生物柴油制备工艺及智能控制生产装置的设计

【摘要】： 面临日益加剧的能源和环境问题,生物柴油以其原料可再生性和环境友好性而成为当今能源领域研究的热点。 本文以四级菜籽油为原料,探讨其在均相碱性催化剂作用下与甲醇进行酯交换反应制备生物柴油的工艺条件及成品的理化性质。考察醇油质量比、催化剂用量、反应时间和反应温度等条件对结果的影响,采用皂化-高碘酸氧化法,简便、准确地测定生物柴油的转化率进而得出最佳工艺条件,并参照相关国家标准测定生物柴油的理化指标。结果表明该反应的最佳工艺条件为：反应温度45℃,反应时间60min,醇油质量比1：5,催化剂用量为油重1%。最佳条件下生物柴油转化率可达94.7%。对所得生物柴油相关理化指标进行测定,结果表明其品质与我国0号柴油相当。 高活性固体碱催化酯交换反应具有选择性好,反应条件温和等特点,同时有望避免均相碱催化酯交换合成工艺中,产物分离提纯困难,容易造成三废污染等问题。本文研究了等体积浸渍法制备负载型N/M固体碱催化剂及催化剂催化制备生物柴油的工艺。运用扫描电镜SEM和晶体衍射仪XRD对催化剂进行表征,结合生物柴油转化率,得出催化剂最佳制备工艺为：N负载量10%,煅烧温度600℃,煅烧时间5h。采用响应曲面法中的Box-Behnken模式对影响生物柴油转化率的4个主要因素(反应温度、催化剂用量、反应时间、醇油质量比)进行优化,建立生物柴油转化率的二次多项回归模型,并对回归方程系数进行显著性检验和方差分析,结果表明模型有效可靠。新型固体碱催化制备生物柴油的最佳工艺为：反应温度63.8℃、催化剂用量为油质量3.3%、反应时间5.51h、醇油质量比1:2.97。模型预测生物柴油最高转化率91.42%,与实测值基本吻合。对非均相法制得生物柴油理化指标进行测定,结果表明除粘度稍高外,其它性能均优于0号柴油。 在制备固体碱催化剂新技术和固体碱催化制备生物柴油新工艺的基础上,拟研发制作固体碱催化制备生物柴油的小型一体化智能生产装置,并提出了初步的研究内容和技术关键。