Расчеты теплового и материального баланса хитозановых пленок сшитых глутаровым альдегидом и биополимером. Технологический расчет, норма расхода сырья

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативные основы получения биополимерных материалов в России

1.1. Современное состояние отечественного производства хитозана и продуктов его переработки

1.2. Химизм и механизмы модификации хитозана дифункциональными сшивающими агентами

1.3. Нормативное регулирование производства органических полимерных пленок согласно ГОСТ и ТР ТС

Глава 2. Анализ технологического процесса и производственных показателей

2.1. Характеристика сырьевой базы и требования к качеству реагентов на базе российских предприятий

2.2. Описание принципиальной технологической цепи получения композиционных пленок

2.3. Анализ факторов, влияющих на селективность процесса сшивания и выход готового продукта

Глава 3. Проектирование и расчетно-технологические показатели производства

3.1. Расчет материального и теплового балансов реакторного оборудования

3.2. Определение норм расхода сырья и расчет производительности технологической линии

3.3. Обеспечение экологической и промышленной безопасности производства в контексте ФЗ № 116-ФЗ и ФЗ № 89-ФЗ

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчеты теплового и материального баланса хитозановых пленок сшитых глутаровым альдегидом и биополимером. Технологический расчет, норма расхода сырья

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы курсовой работы обусловлена растущим спросом российской фармацевтической, пищевой и медицинской промышленности на биоразлагаемые полимерные материалы, способные обеспечить контролируемое высвобождение биологически активных веществ, защиту от внешних факторов и пролонгированное терапевтическое действие. Хитозановые пленки, модифицированные дифункциональными сшивающими агентами, представляют собой перспективный класс органических композитов, сочетающих высокую механическую прочность, биосовместимость, антимикробные свойства и управляемую степень набухания [1, c. 23]. Глутаровый альдегид является одним из наиболее эффективных сшивающих агентов, обеспечивающим формирование трехмерной полимерной сетки за счет образования азометиновых связей между аминогруппами хитозана и карбонильными группами альдегида. Степень разработанности проблемы в отечественной научной литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований ИНЭОС РАН, РХТУ им. Д.И. Менделеева и КНИТУ, однако технологические аспекты масштабирования процесса и расчет материальных и тепловых балансов производственных линий остаются недостаточно освещенными. Отсутствие отечественных нормативно-технических документов, регламентирующих производство модифицированных хитозановых пленок, затрудняет внедрение технологии на российских предприятиях органического синтеза и фармацевтической промышленности.

Цель работы – выполнить технологический расчет производства хитозановых пленок, сшитых глутаровым альдегидом, включая материальный и тепловой балансы, а также определить нормы расхода сырья.

Задачи:

• изучить современное состояние производства хитозана и продуктов его модификации в Российской Федерации;
• проанализировать химизм реакции сшивания хитозана глутаровым альдегидом и механизмы формирования трехмерной полимерной сетки;
• описать принципиальную технологическую схему получения композиционных хитозановых пленок;
• рассчитать материальный баланс технологической линии и определить выход готового продукта;
• рассчитать тепловой баланс реакторного оборудования и определить нормы расхода сырья и энергоресурсов.

Объект исследования – технологический процесс получения хитозановых пленок, сшитых глутаровым альдегидом, на производственной линии малотоннажного органического синтеза.

Предмет исследования – материальный и тепловой балансы, технологические параметры процесса, нормы расхода сырья.

Методологическая база включает теоретические основы химической технологии органических веществ, методы расчета материальных и тепловых балансов по ГОСТ Р 54500-2011, нормативную базу ТР ТС 021/2011 и ФЗ № 116-ФЗ.

Научная новизна заключается в адаптации технологических параметров сшивания хитозана к условиям российских производств органических полимеров.

Теоретическая значимость состоит в систематизации данных о кинетике и механизме реакции сшивания хитозана дифункциональными альдегидами.

Практическая значимость определяется возможностью использования расчетных норм расхода сырья и технологических регламентов на предприятиях фармацевтической и пищевой промышленности.

Структура работы: введение, три главы, заключение, список использованной литературы.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И НОРМАТИВНЫЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ БИОПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В РОССИИ

1.1. Современное состояние отечественного производства хитозана и продуктов его переработки

Хитозан представляет собой линейный полисахарид, получаемый путем щелочного деацетилирования хитина – второго по распространенности природного полимера после целлюлозы, содержащегося в панцирях ракообразных, клеточных стенках грибов и кутикуле насекомых. В Российской Федерации промышленное производство хитозана сосредоточено на предприятиях Дальневосточного региона, где осуществляется переработка отходов рыбопромышленного комплекса – панцирей крабов, креветок и криля. Основными производителями являются ООО «Биопрогресс» (Щелково, Московская область), ООО «Соната» (Владивосток) и ЗАО «Мидори Био» (Находка), суммарная мощность которых составляет около 150 тонн хитозана в год [2, c. 67]. Степень деацетилирования промышленного хитозана варьируется от 75 до 95%, молекулярная масса – от 50 до 500 кДа, что определяет его растворимость в разбавленных кислотах и способность к химической модификации. Научно-исследовательские работы по химии хитозана и его производных активно ведутся в ИНЭОС РАН им. А.Н. Несмеянова, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Институте биофизики СО РАН и Дальневосточном федеральном университете.

Хитозан обладает уникальным комплексом свойств: биосовместимость, биодеградируемость, нетоксичность, антимикробная активность, способность к образованию пленок и гелей, что обусловливает его широкое применение в медицине (раневые покрытия, носители лекарственных веществ, системы контролируемого высвобождения), пищевой промышленности (пленки для упаковки, консерванты, загустители), сельском хозяйстве (стимуляторы роста растений, антифунгальные препараты) и косметологии. Однако нативный хитозан имеет ряд недостатков: высокую растворимость в кислой среде, низкую механическую прочность пленок, неконтролируемую скорость набухания, что ограничивает его применение в технологически сложных композициях [3, c. 112]. Для преодоления этих недостатков применяют химическую модификацию хитозана – сшивание дифункциональными агентами (глутаровый альдегид, генипин, этиленгликольдиглицидиловый эфир), привитую сополимеризацию, комплексообразование с полианионами и включение в состав композитов с синтетическими и природными полимерами.

Нормативное регулирование производства и применения хитозана в Российской Федерации осуществляется на основе ГОСТ Р 55460-2013 «Хитин и хитозан. Общие технические условия», который устанавливает требования к физико-химическим показателям (степень деацетили

…