油脂脱臭馏出物(ODD)是油脂精炼副产品,其主要成分为脂肪酸甘油酯、游离脂肪酸、维生素E(VE)、甾醇、甾醇酯及其他油脂氧化分解产物。ODD是天然VE和植物甾醇的最佳来源,而占ODD约70%的脂肪酸及脂肪酸甘油酯类却被当做低值产品应用。脂肪酸及脂肪酸甘油酯可通过转酯化反应转变为具有多种工业用途的脂肪酸甲酯,包括用于进一步制备生物柴油等。目前以ODD制备脂肪酸甲酯的甲酯化反应多数采取传统的机械搅拌法强化反应的进行,传统机械搅拌法反应存在催化剂用量大、反应时间长、能耗高等缺点,因此,建立一种新的强化方法对于降低生产成本、扩大脂肪酸甲酯制备规模具有重要的意义。本文以大豆油脱臭馏出物(SODD)为原料,对超声强化酯交换反应进行了系统的研究,初步探讨了超声强化酯交换反应的主要机制,主要研究内容与结论如下：(1)豆油脱臭馏出物的化学成分分析：检测了SODD中的水分含量、酸价、皂化价、脂肪酸含量、脂肪酸甘油酯、VE含量及过氧化值等指标,结果发现SODD酸价较高,适合采用酸碱两步催化法甲酯化反应,即先通过酸催化进行脂肪酸的甲酯化反应(称为预甲酯化反应),降低酸价；再通过碱催化完成甘油三酯的最终甲酯化反应。(2)SODD预甲酯化反应研究：以酸价为指标,采用单因素试验与响应面试验设计方法优化了预酯化工艺。试验采用Box-Behnken设计,固定催化剂用量为1.5%、搅拌速度200rpm,采用statistica8.0分析软件建立三因素三水平模型,对各因素的最佳水平范围及其交互作用进行研究,建立二次多项式数学模型Y=0.69750X1-2.60625X12-2.10500X2-0.57875X22+0.70750X3-2.52125X32+0.03500X1X2+0.1600X,X3+0.82500X2X3,R2=0.99219(Y代表酸价、X1代表醇酸摩尔比、X2代表反应时间、X3代表反应温度),优化获得酸催化甲酯化反应的最佳条件为：醇油摩尔比12：1、反应时间120min、反应温度60℃,此时所得酸价为8.083mg KOH/g,验证试验所得酸价平均值8.114mg KOH/g;采用乙醇两次萃取的方法去除未酯化脂肪酸,使经过预酯化的豆油脱臭馏出物的酸价小于2mgKOH/g;对预酯化动力学进行了研究,建立了不同温度下动力学方程,结果表明假设该酯化反应为拟一级反应是合理的,计算得到了预酯化反应的活化能Eα为24.6593kJ·mol-1,活化能较小,表明预酯化反应容易进行。(3)不同方法强化碱催化甘油三酯酯化反应的研究：研究比较了四种强化方法包括机械搅拌(MS)、聚能超声(PUI)、发散式超声(FPUI).发散式超声与搅拌同时(UIMS)对脂肪酸甲酯制备的强化作用。考察了醇酯摩尔比、催化剂用量对不同强化方法的影响及各方法的平衡时间与能耗。结果表明在相同条件下,超声强化方法比机械搅拌所需醇酯摩尔比、催化剂用量少,达到平衡的时间短,所需能耗较低,其中聚能超声为最佳的强化方法。(4)机械搅拌强化与28kHz聚能超声强化动力学研究：通过计算,得到了强化酯交换反应的动力学方程、速率常数和反应级数并根据Arrhenius方程计算了活化能。聚能超声强化酯交换反应动力学与机械搅拌强化酯交换反应动力学基本一致,均为拟二级反应,在相同条件下,聚能超声强化酯交换反应的速率常数比机械搅拌强化酯交换反应的速率常数高约50%,聚能超声强化酯交换反应的活化能26.034kJ·mol-1比机械搅拌强化下的活化能29.981kJ·mol-1低约15%,表明超声作用下超声酯交换反应更容易进行。(5)不同模式聚能超声强化碱催化甘油酯酯交换反应：以单频脉冲聚能超声作为对照,对比研究静止与逆流、同时工作与交替工作两对四种模式组合双频脉冲聚能超声强化酯化反应的效果,结果表明：脂肪酸甲酯得率随频率的增加而增加,但与双频组合模式相比,单频超声所得脂肪酸甲酯得率较低；在双频组合模式中,同时双频模式脂肪酸甲酯得率比交替双频模式高,在同时双频模式中,20kHz/28kH双频强化效果最好；相同条件下,逆流超声模式下脂肪酸甲酯得率要高于静止模式,因此20kHz/28kHz同时逆流超声强化酯化反应效果最好。(6)20kHz/28kHz同时双频逆流聚能超声强化碱催化甘油酯酯化反应研究：对20kHz/28kH同时逆流强化豆油脱臭馏出物酯化反应技术研究结果表明,对于水分含量应小于0.4%、酸值应小于2mgKOH·g-1的原料,最佳的反应条件为：醇酯摩尔比8：1、催化剂用量1.4%、反应初始温度25℃、脉冲工作时间与间歇时间分别为4s与2s、逆流流速在200mL/min,此时脂肪酸甲酯得率为96.6%,与单频28kHz逆流超声的酯交换反应相比,脂肪酸甲酯的得率高约22.6%,表明双频逆流超声能够大幅度的提高脂肪酸甲酯得率。测定了搅拌法及逆流双频聚能超声强化法酯交换的VE保留率,分别约为78%、75%,表明二者对VE的影响差别不显著。(7)20kHz/28kHz同时双频逆流聚能超声强化碱催化甘油酯酯化反应动力学研究：反应动力学研究结果表明：20kHz/28kH同时超声强化酯交换反应为拟二级反应,活化能为Eα为18.122kJ·mol-1,在318-338K的温度范围内,逆流双频超声强化酯交换反应的速率常数比单频静止超声强化酯交换反应的速率常数提高了33.81～43.55%,逆流聚能超声强化酯交换反应的活化能18.122kJ·mol-1比机械搅拌强化下的活化能26.034kJ·mol-1低约30%,表明逆流双频超声强化酯交换反应比单频静止超声强化酯交换反应更易进行。(8)超声强化酯交换反应作用机理研究：控制不同的试验条件,通过试验探讨超声强化豆油脱臭馏出物的主要作用机制,并采用碘释放法与亚甲基蓝染色法对超声空化效应进行了研究。结果表明超声波可强化酯交换反应主要源于其产生了强烈的传质和乳化作用,以及促进了·OH自由基、甲氧基的产生。(9)脂肪酸甲酯的精制：对脂肪酸甲酯进行了精制、脱色研究,结果表明,精馏可以将脂肪酸甲酯与VE很好的分离,选择10%活性白土为吸附剂,于35℃下吸附脱色40min,脱色效果较佳,甲酯收率约为81%。对脂肪酸甲酯理化性质进行了研究,结果表明本试验所得脂肪酸甲酯基本满足国家标准要求。