Анотація до роботи:

Баранович Д.С. Одержання полімерної і дисперсної сірки кислотним розкладом натрію тіосульфату в закритій системі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 – технологія неорганічних речовин. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2008.

У дисертації наведено результати досліджень, спрямованих на розроблення теоретичних основ і технології полімерної та дисперсної сірки новим методом, яка відрізняється від існуючої тим, що процес здійснюється в закритій системі. В дисертаційній роботі встановлено закономірності та кількісні залежності впливу основних технологічних параметрів на процес розкладу натрію тіосульфату хлоридною кислотою в закритій системі. Визначено закономірності та кількісні залежності впливу різноманітних чинників на поглинальну здатність розчину, якісний і кількісний склад рідкої фази в процесі абсорбції SO₂ водним розчином Na₂S₂O₃ та фізико-хімічні характеристики одержаної сірки. Запропоновано механізм кислотного розкладу натрію тіосульфату з участю сірки (IV) оксиду з отриманням полімерної та інших видів сірки. На базі одержаних закономірностей та залежностей створено новий технологічний процес одержання полімерної сірки розкладом натрію тіосульфату хлоридною кислотою під тиском і дрібнодисперсної як продукту абсорбції SO₂ водним розчином Na₂S₂O₃ і розкладу політіонових кислот, а також додаткового продукту – мірабіліту. Виконані узагальнені техніко-економічні розрахунки переконливо свідчать про економічність і екологічність розробленої технології полімерної і дисперсної сірки.

Матеріали дисертації викладено в 10 друкованих працях.

1. Вирішене важливе науково-технічне питання, яке має екологічне, економічне і народногосподарське значення – вперше розроблено технологічний процес полімерної і дрібнодисперсної сірки розкладом натрію тіосульфату хлоридною кислотою у закритій системі.

2. Існуючі промислові методи одержання полімерної і дрібнодисперсної сірки мають ряд істотних недоліків в технологічному та екологічному аспектах. Новим перспективним напрямком у технології полімерної сірки є її одержання кислотним розкладом натрію тіосульфату, який є багатотоннажним відходом коксохімічних та багатьох інших галузей промисловості, накопичується і не утилізується. Разом з тим, запропонованій і розробленій технології притаманний недолік – тільки половина введеної сірки із натрію тіосульфатом конвертується в сірку, друга – в сірки (IV) оксид, що зумовлює необхідність його утилізації, а відтак призводить до ускладнення технологічного процесу.

3. Одним із перспективних шляхів удосконалення вказаного технологічного процесу є здійснення кислотного розкладу натрію тіосульфату під тиском. Це дасть змогу залучити газоподібний SO₂ в сферу процесу і тим самим забезпечити збільшення ступеня перетворення сірки та зменшення питомої витрати HCl.

4. Натрію тіосульфат володіє високою сорбційною здатністю по відношенню щодо SO₂ (понад 1,3 моль SO₂/моль Na₂S₂O₃). Взаємодія сірки (IV) оксиду з натрію тіосульфатом – це складний, багатостадійний процес, який відбувається через послідовні стадії утворення сульфонатів і політіонових кислот, які в підсумку розкладаються з утворенням сірки і сульфат-іона.

5. Оптимальними умовами абсорбції SO₂ розчином натрію тіосульфату є такі: температура – 40⁰С, мольне співвідношення SO₂ до Na₂S₂O₃ – 1,2-1,3 : 1. За цих умов утворюється дрібнодисперсна сірка з розміром частинок 8-10 мкм і політіонові кислоти, які характеризуються високою стійкістю в часі.

6. Акустичні коливання в ультразвуковому діапазоні пришвидшують розклад політіонових кислот, які утворюються внаслідок взаємодії SO₂ з Na₂S₂O₃, в 15-16 разів. При цьому утворюється дрібнодисперсна сірка з розміром частинок 5-10 мкм.

7. Оптимальними умовами отримання полімерної сірки, яка переважно належить до щ-модифікації є: тиск – не вище 1,1МПа; стехіометричне співвідношення реагентів Na₂S₂O₃ : HCl 1,25-1,35 : 1; швидкість подачі розчину Na₂S₂O₃ – 50-100 дм³ розчину Na₂S₂O₃ (390 г/л) на 1 мл HCl (35,5%)/хв.; інтенсивність перемішування, якій відповідає Re_пр = 7500-11000; температура процесу – 60-65⁰С; кількість 20%-го розчину синтанолу ДС-10 – 5-25 мл на 1 м³ водного розчину (390-400 кг/м³) натрію тіосульфату.

8. Введення ПАР до реакційного середовища в закритій системі забезпечує зменшення адгезії частинок, збільшення дисперсності продукту, покращення експлуатаційних властивостей каучуку, вулканізованого цим продуктом; на відміну від відкритої системи ПАР не сприяє збільшенню виходу продукту.

9. Здійснення процесу в закритій системі дає змогу, порівняно з відкритою, зменшити питому витрату хлоридної кислоти на 70%, кристалогідрату натрію тіосульфату на 50%; повністю утилізувати SO₂, який утворюється за основною реакцією процесу; збільшити ступінь перетворення тіосульфатної сірки на 15,3%; одержати дрібнодисперсну сірку з розміром частинок 8-10 мкм і додатковий продукт – мірабіліт.

10. Розроблена технологічна схема одержання полімерної та дрібнодисперсної сірки є простою в технологічному і апаратурному аспектах, вона забезпечує одержання полімерної сірки із вмістом основної речовини 57%, що відповідає стандарту Struktol SU135, і дрібнодисперсної з розміром частинок 5-10 мкм. Одержану полімерну сірку можна використовувати для виробництва окремих деталей шин; дрібнодисперсну – як фунгіцид у сільському господарстві; мірабіліт може бути використаний у будівельній галузі.

11. Запропонований технологічний процес, порівняно із існуючим, є досконалішим в економічному і екологічному планах. Витрати на одержання 1 т полімерної сірки і 0,72 т дрібнодисперсної за сировиною, матеріалами, реагентами та енергією становлять 1800 грн. проти 4000 грн. у відкритій системі.