Оптимизация процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной канифоли

4.3 Оптимизация процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной канифоли

Для определения наилучших условий получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли был составлен и реализован план эксперимента Бокса-Хартли, включающий вершины гиперкуба, середины граней и центр области планирования. Для реализации этого плана было получено по 16 образцов солей и бумаги на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли для сравнения.

При этом целью настоящей работы являлось нахождение такого сочетания исходных компонентов, при котором можно было бы получить такое содержание свободных смоляных кислот, которое давало бы лучшую проклейку.

В качестве управляющих независимых переменных были выбраны следующие факторы: концентрация аммиачной воды Х1, коэффициент избытка аммиачной воды Х2, количество раствора едкого натра Х3. Эти параметры изменялись следующим образом: Х1 увеличивали от 15 до 25 % с шагом варьирования 5%; Х2 увеличивали от 0,5 до 1,5 с шагом варьирования 0,5; Х3 увеличивали от 8 до 12 мл с шагом варьирования 2 мл.

В качестве выходных параметров Y1 и Y2 использовали массовую долю свободных смоляных кислот и впитываемость при одностороннем смачивании (по Коббу).

Матрица планирования процесса получения представлена в таблице 4.7 и 4.8.

Таблица 4.7 - Матрица планирования процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной канифоли

Таблица 4.8 - Матрица планирования процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной талловой канифоли

Экспериментальные данные были обработаны на ЭВМ с использованием прикладной программы Excel с целью нахождения коэффициентов полиномиальных уравнений регрессии Y1=f(X1, X2, X3) и Y2=f(X1, X2, X3). Полученные адекватные уравнения описывают зависимости массовой доли свободных смоляных кислот и впитываемости по Коббу от исходного состава.

Живичная канифоль:

Y1=119,15-6,75∙X1-19,77∙X2-4,48∙X3+0,54∙X1∙X2+0,24∙X1∙X3-

-0,47∙X2∙X3+0,09∙X1²+6,88∙X2²-0,04∙X3²;

Y2=-74,61+5,24∙X1-0,54∙X2+13,39∙X3-0,02∙X1∙X2-0,23∙X1∙X3-

-0,25∙X2∙X3-0,08∙X1²+2,8∙X2²-0,6∙X3².

Талловая канифоль:

Y1=106,12-6,18∙X1+14,28∙X2-7,89∙X3-0,24∙X1∙X2+0,2∙X1∙X3+

+0,29∙X2∙X3+0,12∙X1²-6,24∙X2²+0,18∙X3²

Y2=23,05-5,44∙X1+83,34∙X2+7,95∙X3-1,69∙X1∙X2+0,14∙X1∙X3-

-3,7∙X2∙X3+0,12∙X1²-3,45∙X2²-0,5∙X3²

Анализ уравнений регрессии для Y1 и Y2 проводили путем построения поверхностей отклика.

Для наглядности рассмотрим поверхности отклика для амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе живичной канифоли (рисунок 4.2-4.5)

На рисунках 4.2-4.3 рассмотрено влияние 3-х факторов: концентрация аммиачной воды Х1, коэффициент избытка аммиачной воды Х2 и количество раствора едкого натра Х3, т.е. двумерное сечение функции Y1=f(x1, x2, x3).

При значении х3=8 увеличение концентрации аммиачной воды Х1 приводит к уменьшению значения впитываемости по Коббу Y1. Также увеличение значения коэффициента избытка аммиачной воды Х2 приводит к увеличению значения показателя Y1. Причем фактор X1 в большей степени влияет на значение показателя Y1.

При значении х3=10 увеличение значения фактора X1 приводит вначале к уменьшению значения показателя Y1,а затем к его увеличению. Увеличение значения фактора Х2 приводит вначале к увеличению значения показателя Y1, а далее к его уменьшению. Х1 и Х2 в одинаковой мере оказывают влияние на значение показателя Y1.

При значении х3=12 увеличение значения фактора Х1 приводит вначале к увеличению, а далее к уменьшению значения показателя Y1. Увеличение значения фактора X2 приводит к увеличению значения показателя Y1. В большей степени на значение показатель Y1 оказывает влияние фактор X1.

На рисунках 4.4-4.5 рассмотрено влияние 3-х факторов: концентрация аммиачной воды Х1, коэффициент избытка аммиачной воды Х2 и количество раствора едкого натра Х3, т.е. двумерное сечение функции Y2=f(x1, x2, x3).

При значении х3=8 увеличение концентрации аммиачной воды Х1 приводит вначале к увеличению значения показателя массовой доли свободных смоляных кислот Y2, а затем к его уменьшению. Также увеличение значения коэффициента избытка аммиачной воды Х2 приводит к увеличению значения показателя Y2. Причем фактор X1 в большей степени влияет на значение показатель Y2.

При значении х3=10 увеличение значения фактора X1 приводит к уменьшению значения показателя Y2. Увеличение значения фактора Х2 приводит к увеличению значения показателя Y2. Х1 и Х2 в одинаковой мере оказывают влияние на показатель Y2.

При значении х3=12 увеличение значения фактора Х1 приводит к уменьшению значения показателя Y2. Увеличение значения фактора X2 приводит к уменьшению значения показателя Y2. В большей степени на показатель Y2 оказывает влияние фактор X1.

Статистическая обработка результатов эксперимента показала, что полученные уравнения адекватно описывают процесс.

С применением надстройки «Поиск решения» были найдены оптимальные сочетания основных технологических параметров, при которых можно было бы получить такое содержание свободных смоляных кислот, которое давало бы лучшую проклейку. Данные представлены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Результаты оптимизации процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной и талловой канифоли

Таким образом, на основе амидо-аммониевой соли получена новая клеевая канифольная композиция, обладающая хорошими проклеивающими свойствами и высокой агрегативной устойчивостью. Установлено сочетание исходных параметров процесса, при которых были определены оптимальные параметры для получения определенного содержания свободных смоляных кислот в клее и лучших результатов по проклейке бумаги. Данные эксперимента свидетельствуют в пользу того, что лучшими проклеивающими свойствами обладает клеевая канифольная композиция на основе живичной канифоли.

Рисунок 4.2 - Зависимость впитываемости по Коббу от параметров проведения реакции получения амидо-аммонийной соли на основе малеинизированной живичной канифоли

Рисунок 4.3 - Двумерные сечения поверхностей отклика при различном количестве раствора едкого натра

Рисунок 4.4 - Зависимость массовой доли свободных смоляных кислот от параметров проведения реакции получения амидо-аммонийной соли на основе малеинизированной живичной канифоли

Рисунок 4.5 - Двумерные сечения поверхностей отклика при различном количестве раствора едкого натра

НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ

В процессе выполнения данной работы было проведено следующее:

1.         Проведен аналитический обзор литературы, в котором отражены различные способы модификации канифоли и виды проклеивающих материалов на канифольной основе.

2.         Получены образцы малеинизированной живичной и талловой канифоли и исследованы их физико-химические свойства.

3.         Получены образцы амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты на основе малеинизированной живичной и талловой канифолей с определенным заданным содержанием свободных смоляных кислот и сухих веществ, исследованы их физико-химические свойства.

4.         Получены образцы бумаги для исследования проклеивающих свойств амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты и некоторых физико-механических показателей бумаги.

5.         Проведена оптимизация процесса получения амидо-аммониевой соли малеопимаровой кислоты и установлено оптимальное сочетание факторов, дающих лучшую проклейку.

6.         Экспериментально доказано, что лучшими проклеивающими свойствами обладает клеевая канифольная композиция на основе живичной канифоли.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Седов А.В., Цветков Б.Н. Проклеивающие вещества на канифольной основе в производстве бумаги и картона // Обзорная информация: Бумага и целлюлоза. – М.:1974 – 34 с.

2.Славинский А.К., Медников Ф.А. Технология лесохимических производств. – М.: Лесная промышленность, 1970. – 341 с.

3.Медников Ф.А., Подсочка леса. – М.: Гослесбумиздат, 1955.- 280 с.

4.Журавлев П. И. Канифоль, скипидар и продукты их переработки. – М.: Лесная промышленность, 1988 – 72 с.

5.Черная Н.В., Ламоткин А. И. Проклейка бумаги и картона в кислой и нейтральных средах. – Мн.: БГТУ, 2003 – 345 с.

6.Пузырев С.А., Седов А.В. Применение гидрированной и диспропорционированной канифоли для проклейки бумаги // Сб.тр.ВНИИБа. – Л., 1970. – №56. – С. 75-83.

7. Пат.2055848 (РФ), МКИ С09F1/04. Способ диспропорционирования канифоли./ Мотренко Т.И. (РФ). - Заяв. 10.12.91; Опубл.10.03.96.

8. Пат.2059680 (РФ), МКИ С09F1/04. Способ получения диспропорционированной канифоли./ Мотренко Т.И., Заможский Н.И., Сергеев Ю.А. (РФ). - Заяв.10.12.91; Опубл.10.05.96.

9. Пат.2081143 (РФ), МКИ С09F1/04. Способ диспропорционирования канифоли и смоляных кислот./ Радбиль Д.А., Шалагина Е.Ф., Скворцова Г.Е., Семиколенова В.А. (РФ). - Заяв. 25.06.93; Опубл. 10.06.97.

10. Жильников В. И., Хлопотунов Г. Ф. Модифицированная канифоль. – М.: Лесная промышленность, 1963 – 128 с.

11. Синтетические продукты из канифоли и скипидара / И. И. Бардышев [и др.]. – Горький: Волго-Вятское книжное издательство, 1970–486 с.

12. Пат.2119517 (РФ), МКИ С09F1/04. Способ получения эфиров канифоли./ Радбиль Б.А., Кушнир С.Р., Трофимов А.Н., Богданов П.Е., Исмагилов Р.М., Сипливых В.И. (РФ). - Заяв. 01.07.96; Опубл. 27.09.98.

13. Пат.95109792 (РФ), МКИ С09F1/04. Способ получения модифицированных эфиров канифоли./ Падерин В.Я., Горюнова Т.Г., Александрова Т.Н., Рябчиков С.Н., Злобин О.В., Пашин В.А., Чистякова З.Л., Смирнова Л.И., Голуб А.И., Савиных Г.Ф., Костина Н.И., Зубкова Г.Б., Матюнин Н.Р. (РФ). - Заяв. 14.06.95; Опубл. 20.04.97

14. Пат.2941919 (США), МКИ 162-180.

15. Пат.1500017 Великобритания, МКИ С 07 С 103/747. Amide of diterpenoic acid and way of their obtainind / Fredidgio S., Sigal L., (Великобритания). №3695329; Заявл. 02.10.1975; Опубл. 28.12.1977. – 8 с.

16. Отчет по общеинженерной практике. ОАО «Лесохимик» г.Борисов, 2007 г.

17. Крылатов Ю.А., Ковернинский И.Н. Проклейка бумаги. – М.: Лесная промышленность, 1987. – 288 с.

18. Лабораторный практикум по курсу “Технология лесохимических производств” для студентов спец.0903 / Клюев Ю. П., Ламоткин А. И. – Мн.: БТИ им. С. М. Кирова, 1985 – 47 с.

19.Органическая химия. Лабораторный практикум по органическому синтезу / А.Э. Щербина и др. – Мн.: БГТУ, 2006 – 416 с.

20. ТУ РБ 00280198-029-97. Клеевая канифольная композиция ТМВС -2Н. Введ. 12.05.1998г.

21.ГОСТ 9571-89 Целлюлоза сульфатная беленая из хвойной древесины. Технические условия. Введ. 01.01.1991г. – М.: Изд-во стандартов, 1990. – 6 с.

22. ГОСТ 12605-97 Бумага и картона. Метод определения поверхностной впитываемости при одностороннем смачивании (метод Кобба). Введ. 21.11.1997г. – М.: Изд-во стандартов, 2001. – 8с.

23. Лабораторный практикум по целлюлозно-бумажному производству / С.Ф.Примаков, В.П. Миловзоров, М.С. Кухникова, И.М. Царенко.-М.:Лесн.пр-ть, 1980.-168с.

24. ГОСТ 8049-62 Бумага. Штриховой метод определения степени проклейки. Введ. 01.01.1963г. – М.: Изд-во стандартов, 1998. – 4с.

25. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. – М.: Изд-во «Мир», 1974. – 1135 с.