【導(dǎo)讀】為當(dāng)今科學(xué)研究的熱點(diǎn)。生物柴油是以動(dòng)、植物油脂以及廢棄的油脂為原料。與甲醇經(jīng)酯交換反應(yīng)制備的新型替代能源，其主要成分是脂肪酸甲酯。以減輕大氣的溫室氣體濃度。對(duì)解決地球升溫、酸雨問(wèn)題、改善人類的生存。環(huán)境、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。圍后，再以堿催化劑催化脂肪酸甘油酯經(jīng)酯交換反應(yīng)生成生物柴油。量為%，反應(yīng)溫度60℃。組實(shí)驗(yàn)得出該工藝的最優(yōu)工藝參數(shù)為：醇油比為:1，催化劑用量為%，反應(yīng)溫度為63℃，反應(yīng)時(shí)間為60min。

　　

【正文】 圖 32 催化劑用量的影響： 在 反應(yīng)溫度為 55℃ ， 醇油比 為 8:1,反應(yīng)時(shí)間為 180min 的條件下，不同溫度對(duì)產(chǎn)物的酸值的影響如圖 33 所示。隨著 催化劑用量的增加 ， 酸值呈現(xiàn)先 下降 后上升的趨勢(shì)，在催化劑用量為 %時(shí)達(dá)到最低， 故 催化劑的用量 初定為 %。 4 :1 6 :1 8 :1 1 0 :1 1 2 :10 .4 0 00 .4 2 50 .4 5 00 .4 7 50 .5 0 00 .5 2 50 .5 5 00 .5 7 50 .6 0 00 .6 2 50 .6 5 00 .6 7 50 .7 0 00 .7 2 50 .7 5 00 .7 7 50 .8 0 00 .8 2 5酸值 mg/g醇油比溫度55℃%河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 26 0 .4 % 0 .6 % 0 .8 % 1 .0 % 1 .2 %0 .4 7 50 .5 0 00 .5 2 50 .5 5 00 .5 7 50 .6 0 00 .6 2 50 .6 5 00 .6 7 50 .7 0 00 .7 2 50 .7 5 0酸值 mg/g催化劑用量溫度55℃醇油比 8:1 圖 33 由此得出該工藝的最優(yōu)參數(shù)范圍 為： 反應(yīng)溫度為 60℃ ， 醇油比為 6:1， 催化劑用量為 % 167。 模型的建立與顯著性檢驗(yàn) 試驗(yàn)安排與 結(jié)果 見表 3 34。 應(yīng)用 Design Expert 軟件 進(jìn)行多元回歸擬合分析，可以 得到 生物柴油合成 與各因素變量 的二次方程模型 。 對(duì)表 34 中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到的方差分析結(jié)果如表 3 所示。由表 34 可知， 醇油比 的一次項(xiàng)均達(dá)到顯著水平（ P），表明 醇油比 對(duì) 生物柴油合成 的線性效應(yīng)顯著，二次項(xiàng) A B C2 對(duì) 柴油合成 的曲面效應(yīng) 不顯著， 這是由于溫度和催化劑的用量對(duì)反應(yīng)最終的平衡無(wú)影 響，因而不會(huì)影響到酸值的變化。 3222Y 0 . 6 3 0 . 2 9 A 0 . 1 3 B 0 . 0 7 3 C 0 . 2 7 A B 7 . 0 2 5 1 0 A C 0 . 1 2 BC0 . 2 6 A 0 . 1 6 B 0 . 1 6 C ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 27 表 33 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果 The results of Response Surface Analysis 溫度 醇油比 催化劑用量 甲醇用量 ml 油品用量 g 催化劑用量 滴 產(chǎn)物酸值 55 4:1 5 4 55 8:1 10 4 65 4:1 5 4 65 8:1 10 4 60 4:1 5 3 60 8:1 10 3 60 4:1 5 6 60 8:1 10 6 55 6:1 8 3 65 6:1 8 3 55 6:1 8 6 65 6:1 8 6 60 6:1 11 6 60 6:1 11 6 60 6:1 11 6 60 6:1 11 6 60 6:1 11 6 表 34 方差分析表 The table of variance analysis 項(xiàng)目 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 模型 9 A 1 B 1 C 1 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 28 AB 1 AC 104 1 104 103 BC 1 A2 1 B2 1 C2 1 失擬項(xiàng) 7 殘差 3 凈誤差 104 4 105 總離差 16 167。 響應(yīng)面分析 [22] 167。 各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響 根據(jù)回歸方程，做出響應(yīng)面和等高線，考察擬合響應(yīng)曲面的形狀，分析醇油比、催化劑用量、反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物酸值的影響，見圖 34～ 36。等高線圖直觀地反映出各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響。由圖 34， 35 可以看出，醇油 比和 反應(yīng)溫度 、 醇油 比和 催化劑用量 的交互作用顯著，其他的因素間交互作用較小。 圖 34 醇油比和反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物酸值交互影響的三維曲面圖和等高線圖 Surface and contour plots of mutualinfluence for Methanol to oil ratio and reaction temperature 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 29 圖 35 醇油比和催化劑用量對(duì)產(chǎn)物酸值交互影響的三維曲面圖和等高線圖 Surface and contour plots of mutualinfluence for Methanol to oil ratio and the acid catalyst 圖 36 反應(yīng)溫度和催化劑用量對(duì) 產(chǎn)物酸值 交互影響的三維曲面圖和等高線圖 Surface and contour plots of mutualinfluence for Reaction temperature and acid catalyst 167。 最佳反應(yīng)時(shí)間 的確定 圖 37 0 20 40 60 80 100468101214Y 酸值 mg/gX 時(shí) 間 min河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 30 由上圖 37 可以看出：酸催化過(guò)程中，酸值在 1 小時(shí)內(nèi)降低很快。 3 小時(shí)后酸值變 幅度不大，說(shuō)明酯化反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡。由于酯化反應(yīng)也是平衡反應(yīng)，因此繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)于酸值的降低作用不大，可以通過(guò)增加醇油比的方法來(lái)增加酯化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。 由此得出該反應(yīng)的最佳反應(yīng)時(shí)間為： 60min 167。 提取工藝條件的確定 [23] 為進(jìn)一步確定最佳點(diǎn)，在模型濃度范圍內(nèi)選擇出發(fā)點(diǎn)，使用快速上升法進(jìn)行優(yōu)化，可 以 得 到生物柴油合成 的最佳方案為：醇油比為 :1，催化劑用量為 %，反應(yīng)溫度為 ℃，在此工藝條件下產(chǎn)物酸值的預(yù)測(cè)值為。 為檢驗(yàn)響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu) 化條件 合成生物柴油 ，在此條件下實(shí)際測(cè)得的 酸值 為 ，與理論預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差約為%。因此，基于響應(yīng)曲面法所得的優(yōu)化工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。 由于之前估計(jì)的皂化值與所測(cè)出的實(shí)際皂化值之間有誤差，故將提取工藝參數(shù)修正為：醇油比為 :1，催化劑用量為 %，反應(yīng)溫度為 63℃ ，反應(yīng)時(shí)間為 60min。 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 31 參考文獻(xiàn) [1] 蘇有勇 ， 王華 ,等 ． 棕櫚油酯交換制備生物柴油的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) [J] ． 化學(xué)工程 20xx， 38（ 11）： 4041 [2] 韓德奇，袁旦，王盡濤，劉慧麗． 油化工技 術(shù)經(jīng)濟(jì)． (4)． 3237 [3] McDonald J F， McClure B T， Kittelson D B． Emissions Characteristics of Soy Methyl Esters in an IDI Compressing Ignition Engine． Techni cal Paper 950400： SAE： Warrendal e， PA， 1995 [4] Allen C A W， Watts K C． Experimental Analysis of biodiesel atomization characteristics[J]． Canadian Agricultural Engineering， 1998， 40(4)： 28285 [5] KEVIN J． Harrington. 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