醇类萃取发酵液中乙醇的研究

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以高碳醇作为萃取剂,通过溶剂萃取使发酵液中的乙醇萃入到有机相中,实现乙醇与水及杂质的分离。研究了萃取影响因素对萃取率、饱和容量等的影响,优化了萃取工艺技术条件,探讨了萃取过程中热力学及动力学问题。紫外分光光度法测定的最佳条件是:待测液中浓硫酸加入量为14mL,重铬酸钾浓度为7%,加入量为6mL,反应时间为50min。通过5次重复试验,此方法的标准偏差S=0.00031,相对标准偏差RSD0.88%,满足试验要求。萃取研究的结果表明,一元醇类萃取剂碳链长度大于6的醇,适于作为萃取乙醇的醇类萃取剂。在相同条件下,随着碳链的增长,萃取率下降。一元醇的属性对萃取过程有很大的影响。在65℃条件下,戊醇的最高萃取率为48.39%。异二十醇和异十八醇、异十六醇与异十八醇、正十四醇与异十六醇混合萃取剂存在协同效应。当癸醇、正十二醇及正十四醇按4比2.4比3.6混合时,具有分层时间短、萃取率高及溶剂损失小的优点,在萃取温度为55℃时,适于作为发酵液中乙醇的萃取剂。当癸醇、正十二醇及正十四醇按4比2.4比3.6混合为萃取剂时,其饱和容量为88mL/L。最佳萃取工艺条件为:搅拌速度为800r/min,搅拌时间8min,静止时间8min,相比2:1,萃取温度55℃。活性炭预处理原料液的最佳工艺为:体积流速2mL/min、径高比为1:12。逆流萃取级数为7级,萃余液中中乙醇浓度为0.85%,萃取率达到52.45%。解萃的最佳工艺为:解萃温度120℃、真空度为0.1kpa,解萃时间为35min。混合萃取剂的空腔效应对乙醇的萃取率有影响。萃取剂分子越大越有利于空腔的形成。温度对空腔的形成有一定的影响,温度高于65℃、低于45℃对空腔形成不利。随着碳链的增长空腔效应提高萃取率比例增大。氢键在乙醇萃取过程中起主导作用,通过对溶解度参数中影响因素的研究,氢键相的改变与萃取率的改变成正比,验证了萃取过程为物理萃取。在萃取过程中过量自由能GE=0.44kJ,热力学分配平衡常数θ=3.194,萃取自由能ΔGθ=-3.17kJ mol。动力学研究表明,随着搅拌速度、界面积的增加,萃取速率加快,判断为扩散控制类型。随着温度的升高,萃取速率增加,表观活化能Ea=6.36kJ mol,萃取速率由水相中乙醇从本体溶液扩散至相界面的扩散步骤控制。通过计算得到水相传质系数为k=52.4×10-9c m/s,有机相传质系数kd=4.44×10-9m/s,平衡分配系数α=0.20,总传质系数以有机相表示为K=6.89×10-10cm/s。
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