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随着石油储量日益锐减以及化石燃料使用带来严重环境问题,世界各国都希望找到既符合环保要求,又可再生的新能源。生物柴油是近十几年颇受重视的一类绿色环保能源,其以生物脂质为原料,通过与短碳链醇酯交换反应得到的长碳链脂肪酸单烷基酯。生物柴油具有无毒、可生物降解等优点。另外,生物柴油的粘度、热值等物理性能与石化柴油相似。本文以高酸值酸化油为制备生物柴油原料,不仅可以大幅降低生产成本,而且还可以减少其对环境危害。首先,磺化阳离子交换树脂(SCER)催化酸化油与甲醇的反应。单因素优化酯化反应条件,包括醇油质量比、反应温度、SCER用量。实验结果得出,在优化反应条件(醇油摩尔比31.8:1.0(酸化油20.0 g),反应温度65.0 oC、SCER用量5.0 g),游离脂肪酸(FFAs)的转化率达到91.87%。基于实验结果,对酯化反应内外传质阻力进行计算,得出该实验条件下内外传质阻力均可忽略,并提出拟均相二级反应动力学模型。通过该模型,计算了正逆活化能和指前因子,并对热力学参数如反应的熵变、焓变、吉布斯自由能进行求解。实验采用响应面法(RSM)优化酸化油与乙醇酯化反应。在乙醇沸点温度下,RSM优化的反应条件为:醇油摩尔比23.2:1.0,反应时间8.0 h,SCER用量为35.0 wt.%(占酸化油的质量),FFAs的转化率为75.24%。在RSM优化条件下,采用4?分子筛连续不断脱水,使平衡不断正向进行,FFAs转化率可达到98.32%。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及热重(TG-DTG)分析手段对催化剂使用前后进行分析表征,得出SCER具有良好的机械和热力学稳定性。催化剂使用5次,仍具有良好的活性和稳定性。最后,对酯化产物进行碱催化制备生物柴油。酸化油生物柴油的燃料性质符合美国材料协会(ASTM)、欧洲(EN)及中国(GB)国家标准。实验进一步采用RSM和人工神经网络(ANN)两种优化方法优化微波辅助的酯化反应。优化反应条件为:SCER用量5.85 g,醇油摩尔比3.2:1.0,微波功率328 W,反应时间98.0 min,FFAs转化率为78.57%。通过统计分析比较两种优化方法,得出ANN优于RSM。在优化条件下,采用蒸汽渗透(VP)与分子筛原位脱水对微波辅助酯化反应进行脱水。