酯交换反应

生物柴油，过程强化

由于使用化石燃料和固体废物处置会带来大量化学品和燃料的生产，造成可持续工艺领域的全球环境问题（全球变暖，气候变化，生物多样性的关注，和不同类型的污染）。生物柴油是硫含量极低的液体是这些替代燃料之一，切具有可生物降解且无毒的燃料。它可以以纯净形式使用，也可以与柴油发动机混合使用，从而显着减少了未燃烧的碳氢化合物的数量，二氧化碳、一氧化碳的排放以及废气中的悬浮颗粒。当今的工业生物柴油生产主要基于使用食用植物油作为原料的均相碱性或酸性催化剂进行化学催化的酯交换反应。

近年来，生物柴油（biodiesel）证明了其作为一种替代能源的可行性。生物柴油具有很多引人注目的特性，它不仅可以减少排放，还具备可再生性和能源可持续性。用于生产生物柴油的技术各不相同，但这些生产技术都旨在应对相似的生产问题，例如反应物的自然传质局限、扩大规模的可行性以及下游加工的便利性问题。生物柴油加工技术的几大发展趋势，主要包括：从间歇式转向连续式酯交换反应器，从可食用转向非食用生物柴油原料，从均相转向非均相催化酯交换反应，以及从碱催化转向酸催化酯交换反应。总体来说，该领域的研究焦点正在向模块化和更深度的可持续性聚拢，同时保持商业的可行性。

部分东南亚国家有着巨大的生物柴油生产潜力，几乎能够完全取代柴油的消耗。生物柴油标准也在不同区域环境中趋于本地化，以便于满足生产、储存和使用中主要原料的需求。因此，对于选择替代柴油的生物柴油原料时，必须确保能够减少排放，减轻潜在的健康危害。

用于生物柴油生产的常用商业间歇反应器的主要缺点是反应时间长，能量效率低，选择性问题，对工艺参数变化的响应慢，传热和传质问题（尤其是非均相催化剂）等。一些新型反应器，例如作为微通道反应器，已经开发出可实现高混合性能并改善传质，从而提高反应产率的方法。微反应器具有其中化学反应是在受控的方式的微通道的网络内执行的微流体系统（宽度和深度的范围从几十到几百微米的），其中所述流体流是层流和传质和传热的强烈增强。这些反应器由于对整体反应中的转移现象有积极影响，例如葡萄糖氧化，Knoevenagel缩合，烯烃环氧化，酶促水解，酯化等，因此已被证明适用于许多非均相催化的合成程序。

微反应器通道的小直径可实现较短的径向扩散时间，从而导致狭窄的停留时间分布。由于可能实现对所需产物，即生物柴油的高选择性，这在酯交换反应中可能是有利的。由于高的表面体积比和短的扩散距离，该技术可以实现快速而高的反应速率，从而增强了酯交换过程。另一个附加的重要的方面是更容易按比例放大通过的微型反应器单元的数量相乘而不通道几何形状[的变化。在生物柴油生产过程中，时间，温度，所用催化剂的类型和用量，混合强度，醇和油的类型及其摩尔比是反应效率的有效参数。使用微反应器，由于高的表面体积比，油和醇的进料在一个微尺寸的通道中混合，从而在两个不混溶相之间实现了更好的质量传递。

Buddoo等人报道了使用静态混合器对从植物油中提取的甘油三酯进行酯交换以生产脂肪酸甲酯（FAME）的技术。表1比较了连续化和传统釜式生产技术，强调了其在每年2万吨产量下资本（24%）和制造（11%）成本中的巨大潜在的节约空间。

表1 釜式反应和连续流技术在生产FAME中的对比