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《酶催化地溝油生產(chǎn)生物柴油的動(dòng)力學(xué)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、酶催化地溝油生產(chǎn)生物柴油的動(dòng)力學(xué)研究第一章緒論1.1生物柴油簡(jiǎn)介隨著地球上的化石資源一天一天的減少，人們漸漸察覺(jué)到我們急需找到一種可代替化石燃料的資源來(lái)滿足世界上對(duì)能源的需求。而在這些可代替的資源中，生物柴油就是一種較為實(shí)用且優(yōu)秀的能源，它可以用來(lái)滿足世界上對(duì)能源的需求。目前，石油仍然在工業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面起到非常重要的作用。然而，石油的儲(chǔ)備是有限的，而隨著科技的進(jìn)步，石油的消耗速度也在飛速提升，因此石油也在逐漸用盡。不僅如此，石油的使用也引起了環(huán)境問(wèn)題，對(duì)社會(huì)造成了不小的影響。因此，科學(xué)家和研究者們都在尋找可替代的能源燃料，正
2、因如此，生物柴油受到科學(xué)家們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。生物柴油是一種源自植物油脂和動(dòng)物脂肪的可再生能源，它的本質(zhì)是長(zhǎng)鏈脂肪酸的單焼基酷。它應(yīng)用性強(qiáng)，具有無(wú)毒性，低排放，可降解性等優(yōu)點(diǎn)。由于生物柴油不含有硫化物和芳香化合物，因此它排放的廢氣相比汽油要低很多，而它能卻提供與汽油相似的燃料效率⑴。.1.2生物柴油的生產(chǎn)原料生物柴油的生產(chǎn)原料有許多種。不同國(guó)家使用生產(chǎn)原料不同，并且通常是根據(jù)每個(gè)國(guó)家的地理位置以及氣候條件來(lái)進(jìn)行選擇的。比如，歐洲國(guó)家通常使用向日葵和油菜籽作為生產(chǎn)生物柴油的原料，而熱帶地區(qū)國(guó)家大多使用棕稱油作為原料，美國(guó)則使用大豆油作為原料[21
3、。Singh等報(bào)導(dǎo)過(guò)生產(chǎn)生物柴油的主要原料，包括棉花軒，棕摘油，向日葵，大豆，油菜籽，菜籽油以及麻風(fēng)樹(shù)等。除了這些以外，Zhang等[4]還表明一些原料如廢棄油炸油，不可食用油以及動(dòng)物脂肪酸也可以用于生物柴油的生產(chǎn)。盡管可以使用地溝油作為原料，但是Baneijee和Chakraborty等人[5]曾表明若使用地溝油作為原料，由于涉及酸和堿催化的轉(zhuǎn)醋化反應(yīng)，地溝油中的游離脂肪酸需要保持在一定程度以下。表1.1表示了一些通常用來(lái)生產(chǎn)生物柴油的原料中游離脂肪酸含量。上表所示的這些原料的價(jià)格通常會(huì)隨著其中游離脂肪酸含量的增高而減小。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，
4、我們需要使用這些低成本（高脂肪酸含量）的原料，比如食用油，地溝油，以及非食用植物油，因?yàn)槭褂镁珶捝a(chǎn)得到的生物柴油價(jià)格會(huì)比石油和柴油等化石燃料貴很多。另外，使用這些不可食用的原料會(huì)最小化生產(chǎn)生物柴油原料與生產(chǎn)食品原料之間的競(jìng)爭(zhēng)在中國(guó)，由于國(guó)家法律限制生物柴油的生產(chǎn)不許與糧食的生產(chǎn)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，因此，采用可食用植物油作為生物柴油的生產(chǎn)原料在中國(guó)不具有可行性。比較合理和可行的生產(chǎn)生物柴油的方式是通過(guò)使用地溝油作為為原料生產(chǎn)生物柴油。地溝油是可食用油經(jīng)過(guò)多次油炸之后回收所得，這些油包括棕櫚油，奠花籽油以及玉米油等等。地溝油的物理與化學(xué)性質(zhì)與新鮮的食用油
5、不用，這是因?yàn)樵谟驼ㄟ^(guò)程中食用油發(fā)生了一些化學(xué)變化[14]。地溝油可以從各個(gè)城市里的餐廳以及各家各戶收集。由于每年世界上的人口等在增加，世界上的地溝油產(chǎn)量也在迅速增長(zhǎng)。另外，食品消耗的增長(zhǎng)也導(dǎo)致了地溝油產(chǎn)量的增長(zhǎng)。表1.2表示了一些國(guó)家的地溝油年產(chǎn)量以及另一方面，地溝油的成本相比新鮮植物油降低了2-3倍，大大減少了生產(chǎn)生物柴油的花費(fèi)[17]。使用地溝油也不會(huì)減少糧食的儲(chǔ)備，符合很多國(guó)家的政策。而使用地溝油生產(chǎn)生物柴油的一個(gè)缺點(diǎn)就是它含有不少雜質(zhì)，包括游離脂肪酸以及水，因此它必須要先經(jīng)過(guò)處理才能進(jìn)行生產(chǎn)，否則將會(huì)影響最后的產(chǎn)量[18]。地溝油的
6、質(zhì)量通常取決于它的酸值和帛化值。在地溝油中的游離脂肪酸若高于3%，可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)酷化反應(yīng)的失敗。.第二章生物柴油催化反應(yīng)機(jī)理的研究2.1引言本章主要研究以地溝油為原料合成生物柴油反應(yīng)的機(jī)理。盡管生物柴油反應(yīng)的機(jī)理己經(jīng)被很多人研究過(guò)，并且也研究過(guò)相應(yīng)的功力學(xué)模型，但大多數(shù)的研究都是以植物油為原料，而不是以地溝油為原料，因此反應(yīng)的機(jī)制較簡(jiǎn)單，并不能適合于地溝油的生物柴油合成反應(yīng)。因此本章將從建立三種不同的反應(yīng)機(jī)制并推導(dǎo)相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程，運(yùn)用matlab軟件以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別對(duì)三種模型進(jìn)行擬合，確定方程組，并最終通過(guò)比較來(lái)選擇出合適的動(dòng)力學(xué)模型。2.2
7、實(shí)驗(yàn)儀器及原料本章需要進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)得到地溝油催化合成生物柴油的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而利用數(shù)據(jù)求得動(dòng)力學(xué)方程的未知常數(shù)。實(shí)驗(yàn)所用的儀器及原料詳見(jiàn)下表。在實(shí)驗(yàn)中使用的地溝油購(gòu)中的成分組成為：80.17%的游離脂肪酸（FFA)，1.9%的甘油單醋（MAG),6.78%甘油二醋（DAG)和11.15%的甘油三酷（TAG)。而地溝中的游離脂肪酸的平均分子量采用甲醋化的方法測(cè)定為273.5。使用實(shí)驗(yàn)室自制的脂肪Candidasp.99-125作為本實(shí)驗(yàn)中使用的催化劑。而在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的其他化學(xué)品均為分析純。以地溝油為原料合成生物柴油的醋化反應(yīng)首先在間批次反應(yīng)器
8、中進(jìn)行（250ml圓底燒瓶)。反應(yīng)體系中主要包含所使用的地溝油，一定量的水，甲醇以及游離脂肪酶。實(shí)驗(yàn)所選擇的實(shí)驗(yàn)條件依據(jù)聶開(kāi)立等人的研究的最適反應(yīng)條件。在實(shí)驗(yàn)中，首
