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高酸值油酯化降酸过程中含水甲醇脱水方法的研究

作　者: 叶节连
导　师: 苏有勇
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 生物柴油高酸值油脂含水甲醇酯化降酸分子筛硫酸铜
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

以碱催化酯交换法制备生物柴油时,要求原料必须无水且酸值小于1.0mgKOH·g-1。以高酸值油脂作为生物柴油原料时,因其酸值较高,需进行酯化降酸处理。传统工艺主要采用均相酸催化酯化法,该工艺主要存在以下问题：原料油脂中的游离脂肪与甲醇的酯化反应是一个可逆反应,当反应进行一段时间后就达到化学平衡,故反应物很难完全转化产物,致使降酸处理后的油脂酸值很难达到后续碱催化酯交换法制备生物柴油的要求。如何促进反应向正方向的进行是实现高酸值油脂原料快速酯化降酸的关键,最好的方法就是在反应的过程中不断将生成的水去除,促进反应向正方向进行。本论文探索电导率法、比色法和硫酸铜法测定甲醇中含水量的方法,建立简单、快速的甲醇含水量测定方法；研究分子筛和硫酸铜在含水甲醇中的除水效果以及在高酸值油脂酯化降酸过程中的除水效果,优化添加除水剂的反应条件；研究在高酸值油脂气相循环酯化降酸反应体系中添加硫酸铜除水剂最佳酯化反应条件。通过研究,得到以下结果：(1)甲醇含水量测定方法的研究结果表明：①利用电导率法测定甲醇中的含水量,硝酸钠甲醇溶液、硝酸铵甲醇溶液和氯化铵甲醇溶液测定含水量的误差分别为19.5%、25%和1.0%,三种盐的甲醇溶液测定含水量精确度最高的是氯化铵甲醇溶液。因此,电导率法测定甲醇含水量时,较适用的盐为氯化铵。②采用比色法测定甲醇中的含水量,硝酸钴甲醇溶液和氯化钴甲醇溶液测定含水量的误差分别是0.833%和1.291%,硝酸钴甲醇溶液和氯化钻甲醇溶液测定含水量误差较小的是硝酸钴甲醇溶液。因此,比色法测定甲醇含水量时,较适用的盐是硝酸钴。③硫酸铜法是一种快速测量含水量的方法,其测定误差最大为1.0%,最小的为0.475%,该测定方法简单,测量结果精确。(2)含水甲醇除水方法的研究结果表明：①3A、4A、5A和13X四种分子筛中4A分子筛除水效果最佳,随着甲醇中含水量减小,分子筛用量越大,分子筛除水效果越好。②无水硫酸铜除去甲醇中水分时,较佳的除水时间是30min,甲醇含水量的大小对无水硫酸铜除水效果影响不大,无水硫酸铜用量越大,除水效果越好。(3)以油酸模拟高酸值油脂,利用4A分子筛和硫酸铜作为除水剂在高酸值油脂酯化降酸过程中除水,研究结果表明：①在4A分子筛除水条件下,高酸值油脂酯化降酸的优化条件：醇油比为8：1、催化剂为1.4%、4A分子筛用量为油脂质量的40%和反应时间90min,在此条件下,转化率可以达到95.43%。②在硫酸铜除水条件下,高酸值油脂酯化降酸的优化条件：无水硫酸铜用量为油脂质量的10%、醇油比为4：1、催化剂用量为3%、反应温度为75℃和反应时间为120min,在此条件下高酸值油脂的酯化反应转化率为88.21%。③甲醇中含水量对气相酯化反应转化率的影响结果表明,当含水量为9.0%时,气相酯化转化率快速下降,转化率从含水量为7.25%时的88.44%迅速降至69.98%。因此,本研究将甲醇中7.25%的含水量作为对气相酯化反应产生显著影响的临界含水量值。④在甲醇含水量为9.0%的条件下,高酸值油脂气相酯化降酸的优化的条件：反应时间为90min、无水硫酸铜用量为40%、反应温度为80℃和催化剂用量为1.2%,在此条件下酯化反应的转化率为90.28%。本论文研究成果可为实现高酸值油脂酯化降酸过程中含水甲醇的及时去除提供基础数据,为该工艺技术的进一步应用提供依据。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-30
  引言  11-12
  1.1 生物柴油的定义和优点  12-13
    1.1.1 生物柴油的定义  12
    1.1.2 生物柴油的优点  12-13
  1.2 生物柴油在国内外的研究现状  13-19
    1.2.1 国外生物柴油的研究现状  13-17
    1.2.2 国内生物柴油的研究现状  17-19
  1.3 生物柴油的制备方法  19-21
    1.3.1 酯化法  19-20
    1.3.2 酯交换法  20-21
  1.4 高酸值油脂制备生物柴油  21-27
    1.4.1 高酸值油脂制备生物柴油的意义  21
    1.4.2 高酸值油脂制备生物柴油的研究进展  21-23
    1.4.3 酯化降酸处理过程中甲醇除水的意义  23-27
  1.5 课题研究背景及方案  27-30
    1.5.1 课题研究意义  27-28
    1.5.2 本课题研究内容  28
    1.5.3 本课题的特点与创新  28-29
    1.5.4 本论文研究的技术路线  29-30
第2章甲醇含水量测定方法的研究  30-46
  2.1 概述  30
  2.2 电导率法测定甲醇中含水量的研究  30-36
    2.2.1 材料与方法  30-31
    2.2.2 结果和讨论  31-36
  2.3 比色法测定甲醇中含水量的研究  36-42
    2.3.1 材料与方法  37
    2.3.2 结果和讨论  37-42
  2.4 硫酸铜测定甲醇中含水量的研究  42-44
    2.4.1 材料与方法  42-43
    2.4.2 结果和讨论  43-44
  2.5 本章小结  44-46
第3章含水甲醇脱水方法的试验研究  46-53
  3.1 分子筛在含水甲醇中除水的应用研究  46-49
    3.1.1 材料与方法  46-47
    3.1.2 结果和讨论  47-49
  3.2 硫酸铜在含水甲醇中除水的应用研究  49-52
    3.2.1 材料与方法  49-50
    3.2.2 结果与讨论  50-52
  3.3 本章小结  52-53
第4章高酸值油脂酯化降酸过程中含水甲醇除水的研究  53-72
  4.1 分子筛在高酸值油脂酯化降酸过程中的除水效果  53-58
    4.1.1 材料与装置  53-55
    4.1.2 结果和讨论  55-58
  4.2 硫酸铜在高酸值油脂酯化降酸过程中的除水效果  58-64
    4.2.1 材料与装置  58-59
    4.2.2 结果和讨论  59-64
  4.3 硫酸铜在高酸值油脂气相酯化降酸过程中除水的研究  64-71
    4.3.1 材料与方法  65-66
    4.3.2 结果和讨论  66-71
  4.4 本章小结  71-72
第5章结论与展望  72-75
  5.1 结论  72-74
  5.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-82
附录  82-83

高酸值油酯化降酸过程中含水甲醇脱水方法的研究

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