Поверхностно активное вещество для предотвращения слеживания аммиачной селитры

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследований по созданию эффективного поверхностно-активного вещества (ПАВ) на основе местного вторичного сырья для предотвращения затвердевания аммиачной селитры при хранении на складе. Основные компоненты синтезированного ПАВ-отходы нефтеперерабатывающих, масложировых и химических заводов. Приводятся основные физико-химические параметры ПАВ в сравнении с зарубежными аналогами. Установлены оптимальные условия получения ПАВ ( температура ,соотношение и концентрация компонентов, время синтеза ) .

ABSTRACT

The article presents the results of research on the creation of an effective surfactant (surfactant) based on local secondary raw materials to prevent the solidification of ammonium nitrate during storage in a warehouse. The main components of the synthesized surfactant are wastes from oil refineries, fat-and-oil and chemical plants. The basic physicochemical parameters of surfactants are presented in comparison with foreign analogues. The optimal conditions for the preparation of surfactants (temperature, ratio and concentration of components, synthesis time) have been established.

Ключевые слова: поверхностно-активного вещества(ПАВ), затвердевания аммиачной селитры, отвердитель, моноэтаноламина (КО МЭА), дистиллированных жирных кислот хлопковых соапстоков (ДЖКХС).

Keywords: surfactant (surfactant), solidification of ammonium nitrate, hardener, monoethanolamine (KO MEA), distilled fatty acids of cotton soap stocks (DZРKHS).

Задачей настоящего исследования является подбор состава и рецептуры антислеживателя на основе местного вторичного сырья: КО ДЖК и отработанный моноэтаноламин с тем, чтобы обеспечить предотвращение затвердевания (слёживания) аммиачной селитры при длительном хранении на складах.

Для получения поверхностно-активного вещества (ПАВ), обладающего гидрофобными свойствами, авторы подобрали состав композиции, состоящей из дистиллированных жирных кислот хлопковых соапстоков ДЖКХС (отход масложир комбината), отработанный кубовый остаток моноэтаноламина (КО МЭА), минеральное масло, отвердитель и стабилизатор. Особенностью синтеза является то, что реакцию получения аминосоединения проводят в присутствии стабилизатора ПАВ, который состоит из натриевой соли предельной карбоновой кислоты, наличие последнего позволяет стабилизировать и гомогенизировать композицию ПАВ, понизить энергетические затраты на перемешивание и ускорить процесс материалообразования. Кроме того, ввод стабилизатора обеспечивает проведение реакции жирных кислот с кубовым остатком моноэтаноламина с образованием алкилоламида. Минеральное масло в композиции служит дисперсной средой для ПАВ и способствует распространению пленки ПАВ на большую площадь и обьем аммиачной селитры. Отвердитель в предлагаемой рецептуре поверхностно-активной композиции способствует гидрофобизации и обеспечения термостойкости образующейся пленки ПАВ. Отвердитель предотвращает смывание пленки ПАВ при высоких температурах, способствуя образованию скользящей твердой гидрофобной пленки.

Сущность предлагаемого способа получения ПАВ заключается в следующем. В реактор помещают ДЖКХС и нагревают до температуры 70-75^оС. К расплавленной массе при перемешивании, понемногу (в течение 25-30 мин) начинают приливать кубовый остаток (полученный после абсорбционной очистки отходящих газов) моноэтаноламина в расчетном соотношении. Отбирают пробу полученного ПАВ для определения степени готовности (по ПАВ свойствам). Затем поднимают температуру до 100-110°С при интенсивном перемешивании реакционной массы. Через 30 мин в реактор подают отвердитель и стабилизатор.После 10-15-минутного перемешивания ПАВ для коллоидного раствора антислеживателя готов.

При реакции жирных кислот с аминоспиртами различной степени замещенности моно-, ди-, три- этаноламина) образуются комплексные соли следующего типа:

R-CООH+NH₂C₂H₄ОH-RCООNH₃C₂H₄ОH

R-COOH+NH(C₂H₄ОH)-RCООNH₂(C₂H₄ОH)₂

R-COOH+N(C₂H₄OH)₃- RCOONC₂H₄OH₃

Свободные жирные кислоты, которые находятся в составе ДЖКХС взаимодействуют с МЭА, находящемся в кубовом остатке и образуют комплексную соль жирной кислоты следующего типа:  

R-CООH+NH₂(C₂H₄ОH) –→ RCOONH₂(C₂H₄)

При приготовлении из ДЖКХС и КО МЭА ПАВ с добавками органического растворителя, отвердителя в качестве. Стабилизатора получается композиция, которая при нанесении путем распыления на гранулированную аммиачную селитру образует тонкую гидрофобизирующую пленку, предохраняющую от затвердевания селитры. Ниже приводятся результаты опытов в лабораторном мини-реакторе с мешалкой и электрическим обогревом. Проведенные эксперименты по подбору оптимального состава антислеживателя свидетельствует о том, что изменение свойств дисперсных систем в присутствии ПАВ обусловлено адсорбционным закреплением молекул добавки на поверхности дисперсной фазы. Она зависит не только от молекулярного состояния добавки в растворе, определяемого гидрофобно-липофильным балансов (ГЛБ) и гидрофобными взаимодействиями углеводородной части молекулы ПАВ в дисперсной среде, но и является функцией концентрации добавки, а также его физико-химических свойств. Оптимальное соотношение исходных компонентов ПАВ подбирали по значениям поверхностной активности.Расчёты величины поверхностной активности показали, что при соотношении (масс, части) ДЖКХС: КО МЭА, равном 10:1, поверхностная активность нового ПАВ возрастает более чем в 10 раз по сравнению с чистым техническим МЭА (табл. 2). Увеличение концентрации МЭА в синтезированных авторами ПАВ снижает и поверхностную активность.

Таблица 2.

Изменение поверхностной активности ПАВ в зависимости от их состава

Как известно, двухмерное давление адсорбированных слоев ПАВ коррелирует с поверхностной активностью, чем выше активность, тем больше максимальная величина двухмерного давления.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что с увеличением количества МЭА в составе новых ПАВ работа адсорбции уменьшается и соответственно уменьшается их поверхностная активность. При оптимальном соотношении исходных реагентов поверхностная активность увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с чистым МЭА. Образование мисцелл в растворе ПАВ начинается при концентрации 0,1 кг/м³ после достижения предельного насыщения адсорбционного слоя. В указанном выше случае мисцеллы ПАВ можно рассматривать как (коллоидные образования) мицеллярные растворы-термодинамический устойчивые коллоидные растворы, в которых устанавливается равновесие между адсорбционными слоями ПАВ на поверхности раствора и мицеллами ПАВ в объёме раствора. В динамическом равновесии с ними находятся одиночные молекулы ПАВ, способные обмениваться местами с молекулами ПАВ на поверхности раствора и в объёме мицелл. Перед использованием композицию ПАВ необходимо расплавлять путем нагрева до 50-60 ⁰С.  В табл.3 приведены экспериментальные данные лабораторных исследований по подбору (на основе значений физико-химических параметров) оптимальных соотношений компонентов гидрофобного ПАВ:

ДЖК хлопковых соапстоков

кубового остатка моноэтаноламина

стабилизатора ПАВ

минеральние масла

отвердитель

Таблица 3.

Зависимость физико-химических параметров ПАВ от соотношения компонентов

Выбор оптимальных соотношений проведен на базе сравнительного анализа физико-химических параметров образца ПАВ-антислеживателя, который приведен в табл.4.

Таблица 4.

Физико-химические параметры нового ПАВ

На собранной опытно-промышленной установке были получены первые 2000 кг.опытного образца нового антислеживателя, который был испытан в цехе аммиачной селитры ОАО Максам-Чирчик при обработке методом опрыскивания 10 тонн готового удобрения на транспортируемой ленте перед отправкой на склад. Затем с интервалом 15 дней в течении 2-х месяцев испытали еще 3 других опытных образцов и оставили на контрольное хранение.  Через 6 месяцев хранения с контрольных партий были взяты пробы, которые показали эффективность нового антислеживателя из местного сырья т.е. образцы не слежались и были рассыпчаты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан оптимальный состав приготовления композиции ПАВ для предотвращения слеживаемости аммиачной селитры путем смещения обработанных отходов химического производства при заданной температуре с использованием кубового остатка моноэтаноламина, дистилированных жирных кислот хлопковых соапстоков, стабилизатора, минерального масла, отвердителя взятых в определенных соотношениях. Подобраны оптимальные условия синтеза: время реакции, температура, соотношение компонентов и порядок их ввода в процесс. Оптимальное соотношение исходных компонентов ПАВ подбирали по значениям поверхностной активности.Расчёты величины поверхностной активности показали, что при соотношени! ( масс, части) ДЖКХС: КО МЭА равном 10:1, поверхностная активность ПА1 возрастает более чем в 10 раз по сравнению с чистым техническим МЭА ) Увеличение концентрации МЭА в синтезированных нами ПАВ снижает и поверхностную активность .Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что с увеличением количества МЭА в составе новых ПАВ работа адсорбции уменьшается и соответственно уменьшается их поверхностная активность.

Список литературы:

1. Ишбеков И.Д. Технология получения пленкообразователя из хлопкового и соевого масла // Химия природных соединений АН РУз, Ташкент, спец. выпуск, 2001. с.
2. Кадыров А.А., Кадыров Н.А. Поверхностно-активные вещества (получение, свойства, применение)//Монография,Ташкент,ТГТУ,2015.-116с.
3. Щербакова Л.Н., Махмудов А.С., Шералиева О.А. Изучение коллоидно-химических свойств ПАВ на основе гасиполовой смолы// Вестник Всероссийского НИИ жиров, 2012. №1.с25-28.
4. N.S. Composite polymeric material is a multifunctional effective chemical agent for drilling fluids. Col. RNTK "Technology and processing of local rawmaterials and products." October 22-23, 2009.-Tashkent:TKhTI,2009.P.114-115.
5. Negmatova K.S. Effective composite chemical reagent for stabilizing drilling fluids. / Composite materials.-Tashkent,2009.-№4.-P.68.
6. Negmatova K.S. The study of the physical-chemical properties of composite materials in relation to the production and stabilization of drilling fluids. // Journal. AS report. - Tashkent, 2010, № 4. C. 70-73.
7. Negmatova K.C., Sharifov G.N., Isakov Sh.S., Negmatov S.S., Sobirov A.B., Rahimov Kh.K. Polymer reagents for stabilization of oil drilling, used in the process of drilling of oil wells. European polymer congress, 2011.XII congress of the specialized group of polymers./ Congressprogram,june26-jule1,2011.Granada,Spain.P