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%。

丙酮丁醇梭菌生物膜结构与组成分析

丙酮丁醇梭菌在固定化连续发酵中可固定到纤维载体上形成生物膜(BF),开展BF的结构与组成分析工作是将BF应用于发酵,进一步提高发酵性能的基础。结合电子显微分析,发现丙酮丁醇梭菌细胞黏附、聚集、堆积,被分泌的胞外基质(EPS)包裹形成一个三维网状结构。经酶降解,发现BF由细胞和EPS组成,EPS中含有胞外蛋白、多糖、核酸和脂类等物质,多糖为主要网络结构支撑。结合细胞数目与细胞干重之间具有线性关系的假设,发现BF中微生物细胞含量为2.26%~3.38%;对EPS组成进行特异性生物或化学方法处理,测得胞外多糖在BF干重中含量最高,约达36.09%,蛋白、核酸和脂类含量分别约占23.86%、4.05%和10.85%。

渗透汽化-酯化反应耦合生产乙酸乙酯过程模拟与分析

为了解决乙酸乙酯生产过程中转化率低的问题,提出渗透汽化-酯化反应耦合技术。首先利用Aspen Custom Modeler(ACM)软件建立内置式连续性渗化膜反应器(PVMR)模型并进行验证,然后利用Aspen Plus考察反应温度、进料酸醇比、膜面积与反应液体积比对PVMR过程性能的影响。结果表明,乙醇转化率增量与反应温度之间呈正相关性;随着进料酸醇比增大,乙醇转化率增量呈先增大后减小趋势;增加膜面积与反应液体积比能促进PVMR性能。在反应温度90℃,进料酸醇比为2,膜面积与反应液体积比为100 m^(-1)时,PVMR过程乙醇转化率为82.4%。研究结果为PVMR生产乙酸乙酯节能集成工艺开发提供基础和参考。

带组分循环反应精馏合成丙酸正丙酯过程优化设计与控制

针对反应体系存在最不利挥发度序列的反应精馏难操作问题,提出带组分循环的反应精馏工艺,以过量正丙醇与丙酸酯化反应生产丙酸正丙酯为对象,构建了一种正丙醇循环的反应精馏工艺。通过热力学分析确定丙酸正丙酯和正丙醇二元体系存在夹点,系统研究了正丙醇循环纯度(X_(ProOH))对反应精馏集成过程的影响,并以年度总成本(TAC)为优化目标,通过序贯优化法确定反应精馏塔及回收塔的操作参数和结构参数。结果表明,当X_(ProOH)=0.80时,达到反应精馏塔反应过程和回收塔分离过程之间的权衡,获得TAC最小的工艺过程参数。此外,进一步提出一种组成/温度-比例控制方案,研究了闭环系统中引入±10%丙酸进料流量扰动时动态响应性能,结果表明该控制方案具有较好的抗干扰能力。

薰衣草精油与总黄酮的超声波辅助综合提取

将薰衣草干花粉碎,首先采用超声波辅助水蒸气蒸馏法提取薰衣草精油,考察料液比、超声温度、超声时间、蒸馏时间及无机盐对精油提取率的影响,优化后的精油提取工艺为以30 g/L Na_2SO_4水溶液为提取剂,料液比为1 g∶12 m L,50℃下浸泡2 h,随后超声处理40 min,蒸馏2 h。在此条件下,薰衣草精油的提取率高于2.00%。对提取后的残渣采用乙醇溶液超声波辅助提取薰衣草总黄酮,经正交设计优化,残渣中总黄酮的单次提取率为8.72%,经过2次提取可将总黄酮的提取率进一步提高至11.81%。该方法提高了薰衣草资源的利用率,有利于降低薰衣草产品的制备成本。

新型涡流分级机分级区流场特性数值模拟研究

为获取新型涡流分级机分级区流场分布情况,在分析涡流分级机空气流动特性的基础上,采用计算流体动力学软件ANSYS CFX14.5对不同转速下环形区和转笼两区域各速度与转笼转速间关系进行了模拟。通过模拟可得:转笼转速大小影响环形区速度场稳定,并将导致转笼叶片间产生惯性反旋涡现象,存在一定范围的转速可使分级区的气流场稳定,从而使分级机的分级效率提高,最后,通过物料实验表明,模拟结果与实验结果相吻合。数值模拟对选择分级机合理的操作参数控制提供了一定的理论依据。

柠檬酸发酵生产中玉米原料预处理工艺的条件优化

为了获得发酵生产柠檬酸中玉米粉原料预处理最佳的工艺条件,采用单因素试验和正交试验,系统分析了液化温度、液化p H、加酶量等因素对残渣淀粉含量、清液总糖含量、DE值、酶解效率等的影响。结果表明:随着液化温度的上升,DE值、残渣淀粉含量的变化呈现显著下降趋势,过滤速度呈现加快的趋势。95℃液化温度对改善DE值、过滤速度和残渣淀粉含量最有利,90℃时酶解效率最高。正交试验结果显示发酵产柠檬酸玉米原料预处理最佳条件为液化温度95℃、调浆p H 5.4、淀粉酶加量0.5 kg/t,该预处理条件能有效提高粮食利用率。

“背包式”反应精馏生产乙酸环己酯工艺的模拟研究

采用"背包式"反应精馏集成(DCSR)工艺,对环己烯(CH)与乙酸(AA)加成酯化合成乙酸环己酯(CA)的反应进行研究,固定CH与AA的进料量均为10 kmol/h,规定塔釜产品中CA含量为99.5%(w),以年度总成本(TAC)为评价指标,通过Aspen Plus流程模拟软件考察了主要操作条件及集成结构对DCSR过程的影响。实验结果表明,最佳的工艺条件为:再沸器热负荷(Q_R)为0.51 MW、提馏段塔板数为3、侧反应器台数为2、总催化剂装填量为2 300 kg、催化剂在上下两台侧反应器中的分配系数分别为0.44和0.56。在该条件下,集成过程具有最小TAC约2.82×10~6 Yuan/a,相较于传统工艺,DCSR工艺的Q_R减小近8.9%,催化剂用量减少了42.5%,TAC节省了18.9%。

压蒸工艺参数对粉煤灰-石灰体系水热反应产物形成的影响

通过X线衍射(XRD)分析、热分析等方法分析粉煤灰-石灰体系在压蒸工艺条件下产物的形成,采用盐酸选择性溶解法对压蒸试样中粉煤灰反应程度进行定量分析,结合压蒸试样中石灰的反应程度,对水热反应产物生成量进行定量计算。结果表明:在粉煤灰-石灰压蒸体系中,发生水热反应生成水化硅酸二钙(C_2SH)、水化铝酸三钙(C_3AH_6)、水化石榴石(C_3ASH_4)等产物。粉煤灰配料为78%的压蒸试样,当压蒸工艺参数从4 h、120℃提高至6 h、160℃时,粉煤灰反应程度提高了50%,CaO反应程度提高了32.59%,其游离CaO(f-CaO)质量分数降低了46.49%,此时C_2SH形成量范围从6.94%~17.69%提高至13.87%~17.46%,C_3ASH_4的形成量范围从2.91%~5.99%提高至15.03%~16.08%。确定最佳石灰掺加比例是22%,最佳压蒸工艺参数为140℃、8 h或160℃、6 h以上。

白云质岩石中酸不溶物对碱白云石反应的影响

采用激光共聚焦显微镜(LSCM)、背散射电子显微镜(BSEM)、滴定分析和X线衍射等分析了岩石中酸不溶物(AIR)与白云石的分布、浸泡于碱溶液中的岩石柱内部的OH-含量和去白云化反应(ADR)生成的水镁石的含量。结果表明:OH-优先由岩石的酸不溶物富集区域迁入岩石内部,酸不溶物富集区域的去白云化反应程度高于非酸不溶物富集区域。酸不溶物的含量越高,OH-的迁移越容易。连续分布的酸不溶物更有利于OH-在岩石中迁移。

氢氧化钠煅烧活化锅炉底渣的实验研究

为了确定锅炉底渣的最佳煅烧活化条件,以氢氧化钠为活化剂对锅炉底渣煅烧活化工艺做了研究。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征观察了锅炉底渣的微观形貌和锅炉底渣中矿物组成,采用滴定法测定不同煅烧活化条件下所得的活化产物中氧化铝与二氧化硅的溶出率,确定了锅炉底渣的最佳煅烧活化工艺参数:锅炉底渣与NaOH的质量比为1∶1.2、煅烧温度为700℃、保温时间为2.5 h、升温速率为4℃/min。在此工艺条件下,锅炉底渣中莫来石和石英相基本消失,转化为可溶性的硅铝酸钠,锅炉底渣得到充分活化,锅炉底渣中硅铝溶出率最佳。

PVAc对MMA基混凝土修补材料收缩性能的影响

针对MMA基混凝土修补材料固化时的高收缩性,研究了低收缩剂PVAc对MMA基混凝土修补材料固化收缩的改善作用。采用红外光谱分析(IR)、扫描电镜分析(SEM)、体积收缩和黏结强度实验对改性修补材料进行了结构和性能分析。结果表明:当PVAc树脂溶液掺量为12%时,MMA基混凝土修补材料的体积收缩率最低,为3.5%;改性修补材料黏结强度最高达到4.8 MPa,断裂面产生在砂浆试件内部。阐述了低收缩添加剂减缩机理,PVAc颗粒在修补材料固化时,周围产生微孔隙,从而减少固化收缩。

水泥中MgO膨胀剂水化产生的膨胀应力表征

本文研制了一套膨胀应力测试装置,并以此为基础测试了约束条件下MgO膨胀剂(MEA)压实体和掺MgO膨胀剂水泥浆体中水化产生的膨胀应力;采用X射线衍射法定量分析了MgO的含量,并计算MgO的水化程度。结果表明:活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂压实体水化22d产生的膨胀应力分别为38.9MPa和62.7MPa;掺水泥浆体的膨胀应力随MEA掺量增大、MEA活性指数提高和MgO水化程度增加而增大,不掺MgO膨胀剂的水泥浆体63d时的收缩应力为1.3MPa,掺12%活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂水泥浆体在63d时的膨胀应力分别为1.8MPa和3.0MPa。

方解石颗粒尺寸对白云质灰岩中碱白云石反应的影响

探讨了白云质灰岩中方解石基质对Na^+在岩石中迁移及其对碱白云石反应的影响。采用图像分析法测定不同白云质灰岩样本中方解石颗粒的尺寸,采用N_2吸附法测定岩石孔径分布,采用火焰光度计测定养护在80℃、1mol/L NaOH溶液中岩石柱内部的Na^+含量,采用X-射线内标法定量分析白云质灰岩中碱白云石反应(ADR)生成的水镁石含量。结果表明,白云质灰岩TS-1、TS-2、GS-2及FHS-1中方解石颗粒中位径分别为4μm、12μm、15μm和33μm;方解石颗粒越小,迁移到岩石内部的Na^+含量越高,岩石中白云石的碱白云石反应程度越高。

基于低品位菱镁矿和白云石的MgO膨胀剂制备与膨胀性能研究

采用以SiO2为主要杂质组分的低品位菱镁矿和能够提供CaO的白云石为原料,探讨不同煅烧制度下制备MgO膨胀剂(MEA)的可行性。结果表明,延长煅烧时间有利于矿物分解和固相反应,相同掺量下,900、950和1000℃下用莱州低品位菱镁矿制备的MEA砂浆试件膨胀率比850℃下制备的MEA砂浆试件膨胀率大,且950℃保温0.5 h时,掺4%、6%、8%和10%莱州低品位菱镁矿制备的MEA砂浆试件膨胀率较其它温度下制备的MEA膨胀率大;900℃煅烧温度以上用莱州低品位菱镁矿制备的MEA砂浆试件膨胀率比相同掺量的用海城低品位菱镁矿制备的MEA砂浆试件膨胀率大。

K^＋和Na^＋在C3S-纳米SiO2浆体上的吸附和脱附特性

采用分析纯试剂合成的C_3S和纳米SiO_2水化制备浆体,利用ζ-电位仪、X-射线衍射仪和N2-吸附脱附表征浆体的电性能、物相组成和比表面积,研究了用去离子水拌合的浆体对K^+和Na^+的吸附与脱附性能和用碱溶液拌合的浆体持留K^+和Na^+的能力。结果表明:在碱溶液中,采用去离子水拌合的C_3S-纳米SiO_2浆体粉末吸附K^+和Na^+的量随碱溶液浓度的升高而增大;采用碱溶液拌合的浆体粉末经去离子水充分洗涤后,浆体中仍残留部分K^+和Na^+。纳米SiO_2掺量越大,浆体对K^+和Na^+的吸附能力越大。采用去离子水拌合的C_3S-纳米SiO_2浆体粉末对K^+和Na^+的吸附主要是物理吸附。浆体对K^+和Na^+的吸附无明显选择性。

合成3-乙氧基丙酸乙酯的K_2O/Al_2O_3催化剂活性组分流失途径研究

以γ-Al_2O_3为载体,KNO_3为前驱体,制备了不同负载量的固体碱催化剂K_2O/Al_2O_3,并用于丙烯酸乙酯(EA)和乙醇加成制备3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)反应研究。XRD、FT-IR、N_2吸附-脱附和CO_2-TPD表征结果表明,K_2O/Al_2O_3具有强弱两种碱性位,分别是KNO_3高温焙烧下分解生成的强碱性位K_2O和KNO_3与载体相互作用形成的弱碱性位K-O-Al;提高KNO_3负载量可增加催化剂碱量,但破坏载体结构,降低催化剂比表面积和孔容。加成反应结果表明,30%(wt)K_2O/Al_2O_3具有最高的催化活性,当反应温度为70℃,乙醇和EA摩尔比为6:1,催化剂用量为EA的10%(wt)时,EA的转化率为53.6%,EEP的选择性为98.8%。重复性实验表明,强碱性位中的K_2O与乙醇发生反应生成乙醇钾,进一步溶解于反应液,导致活性位流失,催化剂重复使用活性显著降低。将流失的钾再次浸渍负载到失活催化剂上,可以恢复失活的催化剂活性。因此,开发直接稳定乙醇钾的固体碱催化剂是重要的研究方向。

带侧线反应精馏-渗透汽化生产乙酸乙酯集成过程模拟与分析

针对乙酸酯化法生产乙酸乙酯分离过程复杂、能耗大的缺点,提出了一种带侧线反应精馏-渗透汽化(RDPV)集成过程。通过反应精馏塔侧线采出和渗透汽化膜组件及时移出水分,促进酯化反应向正反应方向进行,在达到乙酸高转化率的同时使乙酸乙酯产品达到高纯度。研究了反应精馏塔侧线采出位置、采出比、反应段塔板数、精馏段塔板数以及膜组件个数等对年度总成本(TAC)的影响,获得了TAC达到最小的过程参数。与传统双塔精馏分离过程对比,RD-PV集成过程节省能耗26.6%,但膜材料价格对RD-PV集成过程的TAC有较大影响,随着渗透汽化技术的成熟,当膜材料价格低于1913 CNY·m-2时,RD-PV集成过程在经济上占据优势。

“背包式”反应精馏集成过程研究进展

"背包式"反应精馏是一种反应器与精馏塔既相互独立又相互耦合的离散集成技术。由于反应与分离处于不同空间位置,能够突破传统反应精馏对工况的限制,拓宽应用范围,且便于工程放大。本文综述了国内外"背包式"反应精馏从基础到应用的研究概况。从转化率、选择性、塔内温度、组成分布等方面,分析了"背包式"反应精馏与传统反应精馏的等效性,指出"背包式"反应精馏的优势在于工况的灵活选择利于实现反应与分离能力的最佳匹配。介绍了"背包式"反应精馏在稳态模拟与优化、动态模拟及控制等方面的研究进展,并从不同工况反应与精馏集成技术的应用、便捷的催化剂装填与反应器设计应用两个角度归纳了该技术的应用进展。最后,从优化设计理论、先进控制方法、能量综合利用以及强化酶催化反应等方面对"背包式"反应精馏进一步的研究与应用进行展望。

C3S浆体的ζ电位研究

采用分析纯试剂合成的C_3S和纳米SiO_2水化制备浆体,应用X-射线衍射仪(XRD)、场发射电镜(FESEM)和红外光谱分析(FTIR)分别表征了C_3S浆体的物相组成、微观形貌和分子结构。研究了浆体分散在不同浓度电解质溶液中的ζ电位。结果表明:C_3S浆体在去离子水中ζ电位均为负值,未掺纳米SiO_2浆体ζ电位约为-17 mV,掺15%纳米SiO_2浆体ζ电位约为-19 mV。在Ca^(2+)、Li^+和Cl^-溶液中,浆体表面吸附离子,改变了自身所带电荷,进而引起浆体ζ电位变化,K^+由扩散层进入吸附层改变ζ电位。