电场强化酯交换反应制备生物柴油的初步研究

发布时间：2017-07-16 08:13

  本文关键词：电场强化酯交换反应制备生物柴油的初步研究

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【摘要】：生物柴油作为一种清洁的可再生能源,是优质的石化柴油替代品,大力发展生物柴油对经济可持续发展,推进能源替代,减轻环境压力具有重要的战略意义。电场强化酯交换反应制备生物柴油具有能耗低、反应及分离时间缩短、有效提升生物柴油产率等优势。电场可以降低液体的表面张力及雾化阻力,大幅增加相间接触面积,在化学反应中降低反应所需的活化能,加快反应的进行。本文以电场强化碱催化酯交换反应过程为对象,通过可视化技术探索电场作用下的醇-油分散机理,研究生物柴油制备新工艺,分析电场强化酯交换反应的影响。论文对液液两相荷电破碎进行了可视化实验研究。以大豆油和乙醇为实验介质,基于显微高速摄像技术对油相中乙醇荷电破碎及演变过程进行可视化研究,精确捕捉了实验系统在不同参数下荷电乙醇液滴在油相中破碎的显微形貌特征,探讨了电场强度影响下破碎模式的演变规律,分析归纳出液液两相荷电破碎模式。实验结果表明:随着毛细管口电场强度的增加,醇在油相中的荷电破碎模式依次经历了滴状模式、单滴破碎模式、枝杈状破碎模式及膜状破碎模式,且生成液滴的尺寸逐渐减小。膜状破碎模式下,破碎液滴的尺寸显著降低,可快速实现油醇两相的混合,为酯交换反应过程提供了一种加速混合接触的反应环境。本文对电场强化酯交换反应及生物柴油制备工艺进行了研究。构建了两种电场作用下的酯交换反应系统,注射式点面电极模式反应系统及预混式螺旋电极模式反应系统,采用这两种系统对电场作用下碱催化酯交换反应制备生物柴油进行了实验研究,并与普通碱催化酯交换反应制备生物柴油进行实验对比,从反应、工艺以及产物三个方面进行分析,结果表明:电场可以增强体系扰动,促进相间传质,加速酯交换反应的进行,大大缩短反应时间;电场可以加速副产物甘油与生物柴油的分离,简化了生物柴油制备的后处理工艺;通过对产物的GC-MS测试,发现电场作用下的酯交换反应产物中甲酯含量高,生物柴油的转化率高。以上实验研究对高压电场作用下的生物柴油制备新技术的发展具有重要的指导意义。
【关键词】：高压电场 生物柴油 荷电破碎模式 液液两相系统 酯交换反应
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 生物柴油研究现状及制备方法10-20
• 1.2.1 国内外生物柴油的研究现状10-14
• 1.2.2 生物柴油的制备方法14-20
• 1.3 外加电场在生物柴油制备中的应用研究20-21
• 1.4 本文的主要研究内容21-23
• 第二章 电场作用下液滴动力学分析及电场强化反应的作用机理23-30
• 2.1 电场作用下液滴动力学分析23-28
• 2.1.1 静电场中液滴受力模型23-25
• 2.1.2 液滴在电场中的行为25-28
• 2.2 电场强化反应的作用机理28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 醇在油相中荷电破碎的实验研究30-39
• 3.1 液体在空气中荷电雾化的研究30
• 3.2 液液两相荷电破碎的实验研究30-38
• 3.2.1 实验装置及方法31-32
• 3.2.2 液液两相荷电破碎模式及分析32-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第四章 高压电场强化酯交换反应制备生物柴油39-51
• 4.1 酯交换反应机理39-41
• 4.2 高压电场强化酯交换反应制备生物柴油41-48
• 4.2.1 实验材料及仪器设备41-42
• 4.2.2 大豆油理化性质的测定42-45
• 4.2.3 实验方法45-46
• 4.2.4 生物柴油的检测46-48
• 4.3 高压电场制备方法与普通碱催化法的对比48-50
• 4.3.1 工艺流程的比较48-49
• 4.3.2 反应产物的比较49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 本文总结和工作展望51-54
• 5.1 本文总结51-52
• 5.2 工作展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间的科研情况59

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本文编号：547750