ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ОТРИМАННЯ ЦЕЛЮЛОЗИ З ВІДХОДІВ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА
Ключові слова:
стебла кукурудзи, пероцтова кислота, целюлоза, рівняння регресії, багатокритеріальна оптимізація, функція бажаності Харрінгтона, функція приналежностіАнотація
Через дефіцит деревних ресурсів у світі існує проблема сировинного забезпечення целюлозно-паперових виробництв. Нині актуальним для варіння целюлози є використання відходів переробки сільськогосподарських та технічних культур. Однією з найпоширеніших сільськогосподарських культур, що вирощується на зерно, є кукурудза, за виробництвом якої Україна посідає п’яте місце у світі. Стебла кукурудзи є цінною целюлозовмісною сировиною, що може бути використана для виробництва волокнистих напівфабрикатів різного призначення.
Метою роботи є дослідження кількісних та якісних характеристик процесу варіння целюлози зі стебел кукурудзи з використанням у якості варильного розчину пероцтової кислоти різної концентрації. Для проведення досліджень використовували сухі подрібнені стебла кукурудзи без листя, які містили 41,6 % целюлози, 17,95 % лігніну, 12,1 % пентозанів, 3,52 % смол, жирів та восків, 23,7 % речовин, що екстрагуються 1 %-им розчином лугу, 11,8 % речовин, що екстрагуються водою та 7,9 % мінеральних речовин. Варіння целюлози проводили в лабораторних умовах розчинами пероцтової кислоти концентрацією 5,6; 7,7 і 9,8 % за температури 90 ºC та гідромодуля 7 : 1 протягом 2, 3 і 4 годин. Одержано волокнисті напівфабрикати з виходом 65,5‑22,1 % від маси абсолютно сухої сировини, вмістом залишкового лігніну 17,7‑3,2 %, та зольністю 5,3‑3 %.
На основі плану повного факторного експерименту, розраховано адекватні регресійні залежності другого ступеня для якісних показників целюлози – виходу, вмісту залишкового лігніну та зольності від умов варіння. Вирішено задачу багатокритеріальної оптимізації із застосуванням функції бажаності Харрінгтона в детермінованих умовах дослідження, згідно якої оптимальними умовами варіння целюлози є концентрація пероцтової кислоти у розчині – 9,2 %, тривалість варіння – 2 години 20 хвилин. Вирішено задачу багатокритеріальної оптимізації в умовах часткової невизначеності на основі принципу оптимальності Беллмана-Заде, оптимальними умовами варіння целюлози є концентрація ПОК у варильному розчині – 9,1 % та тривалість варіння – 2 години.
Посилання
FAOSTAT. The Food and Agriculture Organization of the United Nation. Available at: http://www.fao.org/faostat/en/#data.
Mieniailo-Basysta, I. O. (2012). Porivnialni vlastyvosti tseliulozy, oderzhanoi z roslynnoi syrovyny [Comparative properties of cellulose obtained from plant raw materials].Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. Tekhnichni nauky, 6, 124-127.
Levdanskyi, V. A., Levdanskyi, A. V., Kuznetsova, B. N. (2014). Sposob poluchenyia yz lna tselliuloznoho produkta s vysokym soderzhanyem alfa-tselliulozy [A method of producing a cellulose product with a high alpha-cellulose content from flax]. Journal of Siberian Federal University. Chemistry 1, 7, 63-70.
Budaeva V. V., Mitrofanov R. Yu., Zolotukhin V. N., Sakovich G. V (2011). Novye syr’evye istochniki tsellyulozy dlya tekhnicheskoy khimii [New raw cellulose sources for technical chemistry], Herald of Kazan Technological University, 4, 205–211
Barbash V. A., Trembus I. V., Nagornaya Yu. M, Shevchenko V. M. (2012) Bumaga iz stebley kukuruzy [Paper from corn stalks], Packaging, 2. 22-25
Obolenskaya A. V., El’nitskaya Z. P., Leonovich A. A. (1991) Laboratornye raboty po khimii drevesiny i tsellyulozy [Laboratory research on the chemistry of wood and cellulose], Ecology, 320.
Statyukha G.O. Skladannyy D. M., Bondarenko O. S. (2011) Vstup do planuvannya optymal’noho eksperymentu [Introduction to the planning of an optimal experiment], NTUU «KPI», 124.
Akhnazarova S. L. Kafarov V. V. (1985) Metody optimizatsii eksperimenta v khimicheskoy tekhnologii [Methods of optimization experiment in chemical technology], Vysshaya shkola, 327.
Leonenkpv, A. V. (2005) Nechetkoe modelirovanie v srede MATLAB i fuzzyTECH [Fuzzy modelling in the MATLAB and fuzzyTECH]. BVH-Peterburg, 736.
