蓖麻油制备生物柴油的研究

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蓖麻油制备生物柴油的研究
王赫麟，张无敌，刘士清，尹芳。官会林
（云南师范大学省农村能源工程重点实验室，云南昆明６５００９２）
摘
要：研究了以蓖麻油为原料，采用化学酯交换方法制备生物柴油的工艺过程。测定了最佳反应条件：催化
剂用量为油重的１．０％，甲醇用量为油重的２０％，反应温度为６５℃，反应时间为９０
ｍｉｎ，酯交换率可达到８６％。
关键词：蓖麻油；生物柴油；酯交换反应
中图分类号：ｓ２１６
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—３９５０（２００７）０３—０００２４—０３
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前
言
随着我国汽车个人拥有量的急剧增加、各个
行业对能源的大量需求以及世界油价的上涨，我
国的能源供应持续紧张。有报道称，城市大气中
８２％的Ｃ０、４８％的ＮＯ，、５８％的ＨＣ和８％的ＰＭ
都来自汽车尾气。此外，汽车排放大量ＣＯ：加剧
了温室效应，汽车噪声更是环境噪声的主要来源
之一¨１。因此，开发新的对环境友好的可再生清
洁能源代替常规汽车燃料日益得到各国的重视。
目前，在众多的柴油机代用燃料中，生物柴油以其
优异的排放性能，且能直接应用于现有柴油机、不
改变原有结构而备受关注¨１。
生物柴油的生产方法主要有直接、混合、微乳
化、热裂解和酯交换¨一。与其他方法相比，酯交
换法生产生物柴油具有工艺成熟、费用较低、制得
的产品性质稳定等优点，成为目前生物柴油生产
的主要方法。根据酯交换反应使用的催化剂种类
及是否使用催化剂，酯交换法又可分为化学酯交
换、酶法酯交换及超临界流体法Ｈ。。。由于脂肪
酶成本过高且容易失活，因而限制了酶法酯交换
合成生物柴油的发展；超临界流体法也因为其操
作条件苛刻而难以实现大规模工业应用；化学酯
交换法由于其工艺成熟且成本低廉，因而是目前
生物柴油生产的主要方法∞１。本文介绍采用化
学酯交换的方法对蓖麻油进行改性制备生物柴
油，可为蓖麻油的开发利用提供参考。
１材料和方法
１．１
材
料
１．１．１
蓖麻油
蓖麻油是最重要的羟基酸油脂。蓖麻籽仁含
油４５％一６５％，去皮籽仁含油可达７０％左右¨。。
蓖麻油不能食用，主要用作工业原料。蓖麻油的
甘三酯组成比较简单，主要为三蓖麻酸甘油酯
６７．９％，二蓖麻酸甘油酯（包括二蓖麻酸亚油酸
酯、油酸酯、二羟基硬脂酸酯等）２８．１％，一蓖麻
酸甘油酯３．２％，还有少量不含蓖麻酸的甘油酯。
蓖麻油因为含有大量的羟基，溶解性与其他油脂
大不相同。蓖麻油在羟类溶剂中的溶解性较差，
收稿日期：２００７一０２—２４
基金项目：国家自然科学基金资助项目（９０６１００３４）
作者简介：王赫麟（１９８ｌ一），男，辽宁盘锦人，硕士研究生，主要从事生物柴油的制备研究。
一２４—
　　万方数据
但在室温下能溶于冰乙酸；蓖麻油可与无水乙醇
任意比例混溶，ｌ体积的蓖麻油还可以溶解于５
体积的９５％乙醇中。利用蓖麻油的特性可以定
性鉴别蓖麻油。蓖麻油的理化指标见表ｌ。
表１原料的理化指标
注：相对分子量的计算式为：肘。＝堑专等，其中Ｊｓ。为油脂皂化值，Ａ。为酸值。
１．１．２ 试
剂
ＫＯＨ、甲醇、乙醇（９５％）、Ｎａ：ｓ２０，、ＮａＯＨ、
Ｈ：Ｓ０。、ＫＩ、ＫＩＯ。和可溶性淀粉均为分析纯。
１．２ 方 法
１．２．１
酯交换反应
由于蓖麻油的酸值较小，在１左右，所以可以
不经过酯化反应直接进行酯交换反应。
在酯交换反应装置中加入蓖麻油、甲醇、催化
剂（ＫＯＨ），边搅拌边加热到一定温度，反应１２０
ｍｉｎ后，测定其转化率。反应结束后，将混合液在
分液漏斗中进行分离，分出甘油层。上层甲酯首
先进行常压蒸馏，回收过量的甲醇；然后，用适量
的稀酸溶液洗涤，再用水洗至水层呈中性；最后进
行蒸馏得到生物柴油，下层为副产物甘油。
采用多因素正交实验设计方法’８
ｏ，对蓖麻油
酯交换反应的条件进行优化，选择最佳反应条件
和试剂用量。实验中蓖麻油均为１００
ｇ，物质和条
件因子及水平的设计见表２，实验因子安排采用
ｋ（３４）正交表。
表２正交实验因子水平设计表
Ａ：催化剂用量／％
０．８
Ｂ：甲醇用量／％
１５
Ｃ：反应温度／℃
６０
１．０
２０
６５
１．２
２５
７０
１．２．２
蓖麻油转化率的测定
利用皂化一水解法测定产物中的甘油含量，
甘油产率等于蓖麻油转化率，转化率的计算式：
生物柴油中甘油含量％＝
竖兰萼禁竺×１００
（１）
ｍ碰×４ ０００
‘。。
、７
转化率＝
监必笔赫黼群必舢％
蓖麻油甘油含量
……。
（２）
式中：％一空白消耗Ｎａ：ｓ：０，体积，ｍＬ；卜样品
消耗Ｎａ２ｓ２０３体积，ｍＬ；ｃ№ｓ舢一Ｎａ２ｓ２０３溶液浓
度，ｍｏｌ／Ｌ；ｍ样一称取样品质量，ｇ。
２结果和讨论
２．１
酯交换反应的优化条件
从表３中直观分析，Ａ因子以Ａ：水平酯交换
反应转化率最高，即催化剂用量为油重的１．Ｏ％。
Ｂ因子以Ｂ，水平酯交换反应转化率最高，从１～
３水平趋势可看出，甲醇用量１０％并非最理想用
量。Ｃ因子以ｃ，水平酯交换反应转化率最高，但
从１～３水平趋势看，相差不大。极差大小为尺，
＞ＲＡ＞尺Ｂ。
从表３中的数据可以得出，ＦＢ、Ｆ。的值均小
于Ｒ。，（２，２）＝９．００，表明因子催化剂用量Ｂ、油
醇摩尔比Ｃ在实验设计水平变化条件下对转化
率均无显著影响；而Ｆ。。，（２，２）＝９．００＜Ｆ。＝１０．
０８＜Ｒ晒（２，２）＝１９．００，表明反应催化剂Ａ在实
验设计水平变化条件下对转化率影响显著。随着
温度升高，反应转化率提高不明显。考虑能耗等
因素，得出在实验设计水平内的最佳反应条件：催
化剂用量为油重的１．０％，甲醇用量为２０％，反应
温度为６５℃。
２．２放大实验、对比实验及最佳反应时间的确定
为考察该方法的稳定性、通用性及确定最佳
反应时间，设计如下实验：在以上实验所取得的最
佳反应条件下，取１
０００
ｇ蓖麻油进行实验，每３０
ｍｉｎ取样测定生物柴油转化率（前３０
ｍｉｎ取样２
次）。结果见图１。
鼐湃乒程２００７年，第３期
一２５—
　　万方数据
摘要：

±ÍÂéÓÍÖƱ¸ÉúÎï²ñÓ͵ÄÑо¿ÍõºÕ÷룬ÕÅÎ޵У¬ÁõÊ¿Ç壬Òü·¼¡£¹Ù»áÁÖ(ÔÆÄÏʦ·¶´óѧʡũ´åÄÜÔ´¹¤³ÌÖصãʵÑéÊÒ£¬ÔÆÄÏÀ¥Ã÷650092)ժÒª£ºÑо¿ÁËÒÔ±ÍÂéÓÍΪԭÁÏ£¬²ÉÓû¯Ñ§õ¥½»»»·½·¨ÖƱ¸ÉúÎï²ñÓ͵ŤÒÕ¹ý³Ì¡£²â¶¨ÁË×î¼Ñ·´Ó¦Ìõ¼þ£º´ß»¯¼ÁÓÃÁ¿ÎªÓÍÖصÄ1£®0£¥£¬¼×´¼ÓÃÁ¿ÎªÓÍÖصÄ20£¥£¬·´Ó¦Î¶ÈΪ65¡æ£¬·´Ó¦Ê±¼äΪ90min£¬õ¥½»»»ÂÊ¿É´ïµ½86...

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