基于Aspen酯交换法异丙醇生产工艺过程模拟与节能分析

基于NRTL-RK热力学方法,采用甲醇钠固体催化剂,使用Aspen Plus对酯交换法异丙醇生产工艺进行模拟及节能优化设计。以年产五万吨异丙醇项目为基础,综合考虑反应平衡、后续分离难度以及原料成本等因素,使用反应精馏塔作为异丙醇合成反应器,塔釜出料为99.99 wt%异丙醇。基于反应精馏塔塔顶流出物的热力学特点设计变压精馏系统,实现回收副产品醋酸甲酯与原料甲醇的目标。使用热泵精馏技术与双效精馏技术分别对反应精馏系统与变压精馏系统进行节能改造,装置分别节能为60.2%与43.9%,对换热网络能量进一步集成,最终能耗下降59.2%。

钛酸四丁酯催化甲基丙烯酸甲酯与正丁醇酯交换反应动力学研究

由于设备腐蚀和环境污染等问题,甲基丙烯酸丁酯生产工艺逐渐倾向于更为经济环保的酯交换生产工艺。以钛酸四丁酯为催化剂,甲基丙烯酸甲酯与正丁醇通过酯交换法合成甲基丙烯酸丁酯的反应及机理进行了初步研究。首先,根据路易斯酸催化理论,在合理假设和简化的基础上对该反应的机理进行了分析,在此基础上分别建立了基于理想溶液和非理想溶液的动力学模型。通过酯交换反应实验,主要研究了反应温度、反应物初始物质的量之比和催化剂量等因素对反应速率的影响,并根据实验数据回归得到了动力学模型参数和反应的基本热力学数据。结果显示,该酯交换反应为吸热反应,标准摩尔反应焓为14.406 kJ·mol^(-1),正、逆反应活化能分别为70.2和51.1 kJ·mol^(-1)。通过模型计算值与实验数据的比较,证明了推导得到的动力学模型具有较高的可靠性,将为钛酸四丁酯催化甲基丙烯酸甲酯与正丁醇酯交换合成甲基丙烯酸丁酯反应提供一定的理论指导。

水热法制备ZrO_(2)催化甘油酯交换反应性能

采用水热法制备了ZrO_(2)催化剂,用于催化甘油(GLY)与碳酸二甲酯(DMC)酯交换反应合成碳酸甘油酯(GC)。考察了焙烧温度对催化剂性能的影响,并采用粉末X射线衍射(XRD)、N_(2)等温吸附-脱附、程序升温脱附(TPD)等手段对ZrO_(2)催化剂进行了表征。结果表明,ZrO_(2)催化性能高度依赖于其表面中强碱性位点密度,当焙烧温度为600℃时,所制备的ZrO_(2)-600催化剂表面中强碱性位点密度较大;在反应温度90℃下反应90 min, GLY转化率为96.1%,GC选择性为86.2%。重复使用第3次时,由于ZrO_(2)表面碱性位点密度减小、孔道坍塌以及部分ZrO_(2)样品溶解在DMC中,GLY转化率和GC选择性均显著下降。

富含sn-2位上α-亚麻酸的酶法酯交换二元油影响自发性高血压大鼠类固醇激素代谢的探索

该研究旨在探索富含sn-2位上α-亚麻酸的酶法酯交换二元油对自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rat,SHR)类固醇激素分泌代谢的调控机理,为评价该二元油生理功效并提供数据基础。实验选用7周龄SHR,分为空白、二元油、羊尾油脂、亚麻籽油和菜籽油组,添加10%不同油脂饲料饲喂3个月。ELISA法测定血脂、肝激酶和性激素含量;q-PCR和Western-blot法检测类固醇激素相关基因和蛋白质表达量。结果显示,与空白组比较,二元油组大鼠血中低密度脂蛋白胆固醇降低、高密度脂蛋白胆固醇提高(P>0.05),肝激酶无显著性差异(P>0.05);睾酮水平高于菜籽油组,无显著性差异(P>0.05);二元油组和羊尾油脂组类固醇激素合成急性调节蛋白(synthesis acute regulatory protein,StAR)、胆固醇侧链裂解酶(CYP11A1)和细胞色素P45017A(CYP17A1)等基因和蛋白质表达显著高于菜籽油组(P<0.05)。由此,可以得出酶法酯交换二元油与其原料羊尾油脂相似,通过改善血脂和肝机能缓解SHR的病症,从而提高睾酮分泌,对其类固醇激素代谢具有有益影响。

国产毕赤酵母菌脂肪酶催化酯交换制备零反式、低饱和人造奶油基料油

旨在低成本制备零反式、低饱和人造奶油基料油,以高油酸葵花籽油和棕榈硬脂为原料油,采用国内外9种脂肪酶为催化剂催化酯交换制备人造奶油基料油,以固体脂肪含量(SFC)和滑动熔点为考察指标,筛选出一种经济且高效的脂肪酶,采用单因素实验和响应面法优化其酶促酯交换的反应条件,并对比酶促酯交换反应前后油脂的脂肪酸组成、甘三酯(TAG)组成以及热力学性质。结果表明:国产毕赤酵母菌脂肪酶价格低廉且催化活性高;酶促酯交换最优工艺条件为酶添加量17%、反应时间28min、反应温度48℃;在最优条件下进行10倍放大实验,其5、25℃时的SFC分别为22.35%、11.67%;与酯交换前相比,酯交换产物的脂肪酸组成无显著变化,TAG由U3和S3型向S2U和SU2型转化,酯交换率为76.40%,中间熔点的TAG含量增加,高熔点和低熔点TAG含量降低,熔化所需热量减少,利口爽滑感更强。因此,国产毕赤酵母菌脂肪酶价格低廉,适宜作为酶促酯交换制备零反式、低饱和人造奶油基料油的催化剂。

酶促酯交换反应中金属有机框架固定化脂肪酶研究进展

酶促油脂转化为脂肪酸酯能同时满足食品安全和“双碳”战略的需求,然而游离脂肪酶性质脆弱、回收难、成本高等弊端限制了其大规模工业化应用。利用多孔材料为载体固定化脂肪酶能够克服上述问题,合理设计载体结构和功能是脂肪酶固定化的关键。金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)因孔径可调、易修饰、生物相容性好等优势成为固定脂肪酶的优良载体。该文首先介绍了MOFs的种类及其不同的合成方式,并论述其优缺点,再详细阐明脂肪酶在MOFs上的固定化方法,最后对MOFs-脂肪酶作为催化剂在酯交换反应中的应用进行讨论与总结归纳,为固定化酶及油脂转化提供理论和技术支撑。

K/KCC-1催化碳酸二甲酯和乙醇酯交换合成碳酸甲乙酯

以水热合成法制备的树突纤维状二氧化硅(KCC-1)为载体、乙酸钾为前驱体,采用等体积浸渍法制备了不同K理论负载量(x,x为K与Si物质的量的比值,分别为0.3、0.5、0.7、0.9、1.1)的固体碱催化剂(x K/KCC-1)。采用XRD、FTIR、BET、CO_(2)-TPD和SEM对x K/KCC-1进行了表征,评价了其对碳酸二甲酯(DMC)和乙醇进行酯交换反应合成碳酸甲乙酯(EMC)的催化性能。结果表明,x K/KCC-1具有2种碱性位,分别是由K_(2)SiO_(3)提供的弱碱性位和由K_(2)CO_(3)提供的中强碱性位,且随着K理论负载量的增加,弱碱性位点逐渐下降,中强碱性位点逐渐增强,催化剂的反应活性增强。K理论负载量≤0.9的x K/KCC-1仍保持KCC-1的树突纤维结构,使反应物分子能够较好地扩散到活性位点上,0.9K/KCC-1具有最高的催化活性。在反应温度为80℃、反应时间为5 h、乙醇与DMC(4.494 g)的物质的量比为4∶1、0.9K/KCC-1用量为DMC质量的5%的最佳反应条件下,DMC的转化率为91.0%,EMC的选择性为95.5%,且其具有良好的循环稳定性,重复使用5次后,DMC的转化率为86.7%,EMC的选择性为95.2%。

酯交换法生物柴油的研究现状及进展

为解决全球石化能源危机,受国家绿色环保政策的引导,人们大力发展新型环保替代燃料生物柴油。此生物柴油具有原料来源广、成本低、加工难度低等优点。化学催化酯交换法是目前制备生物柴油最有效的方法,反应过程简单、便于实际操作,相对其他制取生物柴油的方法而言更加经济高效。本文在简述酯交换法反应机理的基础上,详细介绍了酯交换法的不同种类催化剂及其催化研究现状,并对酯交换法制备生物柴油的未来发展趋势进行了讨论和分析。

均相和非均相催化微藻脂质提取和酯交换制备生物燃料的研究进展

随着化石燃料燃烧导致的二氧化碳排放不断加剧气候变化,且化石燃料储量日益减少,寻求可再生能源已成为一项紧迫的任务.其中,藻类衍生可持续燃料因具有成本优势和可运输性,在解决全球能源危机方面展现出广阔前景,备受关注.利用化学转化技术从微藻中提取脂质,并通过酯交换反应可以将其转化为脂肪酸甲酯,是生产绿色生物燃料的有效途径.这一过程涉及游离脂肪酸、磷脂和甘油三酯的提取,并且生产过程能耗低,成为满足日益增长的能源需求的一种理想解决方案.本文综述了微藻脂质提取和酯交换制备生物燃料的相关研究进展.首先,介绍了微藻脂质的提取方法,包括溶剂提取法、索氏提取法、布利格和戴耶法、超临界二氧化碳提取以及离子液体溶剂法等,并分析了各方法的优缺点.随后,重点阐述了酯交换技术在微藻脂质转化中的应用,包括酸碱催化、酶催化以及原位酯交换反应等,并探讨了这些技术的反应机理、催化剂选择、反应器设计以及生物油生产工艺等方面的研究进展.通过综述上述研究进展,为微藻脂质的生产和应用提供了理论指导.研究表明,通过优化催化剂种类、反应条件以及提取方法,可以有效提高微藻脂质的转化效率和生物油品质.同时,本文也指出了当前微藻脂质生产中面临的挑战,如微藻栽培和生长条件优化、高效转化技术的开发等.随着可持续能源日益受到重视,微藻脂质作为一种可再生能源具有巨大的发展潜力.未来研究应进一步关注微藻的规模化栽培、生长条件优化以及高效转化技术的研发,以提高微藻脂质的产量和品质.同时,应进一步推动和实现微藻生物燃料的实际应用,从而为应对气候变化和能源危机提供有效的解决方案.

ZnO催化草酸二甲酯和无水乙醇酯交换合成草酸二乙酯

合成了不同形貌的ZnO样品,将其作为催化剂用于催化草酸二甲酯(DMO)和无水乙醇(EtOH)酯交换法合成草酸二乙酯(DEO)反应。采用XRD、N_(2)低温物理吸附、XPS、SEM和CO_(2)-TPD对催化剂进行了表征,讨论了ZnO形貌与其催化活性之间的构效关系,考察了反应条件对DMO转化率和DEO选择性的影响,并探究了催化剂重复使用后失活的原因和反应动力学。结果表明,DMO与无水乙醇的酯交换反应活性与ZnO形貌密切相关,其中,花状微球ZnO(ZnO-f)的催化活性最高,在最优条件下〔DMO 1.18 g、n(EtOH)∶n(DMO)=12∶1、ZnO-f用量为DMO质量的2.0%、反应温度80℃、反应时间120 min〕,DMO转化率和DEO选择性分别为99.8%和75.8%。催化剂循环使用4次后,DEO选择性降至25.7%,Zn(OH)_(2)的生成导致总碱性位数量急剧下降和氧空位的丧失是催化剂失活的原因。DMO和无水乙醇在ZnO-f表面的酯交换反应活化能为35.6 kJ/mol,ZnO-f表面存在的丰富中强碱性位活化了DMO和无水乙醇酯交换反应,强碱性位的存在则会抑制该反应的进行。

熔融酯交换法绿色制备聚碳酸酯及抗菌改性

为了降低光气法合成聚碳酸酯(PC)过程中对环境的危害并解决熔融酯交换合成PC分子量较低的难题,以碳酸二苯酯和双酚A为原料,通过聚合工艺的控制提高PC的分子量。而且,为了提高PC的抗菌性能并提高抗菌剂的耐热性,合成不同氟碳链长度的全氟烷基链改性季膦盐抗菌剂,并采用热压成型制备PC抗菌薄膜。以PC的分子量为目标,优化了PC的聚合工艺,表征了PC及抗菌剂的结构,测试了抗菌剂的热稳定性,研究了PC抗菌薄膜的透光率与抗菌性能。结果表明,合成PC的最佳工艺为酯交换时间10 min、在250℃下缩聚40 min,可得到数均分子量超过12 000的PC;季氟己基膦盐抗菌剂具有良好的热稳定性,可以与PC通过热压法制备透光率最高为89%的抗菌薄膜;含4份季氟己基膦盐的PC薄膜具有最佳的抗菌效果,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别达到95%与94%。抗菌PC薄膜的合成绿色环保且抗菌性能优异,为食品包装提供更安全的解决方案。

K_(2)O/MgFe_(2)O_(4)磁性固体碱催化剂的制备、表征及催化酯交换制备碳酸甘油酯

为了解决生物柴油制备过程中副产物甘油过剩、碳酸甘油酯产率低和催化剂回收困难的问题,以聚乙二醇600(PEG-600)为模板和分散剂,采用溶胶凝胶法制备镁铁氧体(MgFe_(2)O_(4)),以其为载体,KNO3为活性组分前驱体,采用浸渍法制备K_(2)O/MgFe_(2)O_(4)磁性固体碱催化剂。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、CO_(2)程序升温脱附(CO_(2)-TPD)和磁性分析对催化剂进行表征,并将催化剂用于甘油与碳酸二甲酯酯交换制备碳酸甘油酯的反应中,考察其催化性能。结果表明:制备的K_(2)O/MgFe_(2)O_(4)形成了K-Fe-Mg键,K_(2)O/MgFe_(2)O_(4)表面呈霉菌状,具有较多的中强碱位点和强碱位点,且具有较好的磁性;在PEG-600加入量10 g(硝酸镁1.5 g、硝酸铁4.71 g)、反应温度105℃、反应时间2 h、催化剂用量3%、甘油与碳酸二甲酯物质的量比1∶2的条件下,甘油转化率可达到99.53%,碳酸甘油酯产率可达到96.36%,且制备的催化剂重复使用性能良好,在重复使用5次后,碳酸甘油酯产率仍可达80.14%。综上,所制备的催化剂具有高甘油转化率、高碳酸甘油酯产率、重复使用性能高(通过外部磁场即可回收)等优点,有望实现工业化。

DMS与BDO酯交换法制备PBS的聚合工艺探索

以DMS和BDO为原料,采用酯交换法制备了高分子量的PBS,研究了制备PBS的最佳工艺条件和最佳工艺的物料性能。采用吹膜及注塑工艺制备了PBS薄膜和样条,得到最佳工艺的样条性能。

酯交换法联产丙二醇工艺优化的研究

研究了酯交换法联产丙二醇精馏单元工艺优化的问题。首先介绍了目前酯交换法联产丙二醇的原理和工艺流程,针对现实丙二醇精馏过程中容易堵塞的问题,从调整丙二醇精馏提纯及碳化生产装置的工艺参数、优化现有工艺流程入手,最终使得丙二醇精馏工艺的稳定性和连续性得到了提升,从而提高丙二醇生产效率。

碳酸乙烯酯与甲醇酯交换反应合成碳酸二甲酯研究

对碳酸乙烯酯(EC)和甲醇酯交换反应进行研究,通过间歇法筛选出甲醇钠作为催化剂时反应效果最佳,在此催化剂基础上进行连续精馏反应,对影响连续精馏反应的温度、空速和催化剂用量等进行了工艺条件优化,得到在釜底温度80℃,EC与甲醇摩尔比为1∶13,催化剂用量0.3%,回流比(L/D)为3∶1,空速1.94 h-1,提馏段上部进料时,塔底EC转化率达98.7%,乙二醇(EG)选择性达99.9%,塔顶碳酸二甲酯(DMC)含量达28.2%,DMC选择性达99.9%,反应效果较好,为工业化应用提供基础。

硫化酯交换黑水虻油脂的制备及其摩擦学特性

为解决矿物润滑油带来的环境污染问题,开发1种高度可生物降解润滑油至关重要.以黑水虻油脂为原料通过酯交换反应和硫化反应制备了硫化酯交换黑水虻油(STBSO)润滑油添加剂.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对其结构进行了表征,考察了STBSO对基础油150N黏温性能、氧化安定性和抗腐蚀性能的影响.利用四球摩擦试验机和SRV摩擦磨损试验机研究了STBSO对基础油150N极压抗磨性能的影响,并与商用硫化植物脂肪酸酯添加剂RC2411进行了比较.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDAX)分析了钢球磨损表面形貌和元素组成,结合X射线光电子能谱(XPS)分析,探究了STBSO的抗磨机理.结果表明:STBSO作为润滑油添加剂可以有效提高基础油150N的黏温性能和氧化安定性,向基础油150N中添加质量分数为5%的STBSO后腐蚀等级为1b.当STBSO的质量分数为5%时,润滑油的抗磨性能较优.在相同的质量分数和载荷下,STBSO的摩擦学性能优于RC 2411.

密实化方式对废弃聚酯纺织品的醇解及酯交换产物的影响

废弃聚酯纺织品的密实化方式是影响聚酯醇解、酯交换过程中反应效率及成本的关键因素。采用强力搅拌摩擦、高温熔融和螺杆加热挤出3种不同密实化方式将废弃聚酯纺织品制成泡料、熔融料和熔融挤出料,使用乙二醇解聚3种废弃聚酯原料,将醇解产物与甲醇通过酯交换反应制得再生对苯二甲酸二甲酯(DMT),研究不同密实化方式对废弃聚酯纺织品的醇解及酯交换产物的影响。结果表明:在相同醇解条件下,泡料、熔融料、熔融挤出料在120 min内分别达到了99.2%、99.0%和98.2%的最大解聚率以及69.7%、68.8%和65.2%的对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)收率,醇解产物的主要成分为BHET及其二聚体,低聚物的含量随着解聚程度的增加而降低;3种醇解产物与甲醇在相同条件下进行酯交换反应,泡料、熔融料和熔融挤出料的DMT收率在2.5h内分别达到81.2%、76.8%和72.2%,3种酯交换产物经4次甲醇重结晶纯化后DMT的含量均高于99%,能够满足下游高性能再生聚酯产品的要求。研究结果为再生聚酯行业中选择适宜原料提供了有价值的参考。

高油酸花生油酶促酯交换合成类可可脂工艺优化

为促进高油酸花生油的高值化利用,在无溶剂体系中以高油酸花生油为原料,棕榈酸乙酯、硬脂酸乙酯为酰基供体,酶促酯交换合成类可可脂。以目标甘三酯1,3-二棕榈酸-2-油酸(POP)、1-棕榈酸-2-油酸-3-硬脂酸(POS)、1,3-二硬脂酸-2-油酸(SOS)含量,硬脂酸指数和酰基位移率为评价指标,在单因素实验的基础上采用响应面法对酶促酯交换合成类可可脂的工艺条件进行优化。结果表明:酶促酯交换合成类可可脂的最佳工艺条件为硬脂酸乙酯与棕榈酸乙酯物质的量比1.3∶1、酰基供体与高油酸花生油物质的量比12∶1、加酶量2.7%(以底物质量计)、反应温度60℃、反应时间7 h,在该条件下产物甘三酯中POP、POS、SOS的含量分别为14.55%、48.87%、25.17%,硬脂酸指数为0.56,酰基位移率为7.35%。产物的目标甘三酯组成和脂肪酸组成与可可脂相近,可作为可可脂替代品应用。

高油酸花生油酶促酯交换制备1,3-二棕榈酸-2-油酸甘油三酯

旨在为可可脂生产提供新的基料油,同时为高油酸花生油的高值化利用提供研究基础,以高油酸花生油和棕榈酸乙酯为原料,脂肪酶NS40086为催化剂,在无溶剂体系下酶法合成1,3-二棕榈酸-2-油酸甘油三酯(POP)。采用单因素实验研究反应条件对POP含量、酰基位移、sn-2位油酸相对含量的影响,并采用响应面法进行优化。结果表明:高油酸花生油酶促酯交换制备POP的最佳反应条件为反应时间3 h、底物(棕榈酸乙酯与高油酸花生油)物质的量比11∶1、酶添加量(以底物总质量计)3%、反应温度50℃,在此条件下POP含量为86.48%,酰基位移为3.25%,sn-2位油酸相对含量为72.88%。

锂基催化剂在酯交换合成碳酸二甲酯方面的性能研究

以Li为主要活性组分,采用沉淀法制备了LiAl催化剂,通过引入不同的金属元素(Mg、La、Ce和Y)对LiAl催化剂进行改性,同时对催化剂进行了XRD、TG-DTG、CO_(2)-TPD和BET表征,考察LiAl摩尔比、焙烧温度对甲醇和碳酸丙烯酯(PC)酯交换合成碳酸二甲酯(DMC)反应活性的影响。结果表明,催化剂Li/Al摩尔比为3∶1,焙烧温度为500℃时,催化剂具有最高的反应活性。其中,LiYAl催化剂在反应条件为65℃,甲醇和PC的醇酯摩尔比为10∶1,催化剂用量为2%的条件下反应2 h,DMC的产率为59.2%,重复使用4次后,仍具有较高的产率。