Кинетические закономерности процессов делигнификации древесины
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное
государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального
образования
"Северный
(Арктический) федеральный университет"
Кафедра Теоретической и
прикладной химии
КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА
По дисциплине:
Физико-химические основы
технологических процессов
На тему:
Кинетические
закономерности процессов делигнификации древесины
Агафонов Андрей Викторович
Руководитель Н.Л. Иванченко
Архангельск
Задание
Определить кинетические характеристики (константу скорости и
порядок) процесса делигнификации в условиях сульфатной варки по следующим
экспериментальным данным:
Содержание лигнина в древесном остатке, %
|
Продолжительность варки, ч
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
1. Сульфитная варка
|
28,20
|
27,90
|
27,30
|
25,80
|
24,4
|
11,40
|
4,90
|
. Построение графиков зависимостей изменения
содержания лигнина в древесном остатке по ходу варки в координатах уравнений
реакций 1, 2, порядков и уравнения Аврами-Колмогорова-Ерофеева
2. Графическим методом определяем порядок реакции и
константу скорости процесса делигнификации
. Строим зависимости содержания лигнина в древесном
остатке от времени варки по опытным данным и с использованием полученной
константы скорости процесса делигнификации
. Рассчитываем относительную погрешность определения
содержания лигнина в древесном остатке по выбранному уравнению
Выполнение задания
Для определения кинетических характеристик делигнификации
используем следующие зависимости:
уравнение реакции 1 порядка:
или lnC=lnCo-K∙t;
уравнение реакции 2 порядка:
или 
;
уравнение Аврами-Колмогорова-Ерофеева: 
Порядок реакции определяем графическим методом: стороим
зависимости lnC=f(t), 1/C= f(t), и lg[-ln(1-α)] = f(lgt) и обрабатываем уравнения прямых. Для этого
рассчитываем коэффициенты линейной зависимости и коэффициенты достоверности
аппроксимации R2.
делигнификация древесина варка лигнин
Промежуточные результаты расчета:
|
Время, ч
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
lgt
|
-
|
0
|
0,301
|
0,477
|
0,602
|
0,699
|
0,778
|
|
Содержание лигнина в древесном остатке, %
|
28,20
|
27,90
|
27,30
|
25,8
|
24,4
|
11,40
|
4,90
|
|
lnC
|
3,329
|
3,307
|
3,250
|
3,195
|
2,434
|
1,589
|
|
1/C
|
0,035
|
0,036
|
0,037
|
0,039
|
0,041
|
0,088
|
0,204
|
|
α
|
0
|
0,011
|
0,032
|
0,085
|
0,135
|
0,596
|
0,826
|
|
lg[-ln(1-α)]
|
-
|
-1,971
|
-1,489
|
-1,051
|
-0,839
|
-0,043
|
0,243
|
Рис. 1. Зависимость lnC от продолжительности варки
Рис. 2. Зависимость 1/С от продолжительности варки
Рис. 3. Зависимость lg[-ln(1-α)]
от lgt
Наибольшее значение достоверности аппроксимации R2
наблюдается для третьей зависимости, т.е. уравнение Аврами-Колмогорова-Ерофеева
наиболее точно описывает процесс делигнификации в заданных условиях. Из
уравнения - множитель перед переменной х находим параметр n, n = 2,79.
Величина отрезка отсекаемого прямой на оси ординат (свободный
член уравнения прямой), численно равна lgK. К = 0,0065.
Зная константу реакции К, порядок реакции n, время от начала
варки и начальное содержание лигнина в твердом остатке Со,
определяем расчетные величины С и сравниваем с экспериментальными значениями.
Рассчитываем абсолютную погрешность по формуле:
Результаты расчетов заносим в таблицу:
|
Вид варки
|
Кинетическое уравнение
|
Время варки
|
Значение константы скорости
|
Содержание лигнина
|
δ, %
|
|
|
|
|
Эксп.
|
Рассч.
|
|
|
Сульфитная варка
|
00,006528,2028,200
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
|
27,90
|
28,51
|
2,20
|
|
|
2
|
|
27,30
|
27,44
|
0,51
|
|
|
3
|
|
25,80
|
24,97
|
3,23
|
|
|
4
|
|
24,40
|
21,02
|
13,84
|
|
|
5
|
|
11,40
|
16,06
|
|
|
6
|
|
4,90
|
10,92
|
122,90
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализ полученных результатов показывает, что описание
процесса варки, с помощью уравнения Аврами-Колмогорова-Ерофеева дает
удовлетворительный результат, сходный с результатом эксперимента только в
начале варки, при высоком содержании лигнина в древесине, тогда как, в процессе
варки содержание лигнина в древесине получается значительно завышенным.
Список использованных источников
1. Скребец Т.Э. Физико-химические основы
технологических процессов: Методические указания К выполнению контрольных и
лабораторных работ/ Т.Э.Скребец, А.С.Почтовалова. - Архангельск: Изд-во АГТУ,
2006.- 24с.
2. Целлюлоза. Бумага. Картон. (обзорная
информация), вып.10,1990.
. К.Г.Боголицын, В.М.Резников. Химия
сульфитных методов делигнификации древесины. - М.: Экология, 1994.- 288 с.