阳离子树脂催化乳酸与甲醇反应动力学.pdf
《阳离子树脂催化乳酸与甲醇反应动力学.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《阳离子树脂催化乳酸与甲醇反应动力学.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第51卷第8 期2023年8 月化学工程CHEMICAL ENGINEERING(CHINA)Vol.51 No.8Aug.2023阳离子树脂催化乳酸与甲醇反应动力学姚洪,李海勇,侯颖,王红星(天津科技大学化工与材料学院,天津3 0 0 457)摘要:在酯化水解法提纯乳酸的生产过程中,酯化反应动力学的研究对该工艺具有非常重要的意义。以ZGC108酸性阳离子交换树脂为催化剂,在间歇釜搅拌釜式反应器中对乳酸和甲醇的酯化反应本征动力学进行研究。探究搅拌速率、催化剂用量、醇酸摩尔比、反应温度对反应过程的影响。得出最佳反应条件为转速50 0 r/min、催化质质量占反应液体总质量的3%、醇酸摩尔比3:1
2、、反应温度3 43.15K。采用拟均相模型对实验数据进行关联,建立反应动力学模型。通过反应速率的验证,该模型合理地预测了动力学实验数据。关键词:乳酸;反应动力学;离子交换树脂;拟均相模型中图分类号:TQ031.2文献标志码:AD0I:10.3969/j.issn.1005-9954.2023.08.012Reaction kinetics of lactic acid and methanol catalyzed byYAO Hong,LI Haiyong,HOU Ying,WANG Hongxing(College of Chemical Engineering and Materials
3、Science,Tianjin University ofScience and Technology,Tianjin 300457,China)Abstract:In the production process of lactic acid purification by esterification hydrolysis,the research of reactionkinetics is of great significance to the process.The intrinsic kinetics of esterification of lactic acid and me
4、thanol inthe presence of ZGC108 acidic cationic-exchange resin catalyst was studied in a batch stirred tank reactor.Theinfluences of stirring speed,the amount of catalyst,alcohol acid molar ratio and reaction temperature on thereaction process were investigated.The optimal reaction conditions are st
5、irring speed 500 r/min,catalyst dosage 3%based on the total mass of the reaction,alcohol acid molar ratio 3:1 and reaction temperature 343.15 K.Thepseudo-homogeneous model was used to correlate the experimental data,and the reaction kinetic model was set up.Through the verification of the reaction r
6、ate,the model reasonably predicts the kinetic experimental data.Key words:lactic acid;reaction kinetics;cationic-exchange resin;pseudo-homogeneous modelLA(乳酸)也叫2-羟基丙酸,是一种天然小分子有机酸,被认为是最简单的羟基羧酸。乳酸在食品(防腐剂和调味剂)、化妆品、制药、纺织和聚合物中有着广泛的应用 。其中聚乳酸作为典型的碳中和、可再生、生物全降解高分子材料备受青崃2 。乳酸作为合成环境友好、生物相容性好的聚合物的单体,已经引起广泛的关注,
7、其需求量正快速增长。LA可通过合成途径或微生物发酵工艺生产。发酵法生产LA更有吸引力,因为可以获得廉价的原料和选择性地生产旋光形式的LA3。由于乳酸收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 1;修回日期:2 0 2 3-0 4-2 5作者简介:姚洪(19 9 8),男,硕士研究生,研究方向为传质与分离工程,E-mail:y a o h o n g _ 0 9 2 2 16 3.c o m;王红星(19 7 8 一),男,博士,教授,通信联系人,研究方向为反应精馏、化工强化、化工过程系统过程,E-mail:w a n g h x t u s t.e d u.c n。文章编号:10 0 5-9 9 5
8、4(2 0 2 3)0 8-0 0 6 1-0 5cationic-exchange resin的低挥发性和自聚性以及发酵液中存在非挥发性杂质和其他有机酸,因此难以从发酵液中提取到高纯度乳酸单体4。从下发酵罐的稀溶液中分离提纯乳酸的方法有:化学沉淀法4、萃取法5、树脂吸附法6 、离子交换法7 、膜分离法8 、减压蒸馏法等。反应精馏与酯化-水解耦合能提供高纯度产品,被认为是一种回收乳酸的有效方法。粗乳酸与低级醇酯化反应生成易挥发的乳酸酯,再将对应的酯水解,并移除醇即可得到高纯乳酸 。在酯化水解法提纯乳酸的研究过程中,有必要生成适合间歇反应(1)求出各个物质的校正因子12 。62蒸馏条件的动力学参
9、数,反应动力学的研究对酯化过程中提高乳酸酯化率有很大意义。1实验1.1实验药品ZGC108阳离子酸性树脂,浙江争光实业股份有限公司;L-乳酸(质量分数9 0%)、乳酸甲酯(分析纯),阿拉丁生化科技有限公司;甲醇、丙酮、正丁醇均为分析纯、0.1mol/L标准氢氧化钠滴定液,天津市江天化工技术股份有限公司。1.2实验仪器和装置实验仪器及型号见表1。表1主要实验仪器Table 1Main experimental instruments名称型号电子天平Scout Pro三口烧瓶250 mL碱式滴定管20 mL恒温磁力搅拌器ZNCL-GS气相色谱仪GC-2010 Pro化学工程2 0 2 3 年第51
10、卷第8 期加人反应釜中,在设定好温度的恒温水浴里加热,同时将甲醇预热。待乳酸和甲醇均达到设定温度时,迅速将甲醇进料到反应釜中,打开磁力搅拌并固定搅拌速率和水浴温度,让催化剂与反应液充分接触,此时作为反应的起始点,定时进行取样分析,每次取样1mL。待反应液中各物质的浓度变化不大时表示反应达到平衡,停止取样。1.4分析方法实验采用岛津气相色谱仪GC-2010Pro,对甲醇和乳酸甲酯进行分析。使用FID检测器,氮气作为载气,色谱柱SH-5(3 0 m 0.53 m m)是由质量分数5%二苯基、9 5%二甲基聚硅氧烷构成的毛细管柱。进样口温度18 0,柱温10 0,检测器温度2 0 0,进样量0.2
11、L。乳酸用化学滴定法分析,以酚作为生产厂家指示剂,用0.1mol/L标准氢氧化钠滴定液滴定。奥盛仪器采用内标法定量分析甲醇和乳酸甲酯浓度,用诺玖顺实验设备正丁醇作为内标物对实验数据进行校正,按照式北化实验仪器科诺仪器岛津中国m_A.J_4,mA.J.A.f.一(1)实验在2 50 mL的三口烧瓶中进行,配有球型冷凝器、温度计和取样器,反应器用恒温水浴槽控制温度,控制精度为1,反应装置如图1所示。球形冷凝器固定支架温度计反应釜转子图1实验装置Fig.1Experimental device1.3实验方法与步骤乳酸有2 个官能团,1个羟基和1个羧基,当酯化反应在高浓度乳酸中进行时,乳酸会自酯化形成
12、聚乳酸。为了在间歇反应釜中有较高的转化率,较快的反应速率,乳酸质量分数在6 0%左右更适用于间歇反应釜10 。将蒸馏水加人到乳酸中获得稀溶液,混合均匀后在3 43.15K的温度下加热,使各种低聚物形成,再用反滴定法测定乳酸的浓度,稀溶液中的低聚物可以忽略不计。实验中催化剂用量按照体系总质量比来计。将称量好的乳酸和催化剂式中:m,为内标物的质量,g;m,为组分i的质量,g;f。为内标物的质量校正因子,以内标物为基准,f.为1;f为组分i的质量校正因子;A.为内标物的峰面积;A,为组分i的峰面积。配置一定量的标准样品进行标准曲线的绘制,得到甲醇和乳酸甲酯的内标曲线如图2 所示。2.5采样口2.0F
13、车恒温水浴.+投稿平台 Https:/+.1.5Fu1.0F0.5Fig.2 Internal standard working curves经过计算得出校正因子参数如表2 所示。表2 校正因子参数Table 2 Parameters of correction factor组分正丁醇-甲醇正丁醇-乳酸甲酯+甲醇乳酸甲酯十0.40.80.20.6A/A图2 内标工作曲线1/f1.828 362.539 121.0J0.547 650.393 84姚洪等阳离子树脂催化乳酸与甲醇反应动力学求出校正因子后,实验中的物质在样品中的质量分数可由式(2)计算:A;msW=Am式中:w为被测物质的质量分数;
14、m为实验样品的总质量。滴定法计算乳酸质量分数:c(NaOH)(Vi-Vo)90w(LA)=mg 1 000式中:w(LA)为待测液中乳酸的质量分数;c(NaOH)为标准滴定液的浓度,mol/L;(V,-V。)为滴定前后的滴定液消耗量,mL;m。为所取溶液的质量,g。乳酸每mol分子质量为9 0 g。2结果与讨论2.1#搅拌速率的影响在反应温度3 3 3.15K,催化剂用量为3%,甲醇与乳酸的初始摩尔比为1;反应时间50 0 min的条件下,探究了不同搅拌速率对乳酸转化率的影响,结果如图3 所示。50r4540353025F20图3 搅拌速率对乳酸转化率的影响Fig.3 Effect of st
15、irring rate on conversion of LA从图3 可以看出,速率从50 0 r/min提升到7 0 0r/min时,随着搅拌速率增加,乳酸的平衡转化率基本无较大提升,且达到反应平衡的时间一致。可以认为在转速为50 0 r/min时,足以消除外扩散的影响,因此选择搅拌速率为50 0 r/min。2.2催化剂用量的影响在反应温度3 3 3.15K,初始醇酸摩尔比为1,搅拌速率为50 0 r/min,反应时间为50 0 min的条件下,探究了质量分数分别为1%、2%、3%、4%这4组催化剂对乳酸酯化反应的影响,结果如图4所示。由图4可知,催化剂用量越大,乳酸的转化率增大,且反应速
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 阳离子 树脂 催化 乳酸 甲醇 反应 动力学
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。