利用棉籽油皂脚制备生物柴油的工艺研究

摘要

目的:文章对棉籽油皂脚制备生物柴油的工艺进行了研究，工艺流程以传统脂肪酸加工工艺为基础，通过优化实验得出各个反应过程中的最佳条件，以减少生产过程中原料和催化剂的浪费，降低生产耗能，减少生产过程中的废弃物排放量。同时，对生产过程中产生的甘油进行分离纯化研究，得到纯度较高的甘油产品。
　　 方法:分别采取皂脚皂化酸解酯化法（也叫一步法）、酸化油法、萃取分离法3种方法，将棉籽油皂脚转化成粗脂肪酸甲酯，并分离提纯获得生物柴油。实验借助单因素及正交实验优化反应的工艺条件，并利用高效液相色谱和薄层层析色谱定性、定量分析生物柴油组分及纯度。
　　 结果:
　　 1.皂化酸解酯化法。将新鲜棉籽油皂脚经皂化、盐析、水洗、干燥后，加入硫酸、甲醇进行甲酯化反应，然后分离纯化获得生物柴油。经优化实验获得最佳条件为：反应温度为60℃、反应时间为2h、甲醇与原料比（v/w）为4.5：1、浓硫酸与原料比（v/w）为0.75：1。
　　 2.酸化油法。将新鲜棉籽油皂脚经酸化处理制成酸化油后，进行一次甲酯化反应，一次酯交换反应，然后分离纯化获得生物柴油。通过优化实验研究得出的最佳工艺参数为：
　　 ①酸化油酯化反应中硫酸用量为1.5％，甲醇用量为200％，反应温度为65℃、反应时间为2h。
　　 ②酯化产物酯交换反应中甲醇钠用量为0.5％，甲醇用量为20％，反应温度为60℃、反应时间为45min。
　　 3.萃取分离法。向新鲜棉籽油皂脚中加入一定量饱和食盐水破乳后，加入石油醚萃取中性油，然后离心使中性油、皂、水相相互分离，中性油和皂分别采取酯交换法和酯化法制取生物柴油。经优化实验获得的最佳条件为：
　　 ①萃取时，石油醚的用量为200％，萃取分离时间为4h，萃取效果最好；
　　 ②中性油采取碱催化酯交换反应的条件为醇油摩尔比为5:1，反应温度为40℃，反应时间为60min，氢氧化钠用量为棉籽油质量的1.54％；
　　 ③脂肪酸钠盐经水解干燥后制备生物柴油的最佳条件为硫酸用量为2％，甲醇用量为150％，反应温度为65℃、反应时间为6h。
　　 结论:
　　 1.利用皂化酸解酯化法制备生物柴油速度较快，工艺较为简单，但反应过程中碱和酸的消耗量较大，不宜大规模工业化生产。
　　 2.酸化油法制备生物柴油可通过酯化和酯交换两步来完成，较专利CN1931961A工序更为简洁，该工艺酸碱消耗量小，产废少，能耗低，适宜工业化生产。
　　 3.萃取分离法制备生物柴油工艺还处在研究阶段，没见工业化相关报道。该工艺虽然生产周期长，溶剂需求量大，但酸碱需求量也小，所制生物柴油品质较好。
　　 4.以棉籽油皂脚为原料制得的生物柴油中色泽较深，并散发特殊臭味，通过高真空蒸馏措施才可以获得品质较高的产品。