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1、绿色化学与技术论文武汉工业学院绿色化学与技术论文地沟油制备生物柴油论文作者：指导老师：学科专业：化学工程与工艺所在院系：化学与环境工程学院2017年4月12日目录摘要 11，实验部分 1 1.1实验原理 1 1.2实验材料2.试验方法 2.1预酯化方法 2.2脂交换反应3.结果与讨论 3.1地沟油预酯化正交试验 3.2脂交换反应正交试验 3.3生物柴油产品性能4.结论参考文献摘要：研究了由地沟油制备生物柴油的工艺，通过正交试验得到地沟油预酯化反应的最佳条件是：浓硫酸用量为2% 、甲醇用量为16% 、反应温度75 、反应时间4 h；地沟油酯交换反应的最优工艺条件是：甲醇2O% 、KOH 用量1

2、%、反应温度65 、反应时间2 h，且制备所得的生物柴油达到国家生物柴油标准要求。关键词：地沟油；预酯化；酯交换；生物柴油Abstract：The technique of biodiese1 preparation with waste oi1 is introduced The reaction conditions are optimized by orthogonal experimentsIt is proved that the best conditions for esterification are 2% of H2 SO4 as catalyst，16% of methan

3、o1，75 of reaction temperature and reacting for 4 hoursThe optimum reacting conditions obtained for tranesterification are 20 of methanol，1 %of KOH dosage，65 of reaction temperature and reacting for 2 hoursThe major properties of biodiese1 accord with those of the biodiese1 standardKey words：waste oi

4、1；esterification；transesterification；biodiesel生物柴油是优质的石油、柴油替代品。目前，以 化学法生产生物柴油的技术已趋成熟，但是以植物 油脂为原料制造的生物柴油价格偏高，主要是由于 原料成本较高，限制了推广。采用廉价的废油料包括食用油加工过程中的下脚料、泔脚油、餐饮废油或 地沟油、榨油废渣、粮食储备的陈化油、废猪油、植物 废物等为原料，可以使原料成本大大降低，价格更有 竞争力1。而用这类原料生产生物柴油，酸值是一个急需控制的因素。以地沟油为原料制备生物柴油，先通过预酯化把地沟油酸值降低到21 mg KOHg，再进行酯交换制备生物柴油，通过试验优化得

5、到地沟油制备生物柴油的的最佳工艺条件。1. 实验部分1.1 实验原理原料为待预处理的地沟油油脂、脂肪酸等的混合物。本试验采用两步法工艺 ，即先用甲醇在硫酸催化剂的作用下把脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，再通过甲醇在KOH催化下将地沟油中的脂肪酸甘 油酯的甘油基取代下来，形成短链脂肪酸甲酯和甘油，以达到减短链长度，提高流动性的目的2,3 。酯化 与酯交换反应的机理可以用以下反应方程式表示： 1.2 实验材料 地沟油，酸值747 mg KOHg油；甲醇、浓硫酸、KOH、乙醇、乙醚等，均为分析纯。2. 试验方法试验利用地沟油与甲醇发生酯交换反应，采用 两步法工艺制备生物柴油，试验工艺流程如下 ：2.1 预酯

6、化反应向三口烧瓶中加入200 g地沟油，然后加入一定量的甲醇和浓硫酸，在设定温度下反应一定时间。反应结束后，倒入分液漏斗中静置分层 30 min，分离，用6O的水洗至中性，测酸值待用。2.2 脂交换反应取上述进行预酯化反应的地沟油和甲醇，在一定温度下反应。反应完毕后，在分液漏斗中沉降 4 h，可以得到上层的粗生物柴油和下层的粗甘油。 将上层生物柴油蒸馏多余甲醇后，加入自土脱色，即得到精制生物柴油。3. 结果与讨论31 地沟油预酯化反应正交试验地沟油预酯化反应时，影响该原料酸值的因素 主要有浓硫酸用量、甲醇用量、反应温度、反应时间 等。以地沟油的酸值为考察指标，采用正交试验的 方法优化地沟油预酯

7、化反应条件。正交试验因素水 平及结果见表1、表2。表1地沟油预酯化反应正交试验因素及水平水平A硫酸用量/%B甲醇用量/%C反应温度/D反应时间/h12332120161265 7075543表2地沟油预酯化反应正交试验结果试验号ABCD得率/%酸值（KOH）/mg.g-11111192.13.092122294.52.133133393.22.804212390.12.195223190.42.216231293.42.597313298.82.188321192.42,729332390.63.05K18.027.468.408.02K26.997.067.376.90K31.038.447

8、.198.04R1.031.381.211.14最优化A2B2C3D2根据极差分析，对地沟油酯化制备生物柴油的 酸值影响次序分别为：甲醇用量反应温度反应时间浓硫酸用量。试验结果表明，地沟油预酯化反应的最优条件为A2 B2 C3D2 ，即浓硫酸用量2 %、 甲醇用量16 %、反应温度75 、反应时4 h。由于上述优化条件没有在正交表中出现过，故进行验证检查。验证试验在1 000 mL的三口烧瓶中进行，加入 500 g地沟油，然后加入16 %甲醇和2%浓硫酸，在 75 下反应4 h。反应结束后，倒人分液漏斗中静置分层30 min，用60的水洗至中性，测定上层溶液的酸值为196 mg KOHg油，优

9、于正交试验结 果，证明了上述条件为最佳工艺条件。32 酯交换反应正交试验以KOH作为催化剂，地沟油通过发生酯交换 反应制备生物柴油，根据资料，影响酸值的因素主要 有甲醇用量、KOH 用量、反应温度、反应时间6。 以地沟油的转化率(生物柴油含量)作为考察指标， 采用正交试验的方法优化地沟油酯交换反应条件。 正交试验因素水平及结果见表3、表4。表3地沟油脂交换反应正交试验因素及水平反应温度（A）/反应时间（B）/hKOH用量（C）/%甲醇用量(D)/%15510.6152651.50.8203752125表4地沟油脂交换反应正交试验结果试验号ABCD生物柴油含量/%1111187.09212229

10、6.523133395.814212387.715223196.806231297.027313293.688321184.629332387.09K193.1489.4989.5889.50K293.8492.6590.4495.74K388.4693.3094.5390.20R5.383.815.856.24最优化A2B3C3D2由极差分析可知:影响地沟油脂交换反应酸值因素依次为：甲醇用量KOH用量反应温度反应时间。通过对各个因素的分析可知，甲醇最佳加入量为2%，但是并非甲醇用量越多越好，当甲醇量很高时，油脂的浓度比较低，从而酯交换反应速 度也会有所下降，同时随着甲醇用量的增加，回收负荷也

11、增大，甲醇的损耗也会增加。生物柴油的含量随着KOH加入量的增加而增加，但并不是KOH 的量越高越好，若KOH浓度过高，可能会产生大量 皂类，因此KOH 加入量为1 %较适宜。根据试验 结果，地沟油酯交换反应的最优条件为A2B3C3D2， 即反应温度65 、反应时间2 h、KOH催化剂用量 1 %(油重)、甲醇用量20% 。33 生物柴油产品性能以地沟油为原料制备的生物柴油主要性能指标 见表5，其中质量指标为国家生物柴油标准。由表4 中数据可以看出，生物柴油主要性能指标符合国家生物柴油标准。本生物柴油的闪点为155 ，比0 #柴油优级品的要高得多，因此存储、运输等各方面要 安全得多。生物柴油产品

12、通过脱水措施达到痕量水平，生物柴油的硫含量极低，因此柴油发动机尾气的 SOX 排放大大下降，其他主要性能指标均符合国家生物柴油标准。表5生物柴油与0#柴油主要性能对比指标名称质量指标生物柴油检验方法密度（20）/Kg.m-3820900883GB/T2540粘度（400/mm2s-11.96.05.42GB/T265闭口闪点/130155GB/T261冷滤点/报告2SH/T0248硫含量/% O05000SHT068910蒸余物残碳(质量分数)% O302GBT17144硫酸盐灰分(质量分数)/% O020002GBT243水含量(质量分数)%O05痕迹SHT0246铜腐蚀试验(50，3 h)

13、级 11GBT509十六烷值451GBT386氧化安定性(110)h608EN14112酸值(KOH)mgg-1O80.72GBT26游离甘油含量(质量分数)%O02oOl2ASTMD6584总甘油含量(质量分数)%O24020ASTMD658490 回收温度 360348GBT65364. 结论 通过正交试验研究了地沟油制备生物柴油的工艺，结果表明：地沟油预酯化反应的最佳条件是: 浓硫酸用量为2% 、甲醇用量为16% 、反应温度75 、反应时间4 h；地沟油酯交换反应的最优工艺条件是：甲醇2O% 、KOH 用量1 %、反应温度65 、反应时间2 h，且制备所得的生物柴油达到国家生物柴油标准要

14、求。参考文献1 WenTien T, Chile Chung L,An analysis of Biodiesel fuel from waste edible oil in TaiwanJ. Renewable & Subtainable Energy Reviews, 2005. 2 符太君 ，纪威，铫亚光，等。地沟油制取生物柴油的实验研究.J.能源技术，2005，26（3）：105-108. 3 李志明，徐汉高，高崎 棕榈油制备生物柴油研究J。化工时刊，2006，20（12），20-22. 4Yong W, VranaDL , MeagherMM , Hutkius RW,prepara

15、tion of biodiesel from waste oil via two-step catalyst process J,2007（48）。 5 RodriguezM , L uque S, A lvarez JR,Acid-cataly production of biodiesel from waste frying oil.J,2006(30),22-30. 6 Grindley JF, Payton MA , V an de Po l H, production of biodiesel from waste frying oil,Management,2006(26),487-494.