玉米芯“一步法”制取糠醛清洁生产工艺研究

《玉米芯“一步法”制取糠醛清洁生产工艺研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文玉米芯“一步法’’制取糠醛清洁生产工艺研究Studyonfurfuralcleanproductionfromcorncobvia‘‘onestepmethod’’学号：!Q21昼QQ曼完成日期：2Q131Q大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究

2、所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：作者签名：大连理工大学博士学位论文摘要经过60余年的发展，我国己成为全世界最大的糠醛生产和出口国。然而，高污染、高能耗、低产率等问题长期制约着糠醛产业的健康发展。长期生产实践表明，在我国，每生产一吨糠醛排放COD>18000mg／L的废水约20吨、消耗洁净蒸汽超过20吨，同时糠醛渣燃烧产生大量二氧化硫，而实际糠醛产率仅为理论值的30．50％。近年来对于糠醛废水的治理虽已取得较大进展，闭循环式的废水蒸发回用工艺在绝大多数糠醛厂被普遍采用，然而由于制约废水处

3、理效率的污垢问题长期无法解决，从而使得废水实际处理率远远低于设计水平。随着国家对环保要求的日益严格、同业竞争的日益加剧及各类生产成本的不断上升，糠醛生产企业面临严峻的生存困境。本文首先对植物纤维水解方面的研究及糠醛生产现状、研究进展进行了总结。然后结合当前生产实践对糠醛生产的整体物流与能流进行了分析与讨论，重点讨论了糠醛产率、醛汽中糠醛含量(或糠醛生成速率)、锅炉热效率以及蒸发器热效率对当前糠醛生产体系物质与能量平衡的影响，从而确立了本文的研究路线。由于含乙酸的废水回用生产是当前糠醛生产中的必经之路，同时也是本文研究的基本前提，因而乙酸“酸汽”的使用贯穿全

4、文。在此基础上，本文系统地分析了废水中乙酸的来源及产量，对乙酸“酸汽”催化玉米芯水解制取糠醛的可行性进行了分析，重点研究了糠醛在含乙酸蒸汽中自身降解损失动力学，为全文研究中催化剂乙酸“酸汽”的合理使用奠定基础。然后运用动力学方程计算出生产中糠醛在气相中降解损失率约占实际生产中糠醛理论产率的4．5％，约占糠醛总损失的10％。进一步表明糠醛生产中的主要损失发生在液相反应体系，因此加快糠醛从液相中的分离是提升糠醛产率的关键。针对单一乙酸酸汽催化玉米芯水解制取糠醛时所需温度较高、反应速率较低、能耗大、废水产量高的问题，进一步研究了路易斯酸催化剂FeCl3、A1C1

5、3在糠醛制取中的应用。首先从纯戊糖催化脱水动力学以及糠醛在路易斯酸催化条件下降解的动力学研究出发，并对戊糖脱水生成糠醛最高产率进行了模型化分析，通过比较确立了获取糠醛最高产率的三因素参数模型，进一步明确了戊糖脱水制取糠醛反应体系中的反应历程。通过与H2S04比较两科，不同路易斯酸FeCl3、A1C13的催化选择性及动力学参数，结果表明，后者能使戊糖脱水速率常数增大10倍以上，同时糠醛产率也达到70％pA上(A1C1，催化)。在此基础上，进一步研究了采用FeCl3和“酸汽”协同催化玉米芯水解制取糠醛的催化效果。通过对水解残渣微观结构的观察，发现采用FeCl，

6、催化玉米芯水解时，原料颗粒的破碎、微观纤维结构的破坏明显加剧，这将有效增大物料内部及物料之间的孔道，从而致使体系内传质、扩散效率的提升。基于此，进一步的与研究表明，由于原料被破碎后导致的颗粒物料孔隙率降低、压降增大而促使床层扰动而获得了传质的强化和表面更新速度的加快。此外，通过对FeCl3、A1C13对催化戊糖及玉米芯的单因素影响试验结果玉米芯“一步法”制取糠醛清洁生产工艺研究的考察，发现A1C13在催化戊糖及玉米芯制取糠醛方面具有比FeCl3更高的选择性，更有利于提升糠醛产率，这为制取糠醛选择催化剂方面提供了新的方向。为了进一步提高糠醛实际产率，从强化蒸

7、馏分离与强化蒸汽气提两个反面进行了糠醛分离的研究。结果表明：不同价态阳离子对糠醛一水二元体系组分分离的作用效果与离子强度正相关，离子强度越高，“盐析”效果越显著，反之越低；一价阳离子对糠醛．水二元体系组分相对挥发度的作用效果可由Furter方程拟合，二价及三价阳离子对糠醛一水二元体系组分相对挥发度的作用效果较复杂，可由修正型Furter方程拟合。采用浓缩海水获得了与模拟海水极为接近的汽提效果，海水作为盐析剂时与纯NaCI(等浓度)作为盐析剂时获得了相似的盐析速率和糠醛回收率。但由于海盐(或模拟海水)中存在ca2+及M92+，因此总体盐析效果高于等量纯NaC

8、I。为了解决制约废水处理效率的蒸发器结垢问题，首先通过对取自糠醛厂