棕榈油生物柴油低温结晶过程研究

发布时间：2017-08-17 23:28

  本文关键词：棕榈油生物柴油低温结晶过程研究

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【摘要】：生物柴油燃烧性能良好,且具有可持续性和环境友好性,大力发展生物柴油对于缓解能源短缺危机,改善生态环境具有重要意义。棕榈油生物柴油(PME)低温流动性能较差,低温环境下容易结晶影响正常使用。本文对PME结晶行为、析出晶体形态及影响因素等进行系统研究,探究PME结晶机理,并对PME结晶过程进行模拟,为改善PME低温流动性能提供理论依据。以棕榈油为原料制备生物柴油,经检测理化性能符合国标要求。使用气质联用仪对生物柴油及石化柴油化学组成进行分析。结果表明：PME由C、H、O三种元素构成,主要成分为10～24个偶数碳原子组成的脂肪酸甲酯(FAME)。其中,饱和饱和脂肪酸甲酯(SFAME)和不饱和脂肪酸甲酯(UFAME)的质量分数分别为40.13%和59.57%。SFAME主要成分为棕榈酸甲酯(C16：0),其质量分数为31.04%。其次为硬脂酸甲酯(C18：0),质量分数为6.64%。而UFAME主要由单不饱和脂肪酸甲酯(C16：1～C20：1)、二不饱和脂肪酸甲酯(C18：2)和三不饱和脂肪酸甲酯(C18：3)构成,其质量分数分别为44.54%、14.44%、0.59%。石化柴油含有C、H两种元素,主要是由8-24个碳原子组成的正构烷烃构成。-10PD中正构烷烃质量分数为61.26%。使用低温显微设备观察PME结晶过程,对获取的晶体图像进行定量表征。研究发现,温度、降温速率、调合及添加低温流动性改进剂都会对结晶过程产生重要影响。随着温度降低,析出晶体数量不断增加后趋于稳定,晶体体积不断增大,并相互聚集、联结形成复杂结构。降温速率较小时,生成晶体数量较少,单个晶体体积较大,呈规则多边形片状结构。降温速率较大时析出晶体数量增大,体积减小,呈复杂的团簇状结构。与石化柴油调合和添加低温流动改进剂,可以抑制晶体生长,减小生成晶体尺寸。PME可以看作高熔点SFAME为溶质,低熔点UFAME作为溶剂的伪二元溶液。结晶过程分为溶液过饱和、成核、晶体生长三个阶段。其晶体生长机制分为两类：平衡生长机制、分形生长机制。平衡条件下,晶习由晶体中各晶面生长速率差异确定,外形规则,具有明显对称性和各向异性。外部环境偏离平衡时,晶体出现分形生长,形成晶习为团簇状不规则枝权结构,周围分布细小相似枝晶,具有明显分形特征。以C_(18：0)为酯晶中SFAME模型化合物,使用Materials Studio软件,采用BFDH模型、AE模型对平衡状态下PME晶体形态进行模拟。两种模型得到的理论晶习均呈六面体薄片状晶体,最大显露面为{002}面,与低温结晶试验观察结果吻合。AE模型考虑晶面附着能,所得晶习层间距更小晶体更薄,更符合实际情况。以C18为柴油蜡晶中正构烷烃模型化合物。利用Materials Studio软件,采用BFDH模型、AE模型预测该晶体平衡态的理论晶习。所得晶习均为六角片状,{001}面为最大显露面,与蜡晶实际形态相符。采用DLA模型,利用Matlab软件模拟PME非平衡状态下生长过程。模拟结果为团簇状不规则凝聚体,呈现分形特征,非平衡态下PME析出酯晶图像具有一定相似性。
【关键词】：棕榈油生物柴油 低温结晶 晶习 分形
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 1 绪论16-26
• 1.1 生物柴油简介16-18
• 1.2 生物柴油发展现状18-20
• 1.3 生物柴油低温流动性及结晶过程研究现状20-24
• 1.4 研究意义和主要研究内容24-26
• 2 棕榈油生物柴油的制备26-34
• 2.1 实验材料及仪器26-27
• 2.2 实验方法27-29
• 2.3 酯交换法制备生物柴油机理29-30
• 2.4 结果与讨论30-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 棕榈油生物柴油低温结晶实验34-46
• 3.1 实验材料及仪器34-35
• 3.2 实验方法35-39
• 3.3 结果与讨论39-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 棕榈油生物柴油结晶机理46-56
• 4.1 生物柴油结晶过程分析46-49
• 4.2 酯晶晶习形态学研究49-54
• 4.3 本章小结54-56
• 5 酯晶晶习模拟56-70
• 5.1 平衡生长机制下晶习模拟56-65
• 5.2 分形生长机制下晶习模拟65-68
• 5.3 本章小结68-70
• 6 结论和展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-78
• 附录A 相关仪器设备78-82
• 致谢82-84
• 作者简介及读研期间主要科研成果84

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本文编号：691646