Եթերացման ռեակցիա ցելյուլոզային եթերի վրա

Ցելյուլոզայի եթերացման ակտիվությունը ուսումնասիրվել է համապատասխանաբար հունցող մեքենայի և հարիչ ռեակտորի միջոցով, իսկ հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզը և կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզը պատրաստել են համապատասխանաբար քլորէթանոլով և մոնոքլորքացախաթթվով: Արդյունքները ցույց են տվել, որ ցելյուլոզայի եթերիֆիկացման ռեակցիան իրականացվել է ռեակտորը խառնելով՝ բարձր ինտենսիվ հուզման պայմաններում։ Ցելյուլոզը լավ էթերիֆիկացման ռեակտիվություն ունի, որն ավելի լավ է, քան խմորիչ մեթոդը՝ էթերֆիկացման արդյունավետությունը բարելավելու և արտադրանքի լույսի փոխանցումը ջրային լուծույթում:) Հետևաբար, ռեակցիայի գործընթացի խառնման ինտենսիվության բարելավումը ավելի լավ միջոց է ցելյուլոզային միատարր եթերիֆիկացման համար: ապրանքներ.

Բանալի բառեր:եթերացման ռեակցիա; Ցելյուլոզա;Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզա; Կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզա

Զտված բամբակյա ցելյուլոզային եթերային արտադրանքի մշակման մեջ լայնորեն կիրառվում է լուծիչի մեթոդը, իսկ հունցող մեքենան օգտագործվում է որպես ռեակցիայի սարքավորում: Այնուամենայնիվ, բամբակի ցելյուլոզը հիմնականում կազմված է բյուրեղային շրջաններից, որտեղ մոլեկուլները դասավորված են կոկիկ և սերտորեն: Երբ հունցող մեքենան օգտագործվում է որպես ռեակցիայի սարքավորում, հունցող մեքենայի հունցող թեւը ռեակցիայի ընթացքում դանդաղ է, իսկ եթերիֆիկացնող նյութի դիմադրությունը ցելյուլոզայի տարբեր շերտեր մտնելու համար մեծ է և արագությունը՝ դանդաղ, ինչը հանգեցնում է ռեակցիայի երկար ժամանակի, կողմի մեծ մասնաբաժնի: ռեակցիաներ և ցելյուլոզային մոլեկուլային շղթաների վրա փոխարինող խմբերի անհավասար բաշխում:

Սովորաբար ցելյուլոզայի եթերացման ռեակցիան տարասեռ ռեակցիա է դրսում և ներսում: Եթե ​​չկա արտաքին դինամիկ գործողություն, ապա եթերիֆիկացնող նյութը դժվար է մտնել ցելյուլոզայի բյուրեղացման գոտի: Եվ զտված բամբակի նախնական մշակման միջոցով (օրինակ՝ օգտագործելով ֆիզիկական մեթոդներ՝ զտված բամբակի մակերևույթը մեծացնելու համար), միևնույն ժամանակ ռեակտորային ռեակտորով ռեակցիոն սարքավորումների համար, օգտագործելով արագ հուզիչ եթերիֆիկացման ռեակցիա, ըստ պատճառաբանության, ցելյուլոզը կարող է ուժեղ այտուցվել, այտուցվել։ Ցելյուլոզային ամորֆ տարածքը և բյուրեղացման տարածքը հակված են լինել հետևողական, բարելավել ռեակցիայի ակտիվությունը: Ցելյուլոզային եթերի փոխարինիչների միատարր բաշխումը տարասեռ եթերիֆիկացման ռեակցիայի համակարգում կարելի է հասնել արտաքին հուզիչ հզորության մեծացման միջոցով: Այսպիսով, մեր երկրի ապագա զարգացման ուղղությունը կլինի բարձրորակ ցելյուլոզային եթերիֆիկացման արտադրանքի մշակումը խառնված տիպի ռեակցիայի թեյնիկով որպես ռեակցիայի սարքավորում:

1. Փորձարարական մաս

1.1 Զտված բամբակի ցելյուլոզային հումք փորձարկման համար

Ըստ փորձի ժամանակ օգտագործված տարբեր ռեակցիաների սարքավորումների՝ բամբակի ցելյուլոզայի նախնական մշակման մեթոդները տարբեր են։ Երբ հունցիչը օգտագործվում է որպես ռեակցիայի սարք, նախնական մշակման մեթոդները նույնպես տարբեր են: Երբ հունցիչը օգտագործվում է որպես ռեակցիայի սարքավորում, օգտագործվող զտված բամբակի ցելյուլոզայի բյուրեղությունը կազմում է 43,9%, իսկ զտված բամբակյա ցելյուլոզայի միջին երկարությունը 15~20 մմ է: Զտված բամբակյա ցելյուլոզայի բյուրեղությունը 32.3% է, իսկ մաքրված բամբակյա ցելյուլոզայի միջին երկարությունը 1 մմ-ից պակաս է, երբ խառնիչ ռեակտորն օգտագործվում է որպես ռեակցիայի սարքավորում:

1.2 Կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի և հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի զարգացում

Կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզայի և հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի պատրաստումը կարող է իրականացվել որպես ռեակցիայի սարքավորում՝ օգտագործելով 2լ հունցիչ (ռեակցիայի ընթացքում միջին արագությունը 50 ռ/րոպե) և 2լ խառնիչ ռեակտորը որպես ռեակցիայի սարք (ռեակցիայի ընթացքում միջին արագությունը 500 ռ/րոպե է):

Ռեակցիայի ընթացքում բոլոր հումքները ստացվում են խիստ քանակական ռեակցիայից։ Ռեակցիայի արդյունքում ստացված արտադրանքը լվանում են w=95% էթանոլով, այնուհետև չորացնում են վակուումով 24 ժամ 60℃ և 0,005մպա բացասական ճնշման ներքո։ Ստացված նմուշի խոնավությունը w=2,7%±0,3% է, իսկ վերլուծության համար նախատեսված արտադրանքի նմուշը լվանում են մինչև մոխրի պարունակությունը w <0,2%:

Հունցող մեքենայի՝ որպես ռեակցիայի սարքավորման պատրաստման քայլերը հետևյալն են.

Եթերացման ռեակցիա → արտադրանքի լվացում → չորացում → քերած հատիկավորում → փաթեթավորումն իրականացվում է հունցիչով։

Խառնիչ ռեակտորի՝ որպես ռեակցիայի սարքավորման պատրաստման քայլերը հետևյալն են.

Եթերացման ռեակցիա → արտադրանքի լվացում → չորացում և հատիկավորում → փաթեթավորումն իրականացվում է խառնված ռեակտորում։

Կարելի է տեսնել, որ հունցիչը օգտագործվում է որպես ռեակցիայի սարքավորում ցածր ռեակցիայի արդյունավետության, չորացման և մանրացման բնութագրերի պատրաստման համար քայլ առ քայլ, և արտադրանքի որակը մեծապես կնվազի մանրացման գործընթացում:

Խառնված ռեակտորով, որպես ռեակցիայի սարքավորում, պատրաստման գործընթացի բնութագրերը հետևյալն են. ռեակցիայի բարձր արդյունավետություն, արտադրանքի հատիկավորումը չի ընդունում չորացման և մանրացման ավանդական հատիկավորման գործընթացի մեթոդը, և չորացման և հատիկավորման գործընթացն իրականացվում է միաժամանակ. չչորացված արտադրանքը լվանալուց հետո, իսկ արտադրանքի որակը մնում է անփոփոխ չորացման և հատիկավորման գործընթացում:

1.3 Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզ

Ռենտգենյան դիֆրակցիոն անալիզը կատարվել է Rigaku D/max-3A ռենտգեն դիֆրակտոմետրով, գրաֆիտի մոնոխրոմատորով, Θ անկյունը 8°~30° էր, CuKα ճառագայթը, խողովակի ճնշումը և խողովակի հոսքը 30 կՎ և 30 մԱ:

1.4 Ինֆրակարմիր սպեկտրի վերլուծություն

Ինֆրակարմիր սպեկտրի վերլուծության համար օգտագործվել է Spectrum-2000PE FTIR ինֆրակարմիր սպեկտրոմետր: Ինֆրակարմիր սպեկտրի վերլուծության համար նախատեսված բոլոր նմուշներն ունեին 0,0020 գ քաշ: Այս նմուշները համապատասխանաբար խառնվել են 0,1600 գ KBr-ով, այնուհետև սեղմվել (<0,8 մմ հաստությամբ) և վերլուծվել:

1.5 Փոխանցման հայտնաբերում

Հաղորդունակությունը հայտնաբերվել է 721 սպեկտրոֆոտոմետրով: CMC լուծույթը w=w1% դրվեց 590 նմ ալիքի երկարությամբ 1 սմ գունային ափսեի մեջ:

1.6 Փոխարինման հայտնաբերման աստիճանը

Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզայի HEC-ի փոխարինման աստիճանը չափվել է ստանդարտ քիմիական անալիզի մեթոդով: Սկզբունքն այն է, որ HEC-ը կարող է քայքայվել HI hydroiodate-ով 123℃ ջերմաստիճանում, իսկ HEC-ի փոխարինման աստիճանը կարելի է իմանալ՝ չափելով արտադրված էթիլեն և էթիլեն յոդիդ քայքայված նյութերը: Հիդրօքսիմեթիլ ցելյուլոզայի փոխարինման աստիճանը կարող է ստուգվել նաև քիմիական անալիզի ստանդարտ մեթոդներով:

2. Արդյունքներ և քննարկում

Այստեղ օգտագործվում են երկու տեսակի ռեակցիոն թեյնիկ՝ մեկը հունցող մեքենան՝ որպես ռեակցիայի սարք, մյուսը՝ հարիչ տիպի ռեակցիոն թեյնիկ՝ որպես ռեակցիայի սարք, տարասեռ ռեակցիայի համակարգում, ալկալային վիճակի և ալկոհոլային ջրի լուծիչների համակարգում, ուսումնասիրվում է զտված բամբակյա ցելյուլոզայի եթերիֆիկացման ռեակցիան։ Դրանցից հունցող մեքենայի՝ որպես ռեակցիայի սարքավորման տեխնոլոգիական բնութագրերն են. Ռեակցիայի ժամանակ հունցող թեւի արագությունը դանդաղ է, ռեակցիայի ժամանակը երկար է, կողմնակի ռեակցիաների մասնաբաժինը մեծ է, եթերիֆիկացնող նյութի օգտագործման արագությունը ցածր է, և Եթերացման ռեակցիայում փոխարինող խմբի բաշխման միատեսակությունը վատ է: Հետազոտության գործընթացը կարող է սահմանափակվել միայն համեմատաբար նեղ ռեակցիայի պայմաններով: Բացի այդ, հիմնական ռեակցիայի պայմանների կարգավորելիությունն ու կառավարելիությունը (օրինակ՝ լոգանքի հարաբերակցությունը, ալկալիների կոնցենտրացիան, հունցող մեքենայի հունցող ձեռքի արագությունը) շատ վատ են: Դժվար է հասնել եթերիֆիկացման ռեակցիայի մոտավոր միատեսակությանը և խորությամբ ուսումնասիրել էթերիֆիկացման ռեակցիայի զանգվածի փոխանցումն ու ներթափանցումը։ Հուզիչ ռեակտորի՝ որպես ռեակցիայի սարքավորման գործընթացի առանձնահատկություններն են՝ ռեակցիայի արագ խառնման արագությունը, արագ արձագանքման արագությունը, եթերացնող նյութի օգտագործման բարձր արագությունը, եթերացնող փոխարինիչների միասնական բաշխումը, կարգավորելի և վերահսկելի հիմնական ռեակցիայի պայմանները:

Կարբոքսիմեթիլ ցելյուլոզային CMC-ն պատրաստվել է համապատասխանաբար հունցիչ ռեակցիայի սարքավորումների և խառնիչ ռեակտորի ռեակցիայի սարքավորումների միջոցով: Երբ հունցիչը օգտագործվում էր որպես ռեակցիայի սարք, խառնման ինտենսիվությունը ցածր էր, իսկ պտտման միջին արագությունը՝ 50 ռ/րոպե: Երբ հուզիչ ռեակտորն օգտագործվում էր որպես ռեակցիայի սարք, խառնման ինտենսիվությունը բարձր էր, իսկ պտտման միջին արագությունը՝ 500 ռ/րոպե։ Երբ մոնոքլորքացախաթթվի և ցելյուլոզային մոնոսաքարիդի մոլային հարաբերակցությունը 1:5:1 էր, արձագանքման ժամանակը 1,5 ժամ էր 68℃-ում: Հունցող մեքենայի միջոցով ստացված CMC-ի լույսի թափանցելիությունը կազմել է 98,02%, իսկ եթերիֆիկացման արդյունավետությունը՝ 72%՝ շնորհիվ քլորաքացախաթթվի եթերիֆիկացնող նյութում CM-ի լավ թափանցելիության: Երբ հուզիչ ռեակտորն օգտագործվում էր որպես ռեակցիայի սարք, եթերացնող նյութի թափանցելիությունը ավելի լավ էր, CMC-ի հաղորդունակությունը՝ 99,56%, իսկ եթերացման ռեակցիայի արդյունավետությունը բարձրացվեց մինչև 81%:

Հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզային HEC-ը պատրաստվել է հունցիչով և խառնիչ ռեակտորով որպես ռեակցիայի սարքավորում: Երբ հունցիչը օգտագործվում էր որպես ռեակցիայի սարք, եթերացնող նյութի ռեակցիայի արդյունավետությունը 47% էր, իսկ ջրի լուծելիությունը վատ էր, երբ քլորէթիլային սպիրտ էթերիզացնող նյութի թափանցելիությունը թույլ էր, իսկ քլորէթանոլի և բջջանյութի մոնոսաքարիդի մոլային հարաբերակցությունը 3:1 էր 60℃ 4 ժամում: . Միայն այն դեպքում, երբ քլորէթանոլի և բջջանյութի մոնոսաքարիդների մոլային հարաբերակցությունը 6:1 է, կարող են ձևավորվել լավ լուծելիություն ունեցող արտադրանքներ: Երբ հուզիչ ռեակտորն օգտագործվում էր որպես ռեակցիայի սարք, քլորէթիլային ալկոհոլի եթերիֆիկացման նյութի թափանցելիությունը 4 ժամվա ընթացքում ավելի լավացավ 68℃ ջերմաստիճանում: Երբ քլորէթանոլի և ցելյուլոզային մոնոսաքարիդի մոլային հարաբերակցությունը 3:1 էր, ստացված ՀԷԿ-ն ավելի լավ լուծելիություն ուներ ջրի մեջ, իսկ եթերիֆիկացման ռեակցիայի արդյունավետությունը բարձրացվեց մինչև 66%:

Եթերացնող նյութի քլորաքացախաթթվի ռեակցիայի արդյունավետությունը և ռեակցիայի արագությունը շատ ավելի բարձր են, քան քլորէթանոլինը, և որպես էթերիզացնող ռեակցիայի սարքավորում խառնող ռեակտորը ակնհայտ առավելություններ ունի հունցիչի նկատմամբ, ինչը մեծապես բարելավում է եթերացման ռեակցիայի արդյունավետությունը: CMC-ի բարձր հաղորդունակությունը նաև անուղղակիորեն ցույց է տալիս, որ հուզիչ ռեակտորը որպես եթերացնող ռեակցիայի սարքավորում կարող է բարելավել եթերացման ռեակցիայի միատարրությունը: Դա պայմանավորված է նրանով, որ ցելյուլոզային շղթան ունի երեք հիդրօքսիլ խումբ յուրաքանչյուր գլյուկոզայի խմբի օղակի վրա, և միայն խիստ այտուցված կամ լուծարված վիճակում են հասանելի բոլոր ցելյուլոզային հիդրոքսիլ զույգերը եթերիֆիկացնող նյութի մոլեկուլները: Ցելյուլոզայի եթերացման ռեակցիան սովորաբար տարասեռ ռեակցիա է դրսից դեպի ներս, հատկապես ցելյուլոզայի բյուրեղային շրջանում: Երբ ցելյուլոզայի բյուրեղային կառուցվածքը մնում է անձեռնմխելի, առանց արտաքին ուժի ազդեցության, եթերացնող նյութը դժվար է մտնել բյուրեղային կառուցվածք՝ ազդելով տարասեռ ռեակցիայի միատարրության վրա: Հետևաբար, զտված բամբակի նախնական մշակմամբ (ինչպես, օրինակ, զտված բամբակի հատուկ մակերեսը մեծացնելով), զտված բամբակի ռեակտիվությունը կարող է բարելավվել: Բաղնիքի մեծ հարաբերակցությամբ (էթանոլ/ցելյուլոզ կամ իզոպրոպիլ սպիրտ/ցելյուլոզ և արագ խառնման ռեակցիայի դեպքում, ըստ պատճառաբանության, ցելյուլոզայի բյուրեղացման գոտու կարգը կնվազի, այս պահին ցելյուլոզը կարող է ուժեղ ուռչել, այնպես որ այտուցը ամորֆ և բյուրեղային ցելյուլոզային գոտիները հակված են հետևողականության, Այսպիսով, ամորֆ շրջանի և բյուրեղային շրջանի ռեակտիվությունը նման է:

Ինֆրակարմիր սպեկտրի վերլուծության և ռենտգենյան դիֆրակցիոն վերլուծության միջոցով ցելյուլոզայի եթերացման ռեակցիայի գործընթացը կարելի է ավելի պատկերավոր հասկանալ, երբ խառնիչ ռեակտորն օգտագործվում է որպես եթերիֆիկացման ռեակցիայի սարքավորում:

Այստեղ վերլուծվել են ինֆրակարմիր սպեկտրները և ռենտգենյան ճառագայթների դիֆրակցիոն սպեկտրները: CMC-ի և HEC-ի եթերացման ռեակցիան իրականացվել է խառնված ռեակտորում վերը նկարագրված ռեակցիայի պայմաններում:

Ինֆրակարմիր սպեկտրի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ CMC-ի և HEC-ի եթերացման ռեակցիան պարբերաբար փոխվում է ռեակցիայի ժամանակի երկարացմամբ, փոխարինման աստիճանը տարբեր է:

Ռենտգենյան դիֆրակցիայի օրինաչափության վերլուծության միջոցով CMC-ի և HEC-ի բյուրեղությունը հակված է զրոյի՝ ռեակցիայի ժամանակի երկարաձգմամբ, ինչը ցույց է տալիս, որ ապաբյուրեղացման գործընթացը հիմնականում իրականացվել է ալկալացման փուլում և տաքացման փուլում՝ նախքան զտված բամբակի եթերիֆիկացման ռեակցիան։ . Հետևաբար, զտված բամբակի կարբոքսիմեթիլ և հիդրօքսիէթիլ եթերիֆիկացման ռեակտիվությունն այլևս հիմնականում չի սահմանափակվում զտված բամբակի բյուրեղականությամբ: Դա կապված է եթերիֆիկացնող նյութի թափանցելիության հետ: Կարելի է ցույց տալ, որ CMC-ի և HEC-ի եթերացման ռեակցիան իրականացվում է հուզիչ ռեակտորով որպես ռեակցիայի սարքավորում: Բարձր արագությամբ խառնելու դեպքում այն ​​օգտակար է զտված բամբակի ապաբյուրեղացման գործընթացին ալկալացման փուլում և տաքացման փուլում մինչև եթերիֆիկացման ռեակցիան, և օգնում է եթերիֆիկացման նյութին ներթափանցել բջջանյութ՝ բարելավելով եթերիֆիկացման ռեակցիայի արդյունավետությունը և փոխարինման միատեսակությունը: .

Եզրափակելով, այս ուսումնասիրությունը ընդգծում է գրգռիչ ուժի և այլ գործոնների ազդեցությունը ռեակցիայի արդյունավետության վրա ռեակցիայի գործընթացում: Հետևաբար, այս հետազոտության առաջարկը հիմնված է հետևյալ պատճառների վրա. տարասեռ եթերացման ռեակցիայի համակարգում լոգանքի մեծ հարաբերակցության և բարձր խառնման ինտենսիվության օգտագործումը հիմնական պայմաններն են փոխարինող խմբի հետ մոտավորապես համասեռ ցելյուլոզային եթերի պատրաստման համար: բաշխում; Հատուկ տարասեռ եթերացման ռեակցիայի համակարգում բարձր արդյունավետությամբ ցելյուլոզային եթերը՝ փոխարինիչների մոտավորապես միատեսակ բաշխմամբ, կարող է պատրաստվել՝ օգտագործելով հուզիչ ռեակտորը որպես ռեակցիայի սարք, ինչը ցույց է տալիս, որ ցելյուլոզային եթերի ջրային լուծույթն ունի բարձր հաղորդունակություն, ինչը մեծ նշանակություն ունի հատկությունների ընդլայնման համար։ և ցելյուլոզային եթերի գործառույթները: Հունցող մեքենան օգտագործվում է որպես ռեակցիոն սարքավորում՝ զտված բամբակի եթերիֆիկացման ռեակցիան ուսումնասիրելու համար: Ցածր խառնման ինտենսիվության պատճառով այն լավ չէ եթերիֆիկացման նյութի ներթափանցման համար և ունի որոշ թերություններ, ինչպիսիք են կողմնակի ռեակցիաների մեծ մասնաբաժինը և եթերիֆիկացման փոխարինիչների վատ բաշխման միատեսակությունը: