酯交換反應

生物柴油，過程強化

由于使用化石燃料和固體廢物處置會帶來大量化學品和燃料的生產，造成可持續工藝領域的全球環境問題（全球變暖，氣候變化，生物多樣性的關注，和不同類型的污染）。生物柴油是硫含量極低的液體是這些替代燃料之一，切具有可生物降解且無毒的燃料。它可以以純凈形式使用，也可以與柴油發動機混合使用，從而顯著減少了未燃燒的碳氫化合物的數量，二氧化碳、一氧化碳的排放以及廢氣中的懸浮顆粒。當今的工業生物柴油生產主要基于使用食用植物油作為原料的均相堿性或酸性催化劑進行化學催化的酯交換反應。

近年來，生物柴油（biodiesel）證明了其作為一種替代能源的可行性。生物柴油具有很多引人注目的特性，它不僅可以減少排放，還具備可再生性和能源可持續性。用于生產生物柴油的技術各不相同，但這些生產技術都旨在應對相似的生產問題，例如反應物的自然傳質局限、擴大規模的可行性以及下游加工的便利性問題。生物柴油加工技術的幾大發展趨勢，主要包括：從間歇式轉向連續式酯交換反應器，從可食用轉向非食用生物柴油原料，從均相轉向非均相催化酯交換反應，以及從堿催化轉向酸催化酯交換反應?？傮w來說，該領域的研究焦點正在向模塊化和更深度的可持續性聚攏，同時保持商業的可行性。

部分東南亞國家有著巨大的生物柴油生產潛力，幾乎能夠完全取代柴油的消耗。生物柴油標準也在不同區域環境中趨于本地化，以便于滿足生產、儲存和使用中主要原料的需求。因此，對于選擇替代柴油的生物柴油原料時，必須確保能夠減少排放，減輕潛在的健康危害。

用于生物柴油生產的常用商業間歇反應器的主要缺點是反應時間長，能量效率低，選擇性問題，對工藝參數變化的響應慢，傳熱和傳質問題（尤其是非均相催化劑）等。一些新型反應器，例如作為微通道反應器，已經開發出可實現高混合性能并改善傳質，從而提高反應產率的方法。微反應器具有其中化學反應是在受控的方式的微通道的網絡內執行的微流體系統（寬度和深度的范圍從幾十到幾百微米的），其中所述流體流是層流和傳質和傳熱的強烈增強。這些反應器由于對整體反應中的轉移現象有積極影響，例如葡萄糖氧化，Knoevenagel縮合，烯烴環氧化，酶促水解，酯化等，因此已被證明適用于許多非均相催化的合成程序。

微反應器通道的小直徑可實現較短的徑向擴散時間，從而導致狹窄的停留時間分布。由于可能實現對所需產物，即生物柴油的高選擇性，這在酯交換反應中可能是有利的。由于高的表面體積比和短的擴散距離，該技術可以實現快速而高的反應速率，從而增強了酯交換過程。另一個附加的重要的方面是更容易按比例放大通過的微型反應器單元的數量相乘而不通道幾何形狀[的變化。在生物柴油生產過程中，時間，溫度，所用催化劑的類型和用量，混合強度，醇和油的類型及其摩爾比是反應效率的有效參數。使用微反應器，由于高的表面體積比，油和醇的進料在一個微尺寸的通道中混合，從而在兩個不混溶相之間實現了更好的質量傳遞。

Buddoo等人報道了使用靜態混合器對從植物油中提取的甘油三酯進行酯交換以生產脂肪酸甲酯（FAME）的技術。表1比較了連續化和傳統釜式生產技術，強調了其在每年2萬噸產量下資本（24%）和制造（11%）成本中的巨大潛在的節約空間。

表1 釜式反應和連續流技術在生產FAME中的對比