糠醛渣酸水解制取乙酰丙酸的实验研究.docx

糠醛渣酸水解制取乙酰丙酸的实验研究摘要：本文研究了糠醛渣酸水解制取乙酰丙酸的实验确定了糠醛渣制取乙酰丙酸的较优工艺条件为：反应温度200℃反应时间40min硫酸浓度6%固液比1：20此时乙酰丙酸产率为51.9mol%。关键词：糠醛渣；乙酰丙酸；产率我国每年能生产约数百万吨含有大量纤维素的糠醛渣在提倡节约资源的今天应充分利用糠醛渣中的纤维素来生产高附加值的化工产品。乙酰丙酸可用来制取各种各样的化工产品用途极为广泛。因此研究将废弃糠醛渣水解转化制取乙酰丙酸具有重要意义[1]。本文通过考察各反应条件对乙酰丙酸产率的影响寻求最优工艺条件为糠醛渣酸水解制乙酰丙酸工艺的优化与放大研究奠定基础。1实验部分1.1实验原料与设备糠醛渣取自本实验室玉米芯制糠醛所得98%H2SO4、乙酰丙酸均为市售分析纯。实验使用100ml间歇式高压反应釜（巩义市英峪玉华仪器厂）；DZ-2BC型真空干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；FA2004电子天平（上海上平仪器公司）；GC-14B型气相色谱（日本岛津制作所）。1.2实验原理与步骤糠醛渣中主要成分为纤维素糠醛渣中的纤维素在高温下催化水解可生成葡萄糖葡萄糖再脱水生成5-羟甲基糠醛最后5-羟甲基糠醛脱羧可生成乙酰丙酸[2]。将一定量干燥后的糠醛渣和一定比例的硫酸水溶液与磁力转子加入到100ml高压反应釜中加热反应一定时间后冷却。冷却后抽虑分离得到反应液和固体残渣用气相色谱分析反应液中乙酰丙酸的量。残渣清洗干燥后称量固相残渣的质量。用VanSoest法[3]分析糠醛渣及乙酰丙酸渣的组成。1.3分析方法采用气相色谱分析法来分析反应后的液体中乙酰丙酸的含量。气相色谱条件设定为：毛细管柱氢火焰离子化检测器；程序升温：初始柱温柱温100℃保持3min然后以10℃/min速度升至210℃再保持10min；汽化室的温度为240℃；检测器的温度为250℃；进样量1μL分流进样；载气为高纯氮气。乙酰丙酸产率（mol%）=；失重率（%）=。2结果与讨论经VanSoest法测定糠醛渣中纤维素含量为54.4%为了将糠醛渣中的纤维素最大程度的转化为乙酰丙酸对硫酸浓度、温度、反应时间等因素进行考察结果如下：2.1硫酸浓度对乙酰丙酸产率的影响由文献[4]可知酸料比对纤维素的水解影响很大在固液比1：20温度200℃、时间40min的条件下改变水溶液中硫酸浓度结果如下：由图1可以看出随着硫酸浓度的增加失重率逐渐增加纤维素水解率逐渐增加。在硫酸浓度由2%增大到6%的过程中水解液中乙酰丙酸的摩尔收率也逐渐增加再增加硫酸浓度乙酰丙酸的收率基本趋于稳定这是由于当无定形区内的纤维素链分子水解完毕后酸分子较难进入结晶区故水解速度变得缓慢而逐渐趋于稳定所以乙酰丙酸的收率也趋于稳定。2.2温度对乙酰丙酸产量的影响在固液比1：20、水溶液中硫酸浓度6%、时间40min的条件下改变反应温度结果如下：由图2可以看出当温度升高时乙酰丙酸的产率与原料失重率逐渐增加反应温度为200℃时乙酰丙酸产率最高为51.97mol%；继续增加反应温度乙酰丙酸的产率略有下降而失重率基本不变。这是因为在一定温度范围内温度越高反应体系中电子转移越快反应速度越快水解所需时间越短。而继续升高温度糠醛渣中的纤维素已几乎完全分解反应中的中间产物则在高温下生成其他聚合副产物生成的乙酰丙酸也会在高温下分解使乙酰丙酸的产率下降[5]。2.3反应时间对乙酰丙酸产量的影响在反应温度200℃固液质量比1：20酸质量浓度6%改变反应时间结果如下：由图3可以看出反应时间增加乙酰丙酸产率增加而失重率基本保持稳定此反应时间范围内纤维素几乎已完全分解。反应时间40min时乙酰丙酸产率最高为51.977mol%；继续增加反应时间乙酰丙酸的产率略有下降。这可能是因为反应时间过短反应未达到平衡乙酰丙酸的生成量较少而反应时间过长副产物逐渐增多使乙酰丙酸收率下降。2.4固液比对乙酰丙酸产量的影响在酸度6%、温度200℃反应40min条件下改变固液比结果如下：由图4中可以看出固液比增加时失重率减少乙酰丙酸产率下降说明在较稀的固相浓度的反应体系中硫酸水解的氢离子与纤维素及5-羟甲基糠醛等中间产物的接触机率大大增加从而能更好地催化纤维素水解且能够快速的将中间产物在催化作用下转化为乙酰丙酸。3总结本文对糠醛渣酸水解制乙酰丙酸的实验进行了研究考察反应条件对乙酰丙酸产率的影响可