固體酒精生產(chǎn)技術(shù)研究畢業(yè)論文

1、<p>　　分類號 </p><p>　　密 級 </p><p>　　編 號 </p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目 固 體 酒 精 生 產(chǎn) 技 術(shù) 研 究 </p><p

2、>　　學 院 生命科學與化學學院 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　專 業(yè) 化學工程與工藝 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導教師 </p><p>

3、;　　提交日期 2012.05.26 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞1</b></p><p><b>　　引言2</b><

4、;/p><p>　　1 固體酒精國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p><b>　　2 實驗3</b></p><p>　　2.1 試劑及儀器3</p><p>　　2.2 實驗原理3</p><p>　　2.3 實驗方法4</p><p>　　2.4 燃燒試驗4<

5、/p><p><b>　　3 影響因素5</b></p><p>　　3.1 硬脂酸對固體酒精性質(zhì)的影響6</p><p>　　3.2 氫氧化鈉對固體酒精性質(zhì)的影響6</p><p>　　3.3 反應(yīng)時間對固體酒精性質(zhì)的影響7</p><p>　　3.4 反應(yīng)溫度對固體酒精性質(zhì)的影響7<

6、;/p><p>　　3. 5 固化劑對固體酒精性能的影響7</p><p>　　3. 6 硝酸銅對固體酒精性能的影響7</p><p><b>　　4結(jié)語8</b></p><p>　　4.1 固體酒精存在的問題8</p><p>　　4.2結(jié)果與討論8</p><p&g

7、t;<b>　　參考文獻9</b></p><p><b>　　致 謝10</b></p><p>　　固體酒精生產(chǎn)技術(shù)研究</p><p>　　摘要:隨著科學技術(shù)的發(fā)展，作為新型能源的固體酒精，廣泛應(yīng)用于化學、食品、醫(yī)學、軍隊等部門。本實驗把工業(yè)酒精、硬脂酸、氫氧化鈉混合形成溶膠；在其中加入聚乙烯吡咯烷酮和硫酸鋁，

8、提高熔程；加入硝酸銅，改變產(chǎn)品顏色。此方法制備的固體酒精性能良好、儲存穩(wěn)定、無液體滲出、燃燒時不流淌、燃燒時間長、燃燒值低、無煙、殘渣少、無污染，呈藍色的晶體。該產(chǎn)品的發(fā)展趨勢將逐漸成為蜂窩煤、液化氣等燃料的理想替代產(chǎn)品，有很好的市場潛力。所以研究固體酒精對我們的經(jīng)濟發(fā)展、生活質(zhì)量提高、醫(yī)療應(yīng)用方面都具有不可估量的現(xiàn)實意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞:固體酒精；方法；高分子聚合物；凝膠；性能影響</p&g

9、t;<p>　　The research on the production technology of solid alcohol</p><p>　　Abstract: With the development of science and technology, solid alcohol was widely used in chemical, food, medical, military

10、 and other departments. In this paper, indust-</p><p>　　Rial spirit, stearic acid and sodium hydroxide were mixed to be colloidal sol. At the </p><p>　　same time, Polyethylene pyrrole and vitrio

11、lic were added to colloidal sol in order to improve melting process and Nitric acid copper also was added to it so as to improve color of the product. The solid alcohol is a blue crystals, which is good performance, sta

12、ble storage, no liquid exudates, burns without flow, long combustion time, low c-</p><p>　　ombustion values, smokeless, non-pollution, less residue. The development tendency of the product gradually was taki

13、ng the place of the fuel such as honeycomb briquette, liquefied gas and so on. Besides, the product has good market potential. Thus, the re-</p><p>　　search on solid alcohol has immeasurably actual significa

14、nce in aspects of economic development, rising living standards and healthcare applications.</p><p>　　Keywords: solid alcohol; method; high polymer; gelatum; performance impact</p><p><b>　

15、　引言</b></p><p>　　酒精是一種易燃、易揮發(fā)的液體，沸點是78℃，凝固點是-114℃。它是一種重要的有機化工原料，可廣泛應(yīng)用于化學、食品等工業(yè)，也可作為燃料應(yīng)用于日常生活中[1]。隨著科技的發(fā)展出現(xiàn)了固體酒精，固體酒精又名固化乙醇，它是一種乳白色的固體燃料，加入適當?shù)哪z劑、固化劑、火焰改性劑等添加劑，使之改變其物理形態(tài)，即由液態(tài)的酒精變成固體酒精。在室溫下不能自燃、使用時只需要一根火柴

16、就可以點燃，固體酒精具有使用和貯存方便安全，燃燒時火焰溫度均勻和熱值偏差較小、燃燒時對環(huán)境的污染較少與液體酒精比較安全等優(yōu)點[2]。隨著人民生活水平的提高、廣泛用于餐飲及化學、醫(yī)學、旅游、地質(zhì)、部隊等部門及場所取火取暖的理想熱源[3]。而在市面上使用的固體酒精，有些儲存穩(wěn)定性差，放置一段時間后就會變軟，呈膏狀，有液體滲出；有些燃燒時冒黑煙，有異味，對環(huán)境無污染；有些燃燒時會迸出黑色顆粒，造成粉塵污染；有些不耐燃燒；有些燃燒后殘渣較多等[

17、4]。所以要生產(chǎn)研究燃燒值高，穩(wěn)定性好，無污染的固體酒精。</p><p>　　固體酒精是以酒精為基本成分，并含有皂質(zhì)、膠凝物質(zhì)等的固態(tài)燃料。固體酒精并不是固體狀態(tài)的酒精(酒精的熔點很低是-117.3℃，常溫下不可能是固體)，而是將工業(yè)酒精(乙醇)中加入凝固劑，使酒精成為固體型態(tài)[5]。固體酒精的制備工藝已有研究，制備方法也很多，區(qū)別在于使用的固化劑主要有醋酸鈣、硝化纖維、乙基羧基乙基纖維素、高級脂肪酸等，但成本

18、都比較高[6-10]。</p><p>　　1 固體酒精國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　固體酒精是介于固體和液體的一種物質(zhì)形態(tài)，凝膠體系由膠凝劑所形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和固定于其中的大量溶劑構(gòu)成。固體酒精的物質(zhì)形態(tài)可以隨溫度變化，由凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z態(tài)，是一種物理凝膠，具有溫度響應(yīng)特性，研究其凝膠過程對于有機凝膠的熱可逆性、有機溶劑的化學敏感性及具有分子識別特性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有特殊意義，使它能

19、夠在諸如催化、傳感技術(shù)、藥物傳遞以及手性分離等領(lǐng)域中具有極大的潛在應(yīng)用價值[11]。國內(nèi)制備固體酒精方法的主要區(qū)別是所選固化劑的不同, 所用的固化劑主要有司盤40膠、醋酸鈣、硝化纖維、羥丙基纖維素乙基醚、硝化棉、硬脂酸和高分子聚合物等[12]。目前對固體酒精的研究絕大部分集中在應(yīng)用性研究，而對于如溶膠情況、凝膠過程及機理等方面，國內(nèi)基本上還是空白[5]。</p><p>　　固體酒精成品性能的優(yōu)劣主要表現(xiàn)在它的顏

20、色、硬度、燃燒時的流淌度及燃燒后的殘渣等方面，并且反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、硬脂酸、氫氧化鈉、添加劑對固體酒精性能的都有影響。本實驗中固體酒精熔化的溫度是關(guān)系到固體酒精燃燒時是否流淌、燃燒時間長短、儲存穩(wěn)定性等的重要指標。所得固體酒精為凝膠體，是非晶態(tài)物質(zhì)，沒有恒定的熔程[4]。在固體酒精制備過程中，加入適當?shù)奶砑觿┛刂乒腆w酒精的熔程，是關(guān)系到固體酒精質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。</p><p><b>　　2 實驗&l

21、t;/b></p><p><b>　　2.1 試劑及儀器</b></p><p>　　主要試劑：95%工業(yè)酒精，硬脂酸，氫氧化鈉，聚乙烯吡咯烷酮和硫酸鋁，硝酸銅等均為工業(yè)級。</p><p>　　主要儀器：恒溫水浴鍋，三頸燒瓶，回流冷凝管，電動攪拌器等，熔點測定儀。</p><p><b>　　2.2

22、實驗原理</b></p><p>　　固體酒精，即把酒精從液體變成固體，是一個物理變化過程，它的主要成分仍是酒精，化學性質(zhì)不變。其原理為：用一種可凝固的物質(zhì)來承載酒精,包容其中, 使其具有一定形狀和硬度[13]。硬脂酸與氫氧化鈉混合后將發(fā)生下列反應(yīng):</p><p>　　C17H35COOH + NaOH = C17H35COONa + H2O</p><p

23、>　　反應(yīng)生成的硬脂酸鈉是一個長碳鏈的極性分子，在室溫下不易溶于酒精。可以均勻分散在酒精中形成溶膠，這時具有溶膠的典型性質(zhì)——丁鐸爾效應(yīng)[4]。冷卻后則形成凝膠體系,酒精分子被束縛于相互連接的大分子之間, 呈不流動狀態(tài)使酒精凝固[14]。當溫度降低時，膠粒的動能減少，本來分散的溶膠不穩(wěn)定，大量的膠粒析出，膠粒之間靠分子間的范德華引力相互連接起來形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，酒精分子處于網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的孔隙中，把酒精束縛在相互連接的硬脂酸鈉三維空間網(wǎng)狀骨

24、架間隙中，呈不流動狀態(tài)而凝固，就這樣形成了固體酒精，這時膠體呈凝膠狀態(tài)。當溫度升高時，膠粒的動能增大，分子的運動速度加快，膠粒之間的聯(lián)系立刻消失，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也不存在，膠粒呈自由活動狀態(tài)，致使它又變成了液態(tài)的溶膠[15-17]。</p><p>　　為了提高固體酒精的熔程，加入了一些高分子聚合物，以此增加這種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的密實程度。本實驗加入了聚乙烯吡咯烷酮和硫酸鋁；聚乙烯吡咯烷酮的分子結(jié)構(gòu)見下圖1：</p&g

25、t;<p>　　圖1 聚乙烯吡咯烷酮的分子結(jié)構(gòu)</p><p>　　Fig.1 the molecular structure of PVP</p><p><b>　　2.3 實驗方法</b></p><p>　　把100g 95%的工業(yè)酒精和硬脂酸加入裝有攪拌器、冷凝管的三口瓶中，將水溫慢慢升溫保持微沸約5min，并攪拌使硬

26、脂酸完全溶解；然后慢慢加入聚乙烯吡咯烷酮和硫酸鋁，接著緩慢滴加氫氧化鈉，保持恒溫在65℃-85℃，再加入適量的硝酸銅，繼續(xù)攪拌保持微沸20min，使反應(yīng)完全，回流成為無色透明溶液，移去水??；倒入放在熱水中的模具，使其緩慢降溫冷卻，倒出模具可得到表面光亮、細膩、蠟狀藍色透明的凝膠狀固體酒精[4]。</p><p><b>　　2.4 燃燒試驗</b></p><p>　

27、　用小刀切取質(zhì)量為4.00 g的自制方形固體酒精塊，放在蒸發(fā)皿中點燃，與其他固體酒精做燃燒試驗比較。觀察燃燒現(xiàn)象使其完全燃燒，等到自然熄滅時記錄下燃燒時間，冷卻后使用蒸發(fā)皿稱量，稱其剩余殘渣的質(zhì)量。見下表1：</p><p><b>　　表1 燃燒試驗表</b></p><p>　　Tab.1 combustion test table</p><

28、p>　　通過燃燒試驗比較發(fā)現(xiàn)，自制固體酒精可持續(xù)燃燒112s.g-1 ，性能良好。并發(fā)現(xiàn)固體酒精在燃燒過程中表面形成一層膜，酒精蒸汽不斷地沖破膜噴射出來。從該現(xiàn)象受到啟發(fā)，采用復合穩(wěn)定劑適當增加膜的強度可以使其燃燒時液體酒精不流淌出來[18]。</p><p><b>　　3 影響因素</b></p><p>　　根據(jù)試驗方法，在文獻[19]的基礎(chǔ)上，確定正交試

29、驗因素水平見表2，正交試驗結(jié)果見表3：</p><p>　　表2 固體酒精正交試驗因素水平表</p><p>　　Tab.2 solid alcohol orthogonal test factors the level of table</p><p>　　表3 L25 ( 54) 正交試驗及殘渣量測定結(jié)果</p><p>　　Tab.3

30、results of orthogonal experiments and residue amount</p><p>　　3.1 硬脂酸對固體酒精性質(zhì)的影響</p><p>　　加入硬脂酸量的多少會直接影響著固體酒精的凝固性能，硬脂酸的加入量少，固體酒精燃燒時，少量融化、流淌明顯、殘渣量少。隨著加入硬脂酸用量的增加，改善了產(chǎn)品的燃燒性能，燃燒時的流淌現(xiàn)象不明顯，燃燒時間延長，殘渣量少。

31、但是隨著硬脂酸用量的再次增加，固體酒精在燃燒時會有一層不易燃燒的硬膜生成，阻止了酒精的流淌，而保持了酒精的固體形態(tài)[12]；再加上固體酒精硬度大，不融化，燃燒后的殘渣量增多，也提高了固體酒精的生產(chǎn)成本。</p><p>　　3.2 氫氧化鈉對固體酒精性質(zhì)的影響</p><p>　　溶液在堿性環(huán)境下都可以凝固，加入的氫氧化鈉的量少時，反應(yīng)進行得不徹底，溶膠數(shù)量少，無法形成凝膠，使得固體酒精的

32、硬度小，質(zhì)地柔軟，有少量未凝結(jié)酒精[11]。隨著氫氧化鈉的加入量增加，產(chǎn)品的硬度變得越來越大，固化效果也越來越好，當加入太多的氫氧化鈉時，燃燒時間明顯縮短，加入的氫氧化鈉越多，成本也高，腐蝕性也大，并且產(chǎn)生明顯的燒焦氣味，所以氫氧化鈉的加入量要合理。</p><p>　　3.3 反應(yīng)時間對固體酒精性質(zhì)的影響</p><p>　　硬脂酸跟氫氧化鈉混合反應(yīng)時，時間過長會產(chǎn)生更多的副產(chǎn)物，得到的

33、固體酒精過軟；反應(yīng)時間過短硬脂酸不能完全反應(yīng)，所得的酒精比較硬燃燒會產(chǎn)生很多的殘渣；在合適的反應(yīng)時間里所得的固體酒精固化均勻且燃燒時殘渣少、性質(zhì)穩(wěn)定、燃燒時間長等。所以要控制好反應(yīng)時間，來制取更好的產(chǎn)品。</p><p>　　3.4 反應(yīng)溫度對固體酒精性質(zhì)的影響</p><p>　　在溫度較低時由于硬脂酸不能完全溶解，滴加的氫氧化鈉會與硬脂酸反應(yīng)，立即會出現(xiàn)局部固化現(xiàn)象，凝膠的結(jié)構(gòu)也不均勻

34、，使得生成的產(chǎn)品均勻性差；當溫度較高，在酒精的沸點左右時，酒精蒸發(fā)冷凝的速度加快，并且回流量增加，從而引起燒瓶中局部溶液溫度偏低，就會導致回流液附近的液體首先出現(xiàn)固化，使得固體酒精固化不均勻[14]。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，當溫度控制在80℃，保持酒精微沸，酒精不斷地固化, 最后得到均勻一致的固體酒精。</p><p>　　3. 5 固化劑對固體酒精性能的影響</p><p>　　固體酒精是一種熱可

35、逆的溶膠-凝膠體系。在這種體系中溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z時，硬脂酸鈉膠束析出聚集的空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的疏密程度，是決定固體酒精熔程高低的重要因素。加入一些高分子聚合物，可以增加這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的密實程度，來提高固體酒精的熔程[4]。本實驗加入聚乙烯吡咯烷酮和硫酸鋁后，固體酒精的熔程很容易控制在所要求的范圍內(nèi)。進一步提高固體酒精的質(zhì)量和性能。見下表4：</p><p>　　表4 添加劑對固體酒精性能的影響表</p>

36、<p>　　Tab.4 the influence of additives on performance</p><p>　　3. 6 硝酸銅對固體酒精性能的影響</p><p>　　酒精在燃燒時火焰基本是無色，但在固體酒精中加入了氫氧化鈉，由于鈉離子的存在固體酒精燃燒時的火焰為黃色，加入適量的硝酸銅，固體酒精的其他性質(zhì)不變, 但燃燒時火焰變?yōu)樗{色[19]。也可以選擇少量的不同

37、的無機鹽類，加入到固體酒精中去得到不同顏色的火焰，增加燃燒時的美感。</p><p><b>　　4結(jié)語</b></p><p>　　4.1 固體酒精存在的問題</p><p>　　以前的固體酒精存在燃燒時間太短、火力小、熱值低、還有股刺鼻的氣味，不符合現(xiàn)代環(huán)保的要求。</p><p><b>　　4.2結(jié)果與

38、討論</b></p><p>　　本實驗根據(jù)正交法得出制備固體酒精時最佳加料數(shù)據(jù)是：溫度控制在80℃，反應(yīng)時間是40min，在工業(yè)酒精中加入6.0%的硬脂酸，1.30%的氫氧化鈉，0.1%聚乙烯吡咯烷酮和硫酸鋁，制得的固體酒精的熔點為65℃, 燃燒時仍保持固體狀態(tài)，穩(wěn)定性比較好，性能良好。加入聚乙烯吡咯烷酮和硫酸鋁，使得不溶于酒精的硬脂酸鈉溶膠膠粒所形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加牢固。從而使固體酒精的硬度增加

39、，熔點升高。通過改進使制得的產(chǎn)品硬度大、耐貯存、產(chǎn)率高、外形美觀、生產(chǎn)成本低、使用安全方便、燃燒時間長、熱值高、無煙無味、燃燒后殘渣少、可回收循環(huán)利用、無毒無害，對環(huán)境無污染的藍色固體酒精，是一種綠色環(huán)保能源；該產(chǎn)品的發(fā)展趨勢將逐漸成為蜂窩煤、液化氣等燃料的理想替代產(chǎn)品，有很好的市場潛力。該實驗方法原料易得，工藝簡單，不僅適用于一般實驗室制備，而且易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。所以研究固體酒精對我們的經(jīng)濟發(fā)展、生活質(zhì)量提高、醫(yī)療應(yīng)用方面都具有不可

40、估量的現(xiàn)實意義[20-21]。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王茂元,許玉生,仇立干,等.固體酒精燃料生產(chǎn)工藝的改進[J].應(yīng)用科技,2002,29(4):54-55</p><p>　　[2] 崔廣華,董桂英.固體酒精合成新工藝[J].河北理工學院學報,2000,22(4):86-89</p&

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44、體與聚合物,2006,24(2):20-23</p><p>　　[12] 尹應(yīng)梅.固體乙醇合成工藝實驗方案比較[J].青海大學學報(自然科學版),2003,22(5):44-46</p><p>　　[13] 賈長英,唐麗華,張曉娟,等.固體酒精的制備工藝與性能研究[J].沈陽工業(yè)大學學報,2007,29(5):596-600</p><p>　　[14] 尹國杰

45、,李 冬.固體乙醇合成方法的研究[J].洛陽理工學院學報（自然科學版）,2008,18(2):32-34</p><p>　　[15] 錢曉春．固體酒精的合成工藝研究[J].化學世界,1992 (7) :325-328</p><p>　　[16] Jakobsen R J, Brasch J W, Mikawa Y. Hydrogen bonding in solidalcohols [

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48、學院學報,2004,25(8):33-36</p><p>　　[21] 翟廣玉,趙云龍,馬海英,等.固體酒精的制備方法[P]．CN:200910227241,9,2009-12-02</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　逝者如斯，不舍晝夜，四次春去春又來，歲月稍縱即逝。此時，回頭想想這段短暫的求學路，時而喜悅，時

49、而惆悵。在這個美麗的校園里，原本天真幼稚的我如今已蛻變成一個睿智、沉穩(wěn)的青年，感謝命運的安排，讓我有幸結(jié)識了許多良師益友，是他們教我如何品味人生，讓我懂得如何更好的生活。</p><p>　　經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)論文，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個論文是難以想象的。人生處處是驛站，已是揮手

50、作別之時，在此，向所有幫助過我的人獻上我最誠摯的謝意！ </p><p>　　在這里首先感謝我的導師**老師。**老師治學嚴謹，學識淵博，視野廣闊，為我營造了一種良好的學術(shù)氛圍。置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了明確的學術(shù)目標，領(lǐng)會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力，與無微不

51、至、感人至深的人文關(guān)懷，令人如沐春風，倍感溫馨。正是由于他在百忙之中多次審閱全文，對細節(jié)進行修改，并為本文的撰寫提供了許多中肯而且寶貴的意見，本文才得以成型。</p><p>　　其次還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下化學工程與工藝專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)論文才會順利完成。 </p><p>　　最后感謝生化學院和我的母?！?/p>