: Материалы Всероссийской конференции. Кемерово, 21-23 ноября 2012 г./ ФБГОУ ВПО “Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева”, 2012, с. 170-172
62.Ibay AC, Tenney LP. Polymers from hydroxy acids and polycarboxylic acids. US Patent No. 5206341;
63. K. Madhavan, Nimisha Rajendran, Rojan Pappy John. // Bioresource Technology. Volume 101, Issue 22, N.- 2010, pp. 8493-8501.
64. M. Ajioka, K. Enomoto, K. Suzuke, A. Yamaguchi. Basic properties of polylactic acid produced by the direct polycondensation polymerization of lactic acid // Bull Chem Soc Jpn, 68. - 1995 - pp. 2125-2131
65. A. Takasu, Y. Narukawa, T. Hirabayashi. Direct dehydration polycondensation of lactic acid catalyzed by water-stable Lewis acids // J Polym Sci Part A Polym Chem, 44 - 2006. -,pp. 5247-5253
66.5.1. Moon, C.W. Lee, I. Taniguchi, M. Miyamoto, Y. Kimura. Melt/solid polycondensation of l-lactic acid: an alternative route to poly(l-lactic acid) with high molecular weight Polymer, 42 (2001), pp. 5059-5062
67.5.1. Moon, I. Taniguchi, M. Miyamoto, Y. Kimura, C.W. Lee. Synthesis and properties of high molecular weight poly(l-lactic acid) by melt/solid polycondensation under different reaction conditions // High Perform Polym, 13 (2001), pp. 189-196
68.B. Fortunato, F. Pilati, P. ManaresiSolid state polycondensation of poly(butylene terephthalate). Polymer, 22 (1981), pp. 655-657

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.

Пожалуйста, укажите откуда вы узнали о сайте!
Обновить рисунок

© 2008-2018 Сервис продажи готовых курсовых работ, дипломных проектов, рефератов, контрольных и прочих студенческих работ.