论文摘要
生物柴油是由动植物油脂通过转酯化反应得到的产品,具有无毒、可生物降解和可再生性等优点,越来越受到人们的关注,已逐渐成为天然石化柴油的一种添加剂和替代品。从经济及环保性来看,用低品质地沟油为原料制备生物柴油具有广阔的发展前景。本研究采用酸碱两步催化法制备生物柴油,对两步催化法进行优化,提高转化率,缩短反应时间,提高原料使用率,降低浪费。通过正交试验确定了影响预酯化反应和转酯化反应的反应条件。在最优化反应条件下,利用HPLC-ELSD对所得生物柴油进行分析得出其中甲酯含量可以达到96%左右。为强化反应进程,将超声波技术应用到生物柴油制备过程中,分别研究了超声波乳化技术对于转酯化反应和预酯化反应的促进作用,并对超声波乳化条件下转酯化反应中的各个影响因素进行了研究,通过正交试验,得出影响转酯化的各因素影响强度排序为:催化剂用量〉超声功率〉醇油比;最优反应条件为:醇油比7:1,催化剂用量为1.0%（w/w）,超声波功率为70W。在最优反应条件下,温度为40℃时,反应12分钟产品中甲酯的含量可以达到99.0%以上,大大提高了转化率。为进一步研究生物柴油的各种燃烧特性对其品质的影响及产品中甲酯含量与其理化性质的关系,本文还利用多元统计学方法按照生物柴油的性质对生物柴油进行聚类分析,并从13个燃烧特性中优化出了4个最具代表性的性能,以其为自变量,对产品中甲酯的含量进行估计,建立起线性模型,通过验证该模型对于产品中甲酯含量的预测误差范围在5%以内,可以用于产品甲酯含量的估计。
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中文摘要ABSTRACT第一章 综述1.1 前言1.1.1 生物柴油与能源短缺1.1.2 生物柴油与环境污染1.2 国内外研究现状1.2.1 国外生物柴油技术和产业发展1.2.2 国内生物柴油技术和产业发展1.2.3 制备技术或方法1.2.4 生物柴油特性及应用1.3 超声波与声化学简述1.4 小结第二章 酯交换反应机理及动力学参数2.1 酯交换反应机理2.1.1 酸催化酯交换反应机理2.1.2 碱催化酯交换反应机理2.2 酯交换反应动力学参数2.3 酯交换反应影响因素2.3.1 原料水分和游离脂肪酸影响2.3.2 醇油摩尔比影响2.3.3 反应温度影响2.3.4 反应时间影响2.4 超声波在生物柴油制备中作用2.4.1 机械混合2.4.2 超声乳化作用2.4.3 非均相反应强化2.4.4 影响声化学因素第三章 酸碱两步催化法制备生物柴油研究3.1 原料与设备3.1.1 原料与试剂3.1.2 设备仪器3.2 两步催化法的应用与反应过程3.2.1 原料预处理3.2.2 预酯化反应3.2.3 转酯化反应3.3 正交试验确定最优反应条件3.3.1 预酯化反应3.3.2 转酯化反应3.4 产品净化提纯3.4.1 脂肪酸甲酯净化3.4.2 甘油净化与应用3.5 小结第四章 超声波辅助制备生物柴油研究4.1 仪器与试剂4.1.1 原料与试剂4.1.2 设备仪器4.2 反应装置及流程4.3 超声波辅助与机械搅拌效果对比4.3.1 超声波在预酯化反应中作用4.3.2 超声波在转酯化反应中作用4.4 超声波碱催化反应条件选择4.4.1 催化剂影响4.4.2 反应温度影响4.4.3 反应时间影响4.4.4 超声波频率影响4.4.5 醇油比影响4.4.6 催化剂用量影响4.4.7 超声波功率选择4.4.8 超声波辅助转酯化反应条件优化4.5 产品净化提纯4.6 小结第五章 原料及产品分析与检验5.1 原料物理常数的测定5.1.1 粘度测定5.1.2 酸价测定5.1.3 皂值测定5.2 样品物性指标的测定5.2.1 闪点测定5.2.2 含硫量测定5.2.3 铜片腐蚀实验5.3 组分测定5.3.1 气质联用定性分析样品组成5.3.2 HPLC-ELSD联用分析原料与产品组分5.4 小结第六章 生物柴油的主成分分析及模型建立6.1 主成分分析法简介6.2 主成分分析基本原理6.3 分析原则6.3.1 数据变异最大方向原则6.3.2 最小二乘原则6.3.3 群点相似性改变最小原则6.3.4 对原变量系统的最佳综合表现原则6.4 主成分分析算法6.5 生物柴油燃烧特性的主成分分析及模型建立6.5.1 主成分分析及验证思路6.5.2 分析工具6.5.3 生物柴油性能的统计学分析与模型建立第七章 总结与展望7.1 结论7.1.1 酸碱两步催化法制备生物柴油工艺优化7.1.2 超声波协助转酯化反应7.1.3 甲酯含量分析及甲酯含量计算模型7.2 后续实验建议参考文献附录发表论文和参加科研情况说明致谢
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