本文關(guān)鍵詞：滲透汽化強(qiáng)化油酸與乙醇酯化反應(yīng)

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【摘要】：以廢棄油脂為原料生產(chǎn)生物柴油的關(guān)鍵步驟是降低原料酸值,本文以廢棄油脂中常見的游離脂肪酸(free fatty acid,FFA)-油酸為原料與乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng),并將滲透汽化(pervaporation,PV)與固定床反應(yīng)器(fixed-bed reactor,FBR)耦合用于強(qiáng)化油酸與乙醇的酯化反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)通過掃描電鏡-能譜(scanning electronic microscopy-energy dispersive spectrometry,SEM-EDS)和X射線衍射(X-ray diffractometry,XRD)研究NaA分子篩膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和組成,結(jié)果表明NaA分子篩膜結(jié)構(gòu)為多孔的Al2O3支撐層表面附著一層厚度約15μm的致密分子篩層,在膜管基底表面涂覆的分子篩層晶體成分單一,無其它雜質(zhì),其合成原料為Na2SiO3和Al(OH)3。將膜用于乙醇/水二元混合物的分離,發(fā)現(xiàn)當(dāng)混合物中乙醇含量低于90%時(shí),膜的滲透通量最大為0.9 kg.m-2·h-1,分離因子約為16000,膜分離性能較穩(wěn)定。研究酯化反應(yīng)體系膜的分離性能發(fā)現(xiàn),當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行8 h時(shí),膜達(dá)到最大滲透通量為2.0 kg·m-2·h-1。在18 h時(shí),膜對水/乙醇和水/油酸的分離因子分別達(dá)到16000和8000。并且升高溫度能提高膜的滲透通量。分子篩膜重復(fù)使用9次后,酯化反應(yīng)的油酸轉(zhuǎn)化率仍能保持在85%以上,證明膜具有優(yōu)良的分離穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)分別對與PV耦合的FBR和單純的FBR中酯化反應(yīng)的條件進(jìn)行了單因素優(yōu)化,并在相同條件下對比兩反應(yīng)結(jié)果,分析PV與FBR耦合對酯化反應(yīng)的影響。結(jié)果顯示,FBR中反應(yīng)的優(yōu)化條件為溫度80.0 oC,乙醇/油酸摩爾比15:1,催化床高度160mm,進(jìn)料速率1.0 ml/min。與PV耦合的FBR中反應(yīng)的優(yōu)化條件為溫度80.0 oC,乙醇/油酸摩爾比15:1,催化床高度132 mm,進(jìn)料速率1.0 ml/min,膜面積與反應(yīng)液體積比3.74。在相同條件下兩反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PV強(qiáng)化的酯化反應(yīng)比無PV輔助的反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間縮短6 h。將樹脂催化劑用于單程酯化反應(yīng)并連續(xù)運(yùn)行100 h后發(fā)現(xiàn),催化劑仍具有優(yōu)良的催化性和穩(wěn)定性。本文還對PV與酯化反應(yīng)耦聯(lián)的膜反應(yīng)器(membrane reactor,MR)建立了動(dòng)力學(xué)模型,通過對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測值,驗(yàn)證了所求模型的可靠性。另外,應(yīng)用Fluent 14.5.0軟件對MR中流場的分布進(jìn)行模擬,預(yù)測MR中流體壓力、流體粘度和流速的分布,從流體流動(dòng)層面驗(yàn)證了溫度對酯化反應(yīng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O621.25;TE667

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本文編號(hào)：1149681