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废弃油脂超临界法制备生物柴油

作　者: 张慧慧
导　师: 陈樑
学　校: 昆明理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 废弃油脂生物柴油超临界甲醇酯交换
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着石化燃料资源的日益耗竭和环保的迫切需要,生物柴油作为一种清洁、安全、可再生的发动机替代燃料,受到越来越多的关注。而制约生物柴油发展的关键因素是原料的价格问题,寻找廉价的原料并将其转化成生物柴油是本文研究的主要方向。将价廉、来源广泛的废弃油脂合成生物柴油,不仅可以降低生物柴油的生产成本,缓解能源危机,还可以解决废弃油脂在食品安全和环境保护产生的问题。本文选取煎炸废油脂和甲醇为原料,探讨超临界酯交换法制备生物柴油的可行性、工艺条件、操作参数分析等,并利用添加共溶剂、少量碱性催化剂的方法对超临界酯交换工艺进行优化,改善反应条件。其主要结论如下：(1)通过对煎炸废油的物理化学指标进行测定并与菜籽油的各项指标比较可知,煎炸废油因酸值、水含量等较高,不适于直接采用碱催化酯交换法。采用超临界法制备生物柴油对原料的要求较低,降低了因原料预处理带来的能耗。(2)本实验以煎炸废油为原料,在250ml高压反应釜中用超临界酯交换法制备生物柴油,分别考察了反应温度、反应压力、醇油摩尔比、反应时间对产品收率的影响,并得出最佳反应条件为反应温度340℃,反应压力12MPa,反应时间10min,醇油摩尔比42：1,在此条件下反应的收率可达到86.25%。(3)环己烷是一种良好的共溶剂,可以改善甲醇和煎炸废油的互溶性。在反应体系中加入与甲醇摩尔比为0.15的环己烷,在300℃、醇油摩尔比42：1、压力12 MPa的条件下,10min后的收率由不加环己烷的78.3%增加到90.25%。结果表明,少量环己烷的加入能够在相对较低的操作条件下获得较高的生物柴油收率,对超临界酯交换法的工艺条件有明显改善作用。(4)在反应体系中加入少量NaOH,得到优化工艺条件：0.1.wt% NaOH.反应温度240℃,反应压力8MPa,醇油摩尔比28：1,10min后反应的收率可达89.78%。同未加入NaOH的反应体系相比,达到相当收率所需温度、压力、醇油摩尔比都有很大程度的降低,大大节约了生产成本,并为超临界酯交换法制备生物柴油向工业化生产推广奠定了基础。(5)通过合理假设建立了超临界状态下的动力学模型,并且通过计算得出本实验中的反应级数为0.5级,反应速率常数k1:0.2004(l/mol)1/2·min-1,即在条件：反应温度340℃、反应压力12MPa、醇油摩尔比42：1下,反应的动力学方程为：rA=0.2004·CA0.5。(6)根据国标规定的测试方法与GC-MS方法对本实验产品进行了性能及结构测试：产品的物化性质符合《柴油机燃料调和用生物柴油国家标准》(GB/T20828-2007)和美国ASTM 6751-03-S500标准要求；产品的主要成分为十六烷酸甲酯(棕榈酸甲酯)、十八碳二烯酸甲酯(亚油酸甲酯)、十八碳烯酸甲酯(油酸甲酯)、十八烷酸甲酯(硬脂酸甲酯)等。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 发展生物柴油的意义  9-11
    1.1.1 能源储备的意义  9-10
    1.1.2 环境保护的意义  10-11
    1.1.3 利用废弃油脂制备生物柴油的意义  11
  1.2 生物柴油的化学组成、理化及燃烧特性  11-14
    1.2.1 生物柴油的主要化学成分  11-12
    1.2.2 生物柴油的理化特性  12-13
    1.2.3 生物柴油的燃烧特性  13-14
  1.3 生物柴油的研究和发展现状  14-16
    1.3.1 国外发展状况  14-15
    1.3.2 国内发展状况  15-16
  1.4 论文选题思路及研究内容  16-17
第二章生物柴油制取工艺文献综述  17-28
  2.1 碱催化酯交换法  17-18
  2.2 酸催化酯交换法  18-19
  2.3 酶催化酯交换法  19-20
  2.4 超临界酯交换法  20-28
    2.4.1 超临界甲醇流体的特性  20-22
    2.4.2 超临界甲醇酯交换反应基础理论  22-25
    2.4.3 水及游离脂肪酸对超临界甲醇酯交换的影响  25-26
    2.4.4 超临界甲醇酯交换的工艺改善  26-28
第三章试验部分  28-39
  3.1 试验目的与内容  28-29
  3.2 试验原料与设备  29-30
    3.2.1 试验原料  29
    3.2.2 试验设备和仪器  29-30
  3.3 原料指标的测定  30-32
    3.3.1 原料水分的测定  30
    3.3.2 原料酸值的测定  30-31
    3.3.3 原料皂化值的测定  31
    3.3.4 原料过氧化值的测定  31-32
  3.4 生物柴油的制备  32-35
    3.4.1 主要装置及其介绍  32-33
    3.4.2 制备技术路线  33-34
    3.4.3 制备流程示意图  34-35
  3.5 试验产品性能测试与结构分析  35-37
    3.5.1 试验产品性能测试方法  35-37
    3.5.2 试验产品结构的分析方法(GC及GC-MS条件)  37
  3.6 生物柴油收率的计算  37-39
第四章超临界法制备生物柴油的工艺研究  39-54
  4.1 原料油脂基本理化性质的测定  39-40
  4.2 温度对反应的影响  40-41
  4.3 压力对反应的影响  41-43
  4.4 醇油摩尔比对反应的影响  43-44
  4.5 时间对反应的影响  44
  4.6 共溶剂对超临界甲醇酯交换法的促进作用  44-46
  4.7 NaOH对超临界甲醇酯交换法的催化作用  46-49
    4.7.1 NaOH对温度的降低作用  46-47
    4.7.2 NaOH对压力的降低作用  47-48
    4.7.3 NaOH对醇油摩尔比的降低作用  48-49
  4.8 生物柴油的产品性能检测  49-50
  4.9 产品的结构与组成检测  50-52
  4.10 本章小结  52-54
第五章超临界条件下酯交换动力学分析  54-59
  5.1 酯交换反应体系简化的假设  54-55
  5.2 反应动力学模型的建立  55-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章结论与展望  59-61
  6.1 结论  59-60
  6.2 未来工作展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-68
附录A  68-71
附录B  71-73
附录C  73

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