乙酰丙酸分離純化的理論及工藝研究.pdf

1、乙酰丙酸作為一種潛在的新型綠色平臺(tái)化合物,可從可再生生物質(zhì)資源制備.以農(nóng)作物秸稈或含纖維素的固體廢棄物為原料轉(zhuǎn)化成乙酰丙酸的非糧食路線具有重要的戰(zhàn)略意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值,產(chǎn)物分離是制備過程中的一個(gè)關(guān)鍵問題.鑒于乙酰丙酸分離純化方面研究的欠缺和弱堿樹脂提取分離有機(jī)酸的重要性及其理論研究的不成熟性,本文圍繞乙酰丙酸分離純化的理論和工藝這兩方面,開展了以下幾個(gè)方面的研究工作: 1.研究了乙酰丙酸在三種不同類型的弱堿樹脂(335、D30

2、1和D315)上的吸附平衡行為,并對(duì)其平衡模型和吸附過程的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:乙酰丙酸和弱堿樹脂通過形成酸堿復(fù)合物而產(chǎn)生吸附,其吸附量隨溫度或pH值的升高而減小,Toth方程是描述乙酰丙酸吸附平衡的理想模型.等量吸附熱為負(fù)值說明吸附為放熱過程,等量吸附熱隨吸附量的增大而增大. 2.研究了乙酰丙酸和主要雜質(zhì)成分甲酸在三種弱堿樹脂上的競爭吸附情況,結(jié)果表明酸性強(qiáng)的甲酸為強(qiáng)吸附組分,具有優(yōu)先吸附的能力,甲酸可有效地把吸附在

3、樹脂上的乙酰丙酸置換下來.單組分吸附等溫線方程通過理想吸附溶液模型(Ideal Adsorbed Solution,IAS)能很好地預(yù)測兩種酸在弱堿樹脂上的競爭吸附行為,IAS模型對(duì)強(qiáng)吸附組分甲酸的預(yù)測效果優(yōu)于乙酰丙酸. 3.通過間歇吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),采用考慮液膜傳質(zhì)的孔擴(kuò)散和平行擴(kuò)散模型,研究了乙酰丙酸在弱堿樹脂中的擴(kuò)散行為.雖然孔擴(kuò)散模型能較好的描述其動(dòng)力學(xué)行為,但是其表觀孔擴(kuò)散系數(shù)過大,有些情況下比分子擴(kuò)散系數(shù)還要大很多,不

4、符合多孔介質(zhì)內(nèi)的擴(kuò)散規(guī)律.平行擴(kuò)散模型能更好的描述乙酰丙酸的擴(kuò)散行為,所得到的表面擴(kuò)散系數(shù)隨初始濃度的升高而降低,并用Gilliland等提出的理論把表面擴(kuò)散系數(shù)和吸附熱隨吸附量的變化關(guān)聯(lián)起來. 4.利用固定床吸附裝置,考察了進(jìn)樣濃度、床層裝填高度和操作流速對(duì)乙酰丙酸在弱堿樹脂柱內(nèi)穿透行為的影響,并用考慮液膜傳質(zhì)、非線性Toth等溫線及不同內(nèi)擴(kuò)散機(jī)理的一般性速率模型預(yù)測實(shí)驗(yàn)穿透曲線.結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了平行擴(kuò)散的內(nèi)擴(kuò)散機(jī)理和表面擴(kuò)散

5、系數(shù)隨吸附量的增大而減小這一結(jié)論的正確性.固定床流體力學(xué)性能表明,Wilson-Geankoplis關(guān)聯(lián)式最適合用于預(yù)測本體系的液膜傳質(zhì)系數(shù);當(dāng)床層高度大于60倍樹脂顆粒直徑時(shí)軸向彌散可忽略,為理想活塞流,薄床層軸向彌散現(xiàn)象較嚴(yán)重,可用Chung-Wen關(guān)聯(lián)式估算軸向彌散系數(shù). 5.研究了從含乙酰丙酸的單糖水解液中提取乙酰丙酸的工藝路線,根據(jù)前期工作基礎(chǔ)和大量的實(shí)驗(yàn)探索,總結(jié)出工藝流程為:D301弱堿陰離子交換層析、AB-8大孔