Кінетика процесу нітрування крохмалю нітратною кислотою

Abstract

Стаття присвячена експериментальному дослідженню процесу нітрування крохмалю нітратною кислотою (в суміші з водою). Такий спосіб нітрування має ряд переваг у порівнянні з використовуваним у промисловості способом нітрування нітратно-сульфатнокислотною сумішшю. Метою дослідження було встановлення кінетичних закономірностей процесу нітрування, необхідних для обґрунтування технологічних режимів його проведення. Методика дослідження полягала в обробці крохмалю кислотою та визначенні зміни вмісту нітрогену в одержуваному нітраті крохмалю в часі за різних параметрів процесу нітрування. На підставі результатів дослідження встановлено, що процес нітрування крохмалю нітратною кислотою протікає одночасно з його розчиненням і включає дві стадії: швидку, пов’язану з розчиненням аморфних областей крохмальних зерен, і повільну – з розчиненням їх кристалічних областей. Вміст нітрогену в нітраті крохмалю на другій стадії набуває значення, близького до постійного, через неповне розчинення найбільш досконалих фрагментів кристалітів. Показано вплив параметрів процесу нітрування на його кінетику. Виявлено, що в логарифмічних координатах кінетичні залежності нітрування лінеаризуються зі зламом під час переходу від першої до другої стадії, що дозволило в якості їх математичного опису використовувати ступеневу функцію. В результаті обробки експериментальних даних одержано емпіричні рівняння для розрахунку кінетики процесу нітрування.

This article is devoted to an experimental study of the process of starch nitration with nitric acid (its mixture with water). This nitration method has a number of advantages over the industrial method based on using nitric-sulfuric acid mixture. The aim of this work is to determine the kinetic regularities of nitration process necessary to justify its technological regimes. The research methodology consisted in treating starch with acid and determining the change of nitrogen content in resulting starch nitrate over time at different parameters of nitration process. The results of the study are shows that process of starch nitration with nitric acid proceeds at the same time with dissolution and includes two stages: fast, associated with the dissolution of amorphous substances of starch grains, and slow, associated with the dissolution of their crystalline regions. A nitrogen content in starch nitrate at second stage takes on a close to constant value due to incomplete dissolution of the most perfect crystal fragments. A study shows influence of nitration process parameters on its kinetics. In logarithmic coordinates, the kinetic dependences of nitration are linearize with a break in the transition from the first to the second stage, which allow using a power function as their mathematical description. The findings of experimental data processing allowed to obtain empirical equations for calculating kinetics of nitration process.