1、地溝油制備生物柴油的工藝研究Study on Precess of Preparation of Bio-diesel from Waste Oils目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc23832 摘要 PAGEREF _Toc23832 I HYPERLINK l _Toc13321 Abstract PAGEREF _Toc13321 II HYPERLINK l _Toc23556 引 言 PAGEREF _Toc23556 1 HYPERLINK l _Toc12768 第一章 文獻(xiàn)綜述 PAGEREF _Toc12768 2 HYPERLINK l

2、 _Toc13744 1.1 面臨的危機(jī) PAGEREF _Toc13744 2 HYPERLINK l _Toc19463 1.2 制備生物柴油的原料地溝油 PAGEREF _Toc19463 3 HYPERLINK l _Toc19939 1.2.1 地溝油的產(chǎn)生 PAGEREF _Toc19939 3 HYPERLINK l _Toc15130 1.2.2 地溝油的危害 PAGEREF _Toc15130 3 HYPERLINK l _Toc5827 1.2.3 地溝油的處理現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc5827 3 HYPERLINK l _Toc26316 1.3 地溝油制備生物柴油

3、的方法 PAGEREF _Toc26316 4 HYPERLINK l _Toc9938 1.3.1 地溝油堿催化法制生物柴油 PAGEREF _Toc9938 4 HYPERLINK l _Toc2762 1.3.2 地溝油酸催化法制生物柴油 PAGEREF _Toc2762 5 HYPERLINK l _Toc5496 1.3.3 地溝油酶催化法制生物柴油 PAGEREF _Toc5496 6 HYPERLINK l _Toc10655 1.3.4 地溝油超臨界法制生物柴油 PAGEREF _Toc10655 7 HYPERLINK l _Toc2249 1.4 本課題研究?jī)?nèi)容 PAGER

4、EF _Toc2249 7 HYPERLINK l _Toc12252 第二章 實(shí)驗(yàn)局部 PAGEREF _Toc12252 8 HYPERLINK l _Toc26269 2.1 實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc26269 8 HYPERLINK l _Toc4449 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器 PAGEREF _Toc4449 8 HYPERLINK l _Toc27436 2.3 實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc27436 9 HYPERLINK l _Toc14837 2.3.1 催化劑的制備 PAGEREF _Toc14837 9 HYPERLINK l _Toc14799 2.3.

5、2 選出優(yōu)先催化劑 PAGEREF _Toc14799 9 HYPERLINK l _Toc13198 2.3.3 預(yù)酯化反響 PAGEREF _Toc13198 10 HYPERLINK l _Toc24732 2.3.4 酯交換反響 PAGEREF _Toc24732 10 HYPERLINK l _Toc14333 2.4 正交方案 PAGEREF _Toc14333 10 HYPERLINK l _Toc19949 2.4.1 選擇催化劑 PAGEREF _Toc19949 10 HYPERLINK l _Toc20696 2.4.2 預(yù)酯化反響： PAGEREF _Toc20696

6、10 HYPERLINK l _Toc28435 2.4.3 酯交換反響： PAGEREF _Toc28435 11 HYPERLINK l _Toc32731 2.5 分析方法 PAGEREF _Toc32731 11 HYPERLINK l _Toc10700 2.5.1 酸值的測(cè)定 PAGEREF _Toc10700 11 HYPERLINK l _Toc31503 2.5.2 收率計(jì)算方法 PAGEREF _Toc31503 11 HYPERLINK l _Toc11824 第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論 PAGEREF _Toc11824 13 HYPERLINK l _Toc9087

7、3.1 催化劑的選擇 PAGEREF _Toc9087 13 HYPERLINK l _Toc19756 3.2 地溝油預(yù)酯化反響正交試驗(yàn) PAGEREF _Toc19756 13 HYPERLINK l _Toc21060 3.2.1 二氧化硅的用量的影響 PAGEREF _Toc21060 14 HYPERLINK l _Toc8143 3.2.2 甲醇的用量的影響 PAGEREF _Toc8143 15 HYPERLINK l _Toc14118 3.2.3 反響溫度的影響 PAGEREF _Toc14118 15 HYPERLINK l _Toc28139 3.2.4 反響時(shí)間的影響

8、PAGEREF _Toc28139 16 HYPERLINK l _Toc7470 3.3 酯交換反響正交試驗(yàn) PAGEREF _Toc7470 16 HYPERLINK l _Toc30429 3.3.1 反響溫度的影響 PAGEREF _Toc30429 17 HYPERLINK l _Toc19673 3.3.2 反響時(shí)間的影響 PAGEREF _Toc19673 18 HYPERLINK l _Toc5497 3.3.3 KOH的用量的影響 PAGEREF _Toc5497 18 HYPERLINK l _Toc16589 3.3.4 甲醇的用量的影響 PAGEREF _Toc1658

9、9 19 HYPERLINK l _Toc16491 結(jié) 論 PAGEREF _Toc16491 21 HYPERLINK l _Toc18743 致 謝 PAGEREF _Toc18743 22 HYPERLINK l _Toc12940 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc12940 23地溝油制備生物柴油的工藝研究摘要：本實(shí)驗(yàn)利用地溝油為原料制備生物柴油，因?yàn)樗嶂凳且粋€(gè)急需控制的因素，所以，采用兩步法工藝，先通過預(yù)酯化把地溝油酸值降低，再進(jìn)行酯交換制備生物柴油，通過試驗(yàn)優(yōu)化得到地溝油制備生物柴油的的最正確工藝條件。研究了由地溝油制備生物柴油的工藝，影響酸值的因素有催化劑的用量、甲醇的用量、

10、反響溫度、反響時(shí)間，通過正交試驗(yàn)得到地溝油預(yù)酯化反響的最正確條件是：二氧化硅的用量為2%、甲醇的用量為16%、反響溫度70、反響時(shí)間4h，測(cè)得酸值為3.525mgKOH/g；影響生物柴油收率的因素有甲醇的用量、KOH的用量、反響溫度、反響時(shí)間，通過正交試驗(yàn)得到地溝油酯交換反響的最優(yōu)工藝條件是：甲醇的用量20%、KOH的用量為1%、反響溫度70、反響時(shí)間2h，生物柴油的收率到達(dá)85%。關(guān)鍵詞：地溝油；預(yù)酯化；酯交換；生物柴油 Study on precess of preparation of bio-diesel from waste oilsAbstract:This experiment

11、used cooking oil as raw material to the preparation of bio-diesel, because the acid value is a need to control factors, therefore, the two-step process, through esterification reduce the gutter oleic acid value first, then the ester exchange of bio-diesel preparation, cooking oil is obtained by expe

12、riment to optimize the best process conditions of preparation of bio-diesel.The technics of bio-diesel preparation with waste oil is introduced.The influencing factors of acid value with the dosage of the catalyst, methanol dosage, reaction temperature, reaction time,The reaction conditions are opti

13、mized by orthogonal experiments.It is proved that the best conditions for esterification are 2% of SiO2 as catalyst ,16% of methanol,70 of reaction temperature and reacting for 4 hours,Measured the acid value of 3.525 mgKOH/g.The factors affecting the yield of biodiesel with methanol dosage, the amo

14、unt of KOH, reaction temperature, reaction time,The optimum reacting conditions obtained for tranesterification are 20% of methanol,1% of KOH do sage,70 of reaction temperature and reacting for 2 hours,Bio-diesel yield reached 85%.Key words: waste oil;esterification;trans0esterification;bio-diesel引

15、言“能源問題和“環(huán)境問題很早就被人們提出來了。專家估計(jì)，2050年世界石油資源將枯竭。石油的大量使用不僅帶來了水、土和大氣的污染，而且?guī)砹瞬豢尚迯?fù)的“溫室效應(yīng)。隨著石油資源的日漸枯竭和環(huán)境污染的加重，選擇清潔可再生能源已成為當(dāng)前能源研究的重點(diǎn)，生物柴油是近年來引人關(guān)注的一種綠色油品，它是利用動(dòng)植物油脂作為原料經(jīng)脂交換反響后制成，產(chǎn)品可供內(nèi)燃機(jī)使用，排放物中有害氣體少，是一種優(yōu)質(zhì)礦物柴油代用品，其對(duì)環(huán)境的友好性及可再生性，已經(jīng)得到世界廣泛關(guān)注1。目前，以化學(xué)法生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)已趨成熟，但是，目前制取生物柴油的原料主要是動(dòng)植物油脂，由于動(dòng)植物油脂原料價(jià)格昂貴，使得生物柴油的本錢遠(yuǎn)高于石化柴油，

16、嚴(yán)重制約了生物柴油的開發(fā)研究和推廣使用。利用廢棄地溝油制備生物柴油成為近年來的研究熱點(diǎn)，不但可以緩解能源危機(jī)、環(huán)境污染等社會(huì)問題，而且可以使原料本錢大大降低，價(jià)格更有競(jìng)爭(zhēng)力2 ，還提供了廢棄食用油脂的合理化利用方式、為防止廢棄食用油脂再次返回餐桌提供幫助，具有良好的開展前景。第一章 文獻(xiàn)綜述1.1 面臨的危機(jī) 我國(guó)是一個(gè)能源生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)，擁有豐富的化石能源資源。2006年，煤炭保有資源量為10345億噸，探明剩余可采儲(chǔ)量約占全世界的13%，列世界第三位。但是中國(guó)的人均能源資源擁有量較低，煤炭和水力資源人均擁有量?jī)H相當(dāng)于世界平均水平的50%，石油、天然氣人均資源擁有量?jī)H為世界平均水平的1/

17、15左右。能源資源賦存不均衡，開發(fā)難度較大，已探明石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源儲(chǔ)量嚴(yán)重缺乏。石油儲(chǔ)量的綜合估算，可支配的化石能源的極限，大約為11801510億噸，以1995年世界石油的年開采量33.2億噸計(jì)算，石油儲(chǔ)量大約在2050年左右宣告枯竭。再加上能源利用技術(shù)落后，利用低下，在經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的條件下，我國(guó)能源的消耗速度比其他國(guó)家更快，能源枯竭的威脅可能來得更早、更嚴(yán)重。因而，日益增長(zhǎng)的對(duì)外能源需求造成的能源壓力迫使我們不得不尋找解決能源危機(jī)的突圍之路。我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)65%左右為煤炭，大量使用煤炭，使 66%的中國(guó)城市大氣中顆粒物含量以及22%的城

18、市空氣二氧化硫含量超過國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期以來這種以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和單一的能源消費(fèi)模式帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染。伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速開展和能源需求量的持續(xù)增長(zhǎng)，化石燃料燃燒所產(chǎn)生的溫室氣體排放給環(huán)境造成了越來越沉重的壓力。面對(duì)當(dāng)前化石能源消耗帶來的嚴(yán)重環(huán)境危機(jī)，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)已迫在眉睫。化石能源與原料鏈條的中斷，必將導(dǎo)致世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)和沖突的加劇，最終葬送現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。事實(shí)上，中東及海灣地區(qū)與非洲的戰(zhàn)爭(zhēng)都是由化石能源的重新配置與分配而引發(fā)。這種軍事沖突，今后還將更猛烈、更頻繁；在國(guó)內(nèi)，也可能出現(xiàn)由于能源基地工人下崗而引發(fā)的許多新的矛盾和沖突?？傊茉次C(jī)遲早會(huì)爆發(fā)；它的爆發(fā)將具有爆炸性！可再生

19、能源是可以永續(xù)利用的能源，不存在資源枯竭問題。目前，世界各國(guó)都力推可再生能源，中國(guó)更應(yīng)該把握住開展可再生能源的時(shí)代走向，爭(zhēng)取在可再生能源開發(fā)利用上走在世界前列，緩解日益加重的能源危機(jī)與環(huán)境壓力。大力開展可再生能源，用可再生能源和原料全面取代化石能源，進(jìn)行一場(chǎng)新的工業(yè)革命，不僅是出于生存的原因；與之相連的是世界經(jīng)濟(jì)可獲得持續(xù)的開展。因此，開發(fā)新能源成為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的不二選擇，而能以液態(tài)方式替代化石能源的，又非生物能源莫屬。1.2 制備生物柴油的原料地溝油1.2.1 地溝油的產(chǎn)生地溝油是廢棄食用油脂的俗稱。地溝油是一個(gè)泛指的概念，是人們?cè)谏钪袑?duì)于各類劣質(zhì)油的統(tǒng)稱。地溝油可分為三類：一是狹義的地溝

20、油，即將下水道中的油膩漂浮物或者將賓館、酒樓的剩飯、剩菜(通稱泔水)經(jīng)過簡(jiǎn)單加工、提煉出的油；二是劣質(zhì)豬肉、豬內(nèi)臟、豬皮加工以及提煉后產(chǎn)出的油；三是用于油炸食品的油使用次數(shù)超過規(guī)定后，再被重復(fù)使用或往其中添加一些新油后重新使用的油3 。據(jù)相關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)，北京市內(nèi)的飯館一天就可以產(chǎn)生廢油脂20噸(年產(chǎn)7000多噸)；南京市現(xiàn)有飲食、食品加工和屠宰企業(yè)1萬(wàn)多家，每天排放數(shù)百噸污水，其中一年產(chǎn)生近5000噸廢油脂；深圳經(jīng)濟(jì)特區(qū)按目前餐飲業(yè)營(yíng)業(yè)狀況、隔油池使用情況以及收集能力，估算每年的廢油脂收集量為3000多噸4。另?yè)?jù)2005年中國(guó)食用油市場(chǎng)研究報(bào)告指出，我國(guó)2005年食用油的消費(fèi)總量約為2000萬(wàn)

21、噸，如果按消費(fèi)總量10計(jì)算，那么產(chǎn)生200萬(wàn)噸的廢油脂。在我國(guó)目前各個(gè)城市里，到處可見地溝油。因此，我國(guó)地溝油的原料充足。 地溝油的危害地溝油成分復(fù)雜，富含有機(jī)物。直接排放會(huì)產(chǎn)生大量刺激性氣體，引發(fā)呼吸道的各種疾病。且地溝油生物降解性很慢，易造成地表水污染，地溝油如果直接排入下水道(溝)，流進(jìn)河流、湖塘，每公斤廢棄油脂將會(huì)造成15000平方米水面的污染，形成大面積的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，易造成赤潮現(xiàn)象等，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。潲水油與水、金屬、微生物等作用，酸敗進(jìn)一步進(jìn)行，并發(fā)生更復(fù)雜的發(fā)應(yīng)，產(chǎn)生更多有毒有害物質(zhì)，危害那么更甚5,6。更有甚者，社會(huì)上的一些不法分子在飲食效勞業(yè)的隔油污水池中回收骯臟、腐敗不

22、堪的廢油脂進(jìn)行非法提煉，直接或者混合局部食用油甚至礦物油后，流入到食用油銷售市場(chǎng)以牟取暴利。這些油回流到食用油市場(chǎng)中去，給人們的健康帶來極大的危害，特別是摻有礦物油的廢棄油脂，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生食物中毒事件，造成嚴(yán)重的社會(huì)危害7。中國(guó)每年排放的地溝油數(shù)量在100萬(wàn)噸以上，大多都直接排放，給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也嚴(yán)重浪費(fèi)資源。地溝油是一種嚴(yán)重超標(biāo)的酸敗油脂，同時(shí)它也是一種可循環(huán)利用的資源，如果對(duì)地溝油進(jìn)行燃料化處理，使之成為柴油的替代燃料，這不但能夠緩解或解決我國(guó)能源供給短缺的問題，而且能減輕對(duì)環(huán)境的污染，并且使其再利用還將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 地溝油的處理現(xiàn)狀面對(duì)每天產(chǎn)生的大量廢棄植

23、物油，世界各國(guó)現(xiàn)在還沒有一個(gè)統(tǒng)一的處理方案和方法，目前使用較多的處理方法是將植物油(約占總量的20)作為制作肥皂、肥料以及一些小型油酸廠的原料再利用8。梁芳慧等在實(shí)驗(yàn)室中首先對(duì)地溝油進(jìn)行一個(gè)前期處理，然后利用地溝油制取了無(wú)磷洗衣粉，具有去污性能較高、粉質(zhì)柔軟、泡沫小、易漂洗等優(yōu)點(diǎn)9；盛金英在專利1603397 中介紹，在經(jīng)過預(yù)處理的地溝油可以制得皂液，此專利具有一定的生產(chǎn)價(jià)值10；制取生物柴油是目前地溝油研究最有生產(chǎn)價(jià)值和前途，也是實(shí)際運(yùn)用最廣的地溝油綜合利用工程。1.3 地溝油制備生物柴油的方法生物柴油也稱生化柴油，它是由可再生的動(dòng)、植物油脂與甲醇(或乙醇)經(jīng)酯交換反響而得到的長(zhǎng)鏈脂肪酸甲(

24、乙)酯，是一種可以替代普通(石化)柴油的可再生的清潔燃料。生物柴油的主要原料是天然植物油、動(dòng)物油甚至賓館飯店廢棄的地溝油都可以用來煉制生物柴油，其資源一般不會(huì)枯竭。生物柴油的主要優(yōu)點(diǎn)是：生物可降解、屬可再生資源、無(wú)毒、廢氣排放量小等，屬環(huán)境友好型燃料，已得到世界廣泛關(guān)注11。它根本不含硫和芳烴，十六烷值高達(dá)52.9，可被生物降解，對(duì)環(huán)境無(wú)害，可以到達(dá)美國(guó)“清潔空氣法所規(guī)定的健康影響檢測(cè)要求，與使用石油柴油相比，可以降低90的空氣毒性，降低94的致癌率，它的開口閃點(diǎn)高，儲(chǔ)存、使用、運(yùn)輸都非常平安。目前，生物柴油制備方法主要有直接混合法、微乳化法、高溫裂解法和酯交換法。前兩種方法屬于物理方法，雖簡(jiǎn)

25、單易行，能降低動(dòng)植物油的黏度，但十六烷值不高，燃燒中積炭及潤(rùn)滑油污染等問題難以解決。高溫裂解法過程簡(jiǎn)單，沒有污染物產(chǎn)生，缺點(diǎn)是在高溫下進(jìn)行，需催化劑，裂解設(shè)備昂貴，反響程度難控制，且高溫裂解法主要產(chǎn)品是生物汽油，生物柴油產(chǎn)量不高。工業(yè)上生產(chǎn)生物柴油主要方法是酯交換法。在酯交換反響中，油料主要成分三甘油酯與各種短鏈醇主要是甲醇在催化劑作用下發(fā)生酯交換反響得到脂肪酸甲酯和甘油。可用于酯交換的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇，其中最常用的是甲醇，這是由于甲醇價(jià)格較低，碳鏈短，極性強(qiáng)，能夠很快與脂肪酸甘油酯發(fā)生反響。酯交換反響是可逆反響，過量的醇可使平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，所以醇的實(shí)際用量遠(yuǎn)大于其

26、化學(xué)計(jì)量比。反響所使用的催化劑可以是堿、酸或酶催化劑等。它可加快反響速率以提高產(chǎn)率。酯交換法包括堿催化、酸催化、生物酶催化法和超臨界酯交換法。 地溝油堿催化法制生物柴油李積華、劉成梅等在實(shí)驗(yàn)室中通過NaOH催化反響制備生物柴油。實(shí)驗(yàn)首先對(duì)地溝油進(jìn)行預(yù)處理得到精煉油，接著做了單因素實(shí)驗(yàn)，探討醇-油摩爾比、催化劑NaOH濃度、反響時(shí)間和反響溫度對(duì)產(chǎn)率的影響，最終發(fā)現(xiàn)經(jīng)預(yù)處理后的“地溝油經(jīng)堿催化甲酯化可以制得流動(dòng)性能良好的生物柴油。較好的工藝條件是：醇油摩爾比6:1，催化劑NaOH濃度為原料油重的1，反響溫度65，反響時(shí)間45分鐘。實(shí)驗(yàn)室所得最高產(chǎn)率為90。實(shí)驗(yàn)說明，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品根本滿足美國(guó)生物柴油標(biāo)準(zhǔn)

27、和我國(guó)輕柴油標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品具有良好的流動(dòng)性和低腐蝕性12。王延耀13研究，廢油脂用堿做催化劑酯交換反響，油醇摩爾比1:6.5，催化劑濃度1.27，反響時(shí)間24min，產(chǎn)率到達(dá)92.6。朱長(zhǎng)江14先用硫酸鋁將動(dòng)物油預(yù)處理，別離出膠質(zhì)和雜質(zhì)，然后再將凈化后的動(dòng)物油與甲醇、甲醇鈉反響合成生物柴油。Barnhorst15等人合成生物柴油時(shí)，所使用的催化劑甲醇鹽(如甲醇鈉、甲醇鉀等)分兩次參加，初始參加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.07的甲醇鹽，45min后再補(bǔ)加0.08，收率98.5以上。堿催化是工業(yè)合成生物柴油常用的方法。堿催化法采用的催化劑一般為NaOH、KOH、NaOMe、KOMe、有機(jī)胺等。傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程是采用在甲

28、醇中溶解度較大的堿金屬氫氧化物作為均相催化劑，它們的催化活性與其堿度相關(guān)。堿金屬氫氧化物中，KOH比NaOH具有更高的活性。堿催化法可在低溫下獲得較高產(chǎn)率，但它對(duì)原料中游離脂肪酸和水含量卻有較高要求。在反響過程中，游離脂肪酸會(huì)與堿發(fā)生皂化反響產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，所含水分那么能引起酯水解，進(jìn)而發(fā)生皂化反響，同時(shí)它也能減弱催化劑活性，結(jié)果會(huì)使甘油相和甲酯相變得難以別離，從而使反響后處理過程變得繁雜。因此，堿催化法常常要求油料酸2mgKOH/g，水分反響時(shí)間甲醇用量二氧化硅用量。試驗(yàn)結(jié)果說明，根據(jù)比擬酸值的大小，可以知道酸值越小，預(yù)酯化的效果越好，即地溝油預(yù)酯化反響的最優(yōu)條件為A2B2C3D2，即二氧化硅

29、用量2%、甲醇用量16%、反響溫度70、反響時(shí)間4h。由于上述優(yōu)化條件沒有在正交表中出現(xiàn)過，故進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)在100ml的三口燒瓶中進(jìn)行，參加50g地溝油，然后參加8g甲醇和1g二氧化硅，在70下反響4h。反響結(jié)束后，倒入分液漏斗中靜置分層30min，用60的水洗至中性，測(cè)定上層溶液的酸值為3.525mg KOH/g油，優(yōu)于正交試驗(yàn)結(jié)果，證明了上述條件為最正確工藝條件。 二氧化硅的用量的影響以正交試驗(yàn)中二氧化硅用量三個(gè)水平為橫坐標(biāo)，酸值為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.1.圖3.1 二氧化硅的用量不同對(duì)酸值的影響從酸值隨二氧化硅的量的變化而變化的圖3.1中可以看出，酸值隨二氧化硅量的增加而先降低

30、后升高。二氧化硅作為催化劑，催化劑的作用是提高反響速率，當(dāng)二氧化硅的用量增加時(shí)，加快了正向反響速率，從而降低酸值；當(dāng)二氧化硅的用量增加到一定的程度之后，逆向反響速率高于正向反響速率，從而達(dá)不到降低酸值的目的。所以，當(dāng)?shù)販嫌偷挠昧繛?00g，二氧化硅的量為2g時(shí)，酸值最低。 甲醇的用量的影響 以正交試驗(yàn)中甲醇用量三個(gè)水平為橫坐標(biāo)，酸值為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.2.圖3.2 甲醇的用量不同對(duì)酸值的影響從酸值隨甲醇的量的變化而變化的圖3.2中可以看出，酸值隨甲醇量的增加而先降低后增加。這是因?yàn)殚_始時(shí)增加甲醇的用量，提高此反響的正向反響速率，從而使酸值降低；并非甲醇的用量越多越好，當(dāng)甲醇量很高時(shí)，油的濃

31、度比擬低，從而降低正向反響速率，使酸值升高。所以，當(dāng)?shù)販嫌偷挠昧繛?00g，甲醇的用量為16g時(shí)，酸值最低。 反響溫度的影響以正交試驗(yàn)中反響溫度三個(gè)水平為橫坐標(biāo)，酸值為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.3.圖3.3 反響溫度對(duì)酸值的影響從酸值隨反響溫度的變化而變化的圖3.3中可以看出，酸值隨反響溫度的升高而降低。因?yàn)榇朔错懯且粋€(gè)吸熱的過程，所以當(dāng)反響溫度升高時(shí)，反響速率也隨之加快，從而到達(dá)降低酸值的效果。但并不是反響溫度越高越好，考慮到甲醇的沸點(diǎn)，當(dāng)反響溫度過高時(shí)，會(huì)升高甲醇的蒸發(fā)速率，降低反響速率，從而不能到達(dá)降低酸值的效果。所以70為最正確反響溫度。 反響時(shí)間的影響以正交試驗(yàn)中反響時(shí)間三個(gè)水平為橫坐標(biāo)

32、，酸值為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.4.圖3.4 反響時(shí)間對(duì)酸值的影響從酸值隨反響時(shí)間的變化而變化的圖3.4中可以看出，酸值隨反響時(shí)間的增加而先降低后升高。反響的時(shí)間越長(zhǎng)，表示反響的越徹底，酸值越低；當(dāng)反響時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)生脂分解等一些副反響，從而影響酸值。從圖中可以看出反響的最正確時(shí)間是在4h左右。3.3 酯交換反響正交試驗(yàn)以KOH作為催化劑，地溝油通過發(fā)生酯交換反響制備生物柴油，根據(jù)資料，影響酸值的因素主要有甲醇用量、KOH用量、反響溫度、反響時(shí)間26。以地溝油的轉(zhuǎn)化率(生物柴油含量)作為考察指標(biāo)，選出地溝油酯交換反響的最正確條件。 表3.4 地溝油酯交換反響的正交試驗(yàn)方案序號(hào)A 溫度 ()B

33、時(shí) 間(h)C KOHgD CH3OH (g)生物柴油收率/%15010.81466.162501.512069.3535021.22669.75460112671.0325601.51.21472.666020.82078.1477011.22075.2488701.50.82677.27970211479.31表3.5 地溝油酯交換反響的正交試驗(yàn)的極差分析ABCDK170.41770.8173.85372.687K273.92474.80774.96475.979K377.2767672.79972.951R6.8595.192.1653.292最優(yōu)化A3B3C2D2由極差分析可知，影響地

34、溝油酯交換反響的因素依次為:反響溫度反響時(shí)間甲醇用量KOH用量。地溝油酯交換反響的最優(yōu)條件為A3B3C2D2，即反響溫度70、反響時(shí)間2h、KOH催化劑用量1%油重、甲醇用量20%。 反響溫度的影響以正交試驗(yàn)中反響溫度三個(gè)水平為橫坐標(biāo)，生物柴油的產(chǎn)率為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.5.圖3.5 反響溫度對(duì)生物柴油的產(chǎn)率的影響從生物柴油的收率隨反響溫度的變化而變化的圖3.5中可以看出，生物柴油的收率隨反響溫度的升高而升高。因?yàn)樵摲错懯且粋€(gè)吸熱反響，升高反響溫度，提高反響速率，從而提高生成物的產(chǎn)率，考慮到甲醇的沸點(diǎn)，反響溫度過高會(huì)使甲醇的蒸發(fā)加快，從而降低產(chǎn)率。由圖中可以知道70為最正確反響溫度。 反響時(shí)

35、間的影響以正交試驗(yàn)中反響時(shí)間三個(gè)水平為橫坐標(biāo)，生物柴油的產(chǎn)率為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.6.圖3.6 反響時(shí)間對(duì)生物柴油的產(chǎn)率的影響從生物柴油的收率隨反響時(shí)間的變化而變化的圖3.6中可以看出，生物柴油的收率隨反響時(shí)間的增加而升高。反響的時(shí)間越長(zhǎng)，標(biāo)志著反響進(jìn)行的越完全，產(chǎn)率就越高。由圖中可以看出，反響時(shí)間由1.5h到2h時(shí)與由1h到1.5h時(shí)相比，產(chǎn)率增加的速率是越來越慢，考慮到經(jīng)濟(jì)條件的原因，所以，決定最正確反響時(shí)間為2h。 KOH的用量的影響以正交試驗(yàn)中KOH用量三個(gè)水平為橫坐標(biāo)，生物柴油的產(chǎn)率為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.7圖3.7 KOH用量的不同對(duì)生物柴油的產(chǎn)率的影響從生物柴油的產(chǎn)率隨KOH用

36、量的變化而變化的圖3.7中可以看出，生物柴油的產(chǎn)率隨KOH用量的增加而先升高后降低。KOH作為催化劑，催化劑的作用是提高反響速率，從而增加生成物的產(chǎn)率，當(dāng)KOH濃度過高時(shí)，會(huì)參加反響產(chǎn)生大量的皂類，從而降低生成物的產(chǎn)率。因此，當(dāng)油的用量為100g，KOH用量為1g時(shí)，生物柴油的收率最高。 甲醇的用量的影響以正交試驗(yàn)中甲醇用量三個(gè)水平為橫坐標(biāo)，生物柴油的產(chǎn)率為縱坐標(biāo)畫圖，得到圖3.8圖3.8 甲醇用量的不同對(duì)生物柴油的產(chǎn)率的影響從生物柴油的產(chǎn)率隨甲醇用量的變化而變化的圖3.8中可以看出，生物柴油的收率隨甲醇用量的增加而先升高后降低。因?yàn)榇朔错懯且粋€(gè)可逆反響，當(dāng)增加甲醇的用量時(shí)，提高了此反響的正向

37、反響速率，從而增加生成物的產(chǎn)率，當(dāng)甲醇量很高時(shí)，油的濃度比擬低，從而降低正向反響速率，降低生成物的產(chǎn)率。所以，當(dāng)油的用量為100g，甲醇的用量為20g時(shí)，生物柴油的收率最高。通過對(duì)各個(gè)因素的分析可知，甲醇最正確參加量為20 % ，但是并非甲醇用量越多越好，當(dāng)甲醇量很高時(shí)，油脂的濃度比擬低，從而酯交換反響速度也會(huì)有所下降，同時(shí)隨著甲醇用量的增加，回收負(fù)荷也增大，甲醇的損耗也會(huì)增加。生物柴油的含量隨著KOH參加量的增加而增加，但并不是KOH的量越高越好，假設(shè)KOH 濃度過高，可能會(huì)產(chǎn)生大量皂類,因此KOH參加量為1%較適宜。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，地溝油酯交換反響的最優(yōu)條件為A3B3C2D2，即反響溫度70

38、、反響時(shí)間2h、KOH催化劑用量1%油重、甲醇用量20%。結(jié) 論通過正交試驗(yàn)研究了地溝油制備生物柴油的工藝，結(jié)果說明： 1地溝油預(yù)酯化反響，對(duì)酸值影響次序分別為：反響溫度反響時(shí)間甲醇用量二氧化硅用量。 2地溝油預(yù)酯化反響的最正確條件是：二氧化硅用量2%、甲醇用量16%、反響溫度70、反響時(shí)間4h，測(cè)得酸值為3.525mgKOH/g。 3影響地溝油酯交換反響的因素依次為：反響溫度反響時(shí)間甲醇用量KOH用量。 4地溝油酯交換反響的最優(yōu)工藝條件是：反響溫度70、反響時(shí)間2h、KOH催化劑用量1%油重、甲醇用量20%，生物柴油的收率到達(dá)85%。參考文獻(xiàn)柏杰.開展生物柴油大有可為J.中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)，200

39、29：63-64.李為民，姚建，楊洪麗.地溝油制備生物柴油J.糧食與食品工業(yè)，2021,151：2224.吳謀成.生物柴油 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,，2021：164 -165.彭蔭來，揚(yáng)帆利用餐飲業(yè)廢油脂制造生物柴油J，城市環(huán)境與城市生態(tài)，2001，4：5456.張輝，蔡智鳴，厲曙光，等鐵路餐車中反復(fù)煎炸剩油對(duì)果蠅的遺傳毒性J衛(wèi)生毒理學(xué)雜志，2000，14(4)：230-232.6 陳媛，陳智斌，張立偉，等食用油脂平安性及對(duì)人體健康的影響J西部糧油科技，2001，2：42-457 陳威，江小林，朱雷.我國(guó)餐飲廢水處理方法及開展方向J.工業(yè)平安與環(huán)保，2005，4：3031.8 王延耀廢食用油的燃料化機(jī)理及其燃燒性能的研究：D北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，20049 梁芳慧.地溝油生產(chǎn)無(wú)磷洗衣粉的研究J.廣東化工，2005，(9)：5-8.10 盛