乳酸(α-羟基丙酸)是一种重要的有机酸,已广泛应用于食品、医药和化学工业。特别是近年来,随着以乳酸为原料合成的绿色溶剂(乳酸酯)和生物可降解塑料(聚乳酸)制品的成功开发和利用,乳酸的需求量正在逐年上升。乳酸工业化生产主要有发酵法和化学合成法。目前普遍被采用的是发酵法,化学合成法因污染严重已很少使用。由于聚乳酸材料的合成需要较高的单体(乳酸)纯度,因此从乳酸发酵液中分离和提纯乳酸的技术已成为当前乳酸生产中的关键和难点。传统的乳酸提取方法有钙盐酸解法、溶剂萃取法、离子交换法、膜技术和吸附发酵法等,这些方法由于成本高或乳酸纯度低,其应用具有一定的局限性。酯化法是目前被广泛认同的,提取高纯度乳酸的方法,国外已普遍采用该方法。它主要包括三个步骤:酯化、减压精馏和水解,即乳酸与醇酯化反应,生成乳酸酯,再经蒸馏提纯、水解而得精制乳酸。本论文采用的是酯化法提取乳酸的工艺路线。通过模拟垃圾发酵液实验确定了酯化反应的最佳条件:用正丁醇作为酯化剂,采用实验室自制的固体酸(MSAC01)作为催化剂,反应时间6h,醇酸比3:1,初始乳酸浓度30%(w/w),催化剂用量1.5%。在上述条件下,模拟垃圾发酵液的酯化率为87.7%,实际垃圾发酵液的酯化率为82%。利用氢型强酸性阳离子树脂做催化剂,通过条件实验确定了乳酸酯水解的最佳条件:水解时间4h,水酯比15:1,搅拌速率450r/min,催化剂(氢型强酸性阳离子交换树脂)的用量为2.5%。用气相色谱仪和酸碱滴定法对产物进行了定性及定量分析,结果表明乳酸酯的水解产率为89.7%。由于采用固体树脂作催化剂,实现了催化剂与水解产物-乳酸的有效分离和再生回用,在已确定的最佳水解条件下,用再生两次后的上述树脂作催化剂催化乳酸酯的水解反应,其水解产率为88.6%,与用新树脂催化水解反应时非常接近,说明固体树脂催化剂具有回用价值,同时实验中醇的回收率达到了85.6%。同时,本论文还对乳酸酯水解的反应动力学进行了研究,得出乳酸酯催化水解反应的活化能为64.157kJ/mol,其水解速率常数k1对T的关系式: k1=8.01×10~6exp(-64,157/RT)