随着全球性化石能源的日益短缺与环境的逐渐恶化,生物柴油作为一种无毒、可生物降解和可再生的替代燃料正受到越来越多的关注。生物柴油是以动植物油脂为原料与醇类物质经酯交换反应制备的长链脂肪酸单酯。目前生物柴油产业化最大的障碍是其较高的价格及原料供应问题,采用廉价原料并同时联产高附加值副产品是降低生产成本的重要途径之一。　　本文对以廉价的高酸值废油、植物油下脚料为原料生产生物柴油的工艺路线进行了研究,并对脂肪酶产生菌进行了筛选和诱变,对脂肪酶进行了固定化,探讨了脂肪酶法合成生物柴油的工艺。在以上研究的基础上,运用 ChemCAD化工过程模拟软件开发了以精炼油或废油脂为原料,在碱性或酸性条件下生产生物柴油的三种不同的连续法工艺流程,得出了每种工艺的详细操作条件和设备设计。对这三种工艺分别进行了技术评估,以评价它们在技术上的优势和局限性,同时对其作了可行性及经济效益分析。具体结论如下:　　(1)以大豆油为原料采用碱催化法实验了酯交换反应制备生物柴油的工艺条件,通过正交试验分析得到最适宜工艺条件是醇油摩尔比6∶1,催化剂(NaOH)用量为原料油质量的1％,反应温度65°C,反应时间1 h。本实验中制取的生物柴油的性质基本符合美国、德国国家标准,并且与2＃柴油的性质相近。　　(2)采用二步催化法以高酸值废油为原料制备生物柴油,预酯化反应研究结果表明,在酯化反应温度85°C、催化剂用量2%、醇酸摩尔比8∶1、酯化反应6h的条件下,通过一步酯化反应即可将酸化油的酸值降至2mgKOH/g左右,满足后续酯交换反应的基本要求。　　(3)研究了利用大豆油下脚料(油脚、皂脚混合物)制取生物柴油的工艺过程。首先用乙醚室温下萃取下脚料,料液比1∶2(g∶mL),萃取时间2h。离心后分为3层,上层有机相再经丙酮萃取分离出磷脂和中性油,磷脂作为高附加值副产品回收再利用以降低生物柴油的生产成本。中层皂相经酸化转化为混合脂肪酸,混合脂肪酸用于酸催化的酯化反应。利用响应面法对酯化反应工艺参数进行了优化,并得到回归方程。方差分析结果表明,在各影响因素中,醇酸摩尔比对转化率的影响最大,其次是反应温度和反应时间,醇酸摩尔比和反应温度的交互作用显著。酯化反应优化后的工艺条件为醇酸摩尔比为5∶1,催化剂(H2S04)添加量3%(wt.%),反应温度为87°C,反应时间4.74h,在此条件下转化率达到92.5%。　　(4)采用油脂同化平板法进行了脂肪酶产生菌的大量筛选工作。对其中一株酶活较高的菌株进行了紫外线诱变,然后用制霉菌素筛选耐药性突变株,得到了突变株J-3。对突变株J-3的产酶条件和酶学性质进行了研究表明突变株J-3产生的脂肪酶是一种碱性酶,并且在碱性pH范围内,酶相当稳定。并采用廉价的硅藻土作为载体对脂肪酶进行了酶的固定化研究,确定了最优固定化条件,即在 pH7.5的缓冲液中,固定化载体与游离脂肪酶的质量比为12∶1的条件下,于35°C-40°C振荡反应50min。　　(5)对固定化脂肪酶催化合成生物柴油的工艺进行了研究,通过试验确定了利用固定化脂肪酶催化转酯化反应的工艺条件。当采用正己烷作为溶剂,使用10%的固定化脂肪酶用量,反应温度为40°C,采用每10h流加油醇摩尔比1∶1的甲醇共分3次流加时,反应的转化率最高可达到85.2%。　　(6)对年产10000吨生物柴油生产装置进行了工艺设计,设计出了三种分别以精炼油或高酸值废油油为原料采用酸催化或碱催化的工艺流程。并采用CHEMCAD5.1.3用于生物柴油的生产工艺过程模拟。从技术评估结果可以得出,所有这三种工艺在合理的操作条件下都能够生产出高质量的生物柴油产品及高质量的甘油副产品,其技术上是可行的。对于每一种工艺来说,都有它的局限性。使用纯净油的碱催化工艺(工艺1)是最简单的,且需要最少量的工艺单元和最小的工艺设备,但它比其它几种工艺在原料成本方面要高的多。利用高酸值废油(工艺2)可以降低原材料的成本,但由于增加了预处理单元以去除游离脂肪酸,使得其设备的数量最多,固定资产投资最大。使用高酸值废油的酸催化工艺(工艺3)比工艺2节省了设备的数量,但是需要大量的甲醇,从而导致了需要较大的酯交换反应器,同时其甲醇蒸馏塔也较大。对三种不同的生产工艺进行了成本核算,结果表明以高酸值废油为原料的工艺2和工艺3从经济上是可行的,具有较好的经济效益。最后分析了目前我国生物柴油产业所面临的几个瓶颈问题并提出了相应的对策。