3.2. Xác định các thông số cho quy trình sản xuất chitin – chitosan
3.2.1. Công đoạn ngâm HCl
Mục đích của việc ngâm HCl là khử lớp khoáng liên kết với c hitin loại bỏ thành phần phi chitin.Tiến hành thí nghiệm này để xác định chế độ khử khoáng thích hợp và không ảnh hưởng đến chất lư ợng chitin – chitosan, Lượng nguyên liệu dùng cho mỗi mẫu là 50g. Sau khi tiến hành xong c ông đoạn khử khoáng ở nhiệt độ phòng với các chế độ đã đư a ra rồi rửa sạch phơi khô rồi đem tiến hành xác định hàm lượng khoáng toàn phần còn lại theo phương pháp nung ở nhiệt độ 6000C và thu được kết quả như bảng 3.1.
Sau khi tiến hành thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm ta thu được kết quả như sau:
Bảng 3.1. Bản g kết quả thí nghiệm qu y hoạch của công đoạn ngâm acid HCl
STT U1 U2 U3 X0 X1 X2 X3 Y(%)
1 12 5 1 1 -1 -1 -1 0,9462
2 24 5 1 1 1 -1 -1 0,7952
3 12 10 1 1 -1 1 -1 0,8303
4 24 10 1 1 1 1 -1 0,6664
5 12 5 5 1 -1 -1 1 0,4662
6 24 5 5 1 1 -1 1 0,4328
7 12 10 5 1 -1 1 1 0,4264
8 24 10 5 1 1 1 1 0,4252
Tính c ác hệ số bj bởi công thức :
bj= N XijYi
N
i
1 j = 0÷3; N= 8.
Từ bảng số liệu trên ta tính được kết quả bj như sau:
b0 = 0,6235875.
b1 = -0,0437625.
b2 = - 0,0364.
b3 = - 0,1852875.
Phương sai tái hiện S2th.
Kết quả thí nghiệm ở tâm phương án.
Bản g 3.2. Bảng kết quả về hàm lượ ng k hoáng còn lại thực hiện ở tâm phương án của công đoạn ngâm acid HCl.
STT U10 U02 U03 Y0u Y 0u Y0u- Y 0u (Y0u-Y 0u)2
3
1 i
(Y0u- Y 0u)2
1 18 7,5 3 0,5972 0,0265 0,00070225
2 18 7,5 3 0,5521 -0,0186 0,00034596
3 18 7,5 3 0,5628
0,5707
-0, 0079 0,00006241
0,00111062
Do đó: S2th =
1 ) (
0 3
1
2 0 0
N Y Y
i
u u
= 0,00055531.
N0: số thí nghiệm ở tâm phương án.
Kiểm bj theo tiêu c huẩn S tudent bằng cách tính các hệ số tj tương ứng bởi c ông thức t*j=
b j
S
b với Sb = N Sth 2
= 8
00055531 ,
0 = 0,00833.
Trong đó Sb: độ lệc h bình quân của hệ số thứ j.
Qua tính toán ta được t*0 = 74,99639; t1* = -5,26314; t*2= -4,37768; t*3= -22,28379.
Tính tj( ; 1) 2 N0
Tra bảng phân vị phân bố student với α= 0,05; N0=3 ta được tj(0,025;2)= 4,303 Ta thấy: *
t0;t1*;t*2; t*3 > tj nên c ác hệ số b0; b1; b2; b3 đều có ý nghĩa. Như vậy c ác yếu tố nồng độ ac id, tỷ lệ acid/ nguyên liệu, thời gian đều ảnh hưởng đến quá trình khử khoáng. Tuy nhiên b3 >b1 > b2 c hứng tỏ nồng độ acid c ó ảnh hưởng lớn nhất đến công đoạn khử khoáng sau đó đến thời g ian rồi đến tỷ lệ. Kh i đó phương trình hồi quy có dạng.
Yˆ= 0,6235875 – 0,0437625X1 – 0,0364X2 – 0,1852875X3.(3-1)
Kiểm định tính tư ơng thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher.
Các số liệu dùng để tính toán phương sai dư (S2du) được cho ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Bảng số liệu dùng để tính toán phương sai dư củ a công đoạn ngâm acid HCl.
STT Y(u)
u
Yˆ
u Y u
Y ˆ Y u Yˆ u 2 2
1
ˆ
n
i
u
u Y
Y
1 0,9462 0,88904 0,05716 0,003267
2 0,7952 0,80152 -0,00632 0,0000399
3 0,8303 0,81624 0,01406 0,000197
4 0,6664 0,72872 -0,06232 0,003884
5 0,4662 0,51846 -0,05226 0,002731
6 0,4328 0,43094 0,00186 0,0000035
7 0,4264 0,44566 -0,01926 0,000371
8 0,4252 0,35814 0,06706 0,004497
0,0153504
Phương sai dư S2du =
l N
Y Y
n
i
u u
1
ˆ 2
= 8 4
0153504 , 0
=0, 0038376.
Trong đó N: số thí nghiệm.
l: số hệ số c ó ý nghĩa.
Tiêu chuẩn Fisher: F*=
2 2
th du
S S =
00055531 ,
0
0038376 ,
0 =6,9.
Tính F(α; N-l; N0-1) . với α = 0,05; N = 8; l = 4; N0 = 3.
Tra bảng phân vị phân bố Fisher ta có F(0.05;4;2) = 19,25.
Như vậy ta thấy F* < F(0,05;4;2), nên phương trình hồi quy về khử khoáng tương thíc h với thực nghiệm.
Từ phương trình (3-1) ta thấy cả 3 yếu tố thời gian ngâm, tỷ lệ nguyên liệu / dung dịch acid HCl, nồng độ ac id HCl đều ảnh hưởng đến khả năng khử khoáng của acid HCl.Từ kết quả tính toán ra tôi nhận thấy không thể tối ưu hoá được công đoạn này do việc chọn khoảng biến thiên bị lệc h dư ới, giá trị tối ưu nằm ngoài vùng khảo sát. Đây là sai sót của đề tài nguyên nhân chính đây là đối tượng mới và thời gian hạn c hế nên cần nghiên cứu bổ sung sau cho hoàn c hỉnh hơn. Ở đây tôi chỉ đi thảo luận phần kết quả tôi nghiên cứu ra., mục đích của công đoạn này là hàm lượng khoáng còn lại càng ít c àng tốt, theo phương trình(3-1) nhận thấy các giá trị của X1;
X2; X3 c àng lớn thì Yˆc àng nhỏ tức là hàm lượng khoáng còn lại c àng ít. Theo kết quả ở bảng 3.1 thì tại thời gian là 24 giờ, tỷ lệ w /v = 1/10 và nồng độ acid là 5% thì hàm lư ợng khoáng còn lại là thấp nhất, khi đó thì các muối calcicacbonat và c alciphotphat chuyển thành calc iclorua nhiều nhất muối này hoà tan trong dung dịch và bị loại đi trong quá trình rử a, phương trình phản ứng sau:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2
Ca3(PO4)2 + 6HCl = 3CaCl2 + 3H3PO4
Do thời gian có hạn nên tôi chỉ dừng thí nghiệm ở các giá tr ị này nếu ta tiếp tục tăng các giá trị này lên thì hàm lư ợng khoáng c òn lại sẽ ít hơn nhưng ta c hỉ nên tăng đến một giới hạn nhất định nếu tăng thời gian xử lý và nồng độ ac id và tỷ lệ nguyên liệu / acid quá c ao thì HCl sẽ cắt mach polysaccharide làm giảm độ nhớt của chitosan làm ảnh hưởng đến chất lượng của chitosan sau này