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随着石化燃料的日益消耗殆尽,环境污染日益严重,人们开始寻找新的代替能源。生物柴油因为性能优越、对环境友好等优点得到人们的关注,全世界正在加紧研究和生产。目前生产的主要方法是油脂的均相碱催化酯交换反应,存在的问题主要表现在两方面:一是在反应过程中植物油和甲醇互溶度低无法充分接触,导致反应速率较慢;二是采用精制植物油作原料导致产品成本较高。
双液相浸取法制备植物油是一种较为先进的植物油制备方法,己烷在浸取过程中作为植物油的有机溶剂,浸取后得到己烷和植物油的混合油。若不分离己烷,混合油中的植物油与甲醇在催化剂作用下直接进行反应生成脂肪酸甲酯,则能够减少生物柴油的生产步骤,降低加工成本。在此过程中,己烷可起到助溶剂的功能,加快反应的进行。本文用精制菜籽油和己烷混合模拟双液相浸取菜籽后的混合油,研究以双液相浸取法制备植物油为基础的生物柴油生产工艺,论文具体内容如下:
1、菜籽油性质的测定。经测定,菜籽油的含水量为0.11%,酸值为1.10mgKOH/g,皂化值为187.1 mgKOH/g;经计算菜籽油分子量为904.8g/mol。
2、确立分析方法。用甘油氧化法测量甘油含量从而计算反应转化率,实际甘油含量比测量甘油略低。
3、因素分析。通过单因素酯交换反应分析,最佳反应条件为醇油摩尔比6:1、反应时间60 min、菜籽油己烷质量比1:1.94、氢氧化钠用量为植物油质量的1%、温度60℃,反应转化率为96.3%。通过正交实验发现反应因素的重要性为:反应时间>醇油摩尔比>氢氧化钠用量>菜籽油己烷质量比>温度。
4、通过与没有助溶剂的菜籽油酯化反应的比较,己烷作助溶剂能够明显提高酯化反应的转化率。
5、对己烷作助溶剂的菜籽油和甲醇的酯化反应进行了动力学研究。在最佳反应条件下反应活化能Ea=53.12 kJ/mol。
6、对己烷回收利用进行研究。经过蒸馏回收的己烷作助溶剂不会发生皂化,反应转化率也没有明显降低。
7、对以双液相浸取制备菜籽油为基础的生物柴油的生产方法的成本进行评估。以双液相浸取制备菜籽油为基础的生物柴油的生产方法,由于在植物油浸取后不必分离菜籽油和己烷,省去了精加工步骤而直接和甲醇反应生成生物柴油;生产生物柴油的同时甘油和脱毒菜粕一起作为副产品可以出售,一定程度上降低了生产成本。在采用相同原料价格的前提下,经过成本评估,比一般精制油酯交换制备生物柴油生产工艺成本低10%左右。