Материал: Кинетические закономерности процессов делигнификации древесины
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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.