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化合物,可從可再生生物質資源制備.以農作物秸稈或含纖維素的固體廢棄物為原料轉化成乙酰丙酸的非糧食路線具有重要的戰(zhàn)略意義和潛在的應用價值,產物分離是制備過程中的一個關鍵問題.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,并對其平衡模型和吸附過程的熱力學性質進行了分析.結果表明:乙酰丙酸和弱堿樹脂通過形成酸堿復合物而產生吸附,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成分甲酸在三種弱堿樹脂上的競爭吸附情況,結果表明酸性強的甲酸為強吸附組分,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)能很好地預測兩種酸在弱堿樹脂上的競爭吸附行為,IAS模型對強吸附組分甲酸的預測效果優(yōu)于乙酰丙酸. 3.通過間歇吸附動力學實驗,采用考慮液膜傳質的孔擴散和平行擴散模型,研究了乙酰丙酸在弱堿樹脂中的擴散行為.雖然孔擴散模型能較好的描述其動力學行為,但是其表觀孔擴散系數過大,有些情況下比分子擴散系數還要大很多,不

4、符合多孔介質內的擴散規(guī)律.平行擴散模型能更好的描述乙酰丙酸的擴散行為,所得到的表面擴散系數隨初始濃度的升高而降低,并用Gilliland等提出的理論把表面擴散系數和吸附熱隨吸附量的變化關聯起來. 4.利用固定床吸附裝置,考察了進樣濃度、床層裝填高度和操作流速對乙酰丙酸在弱堿樹脂柱內穿透行為的影響,并用考慮液膜傳質、非線性Toth等溫線及不同內擴散機理的一般性速率模型預測實驗穿透曲線.結果進一步驗證了平行擴散的內擴散機理和表面擴散

5、系數隨吸附量的增大而減小這一結論的正確性.固定床流體力學性能表明,Wilson-Geankoplis關聯式最適合用于預測本體系的液膜傳質系數;當床層高度大于60倍樹脂顆粒直徑時軸向彌散可忽略,為理想活塞流,薄床層軸向彌散現象較嚴重,可用Chung-Wen關聯式估算軸向彌散系數. 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,根據前期工作基礎和大量的實驗探索,總結出工藝流程為:D301弱堿陰離子交換層析、AB-8大孔