本文關(guān)鍵詞：小球藻生物柴油的制備工藝和燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型的研究

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【摘要】：海藻生物柴油被譽為第三代生物柴油,具有原料豐富、生長迅速、不占用耕地等傳統(tǒng)生物柴油無法比擬的優(yōu)點。小球藻是一種較為常見的海藻,在我國各地分布廣泛,是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ纳锊裼驮稀１疚膰@小球藻生物柴油的制備工藝、理化特性和燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型開展研究,為深入研究小球藻生物柴油的燃燒過程,促進(jìn)小球藻生物柴油的應(yīng)用和推廣提供一定的理論基礎(chǔ)。采用不同破壁方法對小球藻進(jìn)行預(yù)處理,采用直接轉(zhuǎn)酯法,結(jié)合正交試驗和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),分析了不同因素對小球藻生物柴油產(chǎn)率的影響規(guī)律,優(yōu)化了制備工藝條件。研究結(jié)果表明,研磨20分鐘,超聲波振蕩40分鐘能取得較好的破壁效果;產(chǎn)油率最高可達(dá)2.6%,對應(yīng)的工藝條件為:甲醇海藻的體積質(zhì)量比為40ml:5g、濃硫酸體積分?jǐn)?shù)3.6%、反應(yīng)溫度75℃、反應(yīng)時間9h、攪拌速度720r/min。利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(Gas chromatography mass spectrometry,GCMS)測定了小球藻生物柴油的組分及含量,使用密度計、粘度計等儀器測量了小球藻生物柴油密度、粘度等理化特性指標(biāo),基于小球藻生物柴油各組分的分子式和含量,利用物性參數(shù)估算公式,計算了小球藻生物柴油的十六烷值和低熱值,并與柴油、生物柴油國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,小球藻生物柴油密度為0.866g/mL,十六烷值為52,運動粘度為4.33mm2·s-1,熱值為39.66MJ·kg-1,酯含量為96.7%,制得的小球藻生物柴油的主要理化特性指標(biāo)均符合生物柴油國家標(biāo)準(zhǔn)。以熱值、相對分子質(zhì)量、碳?xì)滟|(zhì)量分?jǐn)?shù)、氧含量、十六烷值為匹配目標(biāo),確定了小球藻生物柴油替代物質(zhì)的種類和配比,采用“疊加法”構(gòu)筑了小球藻生物柴油的燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型。運用Chemkin-pro軟件計算了小球藻生物柴油在激波管中的著火延遲期,并將模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的試驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,選取摩爾比為1:1的癸酸甲酯與異辛烷作為替代物質(zhì),構(gòu)筑的小球藻生物柴油的燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型,能較好的預(yù)測小球藻生物柴油的著火延遲期;該模型包括3563種物質(zhì),11194個基元反應(yīng),但模型的規(guī)模較大,需要簡化。利用基于誤差傳播的直接關(guān)系圖法(Directed Relation Graph with Error Propagation,DRGEP),針對不同的簡化目標(biāo),采用Fortran語言編寫了簡化程序,對小球藻生物柴油的詳細(xì)燃燒反應(yīng)動力學(xué)模型進(jìn)行了簡化,比較分析了簡化前后模型的計算效率和預(yù)測性能。研究結(jié)果表明,以“OH摩爾分?jǐn)?shù)最大值相對誤差不超過10%”,“CO2,H2O反應(yīng)終了摩爾濃度相對誤差都不超過5%”,“CO2反應(yīng)終了摩爾濃度相對誤差不超過5%”為簡化目標(biāo),得到的簡化模型包含的物質(zhì)種類數(shù)分別為216、78、55,基元反應(yīng)個數(shù)分別為1021、252、160;隨著模型規(guī)模的減小,計算效率顯著提高,三種簡化模型耗時分別為詳細(xì)模型的5.4%、1.5%、1.0%。計算誤差隨模型規(guī)模的減小有所增加,在計算癸酸甲酯摩爾分?jǐn)?shù)隨時間變化時,三種簡化模型的計算誤差分別為0.3%、1.1%、2%,簡化模型在提高計算效率的同時,能保持較好的預(yù)測性能。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TE667

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本文編號：1267146