中國是地溝油生產(chǎn)的大國,每年會(huì)產(chǎn)生約300～500萬噸的地溝油。地溝油因酸值、過氧化值、毒素、重金屬等一系列成分嚴(yán)重超標(biāo)而不能食用,若排入地下對環(huán)境也產(chǎn)生很大的危害。如今全球石油的儲蓄量在逐年減少,而且過量燃燒也引發(fā)一系列嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,因此將地溝油變成一種新能源—生物柴油來緩解能源危機(jī)、環(huán)境污染和地溝油對人體的危害。本文研究了地溝油的預(yù)處理工藝,并進(jìn)行了兩步法催化地溝油制備生物柴油的研究以及無溶劑體系生物酶催化廢油制備生物柴油的工藝優(yōu)化。得到了以下結(jié)論:1、地溝油的預(yù)處理(1)各因素對酸催化酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)酯率影響的大小依次為:硫酸濃度反應(yīng)溫度反應(yīng)時(shí)間硫酸加入量,最佳反應(yīng)條件為:硫酸濃度25%、硫酸加入量30%、反應(yīng)溫度為70 ℃、反應(yīng)時(shí)間為2h。在此反應(yīng)條件下,油脂雜質(zhì)含量達(dá)到6.24%。(2)各因素對酸催化酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)酯率影響的大小依次為:磷酸加入量=反應(yīng)溫度=食鹽加入量水加入量,最佳反應(yīng)條件為:磷酸加入量0.20%、水加入量1.5%、反應(yīng)溫度為70 ℃、食鹽加入量4%。在此反應(yīng)條件下,油脂膠質(zhì)含量達(dá)到0.49%。(3)各因素對酸催化酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)酯率影響的大小依次為:活性白土加入量真空度反應(yīng)時(shí)間活性炭加入量,最佳反應(yīng)條件為:活性白土加入量5%、活性炭加入量0.5%、反應(yīng)溫度為110 ℃、真空度為0.10MPa。在此反應(yīng)條件下,油脂脫色率達(dá)到83.5%。(4)通過硫酸處理、磷酸脫膠、真空干燥和脫色等工序預(yù)處理后的地溝油澄清透明,水分為0.02%,酸價(jià)為68.4mgKOH/g,皂化值為257.1 mgKOH/g,計(jì)算得到地溝油的平均分子量為892.1。2、兩步法催化地溝油制備生物柴油的研究酸催化酯化反應(yīng)的最佳條件為:酸催化劑用量5%、醇油摩爾比14:1、溫度為70℃、反應(yīng)時(shí)間為5 h,在此反應(yīng)條件下,轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.1%;堿催化酯交換反應(yīng)的最佳條件為:醇油摩爾比6:1、堿催化劑用量3.0%、反應(yīng)溫度為70 ℃、反應(yīng)時(shí)間為3.0 h,在此反應(yīng)條件下,總得率達(dá)到97.9%。該工藝下最后得到的生物柴油性能與0#柴油接近。3、無溶劑體系生物酶催化地溝油制備生物柴油的工藝優(yōu)化生物柴油反應(yīng)體系中的反應(yīng)物甲醇和副產(chǎn)物甘油均對生物酶活性有影響,因此甲醇選擇分三次加入并采用再生劑對酶進(jìn)行再生,從而提高轉(zhuǎn)酯率。采用響應(yīng)面分析法對生物酶催化轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)的條件進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明,轉(zhuǎn)酯率的影響程度依次為:生物酶添加量醇油摩爾比反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)溫度。各因素間交互作用對轉(zhuǎn)酯率的影響為:生物酶添加量和反應(yīng)溫度交互作用極顯著,醇油摩爾比和反應(yīng)溫度交互作用顯著。最優(yōu)條件為:醇油摩爾比為4:1,生物酶添加量10%,反應(yīng)溫度為35℃,反應(yīng)時(shí)間為15 h。在此條件下,轉(zhuǎn)酯率為95.9%。
【學(xué)位單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TE667
【部分圖文】：

圖３．１不同酸催化劑及其用量對酯化率的影響??Ｆｉｇ?３．１?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｃｉｄ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ａｍｏｕｎｔ?ｏｎ?ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??從圖３．１中可以得出結(jié)論，酸催化劑用量低于３％時(shí)，硫酸鐵作為催化劑的催化效??果與硫酸的催化效果基本一致；而當(dāng)酸催化劑用量提高至大于３％時(shí)，硫酸鐵作為催化??劑的優(yōu)勢就非常明顯，其對酯化反應(yīng)的催化效果要比濃硫酸的高很多，這是因?yàn)闈饬蛩??的強(qiáng)酸性和強(qiáng)腐蝕性對油脂產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，因此，本實(shí)驗(yàn)選用硫酸鐵作為酸催化劑。??３．２．２兩步法中酸催化酯化反應(yīng)條件的確定??３．２．２．１醇油摩爾比的確定??在稱�。玻埃缬�，４％硫酸鐵（占油重的比例），７０°Ｃ下反應(yīng)４ｈ的條件下，分別考查??醇油摩爾比８：１、１０：１、１２：１、１４：１和１６：１對轉(zhuǎn)酯率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖３．２。??１００?■??９５?一?一一?ｉ?＾??＊?９０?．?．?．?．?＾??ｇ?８５??您８０彳Ｚ??７５??７０??１?１?１?１??８：１?１０：１?１２：１?１４：１?１６：１??爾比??圖３．２醇油摩爾比對轉(zhuǎn)酯率的影響??Ｆｉｇ３．２?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｍｏｌａｒ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｏｌ?ｔｏ?ｏｉｌ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??從圖３．２可以得出結(jié)論，醇油摩爾比的增加在開始階段轉(zhuǎn)酯率升高比較明顯，即在??小于１２：１時(shí)的醇油摩爾比階段的轉(zhuǎn)酯率上升最快，１２：?１以

１?２?３?４?５??酸催化劑用量／％??圖３．１不同酸催化劑及其用量對酯化率的影響??Ｆｉｇ?３．１?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｃｉｄ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ａｍｏｕｎｔ?ｏｎ?ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??從圖３．１中可以得出結(jié)論，酸催化劑用量低于３％時(shí)，硫酸鐵作為催化劑的催化效??果與硫酸的催化效果基本一致；而當(dāng)酸催化劑用量提高至大于３％時(shí)，硫酸鐵作為催化??劑的優(yōu)勢就非常明顯，其對酯化反應(yīng)的催化效果要比濃硫酸的高很多，這是因?yàn)闈饬蛩??的強(qiáng)酸性和強(qiáng)腐蝕性對油脂產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，因此，本實(shí)驗(yàn)選用硫酸鐵作為酸催化劑。??３．２．２兩步法中酸催化酯化反應(yīng)條件的確定??３．２．２．１醇油摩爾比的確定??在稱取２０ｇ油，４％硫酸鐵（占油重的比例），７０°Ｃ下反應(yīng)４ｈ的條件下，分別考查??醇油摩爾比８：１、１０：１、１２：１、１４：１和１６：１對轉(zhuǎn)酯率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖３．２。??１００?■??９５?一?一一?ｉ?＾??＊?９０?．?．?．?．?＾??ｇ?８５??您８０彳Ｚ??７５??７０??１?１?１?１??８：１?１０：１?１２：１?１４：１?１６：１??爾比??圖３．２醇油摩爾比對轉(zhuǎn)酯率的影響??Ｆｉｇ３．２?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｍｏｌａｒ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｏｌ?ｔｏ?ｏｉｌ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??從圖３．２可以得出結(jié)論，醇油摩爾比的增加在開始階段轉(zhuǎn)酯率升高比較明顯，即在??小于１２：１時(shí)的醇油摩爾比階段的轉(zhuǎn)酯率上升最快

３．２．２．２酸催化劑用量的確定??稱取地溝油２０?ｇ，選擇醇油摩爾比１２：１，?７０?°Ｃ的反應(yīng)條件下，分別研宄催化劑添??加量為１％、２％、３％、４％和５％等五種情況對轉(zhuǎn)酯率的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖３．３所示。??次?ｓｏ?．??ｉ：?７〇?．｜?４－??Ｉ?ｓｏ＾?駿統(tǒng)魚沾??ｆｉ：?＾?Ｉ?璀化恕圬蚤４％??５０?ｔ?＾?催化�。旁椋担�??４０?Ｐ?＾??３０?＾?１?＇?＇?■??１?２?３?４?５??反應(yīng)時(shí)間／ｌｌ??圖３．３酸催化劑用量對轉(zhuǎn)酯率的影響??Ｆｉｇ３．３?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ａｃｉｄ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ａｍｏｕｎｔ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??由圖３．３中可以看出，硫酸鐵催化劑制備生物柴油時(shí)的用量４％左右最佳，反應(yīng)４ｈ后，??轉(zhuǎn)化率就達(dá)９５?％左右。??３．２．２．３反應(yīng)溫度的確定??在稱�。玻埃缬停加湍柋龋保玻海�，?４％硫酸鐵，反應(yīng)時(shí)間４ｈ的條件下，分別考查反??應(yīng)溫度４０?°Ｃ、５０?°Ｃ、６０?°Ｃ、７０?°Ｃ和８０?°Ｃ對轉(zhuǎn)酯率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖３．４所示。??１００??６０?＾?＇?＇???、??４０?ＳＯ?６０?７０?８０??ｕｓｔｒｃ??圖３．４反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)酯率的影響??Ｆｉｇ３．４?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??從圖３．４中可以看出，當(dāng)溫度為７０?°Ｃ時(shí)，轉(zhuǎn)酯率最高。當(dāng)溫度小于７０?°Ｃ時(shí)，轉(zhuǎn)酯??率隨反應(yīng)溫度增大而增大；當(dāng)溫度大于７０?°Ｃ時(shí)，轉(zhuǎn)酯率隨溫度的增大而減小。這表明??在一定范圍內(nèi)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2859668