试议猪油超声辅助猪油酯交换反应制备生物柴油工艺技术

论文导读：312.1.1原料与试剂29-302.1.2实验仪器302.1.3实验装置30-312.2实验流程3112下一页
摘要：随着化石燃料的枯竭和人们环保意识的提升，开发一种可持续的绿色的能源成为全球共识。生物柴油就是一种可再生的绿色生物质燃料，与石化柴油相比具有显著的优点，对缓解能源危机和保护环境有重要的作用。与传统的机械搅拌作用相比，超声波法合成生物柴油具有反应时间短、甲醇用量少、能耗低、催化剂用量少、工艺简单等优点。本论文以猪油和甲醇为原料，探讨了超声强化酯交换反应制备生物柴油的工艺历程。碱催化酯交换反应对原料油的酸值有严格的限制，本论文采取H_2SO_4催化脂肪酸酯化反应来降低猪油的酸值。分别在机械搅拌和超声辐射两种方式下对猪油进行酯化优化，结果显示超声辐射下的最优条件为：醇油摩尔比为8:1、超声功率150W、反应温度50℃、催化剂用量2.0wt.%、反应时间30min，该条件下酸值可降到1.82mgKOH/g；机械搅拌下的最优条件为：醇油摩尔比10:1、催化剂用量2.5wt.%、反应温度60℃、搅拌速度400r/min、反应时间90min，在该条件下酸值降低到1.96mgKOH/g。采取响应面浅析法优化超声强化KOH均相碱催化酯交换条件，结果显示最优条件为：醇油摩尔比为5.8:1，超声功率为135.91W，反应温度为52.78℃，催化剂用量为0.86wt.%，在该条件下甲酯最大的论述转化率为99.53%。在最优条件下进行4次重复试验，甲酯转化率的平均值为99.03%。采取等体积浸渍法制备CaO/NaY固体碱催化剂，并对CaO/NaY固体碱催化剂制备条件进行优化，结果表明在焙烧温度为700℃、CaO负载量为15%、焙烧时间为4h的条件下催化剂活性最高。以最优条件下制备的CaO/NaY固体碱催化剂催化猪油酯交换反应，考察超声场下各因素对甲酯转化率的影响，结果显示CaO/NaY固体碱催化酯交换反应的最优条件为：超声功率150W、醇油摩尔比9:1、反应温度60℃、催化剂用量4wt.%、反应时间100min，转化率达95.21%，在该条件下对固体碱催化剂循环利用3次后仍具有较高的活性。根据反应动力学的原理，对最优条件下的实验数据进行线性拟合，得出超声强化固体碱催化酯交换反应的动力学方程-r_A=0.07255C_A~(1.0977)，在相同条件下机械搅拌的动力学方程为-r_A=0.02899C_A~(1.4721)。超声条件下的反应速率常数为0.07255，机械搅拌下的为0.02899，在相同条件下超声的反应数率常数是机械搅拌下反应速率常数的2.5倍，而超声下的反应级数为1.0977，机械搅拌条件下的反应级数为1.4721。根据Arrhenius方程对实验数据进行拟合，得出超声条件下CaO/NaY催化酯交换反应的频率因子A为1.86×10~6，反应活化能Ea为47.37kJ/mol，活化能较低，表明在超声条件下酯交换反应更容易进行。关键词：生物柴油论文超声波论文猪油论文酯交换反应论文固体碱论文
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ABSTRACT7-13
第一章 绪论13-29

1.1 生物柴油的概述13-14

1.1 生物柴油概念13

1.2 生物柴油的成分和优点13-14

1.3 进展生物柴油的作用14

1.2 生物柴油的原料近况14-18

1.2.1 生物柴油的原料14-16

1.2.2 我国开发猪油的优势16-18

1.3 生物柴油在国内外的进展概况18-21

1.3.1 国外进展情况18-19

1.3.2 国内的进展情况19-21

1.4 生物柴油的制备策略21-24

1.4.1 酸催化法21-22

1.4.2 碱催化法22-23

1.4.3 酶催化法23-24

1.4.4 超临界甲醇法24

1.5 强化传质手段24-26

1.5.1 机械强化25

1.5.2 超声强化25-26

1.5.3 微波强化26

1.6 论文的探讨内容及其作用26-29

1.6.1 探讨内容26-27

1.6.2 探讨作用及课题来源27-29

第二章 实验装置与浅析策略29-34

2.1 实验原料及仪器29-31

2.

1.1 原料与试剂29-30

2.

1.2 实验仪器30

2.

1.3 实验装置30-31

2.2 实验流程31论文导读：化探讨38-474.1引言384.2实验策略384.3机械强化酯化优化38-424.3.1醇油摩尔比对酸值的影响38-394.3.2催化剂用量对酸值的影响39-404.3.3温度对酸值的影响40-414.3.4搅拌速度对酸值的影响41-424.4超声强化酯化优化42-454.4.1醇油摩尔比对酸值的影响42-434.4.2超声功率对酸值的影响43-444.4.3反应温度对酸值的影响4
-32

2.3 浅析计算策略32-34

2.3.1 游离脂肪酸酯化反应转化率的计算32

2.3.2 酯交换反应甲酯转化率的计算32-34

第三章 猪油的性质浅析34-38

3.1 酸值的测定34

3.2 皂化值的测定34-35

3.3 碘值的测定35

3.4 水分及挥发物含量的测定35-36

3.5 密度的测定36

3.6 本章小结36-38

第四章 猪油酯化历程的优化探讨38-47

4.1 引言38

4.2 实验策略38

4.3 机械强化酯化优化38-42

4.

3.1 醇油摩尔比对酸值的影响38-39

4.

3.2 催化剂用量对酸值的影响39-40

4.

3.3 温度对酸值的影响40-41

4.

3.4 搅拌速度对酸值的影响41-42

4.4 超声强化酯化优化42-45

4.1 醇油摩尔比对酸值的影响42-43

4.2 超声功率对酸值的影响43-44

4.3 反应温度对酸值的影响44-45

4.4 催化剂用量对酸值的影响45

4.5 机械和超声强化酯化反应的比较45-46

4.6 本章小结46-47

第五章 超声波强化碱催化酯交换反应的优化47-59

5.1 引言47

5.2 单因素试验47-50

5.

2.1 醇油摩尔比对甲酯转化率的影响47-48

5.

2.2 超声功率对甲酯转化率的影响48-49

5.

2.3 催化剂用量对甲酯转化率的影响49-50

5.

2.4 反应温度甲酯转化率的影响50

5.3 响应面浅析试验设计及结果50-58
5.

3.1 中心组合试验设计50-51

5.

3.2 实验结果及讨论浅析51-54

5.

3.3 响应面的浅析和最佳工艺参数的确定54-58

5.4 本章小结58-59
第六章 CaO/NaY 固体碱催化剂的制备及其对酯交换反应的影响59-75

6.1 引言59

6.2 催化剂的制备59-62

6.

2.1 制备策略59

6.

2.2 载体干燥处理对催化剂活性的影响59-60

6.

2.3 CaO/NaY 固体碱催化剂制备条件的优化60-62

6.3 CaO/NaY 固体碱催化剂催化猪油酯交换反应62-65
6.

3.1 醇油摩尔比对甲酯转化率的影响62

6.

3.2 超声功率对甲酯转化率的影响62-63

6.

3.3 反应温度对甲酯转化率的影响63-64

6.

3.4 CaO/NaY 固体碱催化剂用量对甲酯转化率的影响64-65

6.

3.5 CaO/NaY 固体碱催化剂利用的重复性65

6.4 各影响因素对生物柴油粘度和密度的影响65-68
6.

4.1 超声功率对生物柴油粘度和密度的影响65-66

6.

4.2 醇油摩尔比对生物柴油粘度和密度的影响66-67

6.

4.3 催化剂用量对生物柴油粘度和密度的影响67-68

6.

4.4 反应温度对生物柴油粘度和密度的影响68

6.5 CaO/NaY 固体碱催化剂催化酯交换反应的动力学探讨68-70

6.6 反应活化能70-72

6.7 猪油酯交换反应前后比较及其产物脂肪酸甲酯浅析72-74

6.7.1 猪油酯交换反应前后比较72-73

6.7.2 生物柴油脂肪酸甲酯组成浅析73-74

6.8 本章小结74-75

结论、革新与展望75-77
结论75-76
革新点76
展望与倡议76-77
参考文献77-86
攻读硕士学位期间取得的探讨成果86-87
致谢87-88
附件88