冷冻结晶脱除生物柴油中的饱和脂肪酸甲酯

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脂肪酸酯类可有效改善低硫柴油的润滑性能,脂肪酸酯的抗磨性能与组成有关,饱和脂肪酸酯润滑效果比不饱和脂肪酸酯差。脂肪酸酯类柴油抗磨剂中饱和脂肪酸酯(质量)含量不能高于2.5%。依据各脂肪酸甲酯熔点的差异,论文采用冷冻结晶分离技术,开展从精馏后的混合脂肪酸甲酯中脱除饱和脂肪酸甲酯的研究。  首先,论文采用热分析法,测定了油酸甲酯-硬脂酸甲酯、油酸甲酯-棕榈酸甲酯二元组分的步冷曲线和二元熔融相图。在油酸甲酯和硬脂酸甲酯/棕榈酸甲酯的二元熔融相图上,液相线和固相线相距很近,混合物中油酸甲酯的质量分率低于0.8时,两相组成对平衡温度较敏感;油酸甲酯质量分率大于0.8时,液相线和固相线几乎重合,混合物的组成对其熔融温度影响较大。  论文构建了悬浮结晶和循环冷却结晶两个结晶系统。在悬浮结晶系统中,主要考察了结晶温度、搅拌速度、原料组成、冷冻时间、溶剂种类和用量对分离效果的影响。结晶温度对分离效果有非常大的影响,在低的结晶温度下操作,可以得到饱和脂肪酸甲酯含量低的熔融液产品,但熔融液的收率较低。溶剂的加入可以降低体系粘度,提高熔融液收率,但饱和脂肪酸甲酯的脱除率降低。棕榈酸甲酯含量低于1.3%的原料,在-5℃下静置冷冻结晶2h,熔融液中硬脂酸甲酯含量可降低到1.2%以下,饱和脂肪酸甲酯总含量可降低到2.5%,符合抗磨剂要求。棕榈酸甲酯的含量超过1.3%的原料,必须在-20℃下进行冷冻结晶处理才能得到符合抗磨剂要求的产品。在循环冷却结晶系统中,主要考察设备构型和操作条件对传热和分离的影响。循环冷却结晶系统将物料换热和结晶置于不同的设备完成。换热过程中,通过改变换热器的结构、提高料液和冷却剂的流速改善传热效果,减小冷却剂和料液之间的传热温差。结晶过程中,通过设置挡板、加大结晶器直径降低料液流动对结晶系统的扰动,增大结晶介温区宽度,同时通过微扰动改善结晶器内的传质。在结晶釜环境温度-5℃,换热器中冷却剂温度-10℃,流速5.92m/min,料液流速2.65m/s下操作3h,料液温度可维持在-7.5℃,获得硬脂酸甲酯含量为0.15%,饱和脂肪酸甲酯总含量为2.5%的熔融液,熔融液收率82.92%。
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