碳水化合物制备5-羟甲基糠醛反应体系研究进展

总结了5-羟甲基糠醛(HMF)的主要制备方法及反应机理,并着重对碳水化合物制备HMF的反应体系进行了分类讨论。当前用于碳水化合物转化制备HMF的反应体系,主要有批次反应体系和连续流动反应体系,其中批次反应体系可分为单相反应体系、双相反应体系和三相反应体系,连续流动反应体系可分为单相连续流动体系和双相连续流动体系。系统归纳了不同反应体系的特点和研究现状:双相体系可以实时分离HMF,减少副产物生成,在反应相中加入无机盐能显著提高HMF在两相中的分配系数;离子液体或低共熔溶剂作为反应相的制备体系存在如何高效回收和重复利用以降低生产成本的问题;连续流动反应体系在HMF制备中有许多优势,但在规模化生产中仍存在催化剂失活、副产物对系统运行稳定性的影响等问题。最后在分析了目前该领域研究所面临的挑战的基础上,对未来的应用前景和发展方向作了展望,以期为基础研究和产业化应用提供参考。

蒸汽蓄热器在市政污水处理厂热水解厌氧消化工艺中的应用设计

在日益严格的环保要求下,热水解厌氧消化工艺成为市政污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的途径之一。Cambi热水解工艺是全球工程化应用最成熟的工艺,由于其序批式反应机制,蒸汽系统负荷有较大波动,应用于热电联产系统中会导致锅炉负荷不稳定,可能产生锅炉故障等问题。以北京某污泥中心热电联产项目为例,为解决热电联产系统蒸汽负荷波动和蒸汽源产气波动的问题,采用3种方法计算了蒸汽蓄热器理论蓄热量和容积,综合比较确定蒸汽蓄热器设计容积为200 m^(3)。蒸汽蓄热器的应用可达到改善锅炉运行状况、提高锅炉运行热效率和供汽品质、均衡用汽负荷、热电联产稳定性等作用。通过对北京市政污水处理厂进行蒸汽蓄热器应用设计,可为蒸汽波动带来的运行问题和节能设计提供新的解决思路。

蛋氨酸CO_(2)酸化半间歇反应结晶动力学研究

针对海因法合成蛋氨酸工艺,利用间歇动态法、以蛋氨酸钾为原料研究了CO_(2)酸化条件下蛋氨酸的反应结晶过程,建立结晶动力学模型。通过矩量变化法求解粒数衡算方程,利用最小二乘法对数据多元线性回归得到结晶动力学参数。结果表明:晶体生长类型为粒度无关生长,晶体生长活化能为21.01 kJ·mol^(-1),成核与生长速率方程中过饱和度的指数分别为0.62和1.52,晶体聚结对结晶过程的影响不可忽略。气体表观速率、搅拌速率对晶体成核与聚结均有明显影响。高过饱和度与高搅拌转速不利于晶体平均粒径的增加。

聚乙烯填料序批式移动床生物膜反应器工艺处理低温市政污水效能研究

针对北方地区冬季低温脱氮效率低的问题,采用序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)对低温市政污水进行处理,并对不同规格的聚乙烯填料进行比较分析。结果表明,在水温9~12℃、pH 7~8、水力停留时间(HRT)48 h的条件下,SBMBBR在64 d启动成功,白色、黑色两种聚乙烯填料在运行7 d后有显著的生物膜,运行31 d后投加白色聚乙烯填料的反应器中化学需氧量(COD)、氨氮、总磷(TP)的去除率分别为83.6%、74.4%、60.8%,所以白色聚乙烯为最佳填料。优化参数后,确定反应器最佳缺氧时间为3 h,好氧时间为7 h;好氧段溶解氧(DO)保持在>6.0~7.5 mg/L,无填料反应器中HRT为82 h时最佳,而投加黑色聚乙烯填料的反应器和投加白色聚乙烯填料的反应器中HRT为42 h时最佳。

不同反应器中活性炭去除双酚A的吸附容量利用率研究

实验考察了活性炭在固定床、流化床和序批式反应器中吸附去除双酚A(BPA)的吸附规律和吸附容量利用效率。结果表明,对于固定床来说,进水流速越小、填充高度越高时,活性炭对双酚A的吸附去除效果更好,活性炭的利用率也更高。对于流化床,在总投加量一定的情况下,采用分次添加,可以进一步提高流化床中活性炭的容量利用率。序批式反应器由于有机械搅拌辅助传质,拥有各反应器中最优的活性炭容量利用率。本研究通过不同反应器吸附去除BPA的比较研究,为实际的废水吸附深度处理工艺的设计和设备选型提供了有价值的参考。

废旧橡胶双螺杆力化学脱硫过程及机理

利用自主研发的可动态观察和取样的双螺杆挤出机,用二硫代四甲基秋兰姆(TMTD)作为脱硫剂,对废旧橡胶的脱硫过程进行了研究,发现在力化学作用下可对其实现有效脱硫。在脱硫过程中,其凝胶含量和交联密度都是先减小后趋于不变,硫含量变化较小,相对分子质量呈现先增大后减小的变化。经螺杆第1段后,这些值变化较小,说明主要发生TMTD引发反应。出料段交联密度的上升,说明在该阶段发生了硫化返原,而硫含量的上升和相对分子质量分布的突然变宽,说明在该阶段还发生了主链降解和TMTD链终止反应。脱硫过程中力化学作用使得胶粉变成未脱硫、部分脱硫和完全脱硫的混合胶料。根据脱硫过程及拉曼光谱分析推测了力化学脱硫的可能机理。

某恒温间歇反应温度参数的模拟与热危险性的分析

为得到间歇反应的温度参数,以物料平衡及热量平衡为基础,借助工艺热风险的基础知识,以文献中给出的某恒温间歇反应为例,利用计算机编程技术对其反应过程中的温度变化进行了模拟,得到了反应器温度T_c,随时间的变化规律,且温度模拟情况与文献有良好的一致性。在此基础上,从工艺热风险的角度出发,对温度参数敏感性的问题进行了探讨,得出了反应器最佳冷却温度T_c。

甲苯一段半间歇硝化工艺的反应失控研究

通过自动化实验室反应量热器(RC1e)测试向混酸中滴加甲苯这一半间歇硝化过程中的反应量热数据,根据相关理论对该硝化反应进行初步的热危险及反应失控分析。采用等温条件下的反应量热器实验(RC1e)研究不同的工艺条件,如搅拌速度、加料速度和设定温度等参数对反应结果的影响,总结出最优工艺反应条件,推导出反应失控条件下的绝热温升和所能达到的最大温度等参数。分析结果表明:在设定的工艺条件下,采用半间歇反应可以使失控反应的严重度等级从中等降低到低等,在设定操作条件下假定反应失控所引发的最大温度是在工艺条件允许的范围之内,不具有很大的危险性。

制腈反应釜分段升温的多模式控制策略

提出一种制腈反应釜分段升温的多模式控制策略。针对制腈反应釜设定的升温曲线与控制要求,在反应前的预升温段采取软手操的方式达到快速升温;在过渡反应升温段采用PID调节实现平稳跟随;在决定产品质量的平稳升温段采取预测函数控制(PFC)提高控制精度。详细给出了方案设计与方案实施过程,探讨了方案切换时的波动问题。现场使用结果表明,该方案实时性好、超调小、过渡时间短,达到设计要求。

硝酸氧化仲辛醇液液非均相反应过程热危险性分析

利用反应量热仪器RC1分析半间歇操作下的硝酸氧化仲辛醇的反应放热过程,通过不同的反应温度、搅拌速率、加料时间等反应条件的变化,研究氧化反应过程中放热速率情况和热转化速率的变化趋势,推导出反应失控条件下的绝热温升和所能到达的最大温度等参数。分析结果表明:在室温下该反应就可以进行,随着反应温度的升高,反应放热速率加大;搅拌速率对非均相反应的影响明显;随着加料时间的延长,放热速率减慢,但会延长反应时间;综合分析判定其反应热失控,危险属于中度危险。

硫代苄基半胱氨酸反应结晶过程的研究

以L-半胱氨酸为原料,用N aOH溶液作为反应介质,乙醇作为氯化苄的稀释溶剂,进行流加操作反应结晶制备硫代苄基半胱氨酸.通过正交试验获得最佳的合成条件,氯化苄流加速率为0.73 mL/m in,半胱氨酸与氯化苄摩尔比为0.8¨1.0,反应温度为5℃,搅拌转速为250 r/m in,产物收率为91.26%.扫描电镜分析结果表明,用乙醇作溶剂流加操作下结晶形态远好于未加乙醇溶剂的晶行.得到了产物的初级成核速率方程和反应结晶达到拟稳态时晶体生长速率方程.

间歇反应过程的动态优化与集成控制

为达到间歇反应动态安全性能控制和产品质量控制的双重目标,采用动态规划方法求解间歇反应过程的优化问题,结合通用模型控制算法实现间歇过程的动态优化和集成控制.首先将间歇反应过程分解成动态优化模型及过程控制模型,然后通过动态优化与闭环控制策略集成,同时考虑不确定参数的影响,来提高间歇过程的产品质量及运行安全性.将该方法应用于连串放热反应的间歇过程,结果验证了其可行性和正确性.

苯和甲苯硝化及磺化反应热危险性分级研究

首先介绍了化工工艺热安全性的内涵,并从反应过程热危险性分析的方法学出发,介绍间隙、半间歇化学反应工艺热危险性分级研究的总体思路及方法。然后,围绕甲苯和苯的硝化、磺化反应,用全自动反应量热仪(RC1e)和加速度量热仪(ARC)测定其反应过程的绝热温升(△Tad)、目标反应所能达到的最高温度(TM)、分解反应最大速率到达时间(θD)等参数。运用风险评价指数矩阵法(方法1)和基于失控过程温度参数的热危险评估法(方法2)分别对其硝化和磺化反应过程的热危险性进行了分级评估。结果表明,这两种方法具有良好的一致性;给定工艺条件下甲苯和苯的一段硝化反应过程的热危险度等级较低;而磺化反应的热危险较高。尽管这两种方法还有一定的局限性,但对于间歇、半间歇合成工艺的本质安全化设计、工艺热危险性的评估具有重要的参考价值和实用意义。

基于核偏鲁棒M-回归的间歇反应过程混合模型辨识

提出了一种混合模型两步辨识策略,用以解决间歇反应过程的建模问题,并能够有效融合先验知识及过程数据信息。该策略将混合模型的同步辨识分解成为两个独立的步骤,首先确定混合模型的结构,并利用Tikhonov正则化方法实现间歇反应过程反应速率的精确估计;接下来采用核偏鲁棒M-回归(kernel partial robust M-regression,KPRM)算法建立过程变量与反应速率间的经验模型,从而有效抑制过程数据中离群点的影响。利用半间歇过程仿真实验对所提出的策略进行验证,获得了相比于传统方法更高的估计及预测精度。

基于反应基元的非线性系统灰箱建模方法

提出一种基于反应基元的建立复杂非线性系统模型的灰箱建模方法。首先根据先验知识及系统特性分析引入过程的初始反应基元,并以此为出发点建立结构逼近神经网络模型,实现基元之间的关联,赋予网络节点实际的物理意义;然后,通过提出的最小化预测误差,结合逐步回归分析方法选择最优反应基元,优化网络结构,建立起表示系统变量关系的灰箱模型。以实际橡胶硫化促进剂制备的间歇反应过程作为实验对象,建立以生成物浓度为输出的数学模型,达到较高的输出预测精度。

间歇反应控制系统的设计与实现

间歇反应由于主副反应竞争、放热剧烈、压力随温度急剧变化等特性,其控制始终是一个棘手的问题。选用过程与控制实验系统(MPCE)中的间歇反应作为对象,西门子过程控制系统(PCS7 BOX)作控制器,通过PCS7软件进行硬件和软件组态,设计并实现了间歇反应自动控制系统。该系统包括自动开车、正常生产控制、安全监控等3大部分。反应温度采用专家控制方法,进行温度分段控制。结果表明系统能够可靠有效地运行,很好地满足了工艺要求。

间歇式放热反应热失控临界参数及热安全性

间歇式反应系统为一非线性动态系统,在一定的操作区间内呈现参数敏感性。采用基于系统散度的热失控临界判据,对间歇式反应系统参数敏感临界值进行模拟计算,进一步证实了操作参数在参数敏感临界值附近变化时,参数的微小变化将引起温度的急剧变化。综合考虑间歇式反应器的参数敏感性及最大允许温度,提出反应安全运行的操作条件,并给出安全操作参数的计算步骤,最后采用H2O2氧化Na2S2O3的实验验证计算方法的有效性。

热动力学法研究间歇反应器中酶促反应动力学

用热动力学法研究了间歇反应器中单底物酶促反应动力学,并详细讨论了产物竞争性抑制作用对反应速率的影响.用微量热法研究了过氧化氢酶催化分解过氧化氢和精氨酸酶催化水解L-精氨酸的反应,实验验证了本文热动力学法研究间歇反应器中单底物酶促反应动力学的正确性.

酶解反应和膜分离耦合制备乳源抗菌肽

采用间歇式酶膜反应工艺水解牛乳蛋白制备抗菌肽,以金黄色葡萄球菌做指示菌,考察了酶膜耦合时间、底物浓度、加酶量、温度、pH值和出肽速率等因素对蛋白转化率的影响,并在单因素影响实验的基础上,通过正交实验进行工艺优化.结果表明:间歇式酶膜反应的最优工艺参数为耦合时间120 min,底物浓度2%,加酶量3%,温度30℃,pH7.5,出肽速率6 mL/min;在此优化条件下,蛋白转化率为0.293%,牛乳蛋白酶解产物的最小抑菌浓度为4.8μg/mL.该法通过消除产物抑制效应,有效地避免多肽过度降解,从而提高产物活性,较好地强化了反应过程,为酶法制备乳源抗菌肽提供一种更有效的方法.

基于LOPA研究半间歇反应器的风险

半间歇反应过程在工业生产中已经得到广泛地使用,但是国内目前对半间歇反应的安全性研究还不是很完善。本文通过反应失控时的绝热温升△T_(ad)来描述半间歇反应器发生事故的严重度,先利用HAZOP方法得到半间歇式反应器发生事故时的事故场景和原因,然后采用LOPA综合分析半间歇反应器的发生事故的可能性,最后根据风险矩阵判断风险是否可接受,为企业的风险管理和安全决策提供可量化的依据。