【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 穩(wěn)定，有利于一些反應(yīng)的進(jìn)行；其次，濃硫酸的 強(qiáng)氧化鋅可以將有機(jī)物中的 H、 O 原子按照水的組成比脫出，從而有利于降解反應(yīng)進(jìn)行。而在酸性條件相同時(shí)，乙二醇作為液化劑時(shí)，棉桿的液化產(chǎn)率較高。此結(jié)果的主要原因可能是：醇溶劑有明顯的反應(yīng)活性，這有利于促進(jìn)生物質(zhì)裂解為含羥基的中間體。 聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 9 微波功率對(duì)液化產(chǎn)率的影響 稱取過(guò) 40 目篩子的棉桿 ， 5 份，采用乙二醇為液化劑， 96%― 98%的濃硫酸為催化劑，設(shè)定微波溫度 160 攝氏度，在料液比為 1:10 和液化劑用量 4%的條件下液化 20min，考察微波功率分別在 300w， 400w,500w， 600w,700w 下對(duì)液化產(chǎn) 率的影響，結(jié)果如圖 32。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 功率 /w 圖 32 微波功率對(duì)棉桿液化產(chǎn)率的影響 由圖 32 可以得出，微波功率是影響液化產(chǎn)率的重要因素。在微波功率增高的初始階段，液化率隨著微波功率的提高而顯著增加，當(dāng)達(dá)到適合功率后，再增加功率，液化產(chǎn)率會(huì)比較平緩的下降。造成這種現(xiàn)象的原因可能是：隨著微波功率的增加，微波加熱速率增加，而升溫速率決定了 反應(yīng)升溫至指定溫度的快慢，這種速率有最適宜值，故功率有最適宜大小。當(dāng)微波功率增加時(shí)，一方面會(huì)有部分氣體生成，另一方面液化產(chǎn)物可能發(fā)生炭化，導(dǎo)致液化產(chǎn)率有所下降。由此可見，微波功率對(duì)液化產(chǎn)率有較大影響，微波輔助催化液化棉桿制取生物油的最佳功率約為 500w。 原料粒徑對(duì)液化產(chǎn)率的影響 稱取過(guò)棉桿 ，采用乙二醇為液化劑， 96%98%濃硫酸為催化劑，設(shè)定微波溫度 160 攝氏度，在料液比為 1:10 和液化劑用量 4%的條件下液化 20min，微波功率為 500w，考察過(guò) 20目， 40 目， 60目篩子的棉桿的液化產(chǎn)率 ，結(jié)果見圖 33 聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 10 0 10 20 30 40 50 60 70 物料粒徑 /目 圖 33 物料粒徑對(duì)棉桿液化產(chǎn)率的影響 由圖 33 可以看出，在所研究的范圍內(nèi)，原料粒徑對(duì)棉桿液化產(chǎn)率影響不大，這與微波加熱的特點(diǎn)有很大關(guān)系，不同于常規(guī)加熱方式，從物料表面開始加熱，而是均衡地穿透物料，是內(nèi)加熱，且對(duì)物料有某種選擇性。故微波液化不需要在粉碎步驟上投入巨額費(fèi)用，與傳統(tǒng)的傳導(dǎo)加熱方式相比有很大優(yōu)勢(shì)。又使盡 可能最準(zhǔn)確地得出結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)采用過(guò) 40 目篩子的物料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 微波時(shí)間對(duì)液化產(chǎn)率的影響 稱取過(guò) 40 目篩子的棉桿 ， 5 份，采用乙二醇為液化劑， 96%― 98%的濃硫酸為催化劑，設(shè)定微波溫度 160 攝氏度，在料液比為 1:10 和液化劑用量 4%的條件下液化，微波功率為 500w，考察微波反應(yīng)時(shí)間分別在 10min、 15min、 20min、25min、 30min 條件下對(duì)催化液化產(chǎn)率的影響，結(jié)果如圖 34所示。 聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 11 0 5 10 15 20 25 30 35 反應(yīng)時(shí) 間 /min 圖 34 微波時(shí)間對(duì)棉桿液化產(chǎn)率的影響 由圖 34 可以看出，微波時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)行越徹底。當(dāng)反應(yīng)從 10min 升高到 15min 時(shí)，液化產(chǎn)率增長(zhǎng)明顯；當(dāng)從 15min 到以后增長(zhǎng)的時(shí)候，液化產(chǎn)率增長(zhǎng)速度明顯減慢，特別是達(dá)到 20min 時(shí)；反應(yīng)時(shí)間超過(guò) 20min 后，液化產(chǎn)率緩慢增加，液化產(chǎn)率基本保持變。造成這種現(xiàn)象的原因可能是：在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，液化過(guò)程中存在著多種反應(yīng)，以兩種反應(yīng)為主：熱分解反應(yīng)與再聚合反應(yīng)。在反應(yīng)開始，棉桿在微波的熱作用下發(fā)生分解反應(yīng)，解降為小分子物質(zhì)。時(shí)間延長(zhǎng)后。這些小分子又通過(guò)聚合形成大分子化合物，在后期兩者達(dá)到平衡。隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)能耗變大。因此，微波輔助催化液化棉桿制取生物油時(shí)間大概 20min 左右。 反應(yīng)溫度對(duì)液化產(chǎn)率的影響 稱取過(guò) 40 目篩子的棉桿 ， 5 份，采用乙二醇為液化劑， 96%― 98%的濃硫酸為催化劑，在料液比為 1:10 和液化劑用量 4%的條件下液化 20min，微波功率為 500w，考察反應(yīng)溫度分別在 120℃、 130℃、 140℃、 150℃、 160℃、 170℃條件下對(duì)液化產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖 35。 聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 12 100 110 120 130 140 150 160 170 180 反應(yīng)溫度 /℃ 圖 35 反應(yīng)溫度對(duì)棉桿液化產(chǎn)率的影響 由圖 35 可以看出，隨著反應(yīng)溫度進(jìn)行，特別是從 120℃ 140℃這段溫度時(shí)，液化產(chǎn)率隨溫度升高增加，達(dá)到 140℃以后，液化產(chǎn)率緩慢上升，達(dá)到 160℃后，再提高溫度，液化產(chǎn)率將會(huì)降低。隨著溫度不斷上升，分子內(nèi)能增加，生物質(zhì)分解成小分子。溫度達(dá)到一定溫度時(shí)，部分小分子集合反應(yīng)成大分子，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。或者是溫度較高時(shí)，反應(yīng)初始階段沸騰非常厲害，有一些物料粘在瓶壁上，導(dǎo)致液化產(chǎn)率下降。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、能源消耗和安全因素考慮，微波輔助液化棉桿制取生物油的溫度選 140℃ 160℃左右。 催化劑用量對(duì)液化產(chǎn)率的影響 稱取過(guò) 40 目篩子的棉桿 ， 5 份，采用乙二醇為液化劑， 96%― 98%的濃硫酸為催化劑，設(shè)定微波溫度 160 攝氏度，微波功率為 500w，在料液比為 1:10的條件下液化 20min，考察催化劑占物料 0%、 1%、 2%、 4%、 6%、 8%的條件下液化產(chǎn)率的變化情況，結(jié)果見圖 36 所示。 聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 13 00 催化劑用量 圖 36 催化劑用量對(duì)棉桿液化產(chǎn)率的影響 由圖 36 可以看出，當(dāng)催化劑用量為 0 時(shí)，在中溫情況下物料基本上不會(huì)液化。當(dāng)催化劑用量從 0%提高至 1%時(shí)，液化率提高升高。當(dāng)催化劑用量從 1%提高至 2%時(shí)，液化效率明顯提高，此后從 2%提高至 6%，液化產(chǎn)率增加。再增加催化劑用量，液化產(chǎn)率呈下降趨勢(shì)。這說(shuō)明催化劑用量對(duì)液化產(chǎn)率影響非常大，但在有限范圍內(nèi)，催化劑用量對(duì)棉桿液化產(chǎn)率影響有限。當(dāng)催化劑用量高時(shí)，物料發(fā)生炭化，降低了液化產(chǎn)率。綜合來(lái)看，本實(shí)驗(yàn)采用催化劑 用量 6%為好。 料液比對(duì)催化產(chǎn)率的影響 稱取過(guò) 40 目篩子的棉桿 ， 5 份，采用乙二醇為液化劑， 96%― 98%的濃硫酸為催化劑，設(shè)定微波溫度 160 攝氏度，微波功率為 500w，在催化劑用量為 4%的條件下液化 20min，考察料液比分別在 1: 1: 1:1 1: 1： 2 1:30條件下對(duì)液化產(chǎn)率的影響，結(jié)果見圖 37 所示。 聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 14 010 5 10 15 20 25 30 料液比 /（ ml/g） 圖 37 料液比對(duì)棉桿液化產(chǎn)率的影響 由圖 37 可以看出：液化產(chǎn)率隨料液比的增加而增加，當(dāng)料液比達(dá)到 1:12 后，液化率變化減小。在相同質(zhì)量物料情況下，液化劑量越大，液化越完全，液化率也就越高。但同時(shí)，溶劑使用量過(guò)大也不適用，因?yàn)槿軇┝康脑龃?，代表了相同產(chǎn)品的物料消耗大，經(jīng)濟(jì)性變差。在保證液化率的情況下，使用溶劑越少對(duì)研究越有益。因此，在實(shí)驗(yàn)研究中先用料液比為 1： 12 為益。 本章小節(jié) 本研究對(duì)微波輔助催化液化棉桿的條件做了研究，篩選了合適的催化劑與液化劑，并系統(tǒng)研究了微波輔助催化液化的具體參數(shù)的影響。研究表明：以乙二醇為液化劑，濃硫酸為催化劑的棉桿液 化產(chǎn)率最好。由單因素實(shí)驗(yàn)得到的微波催化液化棉桿的最佳條件為：微波功率 500w，微波時(shí)間 20min，反應(yīng)溫度 150℃，料液比 1:12，催化劑用量 6%。 微波輔助催化液化棉桿工藝的優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 響應(yīng)面法是建立良好實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行Чぞ撸闷漤憫?yīng)面圖可以直觀了解因素變化對(duì)響應(yīng)值的影響過(guò)程。 通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)可知，對(duì)棉桿催化液化影響較大的因素主要有微波功率（ X1）、反應(yīng)溫度（ X2）和料液比（ X3）三個(gè)因素為自變量，以液化產(chǎn)率為響應(yīng)值，實(shí)驗(yàn)采用“三因素三水平中心旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)” 聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 15 響應(yīng)面 實(shí)驗(yàn)因素水平表 Response Surface experimental factors Table 水平 因素 X1（功率） X2（溫度） X3（料液比） 1 300 130 1： 5 0 500 150 1： 10 1 700 170 1:15 固定：顆粒 40 目；催化劑用量 6%；反應(yīng)時(shí)間 20分鐘。 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理 Response surface experimental design and date processing 試驗(yàn)序號(hào) X1（功率） X2（溫度） X3（料液比） 液體得率/% 1 1 1 0