两步法合成生物柴油连续化生产工艺研究

摘要

由于能源危机以及化石燃料使用引起的环境、气候问题，促使人们去寻找一种清洁可再生的能源来替代化石燃料。生物柴油就是一种重要的清洁可再生的生物质能源，用于替代石化柴油。
　　本文在前期研究提出的两步法合成生物柴油工艺的基础上，进一步研究了生物柴油的连续化生产工艺。实验中选取直链的油酸甲酯和支链的棕榈酸异丙酯的合成为研究对象，建立了反应的动力学模型，分析了反应的热力学性质。然后采用全混釜串联的形式研究了连续化生产工艺。
　　油酸甲酯和棕榈酸异丙酯的合成分酰氯化反应和醇解反应两步进行。动力学研究结果表明，两步反应均符合二级反应特征，反应过程均遵循四面体机理。得到酰氯化反应的活化能和指前因子分别为121.6kJ·mol-1、46kJ·mol-1和2.76×1019、4.63×105;醇解反应的活化能和指前因子分别为115.2kJ·mol-1、54.15kJ·mol-1和4.03×1018、9.08×106。
　　油酸甲酯和棕榈酸异丙酯合成两步反应的热力学分析发现酰氯化反应均为吸热反应，高温有利于酰氯化反应的进行;醇解反应均为放热反应，低温有利于醇解反应的进行。
　　对油酸甲酯和棕榈酸异丙酯的连续化生产进行研究。油酸甲酯连续化生产的较佳工艺条件为:物料配比n（油酸）∶n（氯化亚砜）∶n（甲醇）=1∶1.2∶1.2，反应温度30℃，停留时间120min，串联总反应釜6个，其中酰氯化反应和醇解反应各采用3个反应釜串联，在该工艺条件下油酸的酯化率达到99％;棕榈酸异丙酯连续化生产的较佳工艺条件为:物料比n（棕榈酸）∶n（异丙醇）∶n（氯化亚砜）=1∶1.4∶1.4，反应温度72℃，停留时间100min，串联总反应釜6个，其中酰氯化反应和醇解反应各3个反应釜串联，在该工艺条件下得到棕榈酸的酯化率为96.27％。
　　对所合成的油酸甲酯和棕榈酸异丙酯产品均进行了质量测定，结果表明该工艺合成的油酸甲酯和棕榈酸异丙酯均满足国家对生物柴油的质量要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 生物柴油制备方法

1．1．1 高温热裂解

1．1．2 酯交换法

1．1．3 酯化法

1．2 生物柴油生产工艺

1．2．1 间歇法生产工艺

1．2．2 连续化生产工艺

1．3 本课题的研究背景、目的及意义

1．3．1 两步法合成生物柴油新工艺

1．3．2 课题研究内容、目的及意义

2 直链生物柴油连续化生产工艺

2．1 实验仪器与药品

2．2 油酸甲酯的合成反应动力学

2．2．1 实验方法

2．2．2 油酸甲酯合成反应机理

2．2．3 油酸甲酯合成反应动力学模型的建立

2．2．4 动力学方程的验证

2．3 油酸甲酯合成反应热力学分析

2．3．1 气体摩尔热容Cp，θm

2．3．2 摩尔蒸发焓△vHmθ

2．3．3 标准摩尔生成焓△fHmθ(T)

2．3．4 熵Smθ(T)

2．3．5 油酸甲酯合成反应的热力学性质

2．4 油酸甲酯连续化生产工艺研究

2．4．1 实验方法

2．4．2 实验结果与讨论

2．4．3 工艺条件验证

2．4．4 油酸甲酯产品测试

2．5 本章小结

3 支链生物柴油连续化生产工艺

3．1 实验仪器及药品

3．2 棕榈酸异丙酯的合成

3．2．1 实验方法

3．2．2 实验结果与分析

3．2．3 工艺条件的验证

3．2．4 产品的红外分析

3．3 棕榈酸异丙酯合成反应动力学

3．3．1 实验方法

3．3．2 棕榈酸异丙酯的合成反应机理

3．3．3 棕榈酸异丙酯合成反应动力学模型的建立

3．3．4 动力学方程的验证

3．4 棕榈酸异丙酯合成反应热力学

3．4．1 气体摩尔热容Cp，θm

3．4．2 摩尔蒸发焓△vHmθ

3．4．3 标准摩尔生成焓△fHmθ(T)

3．4．4 熵Smθ(T)

3．4．5 棕榈酸异丙酯合成反应的热力学分析

3．5 棕榈酸异丙酯的连续化生产工艺

3．5．1 实验方法

3．5．2 实验结果与讨论

3．5．3 最佳工艺验证

3．5．4 产品质量检测

3．6 本章小结

4 结论

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的科研成果

致谢