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【摘要】 随着化石能源的减少和生态环境的恶化,以动植物油脂为原料制备的绿色可再生能源一生物柴油倍受人们的关注。发展生物柴油不仅有利于解决我国的能源紧缺、环境污染等问题,而且可以减少温室气体的排放量。但目前生物柴油产业化的程度并不高,主要是因为生产生物柴油原料的成本是生物柴油制备成本的75%。因此,利用廉价油料资源生产生物柴油具有重要意义。本实验以地沟油为原料,两步法制备生物柴油。即对地沟油分别采用无催化预酯化和氢氧化钾催化酯交换反应制备生物柴油的制备条件与生物柴油制备的工艺条件进行研究,主要结论如下：1.分别对地沟油和制备的生物柴油的理化指标进行检测分析,地沟油的主要理化指标为：酸值119.2760mgKOH/g,过氧化值127.8263mol/L,皂化值198.5235mgKOH/g;生物柴油的主要理化指标为：酸价0.4783mgKOH/g,相对密度0.7532,过氧化值15.8761mgKOH/g,相对分子质量847.76,皂化值3.8931mol/L.对制备的生物柴油进行气相色谱分析,分析结果表明产品组分主要为5种脂肪酸甲酯,按出峰顺序依次为：棕榈酸甲酯,硬脂酸甲酯,油酸甲酯,亚油酸甲酯,亚麻酸甲酯。利用红外对生物柴油结构进行分析,并且把生物柴油的各项指标和美国生物柴油标准进行对比,地沟油可以作为制备生物柴油的原料。2.在无催化剂条件下,将甘油与地沟油反应生成脂肪酸甘油酯,以降低原料油的酸值。通过单因素和正交试验优化制备工艺,以游离脂肪酸转化率为指标确定最佳的工艺参数为：反应温度190℃、反应时间8h、丙三醇与地沟油的摩尔比4：1,在此条件下地沟油的酸价为1.4mgKOH/g,游离脂肪酸转化率为98.1%。影响因素的强弱次序为：反应温度>反应时间>醇油摩尔比。同时也提出了地沟油与甘油酯化反应的动力学模型,并且根据实验数据得到酯化反应的动力学参数,酯化反应的活化能为E=67.194kJ/mol,指数前因子为A=5.67X103L/(kmol-h)。3.以地沟油和甲醇为原料,固体氢氧化钾为催化剂,利用响应面分析法中的Box-Behnken中心组合试验设计原理,对地沟油制备生物柴油的条件进行优化。通过多元回归对生物柴油转化率的分析得到计算转化率的二次拟合方程,并且进一步通过验证性实验证实了预测模型的正确性。用该模型预测的最佳反应条件为：醇油摩尔比为11.52：1,催化剂用量为1.39%,反应时间为62.12min,此时理论甲酯含量为96.12%。为了验证预测模型,在此条件下,进行3次重复试验,得到甲酯含量的实际含量为95.14%,与预测值的误差约为0.98%,小于5%。
【关键词】 地沟油； 丙三醇； 酯化； 动力学； 酯交换； 生物柴油； 响应面分析法；
摘要 3-5
Abstract 5-6
第1章 绪论 10-26
1.1 生物柴油的概述 10-16
1.1.1 生物柴油的定义 10-11
1.1.2 发展生物柴油的意义 11-12
1.1.3 制备生物柴油的原料及预处理 12-15
1.1.4 生物柴油生产标准 15-16
1.2 生物柴油国内外研究现状 16-19
1.2.1 生物柴油国内研究现状 16-17
1.2.2 生物柴油国外研究现状 17-19
1.3 生物柴油的制备方法 19-22
1.3.1 直接混合法 19
1.3.2 微乳液法 19
1.3.3 高温热裂解法 19
1.3.4 生物酶催化法 19-20
1.3.5 酯交换法 20-22
1.4 地沟油 22-24
1.4.1 地沟油的概述 22
1.4.2 地沟油的危害 22-23
1.4.3 地沟油的回收及利用 23-24
1.5 产品的提纯与副产物的精制 24-25
1.5.1 脂肪酸甲酯的净化 24-25
1.5.2 副产物甘油的精制 25
1.6 本研究的主要内容和意义 25-26
第2章 原料与产品性能的测定与分析 26-38
2.1 引言 26
2.2 实验部分 26-33
2.2.1 试验原料与仪器 26-27
2.2.2 原料的测定方法 27-31
2.2.3 生物柴油的测定方法 31
2.2.4 脂肪酸甲酯含量的测定 31-33
2.3 结果与讨论 33-36
2.3.1 生物柴油的理化指标 33
2.3.2 生物柴油的组成 33-34
2.3.3 生物柴油指标的分析 34-36
2.4 本章小结 36-38
第3章 制备生物柴油预酯化的动力学研究 38-46
3.1 引言 38
3.2 实验部分 38-39
3.2.1 试验原料与仪器 38-39
3.2.2 酯化反应过程 39
3.2.3 无催化预酯反应 39
3.3 结果与讨论 39-44
3.3.1 原料油的预处理 39-40
3.3.2 工艺条件对转化率的影响 40-41
3.3.3 动力学模型的建立 41-44
3.3.4 动力学模型的验证 44
3.3 本章小结 44-46
第4章 固体碱催化酯交换法制备生物柴油的研究 46-60
4.1 引言 46-47
4.2 实验部分 47-50
4.2.1 试验原料与仪器 47
4.2.2 酯交换反应过程 47-49
4.2.3 试验设计 49-50
4.3 结果与讨论 50-58
4.3.1 单因素试验结果与分析 50-53
4.3.2 响应面分析法的结果 53-54
4.3.3 生物柴油转化率数学模型的建立及其显著性分析 54-55
4.3.4 生物柴油中脂肪酸甲酯含量的响应面分析与优化 55-58
4.3.5 生物柴油转化率最佳工艺条件的验证 58
4.4 本章小结 58-60
总结 60-62
参考文献 62-70
致谢 70-72
攻读学位期间的研究成果 72
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