Целлюлозын эфир дээр эфиржих урвал

Целлюлозын эфиржих идэвхийг зуурагч машин, хутгагч реакторт тус тус судалж, гидроксиэтил целлюлоз, карбоксиметил целлюлозыг хлорэтанол, монохлор цууны хүчлээр тус тус бэлтгэв. Үр дүн нь целлюлозын эфиржих урвалыг өндөр эрчимтэй хутгах нөхцөлд хутгах реактороор хийсэн болохыг харуулсан. Целлюлоз нь эфиржих урвал сайтай байдаг бөгөөд энэ нь усан уусмал дахь эфирийн үр ашгийг дээшлүүлж, бүтээгдэхүүний гэрлийн дамжуулалтыг сайжруулах тал дээр зуурагчаас илүү сайн байдаг.) ​​Тиймээс урвалын процессын эрчмийг сайжруулах нь нэгэн төрлийн целлюлозын эфиржилтийг орлуулах илүү сайн арга юм. бүтээгдэхүүн.

Түлхүүр үгс:эфиржих урвал; целлюлоз;Гидроксиэтил целлюлоз; Карбоксиметил целлюлоз

Цэвэршүүлсэн хөвөн целлюлозын эфирийн бүтээгдэхүүнийг боловсруулахад уусгагч аргыг өргөн ашигладаг бөгөөд урвалын төхөөрөмж болгон зуурах машиныг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч хөвөн целлюлоз нь гол төлөв молекулууд нягт, нягт байрладаг болор хэсгүүдээс бүрддэг. Зуурах машиныг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед зуурах машины зуурах гар нь урвалын явцад удаан, эфиржүүлэгч бодис целлюлозын янз бүрийн давхаргад нэвтрэх эсэргүүцэл их, хурд нь удаан байдаг тул урвалын хугацаа урт, хажуугийн хэмжээ их байдаг. урвал ба целлюлозын молекулын гинжин хэлхээнд орлуулагч бүлгийн жигд бус тархалт.

Ихэвчлэн целлюлозын эфиржих урвал нь гадна болон доторх гетероген урвал юм. Хэрэв гадны динамик үйлдэл байхгүй бол эфиржүүлэгч бодис нь целлюлозын талстжих бүсэд ороход хэцүү байдаг. Мөн цэвэршүүлсэн хөвөнг урьдчилан боловсруулах замаар (цэвэршүүлсэн хөвөнгийн гадаргууг нэмэгдүүлэхийн тулд физик аргыг ашиглах гэх мэт), урвалын төхөөрөмжид зориулсан реакторыг хутгах, эфиржих урвалыг хурдан хутгах замаар, үндэслэлээр целлюлоз хүчтэй хавдаж, хавдаж болно. Целлюлозын аморф талбай ба талстжих талбай нь тогтмол байх хандлагатай байдаг тул урвалын идэвхийг сайжруулдаг. Гетероген эфирийн урвалын систем дэх целлюлозын эфир орлуулагчдын нэгэн төрлийн тархалтыг гадны хутгах хүчийг нэмэгдүүлэх замаар хийж болно. Иймд хутгууртай урвалын данх бүхий өндөр чанарын целлюлозын эфирийн бүтээгдэхүүнийг урвалын төхөөрөмж болгон хөгжүүлэх нь манай улсын ирээдүйн хөгжлийн чиг хандлага байх болно.

1. Туршилтын хэсэг

1.1 Туршилтын цэвэршүүлсэн хөвөн целлюлозын түүхий эд

Туршилтанд ашигласан янз бүрийн урвалын тоног төхөөрөмжийн дагуу хөвөн целлюлозыг урьдчилан боловсруулах аргууд өөр өөр байдаг. Зуурагчийг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед урьдчилан боловсруулах аргууд бас өөр байдаг. Зуурагчийг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед цэвэршүүлсэн хөвөн целлюлозын талст чанар 43.9%, цэвэршүүлсэн хөвөн целлюлозын дундаж урт нь 15-20 мм байна. Хутгах реакторыг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглахад цэвэршүүлсэн хөвөн целлюлозын талст чанар 32.3%, цэвэршүүлсэн хөвөн целлюлозын дундаж урт 1мм-ээс бага байна.

1.2 Карбоксиметил целлюлоз ба гидроксиэтил целлюлозыг боловсруулах

Карбоксиметил целлюлоз ба гидроксиэтил целлюлозыг урвалын төхөөрөмж болгон 2л зуурагч (урвалын дундаж хурд 50р/мин), урвалын төхөөрөмж болгон 2л хутгах реактор (урвалын дундаж хурд 500р/мин) ашиглан хийж болно.

Урвалын явцад бүх түүхий эдийг хатуу тоон урвалаас гаргаж авдаг. Урвалын үр дүнд олж авсан бүтээгдэхүүнийг w=95% этилийн спиртээр угааж, дараа нь 60 ℃ ба 0.005 мпа сөрөг даралтын дор вакуумаар 24 цагийн турш хатаана. Олж авсан дээжийн чийгийн агууламж w=2.7%±0.3% байх ба шинжилгээний дээжийг үнсний агууламж w < 0.2% болтол угаана.

Зуурах машиныг урвалын төхөөрөмж болгон бэлтгэх үе шатууд дараах байдалтай байна.

Эфиржих урвал → бүтээгдэхүүнийг угаах → хатаах → сараалжтай нунтаглах → савлагаа нь зуурагчаар хийгддэг.

Хутгах реакторыг урвалын төхөөрөмж болгон бэлтгэх үе шатууд дараах байдалтай байна.

Эфиржих урвал → бүтээгдэхүүнийг угаах → хатаах, мөхлөгжүүлэх → савлах ажлыг хутгасан реакторт хийнэ.

Эндээс харахад зуурагчийг урвалын үр ашиг багатай шинж чанарыг бэлтгэх, хатаах, нунтаглах мөхлөгийг үе шаттайгаар хийх урвалын төхөөрөмж болгон ашигладаг бөгөөд нунтаглах явцад бүтээгдэхүүний чанар ихээхэн буурдаг.

Хутгасан реакторыг урвалын төхөөрөмж болгон бэлтгэх үйл явцын шинж чанарууд нь дараах байдалтай байна: урвалын үр ашиг өндөр, бүтээгдэхүүнийг нунтаглах нь уламжлалт нунтаглах хатаах, нунтаглах аргыг ашигладаггүй, хатаах, нунтаглах процессыг нэгэн зэрэг гүйцэтгэдэг. угаасны дараа хатаагаагүй бүтээгдэхүүнийг хатаах, нунтаглах явцад бүтээгдэхүүний чанар өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

1.3 Рентген туяаны дифракцийн шинжилгээ

Рентген туяаны дифракцийн шинжилгээг Rigaku D/max-3A рентген дифрактометр, графит монохроматор, Θ өнцөг нь 8°~30°, CuKα цацраг, хоолойн даралт, хоолойн урсгал 30кВ, 30мА-аар хийсэн.

1.4 Хэт улаан туяаны спектрийн шинжилгээ

Хэт улаан туяаны спектрийн шинжилгээнд Spectrum-2000PE FTIR хэт улаан туяаны спектрометрийг ашигласан. Хэт улаан туяаны спектрийн шинжилгээний бүх дээж нь 0.0020 грамм жинтэй байв. Эдгээр дээжийг 0.1600г KBr-тай хольж, дараа нь шахаж (<0.8мм зузаантай) шинжилсэн.

1.5 Дамжуулах чадварыг илрүүлэх

Дамжуулах чадварыг 721 спектрофотометрээр илрүүлсэн. CMC уусмал w=w1% нь 590нм долгионы урттай 1см колориметрийн таваганд хийсэн.

1.6 Орлуулах илрүүлэлтийн зэрэг

Гидроксиэтил целлюлозын HEC орлуулах зэргийг стандарт химийн шинжилгээний аргаар хэмжсэн. Үүний зарчим нь HI гидроиодатаар 123 хэмд HEC-ийг задлах ба HEC-ийн орлуулалтын зэрэг нь задралын бодис болох этилен ба этилен иодидыг хэмжих замаар тодорхойлогддог. Гидроксиметил целлюлозыг орлуулах түвшинг химийн шинжилгээний стандарт аргаар шалгаж болно.

2. Үр дүн ба хэлэлцүүлэг

Энд хоёр төрлийн урвалын данх ашигладаг: нэг нь урвалын төхөөрөмж болгон зуурагч машин, нөгөө нь урвалын төхөөрөмж болгон хутгагч төрлийн урвалын данх, гетероген урвалын систем, шүлтлэг байдал, спиртийн ус уусгагчийн систем, цэвэршүүлсэн хөвөн целлюлозын эфиржих урвалыг судалдаг. Эдгээрээс урвалын төхөөрөмж болох зуурах машины технологийн шинж чанарууд нь: Урвалын үед зуурах гарны хурд удаан, урвалын хугацаа урт, гаж урвалын хувь хэмжээ их, эфиржүүлэгчийн ашиглалтын түвшин бага, Эфиржих урвал дахь орлуулах бүлгийн тархалтын жигд байдал муу байна. Судалгааны үйл явцыг зөвхөн харьцангуй нарийн урвалын нөхцөлд хязгаарлаж болно. Үүнээс гадна үндсэн урвалын нөхцлүүдийн тохируулга, хяналт (баннны харьцаа, шүлтийн агууламж, зуурах машины зуурах гарны хурд гэх мэт) маш муу байдаг. Эфиржих урвалын ойролцоо жигд байдалд хүрэх, эфиржих урвалын массын шилжилт, нэвтрэлтийг гүнзгий судлахад хэцүү байдаг. Хутгах реакторын урвалын төхөөрөмж болох үйл явцын онцлог нь: урвалын хурдан хутгах хурд, хурдан урвалын хурд, эфиржүүлэгч бодисыг ашиглах өндөр хурд, эфиржүүлэгч орлуулагчдын жигд тархалт, тохируулж, хянах боломжтой урвалын үндсэн нөхцөл юм.

Карбоксиметил целлюлозын CMC-ийг зуурагчийн урвалын төхөөрөмж болон хутгах реакторын урвалын төхөөрөмжөөр тус тус бэлтгэсэн. Зуурагчийг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед хутгах эрчим бага, эргэлтийн дундаж хурд 50р/мин байв. Хутгах реакторыг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед хутгах эрч хүч өндөр, эргэлтийн дундаж хурд 500р/мин байв. Целлюлоз моносахарид ба монохлорацетик хүчлийн молийн харьцаа 1:5:1 байхад 68 хэмд 1.5 цаг үргэлжилсэн. Зуурах машинаар гаргаж авсан ЦМС-ийн гэрлийн дамжуулалт 98,02%, эфиржилтийн үр ашиг нь 72%, хлор цууны хүчлийн эфиржүүлэгч бодис дахь CM сайн нэвчдэг. Хутгах реакторыг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед эфиржүүлэгчийн нэвчилт илүү сайн, CMC-ийн дамжуулалт 99.56%, эфиржих урвалын үр ашиг 81% хүртэл нэмэгдсэн.

Гидроксиэтил целлюлоз HEC-ийг урвалын төхөөрөмж болгон зуурагч болон хутгагч реактороор бэлтгэсэн. Зуурагчийг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед хлорэтил спиртийн эфиржүүлэгчийн нэвчилт муу, хлорэтанол ба целлюлозын моносахаридын молийн харьцаа 60 хэмд 4 цагийн турш 3:1 байх үед эфиржүүлэгчийн урвалын үр ашиг 47%, усанд уусах чадвар муу байв. . Хлорэтанол ба целлюлозын моносахаридын молийн харьцаа 6:1 байхад л усанд сайн уусах чадвартай бүтээгдэхүүн үүснэ. Хутгах реакторыг урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед хлорэтил спиртийг эфиржүүлэх бодисын нэвчилт 68 хэмд 4 цагийн турш сайжирсан. Хлорэтанол ба целлюлозын моносахаридын молийн харьцаа 3:1 байх үед үүссэн HEC нь усанд уусах чадвар сайтай байсан ба эфиржих урвалын үр ашиг 66% хүртэл нэмэгдсэн байна.

Эфиржүүлэгч хлороцетик хүчлийн урвалын үр ашиг, урвалын хурд нь хлорэтанолоос хамаагүй өндөр бөгөөд эфиржүүлэх урвалын төхөөрөмж болох хутгагч реактор нь зуурагчаас илт давуу талтай бөгөөд энэ нь эфиржих урвалын үр ашгийг ихээхэн сайжруулдаг. CMC-ийн өндөр дамжуулалт нь эфиржүүлэх урвалын төхөөрөмж болох хутгагч реактор нь эфиржих урвалын нэгэн төрлийн байдлыг сайжруулж чадна гэдгийг шууд бусаар харуулж байна. Учир нь целлюлозын гинж нь глюкозын бүлгийн цагираг тус бүр дээр гурван гидроксил бүлэгтэй байдаг бөгөөд зөвхөн хүчтэй хавдсан эсвэл ууссан төлөвт л эфиржүүлэгч молекулуудын целлюлозын гидроксил хосыг ашиглах боломжтой байдаг. Целлюлозын эфиржих урвал нь ихэвчлэн гаднаас дотогшоо чиглэсэн, ялангуяа целлюлозын талст бүсэд нэг төрлийн бус урвал юм. Целлюлозын талст бүтэц нь гадны хүчний нөлөөлөлгүйгээр бүрэн бүтэн хэвээр байх үед эфиржүүлэгч бодис нь талст бүтэц рүү ороход хэцүү бөгөөд энэ нь гетероген урвалын нэгэн төрлийн байдалд нөлөөлдөг. Тиймээс цэвэршүүлсэн хөвөнг урьдчилан боловсруулснаар (цэвэршүүлсэн хөвөнгийн өвөрмөц гадаргууг нэмэгдүүлэх гэх мэт) цэвэршүүлсэн хөвөнгийн урвалыг сайжруулж болно. Их хэмжээний ванны харьцаа (этанол/целлюлоз эсвэл изопропилийн спирт/целлюлоз ба өндөр хурдтай хутгах урвал, үндэслэлийн дагуу целлюлозын талсжих бүсийн дараалал багасч, энэ үед целлюлоз хүчтэй хавдаж, улмаар хавагнах болно. Аморф ба талст целлюлозын бүсийн хэмжээ тогтвортой байх хандлагатай байдаг тул аморф бүс ба талст бүсийн реактив байдал ижил байна.

Хэт улаан туяаны спектрийн шинжилгээ, рентген туяаны дифракцийн шинжилгээний тусламжтайгаар хутгагч реакторыг эфиржүүлэх урвалын төхөөрөмж болгон ашиглах үед целлюлозын эфиржих урвалын үйл явцыг илүү тод ойлгох боломжтой.

Энд хэт улаан туяаны спектр ба рентген туяаны дифракцийн спектрийг шинжилсэн. CMC ба HEC-ийн эфиржих урвалыг дээр дурдсан урвалын нөхцөлд хутгасан реакторт хийсэн.

Хэт улаан туяаны спектрийн шинжилгээ нь CMC ба HEC-ийн эфирийн урвал нь урвалын хугацааг уртасгах тусам тогтмол өөрчлөгдөж, орлуулах зэрэг нь ялгаатай болохыг харуулж байна.

Рентген туяаны дифракцийн загварт дүн шинжилгээ хийснээр CMC ба HEC-ийн талст чанар нь урвалын хугацаа нэмэгдэх тусам тэг болох хандлагатай байгаа нь цэвэршүүлсэн хөвөнгийн эфиржилтийн урвалын өмнөх шүлтжилт ба халаалтын үе шатанд талсжилтын процесс үндсэндээ явагдсан болохыг харуулж байна. . Тиймээс цэвэршүүлсэн хөвөнгийн карбоксиметил ба гидроксиэтил эфирийн урвал нь цэвэршүүлсэн хөвөнгийн талст чанараар голчлон хязгаарлагдахаа больсон. Энэ нь эфиржүүлэгч бодисын нэвчилттэй холбоотой юм. CMC ба HEC-ийн эфиржих урвалыг урвалын төхөөрөмж болгон хутгах реактороор гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна. Өндөр хурдтай хутгах үед цэвэршүүлсэн хөвөнгийн талстжилтын процессыг шүлтжүүлэх болон эфиржих урвалын өмнө халаахад тустай бөгөөд эфиржүүлэх бодисыг целлюлоз руу нэвчиж, эфиржих урвалын үр ашиг, орлуулах жигд байдлыг сайжруулахад тусалдаг. .

Дүгнэж хэлэхэд, энэхүү судалгаа нь урвалын явцад урвалын үр ашигт хутгах хүч болон бусад хүчин зүйлсийн нөлөөг онцолж байна. Иймд энэхүү судалгааны санал нь дараах шалтгаанууд дээр үндэслэсэн болно: Эфирийн гетероген урвалын системд их хэмжээний ванны харьцаа, өндөр хутгах гэх мэтийг ашиглах нь орлуулагч бүлэгтэй ойролцоогоор нэгэн төрлийн целлюлозын эфир бэлтгэх үндсэн нөхцөл юм. хуваарилалт; Тодорхой гетероген эфирийн урвалын системд орлуулагчдын ойролцоогоор жигд тархалттай өндөр хүчин чадалтай целлюлозын эфирийг урвалын төхөөрөмж болгон хутгах реактор ашиглан бэлтгэх боломжтой бөгөөд энэ нь целлюлозын эфирийн усан уусмал нь өндөр дамжуулалттай байдаг нь шинж чанарыг өргөжүүлэхэд чухал ач холбогдолтой болохыг харуулж байна. целлюлозын эфирийн үүрэг. Зуурах машиныг цэвэршүүлсэн хөвөнгийн эфиржих урвалыг судлах урвалын төхөөрөмж болгон ашигладаг. Хутгах эрч хүч бага учир эфиржүүлэгч бодисыг нэвтрүүлэхэд тохиромжгүй, гаж урвал ихтэй, эфирийн орлуулагчдын жигд тархалт муу зэрэг сул талуудтай.