竹粉乙二醇液化工藝的優(yōu)化

第30卷第4期柳州師專(zhuān)學(xué)報Vol30 No 42015年8月Journal of Liuzhou Teachers CollegeAug.2015竹粉乙二醇液化工藝的優(yōu)化陳燕萌,錢(qián)善勤,文勝,玉瀾,廖政達(廣西科技師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系,廣西來(lái)賓546199摘要:為了研究竹粉乙二醇液化的優(yōu)化工藝,通過(guò)單因素試驗研究了反應溫度、反應時(shí)間、催化劑用量、乙二醇與竹粉質(zhì)量比等因素對竹粉液化效率的影響,并通過(guò)正交試驗確定最佳液化工藝條件.在竹粉乙二醇液化過(guò)程中,影響液化效果最為顯著(zhù)的條件是反應溫度,其余依次是反應時(shí)間,質(zhì)量比以及催化劑用量.結果表明:最佳的工藝條件為液化反應溫度170℃,液化時(shí)間90min,乙二醇與竹粉質(zhì)量比為6,催化劑用量6%關(guān)鍵詞:竹粉;乙二醇;液化工藝;優(yōu)化中圖分類(lèi)號:TQ3534+1文獻標識碼:A文章編號:1003-7020(2015)04-0152-04竹子是我國重要的植物資源之一,具有生長(cháng)快1材料、儀器設備更新快、生態(tài)與經(jīng)濟價(jià)值高等特點(diǎn)1現在隨著(zhù)我國竹類(lèi)生產(chǎn)及加工類(lèi)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,加工過(guò)程中所產(chǎn)生1.1試驗原料的竹屑殘渣逐年增多33,竹屑殘渣通常采取焚燒或竹粉取自廣西柳州融安縣豐園木業(yè)有限公司,粉者隨意丟棄等方法處理,這不僅污染了環(huán)境,而且也碎后過(guò)篩選用40-80目,放于100±5℃的烘箱中烘干液化反應是實(shí)現固態(tài)生物質(zhì)資源高附加值利用多量恒定,用自封袋包裝好后放入干燥器中保存造成了極大的資源浪費至質(zhì)的一種有效方法,是在高溫條件下通過(guò)一定的溶劑1.2化學(xué)試劑催化劑及壓力的作用使材料由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的熱噸,西隴化工:無(wú)水乙醇,分析純,西隴化工.,6乙二醇(甘醇),分析純,西隴化工;濃硫酸,分析化學(xué)過(guò)程4.天然生物質(zhì)材料的主要成分是纖維素、半1.3儀器設備纖維素和木質(zhì)素,這些含大量羥基的高分子物質(zhì),在萬(wàn)能粉碎機,天津泰斯特FW100;遠紅外快速干高溫條件下可以液化反應,裂解生成富含酚基群、多燥箱,上海躍進(jìn)醫療器械有限公司YHG-600Bs;強力元醇的小分子量物質(zhì),作為制備酚醛樹(shù)脂和聚氨酯等電動(dòng)攪拌機,上海昂尼儀器儀表有限公司JB90-D;集多種高分子材料的原料甘蔗渣、水稻秸稈、玉米秸熱式恒溫加熱磁力攪拌器,河南鞏義市予華儀器有限桿以及竹材殘基等含多種纖維素物質(zhì)均已成功進(jìn)公司DF-1015;循環(huán)水式真空泵,鞏義市予華儀器有行液化反應,在液化工藝上也采用了苯酚、多元醇等限公司SHz-DⅢ;旋轉蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器多種液化方法近年來(lái),國內外學(xué)者在竹材液化制RE-52AA備高分子材料方面有一定的進(jìn)展,而且竹材制備的聚2實(shí)驗方法氨酯膠黏劑及聚氨酯泡沫具有很好的可降解性,同2實(shí)驗方法時(shí)也為替代石油制品的高分子材料創(chuàng )造了新型的途2.1竹粉液化方法稱(chēng)取5g竹粉裝入250m1的三頸燒瓶中,按設定比本文是以竹材加工廢棄物竹粉為原料,采用分步例加入乙二醇和濃硫酸并混合均勻,裝上攪拌器、冷研究的方法,探討了反應溫度、反應時(shí)間、質(zhì)量比以及凝裝置,并將其放入加熱至預設溫度的油浴鍋中,開(kāi)催化劑用量等因素對竹粉液化效率的影響啟攪拌器并同時(shí)記錄反應開(kāi)始時(shí)間,待反應到預設時(shí)[收稿日期]2015-06-23[基金項目]廣西教育廳科研項目(LX2014494);柳州師專(zhuān)科研創(chuàng )新團隊建設項目“植物纖維素的機械活化改性與應用研究[作者簡(jiǎn)介]陳燕萌(1986—),廣西陸川人,碩士,助教,研究方向:植物纖維的酯化及應用。[通訊作者]廖政達(1967—),廣西象州人,教授,研究方向:天然植物纖維素的改性與應用研究。間時(shí),將三頸燒瓶取出并迅速冷卻至室溫以終止反間設為30min、60min、9Omin、120min和150min.由圖2可見(jiàn)當反應時(shí)間設為30min時(shí),由于反應2.2竹粉液化率的測定時(shí)間較短,液化率僅為6921%;當將反應時(shí)間延長(cháng)至液化反應結東后,將液化產(chǎn)物用布氏漏斗進(jìn)行減120min時(shí),液化率則上升至82.57%;當反應時(shí)間從壓抽濾,用無(wú)水乙醇洗滌殘渣至濾液變?yōu)闊o(wú)色.將濾120min上升至150min時(shí),液化率高達85.23%.隨著(zhù)反紙及殘渣一起放入烘箱中于100±5℃下烘干至恒重.應時(shí)間的增加,液化效率呈現顯著(zhù)上升的趨勢并采用以下公式計算竹粉的液化率:Y1=(m-m)/m×100%式中,m,為竹粉液化殘渣4質(zhì)量(g);m為液化前竹粉質(zhì)量(g);Y為竹粉液化率%)這23竹粉液化的正交法試驗及最佳工藝條件的確定在進(jìn)行正交設計之前,為了確定反應溫度、,反應78時(shí)間質(zhì)量比(乙三醇與竹粉)以及催化劑用量等因素2單獨作用下對竹粉液化效率的影響,先采用單因素試驗方法,然后采用L(34)正交試驗方法研究反應溫度(A)、反應時(shí)間(B)、乙二醇與竹粉質(zhì)量比(C)、催化劑用量(D)的交互作用對竹粉乙二醇液化效果的影響從而確定竹粉液化的最佳工藝條件20304050607080901001101201301401501603結果分析圖2反應時(shí)間對竹粉液化效率的影響3.1單因素結果分析3.1.1反應溫度對竹粉液化率的影響取乙二醇與竹粉質(zhì)量比為6:1,反應時(shí)間為60min,催化劑濃硫酸的用量為5%(與乙二醇質(zhì)量比)的條件下,液化反應溫度設為90℃、110℃、130℃、150℃和170℃進(jìn)行液化反應由圖1可見(jiàn),在反應溫度為90℃時(shí),由于體系反應溫度過(guò)低,液化率較低,僅為2692%;當反應溫度上升至170℃時(shí),液化率也開(kāi)始上升至7869%.可見(jiàn)隨著(zhù)反應溫度的升高,液化效率顯著(zhù)增高,選擇170℃進(jìn)行液化時(shí)為最佳的反應溫度nass rati圖3質(zhì)量比對竹粉液化率的影晌3.13乙二醇與竹粉質(zhì)量比對竹粉液化率的影響取反應溫度為150℃、反應時(shí)間為60min、催化劑用量為5%的條件下,乙二醇與竹粉的質(zhì)量比設為4:15:1、6:1、7:1和8:1下進(jìn)行液化反應得出的曲線(xiàn)圖由圖3可見(jiàn),竹粉液化率隨著(zhù)乙二醇與竹粉質(zhì)量比的變化而變化.當質(zhì)量比為4:1時(shí),液化效率為61.21%;當質(zhì)量比達到7:1時(shí),液化率達到最高為8877%;當質(zhì)量比加大至8:1時(shí),液化率呈現逐漸下降8090100110120130140150160170180的趨勢3.1.4催化劑用量對竹粉液化率的影響圖1不同溫度條件下竹粉的液化效率研究取反應溫度為150℃、質(zhì)量比為6:1、反應時(shí)間設3.1.2反應時(shí)間對竹粉液化率的影響定為60min,分別在不同催化劑用量(2%、3%、4%、5%取乙二醇與竹粉質(zhì)量比為6:1,反應溫度為和6%)下進(jìn)行液化反應得出的曲線(xiàn)圖150℃,催化劑濃硫酸的用量為5%的條件下,反應時(shí)由圖4可見(jiàn),濃硫酸可以促進(jìn)竹粉的液化反應153竹粉液化率隨著(zhù)催化劑用量的變化而變化試驗中發(fā)從正交試驗結果表中可知,竹粉乙二醇液化過(guò)程現,當反應體系的催化劑濃硫酸的用量為2%時(shí),液化中,影響最大的是反應溫度,其次是反應時(shí)間,再次是率僅為69.54%;隨著(zhù)催化劑用量的增加.液化反應明質(zhì)量比,最后是催化劑用量.竹粉液化的最優(yōu)工藝條顯改善,當反應體系的催化劑濃硫酸的用量為6%時(shí),件為A3B2C3D2,即選擇液化反應溫度170℃,液化時(shí)液化率達到最大值,為78.13%.對竹粉液化率的影響,間9omin,乙二醇與竹粉質(zhì)量比值6:1,催化劑用量6%其結果見(jiàn)下圖4所示的條件.在此條件下,經(jīng)過(guò)重復性試驗,得到竹粉的液化率為98.13%4結論在竹粉乙二醇液化過(guò)程中,研究發(fā)現,在試驗范圍內,反應溫度越高、反應時(shí)間越長(cháng)、乙二醇用量越7大、濃硫酸用量越高,則竹粉液化效果會(huì )更好.但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,需要考慮諸多因素,如:能源消耗的問(wèn)題、研究成本的價(jià)值等因素會(huì )影響獲利,也達不到節能減排的效果.因此,在反應過(guò)程中要控制反應的溫度、乙二醇的用量和濃硫酸的用量從單因素試驗以及正交試驗的結果表明,竹粉乙二醇液化反應過(guò)程中,影響液化效果最為顯著(zhù)的因素是反應溫度,其次是反應時(shí)間,再次是乙二醇竹粉質(zhì)圖4催化劑用量對竹粉液化率的影響量比以及催化劑的用量竹粉液化最佳工藝條件為3.2正交結果分析反應溫度170℃,反應時(shí)間90min,乙二醇竹粉質(zhì)量比表1正交試驗因素及水平設計6,催化劑用量6%,在此條件下,竹粉液化率可達到BC序反應溫度反應時(shí)間催化劑用量乙二醇與竹竹纖維的結構相對比較復雜,在一定條件下通過(guò)號 Temperature Time Catalyst amount粉質(zhì)量比化學(xué)反應將其進(jìn)行液化降解,轉化為可利用的小分子Quality ratio化合物,為其在合成新型材料上的應用提供了廣闊的1231701207:1[參考文獻]表2正交設計及試驗結果[1]江澤慧,費本華,范少輝積極發(fā)展竹產(chǎn)業(yè)大力推進(jìn)生態(tài)文因素 factors明建設[J]國家林業(yè)局管理干部學(xué)院學(xué)報,2014(2):12-16.B試驗竹粉[2]方紅霞,潘健,吳強林,等竹基剩余物高值轉化技術(shù)與材料序號反應溫度反應催化液化率化應用[J].現代化工,2010,30(1):78-81時(shí)間劑用質(zhì)量比temperature3]廖政達,藍峻蜂,謝濟運.甘蔗渣苯酚液化的工藝研究[J℃)time catalyzer Quality 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Optimization of Bamboo Powder ethylene glycol Liquefaction TechnologyCheN Yanmeng, QIAN Shanqin, WEN Sheng, YU Lan, LIAO ZhengdaDepartment of Chemistry and Biology, Guangxi Science Technology Normal University, Laibin, Guangxi, 546199 ChiAbstract: In order to study the optimization of bamboo powder ethylene glycol liquefaction technology, the effects of reaction temperaure, reaction time, catalyst amount, mass ratio between ethylene glycol and bamboo powder are studied through single factor tests, and optimum liquefaction technology conditions are determined by orthogonal experiments. In the process of liquefaction of bamboo powder ethylene glycol, reaction temperature is the most significant factor, followed by reaction time, mass ratio, and catalyst amount. All results indicate the optimum liquefaction conditions as follows: liquefaction reaction temperature is 170C, liquefaction time is 90 min, mass ratio belylene glycol and bamboo powder is 6 and catalyst amount is 6%Key words: bamboo powder; ethylene glycol; liquefaction technology; optimization(責任編輯:李潔坤)(上接第160頁(yè))[參考文[1]謝金星.優(yōu)化建模 LINDO/LINGO軟件[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005:38-40[2]袁新生 Lingo和 Excel在數學(xué)建模中的應用[M].北京:科學(xué)出版社,2007:159-160[3]鄧先禮.最優(yōu)化技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2002(3):2-34]陳生,田宏秀,黃天強. Excel規劃求解在決策分析中的應用[J].吉首大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2006,27(2):37-385]顧運筠. Excel規劃求解的兩類(lèi)應用[J].計算機應用與軟件,2005,22(1):138-139On the Programming Solution of Excel and Its applicationin Optimization problemKIE YongshengGuangxi Science Technology Normal University, Laibin, Guangxi, 546199 China)Abstract: Optimization problem solving often use the professional software of Lingo, Mathematica and MATLAB, which needs a cer-d office software Excel also has the ability to calculateper explores the methods and steps with Excel programming solver tool to solve the optimization problem by real example. The result showKey words: Excel; programming solution; optimization; application(責任編輯:李潔坤)