MDH909 微通道反应器制备生物柴油实验

        实验意义：

生物柴油是以动植物油脂或废弃油脂等为原料与甲醇经酯交换反应的产物，它是清洁的绿色可再生能源，可以完全替代现在大规模使用的石油柴油，也可与石油柴油按任意比例混合使用。其使用不仅可以替代部分原油进口需求，而且能减轻因使用化石柴油导致的环境污染。因此，很多国家将生物柴油的生产和使用提升到国家能源战略的高度。目前世界主要发达国家都有生物柴油产品供应。我国还处于起步阶段。通过开设生物柴油制备的实验，对于化学工程专业本科生从宏观上了解能源在国民经济中的地位，从微观上把握生物柴油的制备方法，生物柴油需满足的标准，制备生物柴油过程中所涉及的化学工程基本理论与专业知识，生物柴油制备与产业存在的问题等，都具有积极的意义。本项目是由国家自然科学基金项目（生物柴油化工利用创新的科学基础，20733009）研究成果转化而来，包括3项国家发明专利和5篇SCI收录论文。

实验目的：

①通过本实验，让学生观察反应器进出口的流动现象和得到产物的分层情况，增加对生物柴油制备的感性认识。

②了解最新的过程强化手段和传质过程在化工生产中的重要作用。

③掌握微通道反应器装置的连接和使用，能够熟练运用所学的化工传质理论。

④了解生物柴油的生产制备工艺路线，加深对酯交换反应的理解。

⑤掌握生物柴油各项指标的测定方法，理解各项指标的作用和意义。

⑥培养学生综合运用知识分析问题、处理实验结果的能力。

实验原理：

生物柴油学名为脂肪酸甲酯，是一种代替当代矿物燃料的新型可再生环保型能源，具有高十六烷值、无硫和无芳烃化合物等优越性，可被生物降解、无毒、对环境无害，且闪点较石化柴油高，有利于安全运输和储存。

生物柴油的生产方法是用甲醇与天然油脂进行酯交换，其反应式如下：

(1)

在油脂的酯交换（醇解）反应中，甘油三酸酯与甲醇在强酸或强碱作用下酯交换得到脂肪酸甲酯和甘油（如方程1所示），1 mol甘油三酸酯需3 mol甲醇进行酯交换。由于酯交换反应是可逆平衡反应，过量的醇有利于提高反应产率。

在微通道反应器中，由于受反应器尺寸大小的限制，互不相容的甘油三酸酯与甲醇能较好的相互接触，从而使相间传质得到强化，加快了反应进程，缩短了反应时间，提高了反应转化率。使反应时间由传统反应器中的大于一小时缩短到几分钟，产品产率达到99%以上。