年产1万吨生物质基防冻液的生产工厂的工艺设计_学士毕业论文(编辑修改稿)

年产1万吨生物质基防冻液的生产工厂的工艺设计_学士毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

可收集量 / 万 t 干物质 含 量 % 折标煤系数 折煤量 / 万 t 牛 500 365 20 10595 77343 46406 18 猪 50 150 4 56508 33905 1 33905 20 2909 肉鸡 60 726438 4359 2615 80 1345 蛋鸡 365 248048 9054 5432 80 72794 (4)、生活垃圾 随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，中国城镇垃圾的产生量和堆积量逐年增加。 1991 和 1995 年，全国工业固体废物产生量分别为 亿吨和 亿吨，同期城镇生活垃圾量以每年 10%左右的速度递增。 1995 年中国城市总数达 640 座，垃圾清运量 10750 万吨。 城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，成分比较复杂，其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。 中国大城市的垃圾构成已呈现向现代化城市过渡的趋势，有以下特点：一是垃圾中 有机物含量接近 1/3 甚至更高；二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分；三是易降解有机物含量高。 目前中国城镇垃圾热值在 长春工业大学学士毕业论文 5 兆焦 /千克 (1000 千卡 /千克 )左右。 目前生物基所具有的产品有沼气，生产生物柴油，乙醇，以及四氢呋喃等一列的化学有化工产品。 根据我国生物质资源特点和技术潜在优势，可以将燃料乙醇、生物柴油、生物塑料，以及沼气发电和固化成型燃烧作为主产品。 如能利用全国每年 50％的作物秸秆、40％的畜禽粪便、 30％的林业废弃物，以及开发 5％、约 550 万公顷边际性土地种植能源植物，同时建设约 1000 个生物质转化工厂，其生产能力可相当于年产石油 5000万吨，相当于一个大庆（年产石油 4800 万吨）。 根据我国农业生态区资源特点，可建设以甜高粱和林区废弃物为主体的东北绿色油田、以旱生灌草和甜高粱为主体的西北绿色油田、以甜高粱为主体的华北绿色油田、以麻疯树和甜高粱为主体的西南绿色油田，以及以多种木本和草本能源植物为主体的东南绿色油田 在生物质生物利用过程中，国际公认的 3 个需要解决的重大技术问题是：克服木质纤维素分子对生物转化的抗性，将大分子多糖降解为可发酵糖；通过微生物代谢工程和基因工程研究， 由可发酵糖进行生物转化；简捷、高效的下游过程技术产物分离。 其中，将大分子多糖降解为可生物利用的还原糖是目前最大的技术屏障。 尽管我国生物质技术整体水平较低，但恰恰在以上有关植物生物质生物利用关键技术难题方面有独到的技术优势。 上述三方面的技术突破，将使我国有望率先较经济地生产燃料乙醇，降低聚乳酸前体乳酸的生产成本，使生态塑料聚乳酸树脂具备与石油基塑料竞争的经济性。 我国自行培育的甜高粱、麻风树等优良能源植物，具有自主知识产权的创新木质纤维素水解技术、和燃料乙醇、生物柴油、生物基塑料生产技术，可建设相当于 一个大庆的年产 5000 万吨 “绿色油田 ”。 中石化公司副总裁曹湘洪院士分析了我国石油产需的突出矛盾，农林生物质丰富的资源潜力和国外利用生物质生产车用燃料和化工产品的现状及动态，提出我国应实施 “政府推动、企业参与、选准目标、企学研结合，着力提高经济性，适时实现企业化 ”的生物质产业发展策略，宜在车用乙醇燃料和乙醇下游产品开发、生物柴油、聚乳酸树脂、 1， 3丙二醇等四个方面重点突破。 数字表明，生物质产业前景乐观。 美国计划到 20xx 年生物基产品由目前占总产品量的 5%增加到 12%，燃料酒精则由占运输燃料总量的 %提高到 4%； 20xx 年欧洲的生物柴油年产量已达 214 万吨。 日本尽管生物质资源匮乏，但在生物质利用技术研究方面所取得的专利已占世界的 52%，其中生物能源领域的专利占了 81%。 设计依据的技术说明： 总反应式： C6H12O6+NaCOOH 催化剂 C6H13O6+NaOOCCOONa 长春工业大学学士毕业论文 6 生物质基防冻液母液的生产原理 采用生物质基单糖为原料，在催化剂、相转移剂、氢转移剂及抗氧剂等，用在常压、低温下进行氢转移催化转化，制备出红色透明略带香气的液体，经离子交换处理后，获得比重 ，冰点－ 70℃ 到－ 75℃ ，沸点 110℃ 到 118℃ ， PH值 7－ 8，中性无腐蚀，可作为配制防冻液的母液，利用此母液进行复配，以调制不同型号不同标准不同行业使用的防冻液产品。 或作为融雪、融冰剂及用作国防军工行业中特殊标准防冻剂使用。 制备葡萄糖基防冻液的反应机理 葡萄糖分子末端醛基（及其结构）被氢还原为醇羟基，一般认为是山梨糖醇，属多元醇，虽具有一定的抗冻能力，但不能满足较高抗冻能力；分子内直接加氢，还原生成部分山梨醇，冰点为 ―24 ℃ （含 70%山梨醇的水溶液冰点只能达到－ 15℃ 左右，一般－ 10℃ 以内即难以从包装桶中倒出）。 但我们通过氢转移催化反应生成的物质经测试，冰点达到－ 75℃ ，故能满足高级防冻液生产的需求。 已知葡萄糖加氢反应除影响糖结构醛基外，也应注意到糖分子中羟基也可受到加氢影响，形成脱氧糖，故存在另一种加氢反应模式。 利用氢转移加氢改性手段使其具有较强的抗冻能力，并克服残留易变基团的不稳定性，部分采用高分子化学方法，最终实现合成防冻液母液新品种，反应原理方程式应为： 整个反应在加热脱水过程中完成，加氢脱水形成亚甲基结构， 其中 R R2 为CH2OH结构，其中－ CHO 基团，也转换为－ CH2OH基团，脱氧分子仍可形成醇分子结构，而使抗结冰能力增强。 如果氢化完全 , 则理论上不存在氧化聚合，故转移氢化生成的具有部分山梨醇结构及含有亚甲基结构的多元醇，可考虑为抗冻成分，实际上机制可能更复杂，尚需要更进一步的分析确证。 本项目发明的常压低温氢转移催化氢解技术，对比玉米加工生产多元醇普遍使用的高压反应加氢的技术，有着明显的优势：主要体现在设备投资少，工艺简捷容易实现，实施过程安全，不存在易燃易爆危险，生产成本低。 生物质基 防冻液制备过程 按配比，向带有加热控温、搅拌装置的反应釜中加入质量浓度为 % 的葡萄糖或淀粉水溶液，质量浓度为 %的甲酸钠溶液，催化剂醋酸镍，相转移催化剂，+ H2O R1 HCOH (HCOH)3 R2 [2H] R1 HCH (CHOH)3 R2 长春工业大学学士毕业论文 7 再加入热稳定剂，抗氧化剂，搅拌，在 90110℃ 下反应 24 小时，降温到 30℃ ，经离子交换后，制得一种生物质基防冻液母液，它是微红色透明的液体，冰点为7075℃。 主要原料性质及来源 表 3 原料规格及来源 序号 原料名称 质量规格 原料理化 性质 来源产地及公司 1 葡萄糖 （ C6H12O6） 工业一级≥99% 白色结晶溶于水 ，无毒，分子中醛基有还原性 大成集团长春糖业公司 2 淀粉 (C6H1005)n 工业一级 ≥ 99% 植物中的多糖，葡糖的高聚体食用工业用无毒 大成集团长春淀粉公司 3 甲酸钠 （ CHNaO2） 工业一级≥% 白色结晶溶于水吸潮对人体无毒无腐蚀性不易燃 吴江市南风化工有限公司 4 十六烷基三甲基溴胺 （ C51H106BrN） 工业一级≥99% 白色结晶溶于水耐热酸碱有毒明火可燃 厦门诺威化工有限公司 5 甲酸镍 （ HCOO） 2Ni•2H2O 优纯级GR98% 绿色晶体溶于水，未显示对人体有害 和危险性 北京中远化工有限公司 6 PPG200、 PPG400、 PPG600 工业优级98% 无色油状透明液体，溶于水无毒日化医药原料 佛山盈智化学试剂有限公司 7 硝基苯酚 （ NO2C6H4OH） 试剂 % 无色或微黄结晶芳香甘甜味动物毒性鼠神经略刺激 上海科兴生化科技有限公司 长春工业大学学士毕业论文 8 8 聚乙二醇 400 HO(CH2CH2O)nH 试剂 99% 无色粘稠液体 江苏嘉丰化学股份有限公司 9 阻聚剂 MMA C12H18O 产品 无色液体，耐高 温抗氧剂 南京大唐化工有限公司 10 抗氧化剂 BHA （丁基羟基茴香醚） C10H12O5 食品添加剂 白色结晶状物，无毒 上海易利生物化工有限公司 主要实验装置 761 型恒温水浴反应器 ：上海新诺仪器有限公司，配 1000ml三口烧瓶，加温控制和蒸馏回流装置。 冰点凝点测试仪 ：吉林吉分仪器有限公司、测试范围到 0℃ —75℃ 锈蚀测试仪：吉林吉分仪器有限公司，测红铜、黄铜、铸铝、焊锡、铸铁、钢在防冻液中的锈蚀。 PH测试仪 ： 北京科达仪器公司 糖度测试仪 ： 北京中远科技仪器有限公司 粘度检测仪： 上海地学仪器研究所 比重计： 厦门群隆仪器有限公司 分析方法 ： 利用糖度仪测定反应过程中糖度的变化。 . 利用冰点测定仪检测产物的冰点的变化。 利用温度计测定产物的沸点。 利用酸碱滴定测定反应体系的酸值。 利用比重计测定母液的比重。 利用锈蚀测试仪测定产物及所配制的防冻液对金属的腐蚀情况。 实验结果与讨论 1 反应用主要原料的选择 生物质单糖，广泛存在于植物的果实、茎杆中，是大自然赐予的丰富资源，可以广泛的选择和利用。 分别选择了葡萄糖、玉米淀粉、薯类淀粉、木薯淀粉、秸秆糖浆等不同的原料，根据 其含单糖量的不同和分子量的不同确定与催化剂等辅助材料的添加量，经过筛选，因葡萄糖及玉米淀粉含量及分子量较适合，所以作为首选；对其它原料也进行了初步实验，也获得了成功，目前没有进行系统的实验研究工作，所制备的生物质基防冻液母液质量及冰点、沸点目前还不如葡萄糖原料所得产品的高，所以目前首先选择葡萄糖或淀粉为基础原料。 长春工业大学学士毕业论文 9 助剂原料选择甲酸钠；分子式 HCOONa，白色结晶粉末，物化性质：密度℃ （分解温度），溶于水，能溶于乙醇，无毒无腐蚀，有还原性。 易于运输储存，无易燃易爆危险，价格及资 源较为丰富。 2 催化剂的筛选 主要选用镍盐为催化剂，有醋酸镍、柠檬酸镍、甲酸镍、乙酰丙酮镍等，综合比较，醋酸镍为主催化剂时，反应得到的产物的冰点最高，达到 75℃。 表 4 不同催化剂对产物冰点的影响 催化剂种类 反应温度 /℃ 反应时间 /h 检测冰点 /℃ 醋酸镍 105110 75 甲酸镍 105110 50 柠檬酸镍 105110 35 乙酰丙酮镍 105110 35 反应条件：葡萄糖 100g， 50%甲酸钠溶液： 50 g ， PPG400： g 抗氧剂 4010NA： g 催化剂的加入量为： g 3 相转移催化剂的选择 PPG200、 PPG400、 PPG600 和季铵盐均可用作反应的相转移剂，从反应的实际情况看， PPG400 的使用效果更好些。 表 5 不同相转移剂对反应过程的影响 反应条件：淀粉 100 g， 50%甲酸钠溶液： 50 g ， 相转移剂： g 抗氧剂 4010NA： g， 催化剂醋酸镍的加入量为： g，反应温度 105110℃ . 4 抗氧化剂的筛选 抗氧剂选用 4 010NA .吩噻嗪或硝基苯酚等。 相转移剂的种类 反应时间 /h 反 应 现 象 冰点 PPG200 少量黑色聚合物、粘度中等 50 PPG400 无黑色聚合物、液体色泽 透亮 70 PPG600 有较多黑色聚合物、液体粘稠 35 PEG400 有较多黑色聚合物、液体粘稠 35 长春工业大学学士毕业论文 10 用金属锈蚀仪测定了防冻液母液对金属的腐蚀情况（见表 6），实验结果表明：性能完全符合并高于国家标准的要求。 表 6 防冻液母液对金属锈蚀检验结果 序号 检验项目 技术要求 检验结果 单项结论 1 紫 铜 177。 1 0 高于国家标准 2 黄 铜 177。 10 高于国家标准 3 钢 177。 10 高于国家标准 4 铸 铁 177。 10 符合国家标准 5 焊 锡 177。 30 符合国家标准 6 铸 铝 177。 30 20 符合国家标准 5 产品的冰点曲线 按不同比例向母液中添加纯净水，并进行冰点和沸点测试，根据冰点及沸点检测数据获得冰点 浓度关系曲线如 图 ： 图 2 母液的浓度与冰点的关系曲线 防冻液母液的产品指标： 外 观：深红色透明液体 PH值： 7 9 冰 点： 75 ℃ 沸 点 : 118 ℃ 比 重 : 6 由母液配制防冻液的实验过程及产品检验 将生。