用于生物柴油制备的微波炉搅拌装置设计(2)
时间:2018-07-29 14:26 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动物和植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和高温(230～250℃)下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中可产生10%左右的副产品甘油。 目前生物柴油的主要问题是成本高。据统计，生物柴油制备成本的75%是原料成本。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。美国己开始通过基因工程方法研究高油含量的植物，日本采用工业废油和废煎炸油，欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。 化学法合成生物柴油有以下缺点：工艺复杂，醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高：色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，成本高；生产过程有废碱液排放。 为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。但目前主要问题：对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%-60%。于目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低，而且短链醇对酶有一定毒性，酶的使用寿命短。副产物甘油和水难于回收，不但对产物形成抑制，而且甘油对固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短[2]。 1.2 微波化学反应器 微波的理论研究起步于1900年。经过科学家几十年的不断的研究，二战时期成为微波技术蓬勃发展的时期， 在那个时候国防军事领域，雷达，也就是无线电检测的概念和理论逐步发展，因为电磁波在波导中传输中表现出的优良特性， 使得微波电真空振荡器、微波管、微波无线电的发展十分迅速。在二战之后，微波技术的研究与应用逐渐从国防军事为主转变向民用工业领域过渡，其实最具有代表性的便是家用微波炉以及工业微波炉等一系列产品的推出。人们快速的接受了这种产品，因为微波炉是一种快捷的、能量能够转化均匀的加热工具。 微波化学是研究在化学中应用微波的一门新兴的前沿交叉科学，而微波化学反应器则是整个微波化学反应系统的关键。为了合理设计微波化学反应器，我们需要了解具体化学反应的负等效介电常数随时间的变化，从而可以得知在化学反应变化中整个反应系统对微波功率的吸收和反应特性。经测试表明，使用两个小功率磁控管采用微波功率非相干合成技术的微波化学反应器大大提高的[5-10]。  图1.1 微波化学反应器 1.多模矩形腔体；2.微波输入系统；3.盛物转盘；4.模式搅拌器； 5.炉门；6.观察窗；7.排气孔；8.控制面板；9.测温探头和系统 1.3 搅拌装置介绍 搅拌设备的使用有着很长的历史，并且在各行各业中有着广泛的应用。搅拌设备在许多场合是作为反应器来用的。例如，在三大合成材料（合成橡胶、合成纤文、合成塑料）的生产中，采用搅拌设备作为反应器的，约占反应器总数的85%以上。 搅拌动作模式可以通过机械搅拌和气流搅拌2种进行划分。气流搅拌是利用气体的通过液体层鼓泡，以产生液体的混合，或者使气泡上升到一个密集的状态通过解除促进所谓液体对流循环的作用。该搅拌没有运动部件，主要用于处理腐蚀性介质和高的温度和压力的条件下，将反应物。由于其弱的搅拌，但是，因此通常只用于低粘度材料的混合。 (责任编辑：qin) |