超声波辅助加压催化酯交换制备生物柴油的研究

论文摘要

生物柴油作为一种“绿色能源”,是石化柴油的优质替代品,因其具有良好的可燃性、资源可再生性、环境友好等特点,成为学术界和企业界研发的热点课题。超声波辅助搅拌对酯交换反应制备生物柴油具有明显的强化作用,不但能起到搅拌作用,大大改善非均相体系的传质效果,促进分子间接触反应,而且能以空化作用降低反应活化能。为了克服传统方法存在的缺陷,本论文提出在超声波辅助下加压催化酯交换法制备生物柴油的方法,以小桐子油为原料,在超声波辅助下分别开展了间歇式和管道连续式加压酯交换反应制备生物柴油的试验研究,同时还对制备的生物柴油进行了热重分析研究。得到以下结论：（1）间歇式酯交换反应制备生物柴油的试验主要考察了水浴温度、醇油摩尔比、催化剂用量、超声波功率和反应时间等对转化率的影响。研究得到最佳的反应条件为：水浴温度为75℃,醇油摩尔比为7：1,催化剂用量为小桐子油质量的1%,超声波功率为150W,反应时间为150min,在此条件下原料油的转化率为96.35%。反应动力学计算表明,在反应初期小桐子油制备生物柴油的酯交换反应中反应级数n与温度T的关系表达式为n=f（T）=6×10-6T4-0.0083T3+3.9595T2-846.46T+6.7788,该反应的活化能Ea=42.85kJ·mol-1,频率因子A=3.1×108,由此得到反应动力学方程（2）管道连续式加压酯交换反应制备生物柴油的试验考察了醇油摩尔比、催化剂用量、超声波功率、物料流速、水浴温度等因素对酯交换反应转化率的影响。研究得到最佳的反应条件为：进料压力为0.3MPa,水浴温度为45℃,醇油摩尔比为6.5：1,催化剂用量为小桐子油质量的1.7%,超声波功率为180W,物料流速为3.3mL/min,在此条件下小桐子油的平均转化率为97.01%。（3）小桐子生物柴油的热重分析结果表明,小桐子生物柴油的燃烧大致经历了由于易挥发分散失导致的缓慢失重阶段、分子裂解导致的快速失重阶段及残炭燃烧阶段。燃烧动力学计算表明,在升温速率20℃/min条件下,小桐子生物柴油在三个阶段的活化能分别为563J/mol、4400J/mol和1170J/mol,说明生物柴油在快速失重阶段放出的热量最多,活化能最大,同时研究还发现不同升温速率对各阶段的活化能影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 生物柴油的定义及开发利用的意义
• 1.2 生物柴油的国内外研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内生物柴油的研究现状
• 1.3 生物柴油制备方法及优缺点
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学法
• 1.4 超声波在生物柴油中的应用
• 1.4.1 超声波机理
• 1.4.2 超声波在生物柴油中的应用
• 1.5 小桐子油的开发利用
• 1.6 本课题的提出
• 1.6.1 课题背景及意义
• 1.6.2 课题来源
• 1.6.3 研究内容
• 1.6.4 试验方案的设计
• 第二章 小桐子油的理化指标分析方法
• 2.1 试验仪器
• 2.2 试验试剂
• 2.3 小桐子油的理化指标分析方法
• 2.3.1 酸值的测定
• 2.3.2 甘油含量测定
• 2.3.3 皂化值的测定
• 2.3.4 总脂肪酸含量的测定
• 2.3.5 碘值的测定
• 2.3.6 相对分子量的计算
• 2.3.7 运动粘度的测定
• 2.3.8 密度的测定
• 第三章 超声波辅助下间歇式酯交换法制备小桐子生物柴油的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 试验装置
• 3.1.3 方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 单因素试验
• 3.2.2 正交试验
• 3.3 反应动力学研究
• 3.3.1 建立动力学模型
• 3.3.2 动力学参数的确定
• 3.3.3 反应的活化能
• 3.4 本章小结
• 第四章 超声波辅助下的加压催化小桐子油酯交换法连续制备生物柴油的研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验装置
• 4.1.3 试验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 单因素试验
• 4.2.2 正交试验结果
• 4.2.3 压力对转化率的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 小桐子生物柴油热重分析与燃烧动力学研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验装置
• 5.1.3 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.3 燃烧动力学研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录