规整填料塔萃取回收母液中咖啡因的应用研究

摘要

咖啡因是一种黄嘌呤生物碱化合物，具有独特而强烈的药理作用，由于市场需求巨大，目前咖啡因主要采用人工合成的方法制得。在咖啡因合成过程中，会产生大量的母液，这些母液中咖啡因的含量非常低，目前主要采用氯仿对其萃取回收。尽管现有的萃取设备可以有效回收母液中的咖啡因，使萃余相中咖啡因的质量分数达到工业要求，但是母液和氯仿的流比较低，导致氯仿后续回收能耗较高，使企业在市场竞争中处于劣势。本课题以降低生产能耗为目的，采用规整填料萃取塔对母液中的咖啡因进行了中试试验，确定了最优工艺参数，并依据试验数据，对不同流比下规整填料萃取塔的流体性能和传质性能进行了理论计算和分析，确定了不同流比下规整填料塔的处理能力和萃取段有效高度，旨在为企业选择合适的工艺流程提供理论依据和数据支持。
　　中试试验结果表明：在直径600mm，萃取段有效高度7m的规整填料塔中，最佳流比（F/S）为1.25，甲化母液的最大处理量为5m3∕h，设备的最大处理能力为31.85 m3∕（m2·h），咖啡因的萃取率为99.8％，残液中咖啡因含量和氯仿残留符合工业生产要求。结合试验数据，综合考虑再分布器和传质等对填料塔处理能力的影响，确定操作流速为液泛速度的0.4倍，系统的考察了不同流比下规整填料萃取塔的流体性能和传质性能，应用Becker模型分析了再分布器对规整填料萃取塔轴向扩散的抑制作用。理论分析结果表明再分布器可以显著的降低轴向扩散，进而降低萃取段的有效高度。通过试验和理论计算确定了流比为8时，规整填料萃取塔的处理能力为28.12 m3/（m2·h），分散相的存留分数为9.45%，两相传质比表面积为203.8 m2∕m3，传质单元数为8.80，传质单元高度为1.93m，萃取段有效高度约为17.1m。
　　规整填料萃取塔具有处理量大、能耗低、操作方便等优点，使用规整填料萃取塔，可以显著降低咖啡因生产过程中的能耗，节约能源、降低生产成本。本文对于规整填料萃取塔的广泛应用和理论设计也具有一定的指导意义。

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第一章 文献综述

1.1概述

1.2液液萃取

1.3咖啡因母液处理技术研究进展

1.4研究目的、研究意义和研究内容

第二章 规整填料塔萃取回收母液中的咖啡因的中试研究

2.1概述

2.2试验原料性质

2.3试验药品和主要设备

2.4工艺流程简介

2.5试验步骤

2.6试验检测和分析方法

2.7试验结果与讨论

2.8本章小结

第三章 规整填料塔萃取回收咖啡因母液流体性能研究

3.1概述

3.2规整填料萃取塔的流体力学特性

3.3计算结果与讨论

3.4本章小结

第四章 规整填料塔萃取回收咖啡因母液传质性能研究

4.1概述

4.2规整填料萃取塔传质性能研究

4.3计算结果与讨论

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2主要创新和展望

符号说明

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢