Дослідження кінетики синтезу карбоксиметилцелюлози в реакторі шнекового типу
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.244777Ключові слова:
прості ефіри целюлози, твердофазний метод отримання, трубчатий шнековий реактор, режим ідеального витіснянняАнотація
Об'єктом дослідження є реактор синтезу карбоксиметилцелюлози. Важливим показником якості натрій-карбоксиметилцелюлози, що визначає область її застосування, є ступінь полімеризації. Однак отримання продукту з конкретним параметром в умовах промислового виготовлення пов'язане з рядом труднощів. Тому важливими задачами дослідження є розробка математичної моделі кінетики синтезу карбоксиметилцелюлози, експериментальні дослідження з визначення констант швидкостей реакцій синтезу, моделювання шнекового реактору синтезу карбоксиметилцелюлози та комп'ютерні дослідження.
При вивченні кінетики реакцій карбоксиметилцелюлози один з можливих підходів полягав у використанні квазігомогеної моделі, яка широко застосовується при моделюванні процесів на зерні каталізатора. Такий підхід використовується для опису та аналізу окремих стадій, однак в разі гетерогенних реакцій целюлози виникає ряд труднощів. В ході цих реакцій змінюються властивості твердої фази та процеси, відповідно, є нестаціонарними у часі. Реакція відбувається не на поверхні твердих частинок, а в усьому об’ємі волокон. Концентрація та реакційна здатність гідроксидів целюлози, води та продуктів, що утворюються в перебігу реакції залишаються приблизно постійними, тому використання квазігомогенної моделі цілком допустимо та не викликає додаткових математичних труднощів. В результаті цих експериментів, за отриманими інтегральними кривими, для знаходження констант використовувався метод найменших квадратів. Для визначення значень кінетичних констант був проведений експеримент в інтегральному ізотермічному реакторі. При проведенні експериментів замірялися ступені заміщення карбоксиметилцелюлози та концентрацію вільного лугу. В результаті чисельної реалізації завдання пошуку були отримані значення констант та енергій активації. Цей підхід моделювання кінетики можна використовувати при синтезі інших простих ефірів целюлози. Константа швидкості реакції синтезу залежить від умов проведення процесу. За допомогою запропонованого підходу до опису взаємодії целюлози з реагентом, реакційна суміш, що розглядається як квазігомогенна система, може бути описана за допомогою моделі однофазних потоків.
Посилання
- Bytenskii, V. Ya., Kuznetsova, E. P. (1974). Proizvodstvo efirov tsellyulozy. Leningrad: Khimiya, 208.
- Obzor rynka karboksimetiltsellyulozy (KMTS) i polianionnoi tsellyulozy (PATS) v stranakh SNG (2021). Moscow: IG «Infomain», 139. Available at: http://www.infomine.ru/files/catalog/190/file_190_eng.pdf
- Rahman, M. S., Hasan, M. S., Nitai, A. S., Nam, S., Karmakar, A. K., Ahsan, M. S. et. al. (2021). Recent Developments of Carboxymethyl Cellulose. Polymers, 13 (8), 1345. doi: http://doi.org/10.3390/polym13081345
- Mondal, M. I. H., Yeasmin, M. S., Rahman, M. S. (2015). Preparation of food grade carboxymethyl cellulose from corn husk agrowaste. International Journal of Biological Macromolecules, 79, 144–150. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.04.061
- Veeramachineni, A., Sathasivam, T., Muniyandy, S., Janarthanan, P., Langford, S., Yan, L. (2016). Optimizing Extraction of Cellulose and Synthesizing Pharmaceutical Grade Carboxymethyl Sago Cellulose from Malaysian Sago Pulp. Applied Sciences, 6 (6), 170. doi: http://doi.org/10.3390/app6060170
- Legaev, A. I., Obrezkova, M. V., Kunichan, V. A., CHaschilov, D. V. (2006). Kinetika protsesaa karboksimetilirovaniya schelochnoi tsellyulozy tverdofaznym sposobom. Polzunovskii vestnik, 2, 74–77.
- Bondar, V. A., Ilin, M. I., Smirnova, N. V. (2004). Pat. No. RU2223278C1. Sposob polucheniya natrievoi soli karboksimetiltsellyulozy. MPK: C08B 11/12. No. 2002122547/04. declareted: 22.08.2002; published: 10.02.2004. Available at: https://patents.google.com/patent/RU2223278C1/ru
- Bisht, S. S., Pandey, K. K., Gyanesh, J., Sanjay, N. (2017). New route for carboxymethylation of cellulose: synthesis, structural analysis and properties. Cellulose chemistry and technology, 51 (7-8), 609–619.
- Legaev, A. I., Kunichan, V. A., Makarova, I. V., Volkova, N. N. (2014). Matematicheskoe modelirovanie protsessa tverdofaznogo karboksimetilirovaniya tsellyulozy v usloviyakh teplomassoobmena. Polzunovskii vestnik, 4 (2), 84–87.
- Krylov, O. V. (2004). Geterogennyi kataliz. Moscow: Akademkniga, 679.
- Seider, W. D., Seader, J. D., Lewin, D. R. (2009). Product and Process Design Principles: Synthesis, Analysis, and Evaluation. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 766.
- Marin, G. B., Yablonsky, G. S., Constales, D. (2019). Kinetics of Chemical Reactions: Decoding Complexity. Weinheim: John Wiley-VCH, 464. doi: http://doi.org/10.1002/9783527808397
- Vrentas, J. S., Vrentas, C. M. (2007). Axial conduction with boundary conditions of the mixed type. Chemical Engineering Science, 62 (12), 3104–3111. doi: http://doi.org/10.1016/j.ces.2007.03.009
- Kafarov, V. V., Glebov, M. B. (2018). Matematicheskoe modelirovanie osnovnykh protsessov khimicheskikh proizvodstv. Moscow: Yurait, 403.
- Bugaeva, L., Boyko, T., Beznosyk, Y. (2017). System analysis of chemical-technological complexes. Kyiv: Interservis, 254. doi: http://doi.org/10.30888/textbook.sach-tc.2017
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Kateryna Konovalenko, Yurii Beznosyk, Liudmyla Bugaieva
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
