【正文】 液并入水層中。在正丁醇層中，加入適量的無水 Na2SO4使之澄清，過濾，濾渣用新鮮的正丁醇洗滌，洗滌液并入前面的濾液中，這樣未反應的蔗糖留在水層中，脂肪酸蔗糖酯和脂肪酸鹽留在丁醇層中， V 水 =V 丁醇 =75ml[5]。 1 文獻綜述 32 本畢業(yè)設計的研究內容及意義 目前所采用的工業(yè)化生產蔗糖酯的方法一般都需要在高溫下反應較長時間，且很難解決蔗糖（固態(tài)）與脂肪酸甲酯（液態(tài)）在反應中的傳質問題。本設計擬采用一種新型的復合溶劑來解決反應過程中蔗糖和脂肪酸甲酯之間的傳質問題。以使蔗糖和脂肪酸甲酯能夠達到最大程度的混合，加快反應速率，降低生產成本。此問題一旦解決，將對蔗糖酯的生產工藝產生重要的影響。 同時在此基礎上再進一步研究蔗糖酯的性質并完善分離純化工藝，探索最佳的分離純化條件。 山東科技大學畢業(yè)設計（論文） 33 2 實驗部分 本畢業(yè)設計擬采用丙三醇（甘 油）和丙酮作為復合溶劑利用脂肪酸甲酯和蔗糖來生產蔗糖酯。本復合溶劑優(yōu)點：甘油是無毒物質，且副反應生成的甘油酯也是無毒物質，而丙酮可以通過蒸餾除去，從而避免了使用有毒溶劑造成的影響。 實驗準備 實驗儀器及藥品 實驗儀器： 100ml 圓底燒瓶（ 2 個） 100mL燒杯 (2個 ) ， 250ml 燒杯（ 1 個） 玻璃棒（ 1 個） 回流冷凝管（ 1 個） 直行冷凝管（ 1 個） 蒸餾頭（ 1 個） 牛角管（ 1 個） 溫度計（ 1 個） 恒溫水浴鍋（ 1 臺） 分液漏斗（ 1 個） 2 實驗部分 34 吸管（ 1 個） 電子天平 (精確到 ， 1 臺 ) 循環(huán)水式多用真空泵（ 1 臺），鄭州長城工貿有限公司 791 型 磁力加熱回流攪拌器 (1臺 ) ， 江蘇金壇市金域國勝實驗儀器廠 玻璃儀器氣流烘干器（ 1 臺） ， 上海豫康科教儀器設備有限公司 實驗藥品： 脂肪酸甲酯（自制），蔗糖（分析純），甘油（分析純），碳酸鉀（分析純），蔗糖酯（市售），乙酸乙酯（分析純）， NaOH（分析純），丙酮（分析純），甲醇（分析純），聚乙二醇（分析純） 甘油和丙酮的最佳用量配比的選擇（溶解性實驗） 實驗過程 ⑴ 不使用甘油和丙酮，以皂作助劑進行反應：加 入 15g脂肪酸甲酯和（應生成約 ），加熱回流攪拌 15min后加入蔗糖10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：體系嚴重糊化，變成黑色，反應無法進行下去。 ⑵加入甘油 10g，蔗糖 10g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：加熱半小時后反應體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細變小，反應效果較好。 山東科技大學畢業(yè)設計（論文） 35 ⑶ 加入甘油 5g，蔗糖 10g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：加熱半小時后反應 體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細變小，反應效果較好，蔗糖僅出現(xiàn)輕微糊化。 ⑷ 繼續(xù)減少甘油用量， 加入甘油 2g，蔗糖 10g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：蔗糖基本不溶解，加熱 40 分鐘以后蔗糖出現(xiàn)嚴重糊化，體系變成褐色。 ⑸減少丙酮用量，加入甘油 5g，蔗糖 10g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：加熱半小時后反應體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細變小，反應效果較好，蔗糖未出現(xiàn)糊化現(xiàn)象。 ⑹保持丙酮用量減少甘油用量，加入甘油 4g，蔗糖 10g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：加熱半小時后反應體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細變小，反應效果較好，蔗糖僅出現(xiàn)輕微糊化。 ⑺再減少丙酮用量，加入甘油 4g，蔗糖 10g，丙酮 6g，脂肪酸甲酯10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：加熱半小時后反應體系變的粘稠，蔗糖顆粒變細變小，反應效果較好，蔗糖僅出現(xiàn)輕微糊化。 ⑻再減少甘油用量，加入甘油 ，蔗糖 10g，丙酮 6g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱回流攪拌 60min。反 應現(xiàn)象：加熱半小時后反應體系變的粘稠，但蔗糖顆粒仍然較大，并出現(xiàn)輕微糊化。 2 實驗部分 36 ⑼ 減少丙酮用量，加入甘油 ，蔗糖 10g，丙酮 5g，脂肪酸甲酯10g， ，加熱回流攪拌 60min。反應現(xiàn)象：蔗糖不溶解，顆粒較大， 30 分鐘后蔗糖嚴重糊化，體系變黑色，反應無法繼續(xù)進行。 ⑽分批次加入蔗糖：先加入甘油 3g，蔗糖 5g，丙酮 10g，脂肪酸甲酯 10g， ，加熱 30min 后再加入 5g 蔗糖，再加熱 30min。反應現(xiàn)象：蔗糖仍不溶解，顆粒較大，并出現(xiàn)糊化現(xiàn)象。 實驗結果與討論 綜合 以上實驗列表如下： 表（ 21） 甘油和丙酮的最佳用量配比實驗 蔗糖 （ g） 甘油 （ g） 丙酮 （ g） 脂肪酸甲酯 （ g） K2CO3 （ g） 反應時間 （ min） 現(xiàn)象 10 10 10 10 60 效果較好，蔗糖顆粒變細變小 10 5 10 10 60 1h 后出現(xiàn)輕微糊化 10 2 10 10 60 蔗糖不溶解，嚴重糊化 10 5 7 10 60 效果較好，蔗糖顆粒變細變小 10 4 7 10 60 1h 后出現(xiàn)輕微糊化 10 4 6 10 60 1h 后出現(xiàn)輕微糊化 山東科技大學畢業(yè)設計（論文） 37 10 6 10 60 蔗糖顆粒較大，輕微糊化 10 5 10 60 蔗糖顆粒較大，糊化嚴重 10（分批加入） 3 10 10 60 蔗糖不溶解，嚴重糊化 由以上 10 次實驗結果可以看出，甘油和丙酮的用量大約為甘油 4g，丙酮 6g 時為二者的最小用量。 蔗糖酯反應條件的優(yōu)化和選擇 生產方法：按需要比例加入反應物后，先在常壓下加熱回流攪拌約60min 后再在一定真空度下（約 ）繼續(xù)加熱，以蒸出反應體系中的丙酮和反應生成 的甲醇，直到反應結束。 為增加實驗結果的準確性，本設計甘油和丙酮的使用量為甘油 5g，丙酮 7g。所采用的實驗方案有：增加脂肪酸甲酯的用量、使用相轉移催化劑聚乙二醇、添加表面活性劑蔗糖酯和皂等方法。 實驗過程 ⑴ 不加任何助劑，僅以甘油和丙酮作共溶劑反應：加入甘油 5g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯 10g，蔗糖 10g， ，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱重 ，失重 ，2 實驗部分 38 產率 %； 120min 后稱重 ，失重 ， 產率 %，此時開始糊化，反應終止。 ⑵反應物脂肪酸甲酯加倍： 加入甘油 5g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯20g，蔗糖 10g， ，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱重 ，失重 ，產率 %； 120min后稱重 ，失重 ，產率 %； 150min 后稱重 ，失重，產率 %； 180min 后稱重 ，失重 ，產率 %，此時開始糊化，反應終止。 ⑶以聚乙二醇作助劑： 加入 甘油 5g，丙酮 7g，脂肪酸甲酯 10g，蔗糖 10g， ，聚乙二醇 1g，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱重 ，失重 ，產率 %；120min 后稱重 ，失重 ，產率 %； 150min 后稱重，失重 ，產率 %，此時開始糊化，反應終止。 ⑷使用表面活性劑皂作助劑：先加入 15g 脂肪酸甲酯和 ，（約生成 甲醇），總重 ，加熱回流攪拌 15min，固 體 NaOH全部溶解，蒸餾后稱重 ，失重 。此時再加入甘油 5g，丙酮，蔗糖 10g， ，總重 ，加熱回流攪拌 60min，然后抽真空繼續(xù)加熱， 90min 后稱重 ，失重 ，產率 %；120min 后稱重 ，失重 ，產率 %； 150min 后稱重，失重 ，產率 %，此時開始出現(xiàn)輕微糊化現(xiàn)象，反應終山東科技大學畢業(yè)設計（論文） 39 止。此反應體系中由于皂的存在而產生了大量的泡沫，極易溢出反應容器，較難控制。 實 驗結果與討論 綜合以上實驗列表如下： 表（ 22） 蔗糖酯反應條件的優(yōu)化和選擇 不使用助劑 脂肪酸甲酯加倍 以 聚乙二醇作助劑 使用表面活性劑皂作助劑 甘油（ g） 5 5 5 5 丙酮（ g） 7 7 7 7 脂肪酸甲酯（ g） 10 20 10 10 蔗糖（ g） 10 10 10 10 K2CO3（ g） 聚乙二醇（ g） 1 NaOH（ g） 反應 90min 后產率 % % % % 反應 120min 后產率 % % % % 反應 150min 后產率 % % % 反應 180min 后產率 % 備注 120min 后開始糊化 180min 后開始糊化 150min 后開始糊化 150min 后開始糊化 2 實驗部分 40 由上表可以看出，反應體系中使反應物脂肪酸甲酯加倍的方案可使反應持續(xù)較長時間而不糊化，但產率并不如使用皂作助劑的產率高；而使用皂作助劑雖然產率較高，但在反應過程中由于皂是一種穩(wěn)定泡沫的物質，因而產生大量的泡沫， 極 易溢出反應容器，反應過程較難控制。而且皂在反應體系中是以一種雜質的形式而存在，反應完成后需要多一步提純工序將其除去。因此綜合以上考慮，決定使用第二種實驗方案，即脂肪酸甲酯加倍的方法來作為本設計的反應方案。這種方案雖然蔗糖酯的產率較低，但所有反應物可以循環(huán)利用，并不會造成損失。 蔗糖酯的分離純化工藝研究 在蔗糖酯的提純工藝中，蔗糖酯與 K2CO甲醇、脂肪酸甲酯的分離方法都已得到了很好的解決。而本設計中采用了甘油和丙酮作為共溶劑來參與反應，因此需要研究蔗糖酯與甘油和丙酮的分離工藝。這其中丙酮為易揮發(fā) 物質，在反應體系中可使用蒸餾的方法將其除去。同時，甘油是一種無毒物質，即使無法完全除去也不影響其使用。 本設計擬采用乙酸乙酯作萃取劑來萃取蔗糖酯，并采用簡單體系來進行研究，即使用市售成品蔗糖酯與甘油混合后再進行分離研究。 山東科技大學畢業(yè)設計（論文） 41 實驗過程 具體實驗過程：將市售蔗糖酯與甘油混合后，再加入一定量的乙酸乙酯，充分震蕩后靜置分液，將乙酸乙酯層蒸餾干燥后稱重剩余蔗糖酯量來計算回收率。需研究內容：蔗糖酯在乙酸乙酯中的溶解性能；乙酸乙酯的加入量；混合和分液的具體溫度等。 乙酸乙酯與其他溶劑共同萃取 實驗 ⑴ 蔗糖酯在乙酸乙酯中的溶解性實驗：在燒杯中加入 20g乙酸乙酯，加熱到微沸狀態(tài)，然后分少量多次加入蔗糖酯，發(fā)現(xiàn)當加入量達到 開始有固體蔗糖酯出現(xiàn)，即乙酸乙酯在高溫下能溶解蔗糖酯約21%~22%。 ⑵以水作萃取劑，與乙酸乙酯共同萃取蔗糖酯： 在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，再加入水 （約 3 倍），乙酸乙酯 （約 5倍），加熱至透明，保溫靜置后分層不明顯，效果不好。 ⑶ 以水和甲醇共同作萃取劑實驗：在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油，再加入水 ，乙酸乙酯 ，甲醇 12g，加熱至透明后體系成為均一穩(wěn)定狀態(tài)，向體系中加入少量 NaCl，體系出現(xiàn)分層現(xiàn)象，分液后，將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 此種方法效果較好，但是體系中引入了水和甲醇，由于蔗糖酯在水中易發(fā)生水解反應，而且甲醇也可和蔗糖酯發(fā)生反應而生成蔗糖，因此應繼續(xù)探求更好的萃取方法。 2 實驗部分 42 只用乙酸乙酯作萃取劑實驗 ⑴在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，加入 NaCl 后仍然不分層。 ⑵在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸 乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，冷卻后變渾濁，但只是有蔗糖酯的析出，并不出現(xiàn)分層現(xiàn)象。 ⑶在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，但繼續(xù)加熱，體系又會變得渾濁。 ⑷在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 ，乙酸乙酯 25g，加熱后成為澄清的一體，此時滴入 5~6 滴乙酸，體系出現(xiàn)分層現(xiàn)象。 ⑸在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，加熱后成為渾濁的一體，加入少量 NaCl 后體系分層。 ⑹在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，加熱后成為渾濁的一體，冷卻至 60℃ ~70℃后不加 NaCl 也會產生分層現(xiàn)象。 分液后，將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 ⑺在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，水浴加熱至80℃后成為渾濁的一體， 70℃保溫靜置，體系分層， 將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 ⑻在空燒杯中加入蔗糖酯 5g，甘油 5g，乙酸乙酯 25g，水浴加熱至80℃后成為渾濁的一體，加熱過程中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了底部（甘油層）透明，上山東科技大學畢業(yè)設計（論文） 43 層渾濁的現(xiàn)象。 70℃保溫靜置，體系分層， 將上層（乙酸乙酯層）加熱蒸干，回收得蔗糖酯 ，回收率 %。 實驗結果與討論