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Keywords:

  • Keywords: acid hydrolysis;
  • cellulose;
  • depolymerization process;
  • stochastic simulation;
  • Monte Carlo technique

Abstract

A Monte Carlo procedure was developed to simulate cellulose acid hydrolysis at high temperatures. Both the kinetic information related to the model compound cellobiose and the morphological aspect of cellulose including crystalline, semi-amorphous and amorphous zones were estimated from experimental data and introduced in a FORTRAN program. In our model of cellulose acid hydrolysis, the cleavage of a glycosidic bond and the degradation of glucose are considered as two irreversible reactions in series. For all the temperatures, the overall glucose disappearance rate constant used in our model, was higher than the experimental constant obtained from the degradation of pure glucose. The changes related to the effects of milling on the cellulose acid hydrolysis were successfully considered in the procedure. Finally, the observed good agreement between the simulated and the experimental data of glucose yield versus time proved that Monte Carlo simulation associated with a Markov chain is a flexible connection between cellobiose (model compound) and cellulose conversion reactions.

Une procédure de Monte Carlo a été developpée pour simuler l'hydrolyse acide de la cellulose é des températures élevées. Les informations cinétiques du composé modéle cellobiose ainsi que l'aspect morphologique de la cellulose incluant les zones crystallines, semi-amorphes et amorphes ont été estimés à partir des données expérimentales et introduits dans le programme FORTRAN. Dans notre modèle de I'hydrolyse acide de la cellulose, la rupture des liaisons glycosidiques et la dégradation du glucose sont considérées comme deux réactions successives et irréversibles. Pour toutes les températures, la constante cinétique de disparition globale du glucose utilisée dans notre modèle, a été supérieure à la constante cinétique expérimentale obtenue à partir des expériences de dégradation du glucose pur. Les changements reliés aux effets du broyage sur l'hydrolyse acide de la cellulose ont aussi été traités avec succés dans la simulation. Finalement, la concordance observée entre les valeurs simulées et les données expérimentales de la concentration du glucose produit en fonction du temps a prouvé que la simulation par des techniques de Monte Carlo associée à une chaine de Markov est un lien flexible entre le composé modèle celloboise et les réactions de conversion de la cellulose.