渗透汽化强化油酸与乙醇酯化反应

发布时间：2017-11-06 22:31

  本文关键词：渗透汽化强化油酸与乙醇酯化反应

  更多相关文章： 酯化反应 渗透汽化 耦合反应器 模型 计算流体动力学

【摘要】：以废弃油脂为原料生产生物柴油的关键步骤是降低原料酸值,本文以废弃油脂中常见的游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)-油酸为原料与乙醇进行酯化反应,并将渗透汽化(pervaporation,PV)与固定床反应器(fixed-bed reactor,FBR)耦合用于强化油酸与乙醇的酯化反应。本实验通过扫描电镜-能谱(scanning electronic microscopy-energy dispersive spectrometry,SEM-EDS)和X射线衍射(X-ray diffractometry,XRD)研究NaA分子筛膜的形态结构和组成,结果表明NaA分子筛膜结构为多孔的Al2O3支撑层表面附着一层厚度约15μm的致密分子筛层,在膜管基底表面涂覆的分子筛层晶体成分单一,无其它杂质,其合成原料为Na2SiO3和Al(OH)3。将膜用于乙醇/水二元混合物的分离,发现当混合物中乙醇含量低于90%时,膜的渗透通量最大为0.9 kg.m-2·h-1,分离因子约为16000,膜分离性能较稳定。研究酯化反应体系膜的分离性能发现,当反应进行8 h时,膜达到最大渗透通量为2.0 kg·m-2·h-1。在18 h时,膜对水/乙醇和水/油酸的分离因子分别达到16000和8000。并且升高温度能提高膜的渗透通量。分子筛膜重复使用9次后,酯化反应的油酸转化率仍能保持在85%以上,证明膜具有优良的分离稳定性。实验分别对与PV耦合的FBR和单纯的FBR中酯化反应的条件进行了单因素优化,并在相同条件下对比两反应结果,分析PV与FBR耦合对酯化反应的影响。结果显示,FBR中反应的优化条件为温度80.0 oC,乙醇/油酸摩尔比15:1,催化床高度160mm,进料速率1.0 ml/min。与PV耦合的FBR中反应的优化条件为温度80.0 oC,乙醇/油酸摩尔比15:1,催化床高度132 mm,进料速率1.0 ml/min,膜面积与反应液体积比3.74。在相同条件下两反应的实验结果表明,PV强化的酯化反应比无PV辅助的反应达到平衡所需的时间缩短6 h。将树脂催化剂用于单程酯化反应并连续运行100 h后发现,催化剂仍具有优良的催化性和稳定性。本文还对PV与酯化反应耦联的膜反应器(membrane reactor,MR)建立了动力学模型,通过对比实验数据与模型预测值,验证了所求模型的可靠性。另外,应用Fluent 14.5.0软件对MR中流场的分布进行模拟,预测MR中流体压力、流体粘度和流速的分布,从流体流动层面验证了温度对酯化反应的影响。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.25;TE667

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本文编号：1149681