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利用豆油皂脚制备生物柴油
詹爽
南阳师范学院化学与制药工程学院
生物柴油是清洁的可再生能源，它是以生物质资源作为原料，通过酯化或酯交换反应而生产的一种可替代柴油的液体燃料，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。
以豆油皂脚为原料，采用酸化、酯化、酯交换的方法来制取生物柴油。通过正交实验得到的豆油皂脚与甲醇酯化、酯交换的最佳工艺条件：醇油脚比为6：1,催化剂用量4%，反应温度65。。，反应时间4h时，脂肪酸甲酯的得率达到76.8%,酸值为0.5mgKOH/g。制备的生物柴油，其主要性能指标与0#柴油接近，与其它柴油组分的调和性也很好，且具有较好的经济社会效益。
利用豆油皂脚为原料原因在于：用植物油来生产生物柴油，目前还存在一定的问题。一方面是原料成本高，另一方面为人类争油料。因此，如何采用廉价原料及提高转化率从而降低成本是生物柴油实用化的关键。豆油皂脚是精制豆油时的碱洗下脚料，为黑色的半固体。过去人们一般用它来生产棉油皂、粗脂肪酸，这些产品附加值低；有部分油脚干脆排放到下水道，这样既浪费原料，又污染环境。据统计，仅南阳市各油厂每年产生的油皂脚就有10吨。本研究是利用废弃的油皂脚来生产生物柴油，从而降低了生产成本，节约了能源，又减少了环境污染。
以豆油脚为原料生产生物柴油，其闪点高、含硫量低、污染小、质量好，可以作为0#柴油的添加组分或柴油的替代品。每生产一吨生物柴油可获税利为1225元，因此有很好的经济效益。
研究报告及图表数据说明：
在装有磁力搅拌磁子、回流冷凝管及温度计的5mL三玻璃反应器中，加入豆油脚、6%的浓H2SO4及一定量的水，搅拌下加热反应1小时。静置分去水层，油层用盐水洗至中性，真空脱水。再加入无水甲醇和催化剂，75。。反应6小时，用分水器分出未反应的甲醇，静置分出甜水。粗酯层用盐水洗至中性，真空脱水，减压蒸馏，收集160〜240°C/16330Pa的馏分即为混合脂肪酸甲酯。收率72〜78%,酸值0.5mgKOH/g酯。油皂脚H2SO4甲醇催化剂
加热酸化一►静置分水一►热水洗涤一►真空脱水一►酯化、酯交换
*脱醇一*，静置分甜水一►热水洗一►真空脱水f蒸馏
选用三水平四因素L9（34）正交表进行试验，影响因素的各水平以甲醇和大豆酸化脱水油脚为起始原料，选用L9（34）正交表进行试验,按油摩尔比（A）、催化剂用量（B）、反应温度（C）和反应时间（D）为因素进行正交实验，确定酯化、酯交换反应的最佳工艺条件，因素、水平表见表1。以产品中脂肪酸甲酯（生物柴油）含量作为考察指标，同时进行极差分析，正交实验结果和分析见表2。
表1因素水平表L9（34）
水因素平ABCD（摩尔（%）（C）（h）比）15:1245326:1365437:14855由表2可知，影响脂肪酸甲酯含量的因素依次为:醇油摩尔比〉催化剂用量〉反应温度〉反应时间。大豆油皂脚酸化油与甲醇的酯化、酯交换反应为可逆反应，增加醇油脚摩尔比有助于反应向生成产品方向移动。当醇油摩尔比为6：1时，产物中甲酯的含量最高；当醇油脚摩尔比为7：1时，产物中甲酯的含量反而下降，这是因为醇的用量增加，反应物中油脂的浓度变低而使反应速度下降，在反应时间内酯化、酯交换反应没有达到平衡造成的。同时，甲醇用量太多会使甘油分离困难，增加甲醇的回收费用及过程中甲醇的损失。本实验取最佳醇油脚摩尔比为6：1。
表2：大豆油皂脚酯化、酯交换反应正交实验结果与分析
序号ABCD生物柴油得率/%315
60.1255425
65.4365535
69.3475546
73.5265356
74.2375466
75.5455477
61.4275587
65.2355397
71.8465
K1194.8195.02.8206.1K2223.2204.8210.7202.3K3198.4216.6204.9208.0k164.965.066.968.7k274.468.370.267.4k366.172.268.369.3R9.57.23.31.9
*催化剂用量以原料油的％计量。
由表2中极差分析可知：豆油脚甲酯化反应的影响因素依次为：醇油脚投料物质量比＞催化剂用量＞反应温度＞反应时间。最佳的反应条件是A2B3C2D2,即醇油脚比6：1,催化剂用量为原料油脚量的4%,反应温度65。。，反应时间4h。在此工艺条件下进行优化验证实验，生物柴油得率最高达到76.8%。
以大豆油皂脚为原料制备的生物柴油进行性能测试并与0#柴油比较，结果见表3。
表3生物柴油性能及与0#柴油的比较
性能指标0#柴油生物柴油测试方法密度（20C,]Kg/m3)858.1875.3GB/T1884-20运动粘度（40°C,mm2/s）3.35.0GB/T256-1988色