Tsellyuloza efirida efirlanish reaksiyasi

Tsellyulozaning eterifikatsiya faolligi mos ravishda yoğurma mashinasi va aralashtirish reaktorida o'rganildi va gidroksietil tsellyuloza va karboksimetil tsellyuloza mos ravishda xloroetanol va monoxloratsetik kislota bilan tayyorlandi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, tsellyulozaning eterifikatsiya reaktsiyasi yuqori intensiv aralashtirish sharoitida reaktorni aralashtirish orqali amalga oshirildi. Tsellyuloza yaxshi eterifikatsiya reaktivligiga ega, bu suvli eritmada eterifikatsiya samaradorligini oshirish va mahsulotning yorug'lik o'tkazuvchanligini oshirishda yoğurma usulidan yaxshiroqdir.) Shuning uchun reaksiya jarayonining aralashtirish intensivligini yaxshilash bir hil tsellyuloza eterifikatsiyasini almashtirishni rivojlantirishning eng yaxshi usuli hisoblanadi. mahsulotlar.

Kalit so'zlar:eterifikatsiya reaktsiyasi; tsellyuloza;Gidroksietil tsellyuloza; Karboksimetil tsellyuloza

Tozalangan paxta tsellyuloza efir mahsulotlarini ishlab chiqishda hal qiluvchi usuli keng qo'llaniladi va yoğurma mashinasi reaksiya uskunasi sifatida ishlatiladi. Biroq, paxta tsellyulozasi asosan molekulalar toza va yaqin joylashgan kristalli hududlardan iborat. Yoğurma mashinasi reaksiya uskunasi sifatida foydalanilganda, yoğurma mashinasining yoğurma qo'li reaktsiya vaqtida sekin bo'ladi va eterlashtiruvchi vositaning turli xil tsellyuloza qatlamlariga kirishiga qarshilik katta va tezligi sekin, natijada uzoq reaktsiya vaqti, yon tomonning yuqori nisbati. reaktsiyalar va o'rnini bosuvchi guruhlarning tsellyuloza molekulyar zanjirlarida notekis taqsimlanishi.

Odatda tsellyulozaning eterifikatsiya reaktsiyasi tashqarida va ichkarida heterojen reaktsiya hisoblanadi. Agar tashqi dinamik ta'sir bo'lmasa, efirlashtiruvchi vosita tsellyulozaning kristallanish zonasiga kirishi qiyin. Va tozalangan paxtani oldindan qayta ishlash (masalan, tozalangan paxta sirtini oshirish uchun fizik usullardan foydalanish), reaksiya uskunalari uchun aralashtirish reaktori bilan bir vaqtning o'zida tez aralashtirish eterifikatsiya reaktsiyasidan foydalangan holda, mantiqqa ko'ra, tsellyuloza kuchli shishishi, shishishi mumkin. tsellyuloza amorf maydoni va kristallanish maydoni izchil bo'lishga intiladi, reaktsiya faolligini yaxshilaydi. Heterojen eterifikatsiya reaktsiyasi tizimida tsellyuloza efir o'rnini bosuvchi moddalarning bir hil taqsimlanishiga tashqi aralashtirish kuchini oshirish orqali erishish mumkin. Shunday qilib, reaksiya uskunasi sifatida aralashtirilgan turdagi reaksiya choynakli yuqori sifatli tsellyuloza eterifikatsiya mahsulotlarini ishlab chiqish mamlakatimizning kelajakdagi rivojlanish yo'nalishi bo'ladi.

1. Eksperimental qism

1.1 Sinov uchun tozalangan paxta tsellyuloza xom ashyosi

Tajribada ishlatiladigan turli xil reaksiya uskunalariga ko'ra, paxta tsellyulozasini oldindan tozalash usullari boshqacha. Yoğurma moslamasi reaktsiya uskunasi sifatida ishlatilsa, dastlabki ishlov berish usullari ham farq qiladi. Yoğurma moslamasi reaksiya uskunasi sifatida ishlatilsa, tozalangan paxta tsellyulozasining kristalliligi 43,9% ni tashkil qiladi va tozalangan paxta tsellyulozasining o'rtacha uzunligi 15 ~ 20 mm. Qayta qilingan paxta tsellyulozasining kristalliligi 32,3% ni tashkil qiladi va aralashtirish reaktori reaksiya uskunasi sifatida ishlatilganda tozalangan paxta tsellyulozasining o'rtacha uzunligi 1 mm dan kam.

1.2 Karboksimetiltsellyuloza va gidroksietiltsellyulozaning rivojlanishi

Karboksimetil tsellyuloza va gidroksietil tsellyulozani tayyorlash reaksiya uskunasi sifatida 2 litrli yoğurucu (reaktsiya vaqtida o'rtacha tezlik 50 r/min) va reaksiya uskunasi sifatida 2 litr aralashtiruvchi reaktor (reaktsiya vaqtida o'rtacha tezlik 500 r/min) yordamida amalga oshirilishi mumkin.

Reaksiya jarayonida barcha xom ashyo qat'iy miqdoriy reaksiyadan olinadi. Reaksiya natijasida olingan mahsulot w=95% etanol bilan yuviladi va keyin 60℃ va 0,005mpa salbiy bosim ostida 24 soat davomida vakuumda quritiladi. Olingan namunaning namligi w=2,7%±0,3% ni tashkil etadi va tahlil uchun mahsulot namunasi kul miqdori w<0,2% bo'lguncha yuviladi.

Yoğurma mashinasini reaksiya uskunasi sifatida tayyorlash bosqichlari quyidagicha:

Eterifikatsiya reaksiyasi → mahsulotni yuvish → quritish → maydalangan granulyatsiya → qadoqlash yoğurma mashinasida amalga oshiriladi.

Reaksiya uskunasi sifatida aralashtirish reaktorini tayyorlash bosqichlari quyidagicha:

Eterifikatsiya reaksiyasi → mahsulotni yuvish → quritish va granulyatsiya → qadoqlash aralashtirilgan reaktorda amalga oshiriladi.

Ko'rinib turibdiki, yoğurucu past reaktsiya samaradorligi, quritish va silliqlash granulyatsiyasining bosqichma-bosqich xususiyatlarini tayyorlash uchun reaktsiya uskunasi sifatida ishlatiladi va silliqlash jarayonida mahsulot sifati sezilarli darajada kamayadi.

Reaktsiya uskunasi sifatida aralashtirilgan reaktor bilan tayyorlash jarayonining xususiyatlari quyidagilardan iborat: yuqori reaktsiya samaradorligi, mahsulotni granulyatsiya qilish an'anaviy quritish va maydalash usulini qabul qilmaydi va quritish va granulyatsiya jarayoni bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi. quritilmagan mahsulotlar yuvilgandan keyin va mahsulot sifati quritish va granulyatsiya jarayonida o'zgarmaydi.

1.3 Rentgen nurlarining diffraksion tahlili

Rentgen nurlanishini tahlil qilish Rigaku D / max-3A rentgen difraktometri, grafit monoxromatori tomonidan amalga oshirildi, D Burchak 8 ° ~ 30 °, CuKa nuri, kolba bosimi va quvur oqimi 30kV va 30mA edi.

1.4 Infraqizil spektr tahlili

Infraqizil spektr tahlili uchun Spectrum-2000PE FTIR infraqizil spektrometri ishlatilgan. Infraqizil spektr tahlili uchun barcha namunalar og'irligi 0,0020 g ni tashkil etdi. Ushbu namunalar mos ravishda 0,1600 g KBr bilan aralashtiriladi va keyin presslanadi (qalinligi < 0,8 mm) va tahlil qilinadi.

1.5 O'tkazuvchanlikni aniqlash

O'tkazuvchanlik 721 spektrofotometr tomonidan aniqlandi. CMC eritmasi w = w1% 590 nm to'lqin uzunligida 1 sm kolorimetrik idishga solingan.

1.6 almashtirishni aniqlash darajasi

Gidroksietil tsellyulozaning HEC almashtirish darajasi standart kimyoviy tahlil usuli bilan o'lchandi. Printsip shundaki, HEC HI gidroiodat bilan 123 ℃ da parchalanishi mumkin va HEC o'rnini bosish darajasi parchalangan etilen va etilen yodid hosil bo'lgan moddalarni o'lchash orqali ma'lum bo'lishi mumkin. Gidroksimetil tsellyulozani almashtirish darajasi standart kimyoviy tahlil usullari bilan ham tekshirilishi mumkin.

2. Natijalar va muhokama

Bu yerda ikki xil reaksiyali choynak qo‘llaniladi: biri reaksiya uskunasi sifatida xamir qorish mashinasi, ikkinchisi reaksiya uskunasi sifatida aralashtiruvchi turdagi reaksiyali choynak, geterogen reaksiya tizimida, ishqoriy holat va spirtli suv erituvchi tizimida, tozalangan paxta tsellyulozasining eterifikatsiya reaksiyasi o‘rganiladi. Ular orasida reaksiya uskunasi sifatida yoğurma mashinasining texnologik xususiyatlari quyidagilardan iborat: Reaksiyada yoğurma qo'lining tezligi sekin, reaksiya vaqti uzoq, yon reaksiyalar nisbati yuqori, efirlashtiruvchi vositadan foydalanish darajasi past va Eterizatsiya reaktsiyasida o'rnini bosuvchi guruh taqsimotining bir xilligi yomon. Tadqiqot jarayoni faqat nisbatan tor reaksiya sharoitlari bilan cheklanishi mumkin. Bundan tashqari, asosiy reaktsiya sharoitlarining sozlanishi va boshqarilishi (masalan, vanna nisbati, ishqor kontsentratsiyasi, yoğurma mashinasining yoğurma qo'li tezligi) juda yomon. Eterlanish reaksiyasining taxminiy bir xilligiga erishish va efirlanish reaksiyasi jarayonining massa almashinuvi va kirib borishini chuqur o‘rganish qiyin. Reaktsiya uskunasi sifatida aralashtirish reaktorining texnologik xususiyatlari quyidagilardan iborat: reaktsiyada tez aralashtirish tezligi, tezkor reaktsiya tezligi, efirlashtiruvchi vositadan yuqori foydalanish tezligi, efirlashtiruvchi o'rinbosarlarning bir xil taqsimlanishi, sozlanishi va boshqarilishi mumkin bo'lgan asosiy reaktsiya shartlari.

Karboksimetil tsellyuloza CMC mos ravishda yoğurucu reaktsiya uskunalari va aralashtirish reaktori reaktsiya uskunalari tomonidan tayyorlangan. Yoğurucu reaksiya uskunasi sifatida ishlatilganda, aralashtirish intensivligi past edi va o'rtacha aylanish tezligi 50r / min edi. Reaksiya uskunasi sifatida aralashtirish reaktori ishlatilganda, aralashtirish intensivligi yuqori va o'rtacha aylanish tezligi 500 r/min edi. Monoxloroasetik kislotaning tsellyuloza monosaxaridiga molyar nisbati 1: 5: 1 bo'lganida, reaktsiya vaqti 68 ℃ da 1,5 soat edi. Yoğurma mashinasida olingan CMC ning yorug'lik o'tkazuvchanligi 98,02% ni tashkil etdi va xloroasetik kislota eterlashtiruvchi vositada CM ning yaxshi o'tkazuvchanligi tufayli eterifikatsiya samaradorligi 72% ni tashkil etdi. Aralashtiruvchi reaktor reaksiya uskunasi sifatida ishlatilganda, eterlashtiruvchi vositaning o'tkazuvchanligi yaxshiroq edi, CMC ning o'tkazuvchanligi 99,56% ni tashkil etdi va eterizatsiya reaktsiyasining samaradorligi 81% ga oshdi.

Gidroksietil tsellyuloza HEC yoğurma mashinasi va aralashtirish reaktori bilan reaksiya uskunasi sifatida tayyorlandi. Yoğurucu reaksiya uskunasi sifatida ishlatilganda, xloroetil spirti eterlashtiruvchi vositaning o'tkazuvchanligi yomon bo'lganda va xloroetanol va tsellyuloza monosaxaridining molyar nisbati 4 soat davomida 60 ℃ da 3: 1 bo'lganida, eterlashtiruvchi vositaning reaktsiya samaradorligi 47% va suvda eruvchanligi yomon edi. . Xloroetanol va tsellyuloza monosaxaridlarining molyar nisbati 6:1 bo'lgandagina suvda yaxshi eruvchan mahsulotlar hosil bo'lishi mumkin. Aralashtiruvchi reaktor reaksiya uskunasi sifatida ishlatilganda, xloroetil spirti eterifikatsiya agentining o'tkazuvchanligi 68 ℃ da 4 soat davomida yaxshilandi. Xloroetanol va tsellyuloza monosaxaridining molyar nisbati 3: 1 bo'lganida, hosil bo'lgan HEC suvda yaxshi eruvchanlikka ega bo'ldi va eterifikatsiya reaktsiyasi samaradorligi 66% ga oshdi.

Eterizatsiya qiluvchi vosita xloroasetik kislotaning reaktsiya samaradorligi va reaktsiya tezligi xloroetanolga qaraganda ancha yuqori va eterizatsiya reaktsiyasi uskunasi sifatida aralashtirish reaktori yoğurma mashinasiga nisbatan aniq afzalliklarga ega, bu esa eterizatsiya reaktsiyasining samaradorligini sezilarli darajada yaxshilaydi. CMC ning yuqori o'tkazuvchanligi, shuningdek, bilvosita, eterizatsiya reaktsiyasi uskunasi sifatida aralashtirish reaktori eterizatsiya reaktsiyasining bir xilligini yaxshilashi mumkinligini ko'rsatadi. Buning sababi shundaki, tsellyuloza zanjirida har bir glyukoza-guruh halqasida uchta gidroksil guruhi mavjud va faqat kuchli shishgan yoki erigan holatda efirlashtiruvchi molekulalarning barcha tsellyuloza gidroksil juftlariga kirish mumkin. Tsellyulozaning eterifikatsiya reaktsiyasi odatda tashqi tomondan ichkariga, ayniqsa tsellyulozaning kristalli hududida heterojen reaktsiyadir. Tsellyulozaning kristall tuzilishi tashqi kuch ta'sirisiz buzilmagan bo'lsa, eterlashtiruvchi vosita kristalli tuzilishga kirishi qiyin bo'lib, heterojen reaktsiyaning bir hilligiga ta'sir qiladi. Shuning uchun, tozalangan paxtaga oldindan ishlov berish (masalan, tozalangan paxtaning o'ziga xos yuzasini oshirish) tozalangan paxtaning reaktivligini yaxshilash mumkin. Katta hammom nisbatida (etanol / tsellyuloza yoki izopropil spirt / tsellyuloza va yuqori tezlikda aralashtirish reaktsiyasi, mantiqqa ko'ra, tsellyuloza kristallanish zonasining tartibi kamayadi, bu vaqtda tsellyuloza kuchli shishishi mumkin, shuning uchun shish paydo bo'ladi. amorf va kristalli tsellyuloza zonasi izchil bo'lishga intiladi, Shunday qilib, amorf mintaqa va kristall mintaqaning reaktivligi o'xshashdir.

Infraqizil spektr tahlili va rentgen difraksion tahlili yordamida aralashtirish reaktori eterifikatsiya reaktsiyasi uskunasi sifatida foydalanilganda tsellyulozaning eterifikatsiya reaktsiyasi jarayonini yanada aniqroq tushunish mumkin.

Bu erda infraqizil spektrlar va rentgen nurlari diffraktsiya spektrlari tahlil qilindi. CMC va HEC ning eterifikatsiya reaktsiyasi yuqorida tavsiflangan reaksiya sharoitida aralashtirilgan reaktorda amalga oshirildi.

Infraqizil spektr tahlili shuni ko'rsatadiki, CMC va HEC ning eteratsiya reaktsiyasi reaktsiya vaqtining kengayishi bilan muntazam ravishda o'zgaradi, almashtirish darajasi boshqacha.

X-nurlarining diffraktsiya naqshini tahlil qilish orqali CMC va HEC kristalligi reaktsiya vaqtining kengayishi bilan nolga intiladi, bu dekristallanish jarayoni asosan gidroksidi va tozalangan paxtaning eterifikatsiya reaktsiyasidan oldin isitish bosqichida amalga oshirilganligini ko'rsatadi. . Shu sababli, tozalangan paxtaning karboksimetil va gidroksietil eterifikatsiya reaktivligi endi asosan tozalangan paxta kristalligi bilan cheklanmaydi. Bu eterlashtiruvchi vositaning o'tkazuvchanligi bilan bog'liq. Ko'rsatish mumkinki, CMC va HEC ning eterifikatsiya reaktsiyasi reaksiya uskunasi sifatida aralashtirish reaktorida amalga oshiriladi. Yuqori tezlikda aralashtirishda tozalangan paxtaning ishqorlanish bosqichida va eterifikatsiya reaktsiyasidan oldin isitish bosqichida kristallanish jarayoniga foydali bo'ladi va eterifikatsiya reaktsiyasi samaradorligini va almashtirish bir xilligini yaxshilash uchun eterifikatsiya agentining tsellyuloza ichiga kirib borishiga yordam beradi. .

Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, ushbu tadqiqot reaksiya jarayonida aralashtirish kuchi va boshqa omillarning reaktsiya samaradorligiga ta'sirini ta'kidlaydi. Shuning uchun ushbu tadqiqotning taklifi quyidagi sabablarga asoslanadi: Geterogen efir reaktsiyasi tizimida katta vanna nisbati va yuqori aralashtirish intensivligi va boshqalardan foydalanish, o'rnini bosuvchi guruh bilan taxminan bir hil tsellyuloza efirini tayyorlashning asosiy shartlari hisoblanadi. tarqatish; Muayyan heterojen efir reaktsiyasi tizimida o'rinbosarlarning taxminan bir xil taqsimlanishi bilan yuqori samarali tsellyuloza efirini reaksiya uskunasi sifatida aralashtirish reaktoridan foydalanish orqali tayyorlash mumkin, bu tsellyuloza efirining suvli eritmasi yuqori o'tkazuvchanlikka ega ekanligini ko'rsatadi, bu xususiyatlarni kengaytirish uchun katta ahamiyatga ega. va tsellyuloza efirining vazifalari. Yoğurma mashinasi tozalangan paxtaning eterifikatsiya reaktsiyasini o'rganish uchun reaksiya uskunasi sifatida ishlatiladi. Aralashtirishning past intensivligi tufayli u eterifikatsiya agentining kirib borishi uchun yaxshi emas va yon reaktsiyalarning yuqori nisbati va eterifikatsiya o'rnini bosuvchi moddalarning yomon taqsimlanishi kabi ba'zi kamchiliklarga ega.