《纖維反應製備生物柴油動力學及機理研究》是依託大連理工大學,由牟英擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：纖維反應製備生物柴油動力學及機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：牟英
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
申請者研究發現：纖維表面的酯交換反應（纖維反應）製備生物柴油，反應速度快、反應時間短，反應過程和產物分離過程相耦合，反應產物和副產物自動分離，對反應原料的要求較低。本項目旨在揭示製備生物柴油的纖維反應機理和動力學，建立纖維反應生產生物柴油的理論體系，表征轉化生物柴油高效纖維反應器，為纖維反應製備生物柴油的工業化套用提供各項基礎數據和理論指導。研究內容包括製備生物柴油纖維反應器幾何尺寸的表征與反應效率、纖維反應製備生物柴油的表面反應動力學和熱力學及製備生物柴油纖維反應的機理。纖維反應器的套用避免了多次轉酯化、機械攪拌、離心分離、洗滌等操作，簡化生物柴油的製備過程，降低了能量消耗，減少了廢棄物的產生和污染，改善了副產物甘油的質量。所以，本項目的實施將首次建立利用纖維反應生產生物柴油的理論體系，對高效規模化生產生物能源具有積極地推動作用。
結題摘要
生物柴油作為一種可再生的環境友好型的替代能源受到世界各國研究者的廣泛關注，本項目研究了新型高效傳質設備—纖維反應器在轉酯化反應中的套用，並對生物柴油的轉酯化反應動力學進行了探討。主要研究了纖維反應製備生物柴油（包括鹼催化和酶催化反應）、纖維反應製備單甘酯以及利用DBU為催化劑催化大豆油和乙醇製備生物柴油，另外，分別對化學法和酶法酯交換反應進行了研究。鹼催化纖維反應製備生物柴油的最佳條件：反應時間2.5 min，反應溫度60 ℃，醇油摩爾比為7:1，催化劑（氫氧化鉀）用量為油重的1.0%，在此條件下生物柴油得率為96.2%。在前期小試基礎上，設計並製造了中試（17.6 L）纖維反應器，生物柴油得率在95%以上。其次，研究了脂肪酶催化纖維單級反應和多級反應製備生物柴油。單級反應中，生物柴油最高得率為34.2%，多級反應條件為：醇油摩爾比為4:1，進行四級反應；酶用量為25%；溫度為45 ℃。在此條件下生物柴油的得率為70.2%。對酶催化纖維反應製備單甘酯工藝條件進行了考察，確定反應條件為：甘油和大豆油的摩爾比為5:1，酶用量為甘油和大豆油質量的10%，反應溫度為50 ℃。在此反應條件下，單甘酯和甘二酯的得率分別為5.3%和20.1%。對DBU催化的大豆油和乙醇的酯交換反應進行了研究，最優條件為：醇油摩爾比12:1，DBU與油摩爾比2:1，溫度70℃，生物柴油轉化率為97.9%。對該反應的動力學進行了研究，該反應反應級數為0.7，表觀反應活化能為16.76 kJ mol−1，該值比文獻報導鹼催化酯交換表觀活化能低，說明DBU催化的酯交換反應更易進行。DBU由於具有可逆極性轉換特性，反應後易於和產物分離，可以使反應-分離耦聯，簡化反應步驟，降低操作成本。
