超临界下萃取酯交换耦合反应制备生物柴油
随着全球能源发展战略的调整，绿色可再生能源在能源产业发展中占有越来越重要的地位，并将逐渐代替传统石化能源。作为典型的绿色能源，生物柴油近年来备受各个国家和地区的重视。超临界低碳醇酯交换反应是制备生物柴油的新型工艺，具有绿色、快速、高产、高效等优势。相较间歇型制备工艺，连续型制备工艺能够降低生产成本与能源消耗，有利于实现工业化生产。为此，本文以超临界甲醇酯交换反应制备生物柴油为研究背景，探讨不同反应器对连续过程的影响，优化反应工艺，并把超临界萃取技术与超临界甲醇酯交换反应耦合起来，直接以大豆片为原料，一步法制备生物柴油，确定耦合工艺控制步骤和最佳耦合条件。同时，从理论上计算连续反应动力学和热力学行为，为工艺生产推广提供理论基础。主要研究内容如下: 1.为了缩短系统稳定时间，提高酯交换反应产率，首先以大豆油为原料分别在盘管式反应器、直管式填料床反应器内进行超临界连续酯交换反应的实验研究。考察了稳定时间、温度、压力、醇油摩尔比、进料流量等影响参数。研究结果发现，直管式填料床反应器的反应效果优于盘管式反应器，稳定时间短，产物产率高。在直管式填料床反应器内，当条件满足300℃、22MPa、醇油摩尔比42∶1时，系统稳定时间为30min，甲酯产率为80.26％，铁丝网填料可连续重复使用11次。 2.对超临界萃取耦合酯交换过程进行系统研究发现，反应达到稳定之前，反应过程是耦合工艺的控制步骤，反应稳定之后，则萃取过程是控制步骤。因此，在研究反应器和反应过程的基础上，对萃取过程进行优化。发现在超临界CO2中添加适量夹带剂正己烷可以显著提高大豆片出油率，具体条件为20g分层填料0.4mm厚大豆片、40℃、20MPa、CO2与正己烷质量比21∶1，120min后萃取率可达到99.99％。 3.发现超临界萃取夹带剂正己烷对超临界酯交换反应起到强化作用。综合考虑操作参数对甲酯产量和产率的影响情况，优化匹配萃取动力学和反应动力学，得到最佳耦合反应条件为:萃取温度40℃、反应温度300℃、压力18MPa～20MPa、CO2与正己烷质量流量比14∶1、CO2流量2L/min，正己烷流量0.4ml/min。 4.为了深入探讨在超临界环境下连续酯交换工艺的过程机理，为未考察的实验过程提供推断依据，有益于扩大生产和工业应用，从反应动力学和热力学行为方面进行研究计算。确定了反应速率常数、平衡常数、大豆油-甲醇临界参数和溶解度参数。
生物柴油;超临界萃取技术;酯交换耦合反应;热力学行为
大连理工大学
硕士
化工过程机械
银建中
2015
中文
TE667
100
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）