地沟油制备生物柴油的工艺研究

发布时间：2020-10-28 05:36

　　 中国是地沟油生产的大国,每年会产生约300～500万吨的地沟油。地沟油因酸值、过氧化值、毒素、重金属等一系列成分严重超标而不能食用,若排入地下对环境也产生很大的危害。如今全球石油的储蓄量在逐年减少,而且过量燃烧也引发一系列严重的环境污染问题,因此将地沟油变成一种新能源—生物柴油来缓解能源危机、环境污染和地沟油对人体的危害。本文研究了地沟油的预处理工艺,并进行了两步法催化地沟油制备生物柴油的研究以及无溶剂体系生物酶催化废油制备生物柴油的工艺优化。得到了以下结论:1、地沟油的预处理(1)各因素对酸催化酯化反应转酯率影响的大小依次为:硫酸浓度反应温度反应时间硫酸加入量,最佳反应条件为:硫酸浓度25%、硫酸加入量30%、反应温度为70 ℃、反应时间为2h。在此反应条件下,油脂杂质含量达到6.24%。(2)各因素对酸催化酯化反应转酯率影响的大小依次为:磷酸加入量=反应温度=食盐加入量水加入量,最佳反应条件为:磷酸加入量0.20%、水加入量1.5%、反应温度为70 ℃、食盐加入量4%。在此反应条件下,油脂胶质含量达到0.49%。(3)各因素对酸催化酯化反应转酯率影响的大小依次为:活性白土加入量真空度反应时间活性炭加入量,最佳反应条件为:活性白土加入量5%、活性炭加入量0.5%、反应温度为110 ℃、真空度为0.10MPa。在此反应条件下,油脂脱色率达到83.5%。(4)通过硫酸处理、磷酸脱胶、真空干燥和脱色等工序预处理后的地沟油澄清透明,水分为0.02%,酸价为68.4mgKOH/g,皂化值为257.1 mgKOH/g,计算得到地沟油的平均分子量为892.1。2、两步法催化地沟油制备生物柴油的研究酸催化酯化反应的最佳条件为:酸催化剂用量5%、醇油摩尔比14:1、温度为70℃、反应时间为5 h,在此反应条件下,转化率达到98.1%;碱催化酯交换反应的最佳条件为:醇油摩尔比6:1、碱催化剂用量3.0%、反应温度为70 ℃、反应时间为3.0 h,在此反应条件下,总得率达到97.9%。该工艺下最后得到的生物柴油性能与0#柴油接近。3、无溶剂体系生物酶催化地沟油制备生物柴油的工艺优化生物柴油反应体系中的反应物甲醇和副产物甘油均对生物酶活性有影响,因此甲醇选择分三次加入并采用再生剂对酶进行再生,从而提高转酯率。采用响应面分析法对生物酶催化转酯化反应的条件进行了优化,结果表明,转酯率的影响程度依次为:生物酶添加量醇油摩尔比反应时间反应温度。各因素间交互作用对转酯率的影响为:生物酶添加量和反应温度交互作用极显著,醇油摩尔比和反应温度交互作用显著。最优条件为:醇油摩尔比为4:1,生物酶添加量10%,反应温度为35℃,反应时间为15 h。在此条件下,转酯率为95.9%。
【学位单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TE667
【部分图文】：

图３．１不同酸催化剂及其用量对酯化率的影响??Ｆｉｇ?３．１?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｃｉｄ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ａｍｏｕｎｔ?ｏｎ?ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??从图３．１中可以得出结论，酸催化剂用量低于３％时，硫酸铁作为催化剂的催化效??果与硫酸的催化效果基本一致；而当酸催化剂用量提高至大于３％时，硫酸铁作为催化??剂的优势就非常明显，其对酯化反应的催化效果要比浓硫酸的高很多，这是因为浓硫酸??的强酸性和强腐蚀性对油脂产生了化学反应，因此，本实验选用硫酸铁作为酸催化剂。??３．２．２两步法中酸催化酯化反应条件的确定??３．２．２．１醇油摩尔比的确定??在称取２０ｇ油，４％硫酸铁（占油重的比例），７０°Ｃ下反应４ｈ的条件下，分别考查??醇油摩尔比８：１、１０：１、１２：１、１４：１和１６：１对转酯率的影响，实验结果如图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??尔比??图３．２醇油摩尔比对转酯率的影响??Ｆｉｇ３．２?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｍｏｌａｒ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｏｌ?ｔｏ?ｏｉｌ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??从图３．２可以得出结论，醇油摩尔比的增加在开始阶段转酯率升高比较明显，即在??小于１２：１时的醇油摩尔比阶段的转酯率上升最快，１２：?１以

１?２?３?４?５??酸催化剂用量／％??图３．１不同酸催化剂及其用量对酯化率的影响??Ｆｉｇ?３．１?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｃｉｄ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ａｍｏｕｎｔ?ｏｎ?ｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??从图３．１中可以得出结论，酸催化剂用量低于３％时，硫酸铁作为催化剂的催化效??果与硫酸的催化效果基本一致；而当酸催化剂用量提高至大于３％时，硫酸铁作为催化??剂的优势就非常明显，其对酯化反应的催化效果要比浓硫酸的高很多，这是因为浓硫酸??的强酸性和强腐蚀性对油脂产生了化学反应，因此，本实验选用硫酸铁作为酸催化剂。??３．２．２两步法中酸催化酯化反应条件的确定??３．２．２．１醇油摩尔比的确定??在称取２０ｇ油，４％硫酸铁（占油重的比例），７０°Ｃ下反应４ｈ的条件下，分别考查??醇油摩尔比８：１、１０：１、１２：１、１４：１和１６：１对转酯率的影响，实验结果如图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??尔比??图３．２醇油摩尔比对转酯率的影响??Ｆｉｇ３．２?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｍｏｌａｒ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｍｅｔｈａｎｏｌ?ｔｏ?ｏｉｌ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??从图３．２可以得出结论，醇油摩尔比的增加在开始阶段转酯率升高比较明显，即在??小于１２：１时的醇油摩尔比阶段的转酯率上升最快

３．２．２．２酸催化剂用量的确定??称取地沟油２０?ｇ，选择醇油摩尔比１２：１，?７０?°Ｃ的反应条件下，分别研宄催化剂添??加量为１％、２％、３％、４％和５％等五种情况对转酯率的作用，实验结果如图３．３所示。??次?ｓｏ?．??ｉ：?７〇?．｜?４－??Ｉ?ｓｏ＾?駿統鱼沾??ｆｉ：?＾?Ｉ?璀化恕圬蚤４％??５０?ｔ?＾?催化恕Ｅ蚤５％??４０?Ｐ?＾??３０?＾?１?＇?＇?■??１?２?３?４?５??反应时间／ｌｌ??图３．３酸催化剂用量对转酯率的影响??Ｆｉｇ３．３?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ａｃｉｄ?ｃａｔａｌｙｓｔ?ａｍｏｕｎｔ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??由图３．３中可以看出，硫酸铁催化剂制备生物柴油时的用量４％左右最佳，反应４ｈ后，??转化率就达９５?％左右。??３．２．２．３反应温度的确定??在称取２０ｇ油，醇油摩尔比１２：１，?４％硫酸铁，反应时间４ｈ的条件下，分别考查反??应温度４０?°Ｃ、５０?°Ｃ、６０?°Ｃ、７０?°Ｃ和８０?°Ｃ对转酯率的影响，实验结果如图３．４所示。??１００??６０?＾?＇?＇???、??４０?ＳＯ?６０?７０?８０??ｕｓｔｒｃ??图３．４反应温度对转酯率的影响??Ｆｉｇ３．４?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｏｎ?ｔｒａｎｓｅｓｔｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｒａｔｅ??从图３．４中可以看出，当温度为７０?°Ｃ时，转酯率最高。当温度小于７０?°Ｃ时，转酯??率随反应温度增大而增大；当温度大于７０?°Ｃ时，转酯率随温度的增大而减小。这表明??在一定范围内
【参考文献】

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本文编号：2859668