СИНТЕЗ ТРИАЦЕТИНА НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ

АННОТАЦИЯ

Глицерин является побочным продуктом биодизеля, на его долюриходится около 10% по весу его производства. Избыточное количество глицерина является очень перспективным сырьем для преобразования в более ценный продукт. Одним из перспективных производных глицерина является триацетин, который производится путем ацетилирования глицерина. Синтез триацетина из глицерина с уксусной кислотой с использованием гомогенного кислотного катализатора был проведен в периодической реакции и был проанализирован с помощью газовой хроматографии. Параметры, которые были изменены, - это молярное соотношение глицерина к уксусной кислоте 1:3, 1:6 и 1:9 моль/моль, а время реакции составляет 30, 60 и 120 минут. Кроме того, количество используемого катализатора составляло молярное соотношение глицерина к серной кислоте 1:0,00, 1:0,02 и 1:0,04 моль/моль, а изменяемые температуры находились в диапазоне от 90 до 120 oC. После изменения параметров будет получен и изучен набор параметров, обеспечивающих максимальный выход триацетина. В ходе исследования эффективность производства триацетина была дополнительно улучшена путем определения оптимальных рабочих условий для процесса.

ABSTRACT

Glycerol is the by-product of biodiesel with about 10 wt% of its production. The excessive amount of glycerol is a very promising feedstock for converting into more valuable product. One of the prospective glycerol‟s derivatives is triacetin which produce by glycerol acetylation. Synthesis of triacetin from glycerol with acetic acid using homogeneous acid catalyst has been carried out in a batch reaction and was analyzed by gas chromatography. The parameters that were manipulated are glycerol to acetic molar ratio of 1:3, 1:6, and 1:9 mol/mol and the reaction times are 30, 60 and 120 minutes. Besides, the catalyst amount used were glycerol to sulphuric acid molar ratio of 1:0.00, 1:0.02 and 1:0.04 mol/mol and the temperatures being manipulated were between 90 to 120 oC. After manipulating among the parameters, a set of parameter that produce highest yield of triacetin will be obtained and studied. In the study, the triacetin production efficiency was further improved by determining the optimum operating condition for the process..

Ключевые слова: глицерин, биодизеля, триацетин октаноповышающей, модификатор, эффективность модификатор.

Keywords: glycerol, biodiesel, Triasetin Оctane booster, modifier, efficiency modifier

В настоящее время при производстве биодизеля примерно 10% побочного продукта составляет глицерин. В результате образующийся в большом количестве глицерин является актуальным сырьем на сегодняшний день и в перспективе для преобразования в продукцию высокого качества.

Одна из основных задач на будущее по использованию избыточного глицерина — преобразование его в 1,2,3-триацетоксипропан, также известный как глицеринтриацетат, триацетин или триацетилглицерид. Триацетин в настоящее время является одним из высокоценных производных глицерина, и его можно получить путем ацетилирования глицерина

При использовании этого продукта в качестве добавки он предотвращает кристаллизацию биодизеля, которая может происходить из-за изменения температуры и вызывать засоры в двигателе. Помимо того, что триацетин является высокоценным соединением, он обладает способностью растворяться в биодизеле, что позволяет включать его в состав биотоплива. Кроме того, триацетин может использоваться в косметике, фармацевтике и в качестве добавки к топливу.

Синтез триацетина из глицерина представляет собой поэтапный процесс, осуществляемый с использованием уксусной кислоты в присутствии гомогенного катализатора, а анализ полученных продуктов проводился с помощью газовой хроматографии. Среди изменяемых параметров были молярные соотношения глицерина и уксусной кислоты — 1:3, 1:6 и 1:9 моль/моль, а также продолжительность реакции — 30, 60 и 120 минут. Кроме того, количество используемого катализатора выражалось через молярное соотношение глицерина и серной кислоты — 1:0.00, 1:0.02 и 1:0.04 моль/моль, а изменяемые температуры варьировались от 90 до 120 °C. После внесения изменений в параметры был определен и изучен набор условий, обеспечивающий максимальный выход триацетина.

В результате исследований создание оптимальных условий для реакции стало одной из основных приоритетных задач, направленных на повышение эффективности получения триацетина. Оптимальные условия для производства триацетина были следующими: молярное соотношение глицерина и серной кислоты — 1:0.02 моль/моль, глицерина и уксусной кислоты — 1:9 моль/моль, время реакции — 60 минут, температура реакции — 105 °C.

В данном исследовании основная цель заключалась в определении оптимальных условий ацетилирования, при которых достигается максимальный выход триацетина при использовании серной кислоты (H₂SO₄) в качестве гомогенного катализатора. На начальном этапе исследования изучались следующие параметры: температура реакции (90 и 120 °C), время реакции (30–60 минут), соотношение глицерина и уксусной кислоты (1:3, 1:6 и 1:9), а также соотношение глицерина и серной кислоты (1:0.00, 1:0.02 и 1:0.04).

Материал и химические реагенты

Одним из основных реагентов, использованных в данном исследовании, является глицерин, который представляет собой бесцветную жидкость. Все химические вещества, использованные в ходе исследования, приведены в таблице 1

Таблица 1

Список химических веществ, использованных в ходе эксперимента.

Оборудование, использованное в данном исследовании, приведено в таблице 2. В таблице также указан поставщик оборудования.

Таблица 2

Оборудование и его поставщик

Приготовление реагента и катализатора.

Все химические вещества были приобретены в коммерческих целях и использовались без дополнительной очистки. 90% уксусная кислота была получена от All-kimyo (Узбекистан), 99,7% глицерин — от Flagma (Узбекистан), а 95,6% серная кислота — от Glotr.uz (Узбекистан). Этанол для газовой хроматографии (GC) с чистотой 96% уровня GC был приготовлен Prom.uz (Узбекистан).

Ацетилирование реакцие

Синтез триацетина представляет собой процесс, протекающий в присутствии катализатора, в реакторе при атмосферном давлении и скорости перемешивания 290 об/мин, при температуре от 90 до 120 °C. Ранее для синтеза триацетина использовались различные гомогенные и гетерогенные катализаторы, однако по результатам наших наблюдений мы приняли решение выбрать серную кислоту в качестве наиболее подходящего гомогенного катализатора для данной реакции. мешалкой и термометром (рисунок 1). Глицерин и уксусная кислота непосредственно добавлялись в трехгорлую колбу вместе с серной кислотой в качестве катализатора. Реакция проводилась при перемешивании в течение 30–60 минут. Перемешивание в ходе реакции осуществлялось непрерывно с помощью магнитной мешалки.

После завершения реакции продукты с содержанием серной кислоты нейтрализовали в сосуде с добавлением гидроксида натрия в том же соотношении. После нейтрализации загрязненный катализатор удаляли с помощью устройства с рециркулируемой водной аспирацией (рисунок 2). В конечном этапе моноацетин, диацетин, триацетин, глицерин и непрореагировавшая уксусная кислота подвергались обработке на ротационном испарителе для удаления растворителя из продукта (рисунок 3).

Рисунок 1. Процесс синтеза триацетина

Рисунок 2. Процесс фильтрации

Рисунок 3. Ротационный испаритель

В данном исследовании наибольший выход триацетина составил 31,89%, и он был достигнут при молярном соотношении глицерина и серной кислоты 1:0,02, глицерина и уксусной кислоты 1:9, времени реакции 60 минут и температуре реакции 105°C. Полученный триацетин был проанализирован с помощью инфракрасной спектроскопии.

Рисунок 4. Анализ триацетина с помощью инфракрасной спектроскопии

Список литературы:

1. Balaraju, M., Nikhitha, P., Jagadeeswaraiah, K., Srilatha, K., Sai Prasad, P. and Lingaiah, N. (2010). Acetylation of glycerol to synthesize bioadditives over niobic acid supported tungstophosphoric acid catalysts. Fuel Processing Technology, 91(2), pp. 249-253.
2. Claudia V. Lacerda,,a Maria J. S. Carvalho,a Alice R. Ratton,a Itânia P. Soaresb and Luiz E. P. Borges (2015) Synthesis of Triacetin and Evaluation on Motor
3. Casas, A., Ramos, M. and Pérez, Á. (2011). Kinetics of chemical interesterification of sunflower oil with methyl acetate for biodiesel and triacetin production. Chemical Engineering Journal, 171(3), pp.1324-1332.
4. Gonçalves, V., Pinto, B., Silva, J. and Mota, C. (2008). Acetylation of glycerol catalyzed by different solid acids. Catalysis Today, 133-135, pp.673-677.