活性炭纤维在咖啡因精制生产中的应用研究

摘要

活性炭纤维是随着炭纤维工业发展而开发的新一代多孔吸附材料，也是传统粉状、粒状活性炭吸附材料的升级换代产品。活性炭纤维(ACF)与以往的活性炭相比，比表面积大，含量丰富的微孔占总体积的90％左右，孔径分布狭窄且均匀，微孔孔径大多在1nm左右，没有大孔和过渡孔，吸附、脱附速度快、可塑性和再生性强。其吸附能力比颗粒活性炭高20倍，吸附速度快1000倍。ACF表面有各种官能团，对于金属离子、某些有机物及某些气体有很好的选择性吸附功能，是一种新型的高效吸附剂。
　　现在大部分原料药生产需要进行精制纯化，精制过程使用粉末活性炭或颗粒活性炭进行吸附脱色去除杂质。粉末活性炭或颗粒活性炭使用存在以下问题:
　　1.活性炭使用场所环境较差，对操作人员造成一定的伤害;
　　2.粉末活性炭或颗粒活性炭消耗量高;
　　3.粉末活性炭或颗粒活性炭中精制原料药含量较高，且后续处理往往用到有机溶剂;
　　4.粉末活性炭或颗粒活性炭有二次污染且不易活化再生;
　　5.废活性炭产生量较大，后续处理费用较高;
　　本文在咖啡因精制生产中，探索采用活性炭纤维取代部分粉末活性炭进行精制脱色，首先将多种活性炭纤维进行小试脱色比较，筛选出脱色效果最好的活性炭纤维，其次小试对比添加粉末活性炭及使用活性炭纤维精制脱色物料外观，确定活性炭纤维使用的方法，进一步根据再生试验结果确定活性炭纤维的再生方法，最终根据实验结果确定适合咖啡因精制脱色使用的活性炭纤维及使用方法;并通过工业化设计，确定活性炭纤维的使用模式及活性炭纤维的使用寿命及再生方法;成功进行工业化生产验证，对咖啡因成品质量进行考察，并对咖啡因生产成本进行综合分析，确定其应用的可行性，经济性。
　　在咖啡因精制脱色过程中使用活性炭纤维作为脱色剂的探索及应用，目前在国内外还没有报道，本次为活性炭纤维在咖啡因精制生产的首次探索应用。
　　通过采用活性炭纤维用于咖啡因精制脱色，解决了原活性炭脱色存在的活性炭使用场所环境较差;粉末活性炭或颗粒活性炭消耗量高;活性炭中精制原料药含量较高;后续处理使用有机溶剂;废活性炭产生量较大，后续处理费用较高等一系列问题。改善了操作环境，降低了资源消耗，并有效降低产品生产成本，减少污染物的排放，同时此工艺在其他原料药产品以及精细化工、食品行业等也具有巨大地推广价值。
　　对于推进生产过程降耗减排;降低生产成本、增加企业效益、提高企业竞争力、引领行业发展意义重大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 活性炭纤维简介

1．2 活性炭纤维的发展起源

1．3 活性炭纤维特性

1．4 活性炭纤维研究概况

1．4．1 国外活性炭纤维研究

1．4．2 国内活性炭纤维研究

1．5 活性炭纤维的微观结构及吸附性能

1．6 活性炭纤维的实际应用

1．6．1 水处理

1．6．2 空气净化

1．6．3 溶剂回收

1．6．4 贵金属回收

1．6．5 其他

1．7 原料药精制生产现状

1．8 咖啡因的产品概述

1．8．1 产品名称

1．8．2 化学结构

1．8．3 理化性质

1．9 咖啡因生产工艺简介

1．9．1 还原

1．9．2 酰化

1．9．3 闭环

1．9．4 甲化

1．9．5 精制脱色

1．9．6 结晶干燥

1．9．7 咖啡因精制脱色工艺

1．10 吸附脱色原理

1．10．1 吸附

1．10．2 影响溶液中吸附的因素

1．10．3 活性炭吸附剂

1．10．4 活性炭脱色工艺缺点

1．10．5 活性炭纤维与颗粒状活性炭的比较

1．11 本论文研究工作的目的意义及内容

1．11．1 本论文的主要研究内容

1．11．2 本论文研究的意义

1．12 本论文研究需解决的难点问题

第二章 活性炭纤维的筛选

2．1 方案讨论

2．2 原料

2．3 试验仪器

2．4 试验过程

2．4．1 活性炭纤维使用确认

2．4．2 活性炭纤维选择

2．4．3 活性炭纤维过滤次数确定

2．4．4 活性炭纤维精制小试操作方案

2．5 咖啡因检验方法(BP／EP／USP规格)

2．6 样品检验结果

2．7 实验结论

第三章 活性炭纤维应用于咖啡因生产可行性分析

3．1 工业化装置

3．2 工艺流程简述

3．3 咖啡因精制生产存在的问题

3．4 活性炭纤维应用于咖啡因精制生产可达到以下几方面的效果

3．5 主要设备选择

3．5．1 比选原则

3．5．2 设备的选择及费用

3．6 投资估算

3．7 环境保护

3．8 结论

第四章 活性炭纤维应用于咖啡因精制生产风险评估

4．1 评估背景

4．2 评估目的

4．3 评估范围

4．4 评估方法

4．5 评估过程

4．6 结论

第五章 活性炭纤维应用于咖啡因精制生产

5．1 咖啡因精制工艺简介

5．1．1 工艺描述

5．1．2 工艺变化说明

5．2 生产中使用的原料质量标准

5．3 操作要求

5．4 生产操作过程及生产验证批数

5．4．1 操作过程

5．4．2 生产批数

5．5 生产批次关键工艺参数统计

5．6 咖啡因成品质量标准

5．7 咖啡因成品检验方法

5．7．1 CP

5．7．2 BP／EP／USP

5．8 咖啡因成品质量统计

5．8．1 BP／EP／USP

5．8．2 CP

5．8．3 JP

5．8．4 咖啡因百事规格

5．9．5 可乐规格

5．9 结论

5．10 经济效益计算

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

附件

参考文献

致谢

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