分析以上方法，从原料﹑催化剂以及其经济性等方面考虑，我们选择以氧化钙催化菜子油酯交换生产生物柴油的方法。此方法使用非均相催化剂不仅可以克服均相酸碱催化的缺陷,而且催化剂分离简单,反应条件温和,催化剂可重复使用,环保无污染，原料易得等优点。 3、实验部分 3.1 原料和仪器 菜子油[市售仁精制处理后的皂化值（KOH）183.8mg/g,酸值（KOH）0.43mg/g,平均相对分子质量923, 密度921.0kg/m3]; 其他实验试剂均为分析纯。 YXJ-1离心沉淀器，江苏金坛国华仪器厂； SP-6800色谱分析仪，山东鲁南化工仪器厂； GC-1690气象色谱仪，科晓仪器公司。 3.2 固体碱催化剂的制备 采用浸渍法制备固体碱CaO/MgO催化剂。以轻质MgO为载体, 醋酸钙为钙源, 并配制成质量分数为22.6%的醋酸钙溶液MgO载体经过500℃煅烧8h,v(醋酸钙液) : v(MgO)=3:4用玻璃棒充分搅拌均匀放置老化1h 后, 挤成条状, 置于坩埚中,80℃ 干燥8h .再经700 ℃煅烧24h. , 即制得固体碱CaO/MgO催化剂。放人密封袋, 保存在干燥器中待用。 3.3 酯交换反应 在1000ml 装有回流装置的四口烧瓶中，加入经精致处理过的菜籽油500ml、甲醇125ml，搅拌加热达到反应温度后，加入固体碱CaO/MgO催化剂，定时取3ml反应产物只预装有2mlNaH2PO4浓度为0.17mol/l水溶液的式样瓶中，摇匀，使采出的反应产物立即终止反应，并迅速放入冰箱冷冻，备用，反应数小时后结束。 采用气相色谱仪检测混合脂肪酸甲醋的含量。色谱工作参数： 氢火焰离子检测器,50m×32mm 毛细管柱, 固定相SE 一3 , , 炉温280 ℃检测器温度300 ℃ , 进样器温度300 ℃ , 进样量为0.1ul,内标法( 内标物；己二酸二己醋1)计算混合脂肪酸甲醋的含量。 三、实验所需药品和仪器： 药品：菜子油（约2kg）﹑氧化钙（分析纯）﹑甲醇(分析纯) ﹑氢氧化钾固体 仪器：烧杯（七个）﹑ 量筒（一个）﹑容量瓶（一个）﹑分液漏斗（一个） 铁架台（两个）﹑恒温水浴槽（一个）﹑冷凝管（一支）﹑三口烧瓶（一个）﹑ 烘箱（一个）﹑马福炉（一个）﹑玻璃棒（一支）﹑电子天平（一个）﹑ PH试纸﹑ 温度计（一支）﹑离心机（一个）﹑天平（一个）﹑电动搅拌器（一个） 四、实验原理 目前工业生产生物柴油主要是应用酯交换法，酯交换法是将动植物油中的脂肪酸甘油三酯与低分子醇发生酯交换反应，使其转化为脂肪酸单酯，作为生物柴油，从而达到降低其分子两、改善其性能的目的。 各种天然的植物油和动物脂肪以及食品工业的废油, 都可以作为酯交换生产生物柴油的原料。可用于酯交换的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。其中最为常用的是甲醇, 这是由于甲醇的价格较低, 同时其碳链短、极性强, 能够很快地与脂肪酸甘油酯发生反应, 且碱性催化剂易溶于甲醇。该反应可用酸、碱或酶作为催化剂。其中碱性催化剂包括NaOH、KOH、各种碳酸盐以及钠和钾的醇盐, 酸性催化剂常用的是硫酸、磷酸或盐酸。甲醇越多产率越高, 但也会给分离带来困难。 下式表明酯交换反应的一般步骤:
也有人认为其反应过程是通过以下3个连续可逆反应完成的，即认为每一步反应都会生成一种酯： 在上述反应中，各种天然的植物油和动物脂肪以及食品工业的废油，都可以作为酯交换生产生物柴油的原料。可用于酯交换的醇包括甲醇、丙醇、乙醇和戊醇。其中最为常用的是甲醇，这是由于甲醇的价格较低，同时其碳链短、极性强，能够很快地与脂肪酸甘油酯发生反应，且碱性催化剂易溶于甲醇。该反应可用于酸、碱或酶作为催化剂，也可以在无催化剂的条件下进行。其中碱性催化剂包括NaOH、KOH、各种碳酸盐以及钠和钾的醇盐等，酸性催化剂常用的是硫酸、磷酸或盐酸。 五﹑实验图表 5.1实验流程图： 5.2实验装置图： 六、实验步骤： 6.1催化剂的制备 将CaO放入马福炉于500℃下煅烧8h制备CaO催化剂。密封放置备用。 6.2原料菜籽油的精制 1．配置18%的KOH水溶液，KOH占有重的0.9%，取一定质量的菜籽油于带搅拌装置的三口烧瓶中，联接好装置。常温下，往菜子油中缓慢滴加上述中的KOH溶液，时间控制在5到10分钟，搅拌速度控制在60-70rpm。 2．水浴加热，缓慢升温到30℃停止加热，同时降低搅拌速度为30-40 rpm，继续搅拌10分钟后离心分离。 3．离心机的转速要设定为4000 rpm，将所得粗菜子油离心分离10到15分钟，这样就得到精制的菜子油。 6.3生物柴油的标样制备 1．称取制得的精制菜子油100g倒入装有回流装置的250ml三口烧瓶中，置于水浴中加热并搅拌。 2．称取油重1.2%的固体KOH,溶解于25ml甲醇中。 3.当油温升至66℃时,将溶解好的甲醇-KOH溶液经冷凝管迅速到入三口烧瓶,同时开始计时,反应1.5小时。 4.反应停止后,将反应混合液到入分液漏斗中静置过夜。 5.取上层生物柴油用60-70℃的热水进行水洗至Ph=7。. 6.4生物柴油制备工艺条件 1.将恒温槽调温至反应温度(66℃),温度误差不超过3-5℃。 2.称取一定量的催化剂于250ml的三口烧瓶中,装好回流装置,开启搅拌器,加入一定量的甲醇。 3.将称量好的精制菜子油预热到一定温度,加入三口烧瓶中,同时开始计时。 4.反应结束后,停止搅拌,趁热抽滤,分离催化剂。 5.将滤液倒入分液漏斗中静置过夜。 6.将分液漏斗下层甘油回收,上层生物柴油进行减压蒸馏,蒸出过量的甲醇,同时得到透明亮浅黄色产品.然后计算相关数据。 七、实验注意事项 1、使用电子天平时，注意其在水平位置，测量之前先置零，测量过程要保证上面以及左右玻璃是封闭的； 2、将CaO催化剂烘干后，一定要密封保存，防止CaO与空气中的CO2或H2O等反应； 3、在反应过程中，要保证瓶塞处的密封性，尤其是与搅拌装置连接的瓶塞处。 八、实验数据记录 1、菜籽油的精制
项 目 第一组 第二组 第三组 m（瓶+油）（g） 264.0 333.0 334.5 m（瓶）（g） 125.5 123.0 124.5 m（油）（g） 138.5 210.0 210.0 加入18%KOH溶液的质量（g） 6.925 10.5262 10.535
2、生物柴油表样的制备 反应时间：1.5h 反应温度：60℃ 项 目 数 据
m（瓶+精制油）（g） 253.7 m（瓶）（g） 193.3 m（精制油）（g） 60.4 加入KOH固体质量（g） 0.7300 甲醇的体积（mL） 15
3、制得生物柴油量： 项 目 数 据 m（瓶+油）（g） 71.9 m（瓶）（g） 121.9 m（油）（g） 50.0 4、工艺条件下制生物柴油： 第一组： 催化剂用量为油重的4% 醇油比为8:1 反应时间为4h 反应温度为60℃
项 目 数 据 m（瓶+精制油）（g） 191.2 m（瓶1）（g） 291.5 m（精致油）（g） 100.3 m（瓶+甲醇）（g） 143.7 m（瓶2）（g） 113.5 m（甲醇）（g） 30.2 m（CaO）（g） 4.3046 反应后的油质量 95.0
第二组： 催化剂用量为油重的4% 醇油比为8:1 反应时间为4h 反应温度为70℃ 项 目 数 据 m（瓶+精制油）（g） 223.3 m（瓶1）（g） 123.1 m（精制油）（g） 100.2 m（瓶+甲醇）（g） 152.6 m（瓶2）（g） 123.2 m（甲醇）（g） 29.4 m（CaO）（g） 4.0053 反应后的油质量 94.8
第三组： 催化剂用量为油重的4% 醇油比为8:1 反应时间为5h 反应温度为70℃
项 目 数 据 m（瓶+精制油）（g） 184.0 m（瓶1）（g） 123.0 m（精致油）（g） 61.0 m（瓶+甲醇）（g） 71.8 m（瓶2）（g） 54.9 m（甲醇）（g） 16.9 m（CaO）（g） 2.4727 反应后的油质量 52.7
九、实验结果分析 1、查资料得：M（菜籽油）=932g/mol M（甲醇）=32g/mol M(甘油)=92g、mol 计算制生物柴油标样时，生物柴油的收率： n（菜籽油）=60.4/932=0.0648mol
反应掉的菜籽油n′: n′=(60.4-50)/92=0.01313mol Y=(n′/ n)×100%=(0.01313/0.0648) ×100%=20.263% 从以上处理数据看出：在一定的工艺条件下由菜子油制备生物柴油时，由于试验条件控制不够严格，致使所生成的甘油太少，由很少一部分的精制菜子油参与反应，大部分以高分子油脂形式存在，同时大量甲醇没有反应，使生成的少量甘油溶于其中，最终没有出现明显的分层。 2、误差原因 1）实验装置的气密性较差，这是主要原因。甲醇大量挥发，使得参与反应的量更少，从而导致的酯化率降低，几乎没有生物柴油生成；