發(fā)布時間：2020-10-28 05:36

　　 中國是地溝油生產(chǎn)的大國,每年會產(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重超標而不能食用,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、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處理工藝,并進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。得到了以下結論:1、地溝油的預處理(1)各因素對酸催化酯化反應轉酯率影響的大小依次為:硫酸濃度反應溫度反應時間硫酸加入量,最佳反應條件為:硫酸濃度25%、硫酸加入量30%、反應溫度為70 ℃、反應時間為2h。在此反應條件下,油脂雜質含量達到6.24%。(2)各因素對酸催化酯化反應轉酯率影響的大小依次為:磷酸加入量=反應溫度=食鹽加入量水加入量,最佳反應條件為:磷酸加入量0.20%、水加入量1.5%、反應溫度為70 ℃、食鹽加入量4%。在此反應條件下,油脂膠質含量達到0.49%。(3)各因素對酸催化酯化反應轉酯率影響的大小依次為:活性白土加入量真空度反應時間活性炭加入量,最佳反應條件為:活性白土加入量5%、活性炭加入量0.5%、反應溫度為110 ℃、真空度為0.10MPa。在此反應條件下,油脂脫色率達到83.5%。(4)通過硫酸處理、磷酸脫膠、真空干燥和脫色等工序預處理后的地溝油澄清透明,水分為0.02%,酸價為68.4mgKOH/g,皂化值為257.1 mgKOH/g,計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℃、反應時間為5 h,在此反應條件下,轉化率達到98.1%;堿催化酯交換反應的最佳條件為:醇油摩爾比6:1、堿催化劑用量3.0%、反應溫度為70 ℃、反應時間為3.0 h,在此反應條件下,總得率達到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)化生物柴油反應體系中的反應物甲醇和副產(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行再生,從而提高轉酯率。采用響應面分析法對生物酶催化轉酯化反應的條件進行了優(yōu)化,結果表明,轉酯率的影響程度依次為:生物酶添加量醇油摩爾比反應時間反應溫度。各因素間交互作用對轉酯率的影響為:生物酶添加量和反應溫度交互作用極顯著,醇油摩爾比和反應溫度交互作用顯著。最優(yōu)條件為:醇油摩爾比為4:1,生物酶添加量10%,反應溫度為35℃,反應時間為15 h。在此條件下,轉酯率為95.9%。
【學位單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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中可以得出結論，酸催化劑用量低于３％時，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；而當酸催化劑用量提高至大于３％時，硫酸鐵作為催化??劑的優(yōu)勢就非常明顯，其對酯化反應的催化效果要比濃硫酸的高很多，這是因為濃硫酸??的強酸性和強腐蝕性對油脂產(chǎn)生了化學反應，因此，本實驗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對轉酯率的影響，實驗結果如圖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可以得出結論，醇油摩爾比的增加在開始階段轉酯率升高比較明顯，即在??小于１２：１時的醇油摩爾比階段的轉酯率上升最快，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中可以得出結論，酸催化劑用量低于３％時，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；而當酸催化劑用量提高至大于３％時，硫酸鐵作為催化??劑的優(yōu)勢就非常明顯，其對酯化反應的催化效果要比濃硫酸的高很多，這是因為濃硫酸??的強酸性和強腐蝕性對油脂產(chǎn)生了化學反應，因此，本實驗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對轉酯率的影響，實驗結果如圖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可以得出結論，醇油摩爾比的增加在開始階段轉酯率升高比較明顯，即在??小于１２：１時的醇油摩爾比階段的轉酯率上升最快

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％等五種情況對轉酯率的作用，實驗結果如圖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??反應時間／ｌｌ??圖３．３酸催化劑用量對轉酯率的影響??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的用量４％左右最佳，反應４ｈ后，??轉化率就達９５?％左右。??３．２．２．３反應溫度的確定??在稱�。玻埃缬停�醇油摩爾比１２：１，?４％硫酸鐵，反應時間４ｈ的條件下，分別考查反??應溫度４０?°Ｃ、５０?°Ｃ、６０?°Ｃ、７０?°Ｃ和８０?°Ｃ對轉酯率的影響，實驗結果如圖３．４所示。??１００??６０?＾?＇?＇???、??４０?ＳＯ?６０?７０?８０??ｕｓｔｒｃ??圖３．４反應溫度對轉酯率的影響??Ｆｉｇ３．４?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??從圖３．４中可以看出，當溫度為７０?°Ｃ時，轉酯率最高。當溫度小于７０?°Ｃ時，轉酯??率隨反應溫度增大而增大；當溫度大于７０?°Ｃ時，轉酯率隨溫度的增大而減小。這表明??在一定范圍內
【參考文獻】

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本文編號：2859668