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毕业设计（论文）英文文献翻译英文题目 Supercritical Alcohol Technology in Biodiesel Production: A Comparative Study between Methanol and Ethanol中文题目 超临界乙醇技术在生物柴油生产的作用： 甲醇和乙醇效果的比较研究学 院： 化学与生物工程学院 专 业： 生物工程 班 级： 生物XX-02 姓 名： 功夫了得 学 号： 3590000000000 指导教师： X X 2012年4月Supercritical Alcohol Technology in Biodiesel Production: A Comparative Study between Methanol and Ethanol超临界乙醇技术在生物柴油生产的作用： 甲醇和乙醇效果的比较研究摘要有一种非催化超临界醇技术的系统是使用批处理类型管反应器进行开发的。在本研究中甲醇和乙醇被用作源酒精研究比较超临界甲醇与超临界乙醇的收益率。研究了温度、 反应时间和酒精-油摩尔比对脂肪酸甲酯产量的影响。得到的结果显示，在生物柴油的产量和反应时间上超临界甲醇优于超临界乙醇。超临界甲醇反应只需仅仅 20 分钟的反应的时间能达到超过 72%的生物柴油产量，然而超临界乙醇反应23分钟只能产生 65 %。然而，研究表明相比于传统的催化方法，超临界乙醇反应具有显著的优势，如较低的反应时间和更简单的分离和纯化步骤。关键词： 乙醇、生物柴油、 棕榈油、 超临界乙醇酯交换1.简介在这个世界上大多数国家严重依赖如石油、 天然气和煤等化石燃料作为能源。在过去25年中，如中国和印度等迅速发展的一些国家，在全球市场的化石燃料的需求已大幅增加，预计在未来二十年内，将大大升级。除此之外，中东的国家，是世界石油的主要生产地，储备石油的不确定性和挥发性的政治方案，也在全球市场石油价格的飙升中发挥作用。在全球市场中高需求和供应有限的化石燃料供应，导致这些能源的价格最近已经上涨到前所未有的高度。另一方面，利用这些昂贵的能源已成为环境污染的主要原因之一。这些不可再生的化石燃料的燃烧过程会发出过量的有毒气体，包括一氧化碳 (CO)、 二氧化碳 (CO2)、 一氧化氮 (NO)、 二氧化氮 （NO2） 和二氧化硫 (SO2)。这些有害气体，也称为温室气体造成温室效应现象，因为他们可以捕获大量大气中的热，随后导致全球变暖和酸雨。此外，已发现广泛接触到高浓度的这些有毒气体会危害人类健康和生态稳定性。化石燃料作为主要的能源在世界各地的需求趋势不断升级，这个问题已经成为一个全球性的问题，谋求更清洁、更，和廉价的可再生能源的来源是势在必行的。对正在主要议程的环境问题的关切和化石燃料价格不断上涨，发展可再生能源被视为未来对能源安全的长远解决方法。已接备受关注的可再生能源之一是与传统柴油的化学结构和能量含量极其相似的生物柴油。此外，生物柴油的发动机与现有的柴油引擎模型兼容。此外，生物柴油与传统的柴油相比在含硫量，闪点、 芳焓含量和生物降解性有其特有优势。(Saka and Kusdiana, 2001).生物柴油也称为脂肪酸烷基酯，由甘油三酯和醇如甲醇和乙醇的交换反应得来(Yin et al., 2008)。 在这种可逆反应，1 摩尔甘油三酯将与3摩尔的乙醇反应得到1摩尔的甘油和3摩尔的脂肪酸烷基酯。然而，常用过量的乙醇促进平衡转移生产更多的烷基酯。如果使用甲醇进行反应，将形成脂肪酸甲酯。另一方面，如果使用乙醇，则将产生脂肪酸乙酯。生物柴油是利用取之不尽，用之不竭的天然资源转化而来的，是生物质生产的液体燃料能源，与不可再生的化石燃料相比不会产生过多的有害气体或微粒影响环境。相反，它具有缓解气候变化和解决世界环境污染危机的潜力。例如，生物柴油从农业作物、 油菜、 大豆、 和棕榈油等生产得来，而随着它们的生长吸收大气中的碳等。随后，碳在生物柴油燃烧过程中，将转化为二氧化碳气体，并返回到大气。因此，在碳循环过程中，如果没有额外的排放，生物柴油是碳中性的能源。除了环保以外，由于生物柴油生产中使用的可再生原料，其也提供有前途的能源安全与可持续发展的解决方案。一般情况下，酒精和植物油不混溶，形成单一接触面，这将导致反应率相对较慢。因此，解决问题的方法通常是加催化剂使植物油和酒精的两相混溶，进而提高反应速率和生物柴油的产量。在酯交换反应中有两种类型的催化剂，分别为同质和异质的催化剂。同质的催化剂，比如氢氧化钠和氢氧化钾，在世界各地广泛用于商业生物柴油的生产。这些可溶性催化剂价格低廉，并有效地提高生产生物柴油的甲醇与油生产生物柴油及甘油的反应会。不过，如果蔬菜油中含有部分高游离脂肪酸 (FFA)，这些均相催化剂的并不适合作为将窗体 soap 之间游离脂肪酸和催化剂的侧面反应，随后大幅度降低生物柴油的产量。非食用油脂和废弃的食用油，通常包含部分高游离脂肪酸，因此不能用在均相催化酯交换反应 (Marchetti et al., 2007; McNeff et al., 2008)。除此之外，这些均相反应有几个弱点和缺陷，使它们不具经济方面的吸引力。比如，均相催化剂与产品使分离和纯化步骤复杂，能源消耗多。以及，生成的碱性和酸性废水处置纯化所需的额外费用。此外，过度甲醇和催化剂使溶解性的甘油难于恢复(Meher et al., 2006)。最近，异构的催化酯交换反应相比于均相反应的优势已日益受关注。例如，均相催化反应，如乏味的分离和纯化生物柴油，不会面临催化剂和产品在不同阶段的乏味分离和纯化生物柴油的问题。此外，可以回收，一再重复使用多相催化剂。此外，它不受植物油中的高含量游离脂肪酸的影响。不过，相比均相反应，多相催化反应催化剂与反应物有限的接触面积导致需要较长的反应时间。此外，催化剂通常都非常敏感，水中植物油脂含量作用，催化剂的效率将受负面影响 (Marchetti and Errazu, 2008)。因此，在工作效率和成本上，用均相催化剂生产生物柴油不太经济的。同质和异质催化反应已被证明具有水和游离脂肪酸含量的高灵敏度、 复杂的分离、 纯化导致严重的能源消耗，大量的需要，反应时间和使过程不合算，催化剂的费用很高成为生物柴油生产的几个限制。总体来说，这些弱点以致出现酯交换反应中催化剂的利用率降低。因此，进行非催化酯交换反应是非常有吸引力的，如在超临界醇中反应不需要催化剂的存在。与传统的催化反应相比，非催化超临界醇反应所需的时间量大大降低(He et al., 2007)。此外，反应过程对水和植物油中游离脂肪酸的存在不敏感。相反，据报在超临界醇反应中水的存在增强甲基酯的形成(Kusdiana and Saka, 2004)。除此之外，FFA 可以用醇同时酯化进而提高生物柴油产量(Demirbas, 2008)。此外，分离和纯化生物柴油相对容易，因为没有催化剂的混溶(Diasakou et al., 1998; Varma and Madras, 2007)。因此，为了生产生物柴油进行的超临界甲醇 (SCM) 和超临界乙醇 (SCE) 反应研究，基于生物柴油的产量随后对SCM和 SCE 的反应性能进行比较。在实验中，纯净的棕榈油被用作甘油三酯交换反应中的源油脂。对包括温度、 反应时间和酒精与油的摩尔比例等参数对反应的影响进行了研究。2.方法纯净的棕榈油从马来西亚的怡利食用油公司购得。99%的甲醇和乙醇从默克购得。甲基转移（用作内部标准） 和标准参照成名的分析，其中包括肉豆蔻酸甲基酯、 甲基棕榈酸、 硬脂酸甲酯、 油酸甲酯和甲基亚油酸，取自弗卢卡化学公司。没有任何事先的纯化使用了所有这些标准。通过使用两种类型的醇，即甲醇和乙醇，使用可以维持超临界反应需要的高的温度和压力的12 毫升批处理类型管反应器，进行了非催化超临界乙醇酯交换反应。用于管反应器的制造材料是不锈钢 316 Super Duplex，具有能忍受极端条件下强度和耐久性能的性质。从 270到420 的温度反应范围，可用于醇与油摩尔比例为 1560 mol/mol 的反应温度。此外，反应时间限于 530的 最小范围。最初，醇和石油被冲入管反应器，随后使用自动转移机制进入加热器在预先设定的温度下加热。经过固定的反应时间，反应管被自动转到立即沸腾的水中水浴。之后，取出可以沉淀为 1 h的甘油分离生物柴油产品的混合物。此后，为了消除过度的甲醇反流过程，使用微吸管收集了生物柴油样品。最后，用气相色谱分析(PerkinElmer, Clarus 500)与NukolTM 毛细管柱（15 米 0.53 毫米，0.5 m 膜厚度）和火焰电离探测器作为探测器对生物柴油进行分析研究。3.结果与讨论3.1温度的影响温度在超临界醇生产生物柴油的酯交换反应中有至关重要的作用。甲醇和乙醇的临界温度分别为 239和 243，反应温度必须高于这一临界值。因此，在这项研究，反应温度从 270 到 420不尽相同，以便调查不同温度对生物柴油生产的影响。另一方面，酒精与油的摩尔比例和反应时间分别被固定在 40 和 20 分钟。图 1 显示了温度对生物柴油产量的SCM反应和 SCE反应的影响。SCM反应，温度从 270到360生物柴油的产量增加，最高产量为 72%。不过，360 为最佳生产温度，超出360 产量大幅下降，到 420 时，产量为 51%。另一方面，SCE 观测到类似的趋势，但最佳温度是在330 产量65%相对较低。这种现象是相似报告文献，温度超过最佳值生物柴油发生分解，进而使生物柴油的产量将减少(Imahara et al., 2008; Kusdiana and Saka, 2001; Saka and Kusdiana, 2001; Song et al., 2008)。除此之外，与甲醇相比，乙醇的最佳温度较低是由于两者溶解度参数中的差异。溶解度参数定义为粘性液体密度的平方根，只有那些具有相似值的粘性液体可以形成均相 (Madras et al., 2004)。甲醇和乙醇的溶解度值 分别为29.7 (MPa) 1/2和 26.2 (MPa) 1/2，而植物油大约是 18 (MPa) 1/2。在超临界醇方法中，利用了介电常数和随后的醇溶解度参数值减少高的温度和压力，类似于棕榈油温度和压力受雇的值(Kusdiana and Saka, 2004; Saka and Kusdiana, 2001)。此外，还有报告说反应温度每增加10 油在乙醇中的溶解度相应以 2-3%（w/w) 的速度增加。因此，与甲醇相比，具有较低值的溶解度参数的乙醇，要形成油均相，需要更少的能源。因此，SCE 反应的最佳操作温度为330 低于相应的SCM反应最佳温度为360。图1.在SCM和 SCE 的反应中，温度对生物柴油生产产量的影响，醇油摩尔比 40 和反应时间为 20 分钟。3.2反应时间的影响相比需要大量反应时间的传统催化反应，超临界醇技术可大大降低完成反应的持续时间。如图 2 所示，SCM和 SCE 反应的最佳反应时间分别是 20分钟 和 23 分钟，在最佳反应时间以前，生物柴油产量稳步增长。在最佳的状态，生物柴油产量分别为SCM，72%和 SCE，65%。超临界醇技术相比所需数小时才能达到相同数量的传统催化反应所具有明显优势。超出最佳的反应时间，生物柴油的产量逐渐下降是由于生物柴油的生产要在高温下进行，而生物柴油不稳定会进行分解(Imahara et al., 2008)。此外，据报道反应性的酒精与甘油三酯的减少会使烷基链的酒精增加(Warabi et al., 2004)。因此，乙醇和甘油三酯反应所用的时间，高于甲醇和甘油三酯反应所用的时间。因此，与SCM反应相比，SCE 反应需要较长的反应时间实现最佳生物柴油产量。图2.在SCM和 SCE 的反应中，时间对生物柴油生产产量的影响，醇油摩尔比 40 和反应温度分别为360和 330。3.3醇油摩尔比的影响超临界醇反应中，加入过量的甲醇以生产更多的生物柴油(Han et al., 2005; He et al., 2007).。在此研究中，醇油摩尔比例从15到60对生物柴油生产的影响，如图 3 所示。从图上得出，SCM和 SCE 的反应在醇油摩尔比从 15 增加到 40 过程中，生物柴油产量都稳步增长。然而，当摩尔比例超过了 40 的最佳值时，生物柴油产量将会逐渐减少。尽管大量的醇可以提高反应速率，但反应混合物中太高的醇浓度会抑制酯交换反应。此外，由于产品混合物中醇的浓度过高使得生物柴油的分离纯化过程变得更加耗能。因此，超临界醇酯交换反应的醇油摩尔比例应保持在 40以获得更多生物柴油。3.4 SCM与SCE反映的比较在此研究中，超临界醇酯交换技术使用两种类型的醇： 甲醇和乙醇。对温度、 反应时间和油醇摩尔比的影响进行了调查。发现这两个醇用于超临界反应生产生物柴油的收益率是非常有前途的。有报道称：已经证明与SCE 反应相比SCM反应相对可以更适当地用于生物柴油生产(Demirbas, 2008;Warabi et al., 2004)。在最佳产量上 SCM的性能优于 SCE。例如，SCM和 SCE 的最佳产量分别 72% 和 65%。此外，所需的反应时间SCM小于比 SCE，分别为 20 分钟和 23 分钟。虽然在SCM与SCE的最佳温度分别为 360 和 330，SCM略高于 SCE，前面已提到 SCE 的产量比SCM低。至于醇油摩尔比例，SCM和 SCE 的最佳值都在40附近。因此，可以断定的是在生物柴油生产上基于甲醇的超临界反应SCM，要好于基于乙醇的超临界反应 SCE。图2.在SCM和 SCE 的反应中，醇油摩尔比对生物柴油生产产量的影响，（温度： SCM和 SCE 分别为 330 360） ；(反应时间：SCM和 SCE分别为20分钟和的23分钟)4.总结经证明超临界醇技术能通过使用甲醇和乙醇作为源醇生产生物柴油。这项技术的一个很大的优点是所需的酯交换反应时间比传统的催化反应时间短。此外，纯化和生物柴油的分离更简单、更容易，因为没有催化剂的干扰。因此，超临界反应的总成本比传统的催化反应总成本大大降低。另一方面，通过比较 SCE 和SCM过程，发现在生物柴油产量和反应时间上SCM优于SCE。不过，这个最新的技术可提供另一条有催化剂存在无酒精与蔬菜油酯交换反应的生物柴油生产方法。致谢 作者要感谢马来西亚科学部、技术部、创新部的支持(Malaysia) (Science FundProject No: 03-01-05-SF0138)和马来西亚理工大学的财政支持。参考文献1.Demirbas, A. 2008. Studies on cottonseed oil biodiesel prepared in non-catalytic SCF conditions. Biores. Technol. 99:11251130.2.Diasakou, M., Louloudi, A., and Papayannakos, N. 1998. Kinetics of the non-catalytic transesterification of soybean oil. Fuel 77:12971302.3.Han, H., Cao, W., and Zhang, J. 2005. Preparation of biodiesel from soybean oil using supercritical methanol and CO2 as co-solvent. Proc. Biochem. 40:31483151.4.He, H., Wang, T., and Zhu, S. 2007. Continuous production of biodiesel fuel from vegetable oil using supercritical methanol process. Fuel 86:442447.5.Imahara, H., Minami, E., Hari, S., and Saka, S. 2008. Thermal stability of biodiesel in supercritical methanol. Fuel 87:16.6.Kusdiana, D., and Saka, S. 2001. Kinetics of transesterification in rapeseed oil to biodiesel fuel as treated in supercritical methanol. Fuel 80:693698.7.Kusdiana, D., and Saka, S. 2004. Effects of water on biodiesel fuel production by supercritical methanol treatment. Biores. 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