基于MATLAB的地沟油生物柴油掺烧比优化分析_张珺涵

第14卷第24期2014年8月1671—1815（2014）24-0127-06

科学技术与工程

Science Technology and Engineering

Vol.14No.24Aug．2014 2014Sci.Tech.Engrg.

化工技术

基于MATLAB 的地沟油生物柴油

掺烧比优化分析

张珺涵

1

何金戈

1*

肖明伟

1

符永锐

2

（海南大学机电工程学院1，海口570228；中海油新能源生物能源化工有限公司2，东方572600）

摘

要

通过10种不同掺烧比的地沟油生物柴油在双缸直喷式柴油发动机上的发动机台架试验，研究了地沟油生物柴油的

动力性、经济性以及排放性随掺烧比变化规律。并根据实验结果，在柴油机应用较多的中等负荷情况下利用遗传算法通过

MATLAB 仿真了最优掺烧比。优化结果显示：中等负荷情况下，地沟油生物柴油与柴油的最佳掺烧比为21?78。此时，发动机

功率降低不多，油耗率增加4.43%，NO X 排放减少5.01%，碳烟排放减少20.76%，其综合性能达到最优。关键词

地沟油生物柴油最佳掺烧比

燃油经济性

排放性

中图法分类号TQ517.2；

文献标志码B

2014年4月23日收到

海南省自然科学基金（512118）资助

第一作者简介：张珺涵（1992—），男。E-mail ：zjhhainu@163．com 。*

通信作者简介：何金戈（1971—），

男，副教授、高级工程师。研究方向：汽车新型燃料、汽车电子控制技术。E-

mail ：he．jinge@163．com 。石油的日益枯竭已经成了全世界面临的首要难题［1］，同时大气的污染已经对人类的生存造成了威胁［2］

，而发动机的排放又是大气污染的主要来源，因此，如何改善发动机的排放性能是亟待解决的问题，寻找一种替代能源迫在眉睫。此外，我国每年从

餐饮业中产生的地沟油有2000多万吨［3］

，为防止其污染环境以及回流餐桌，对地沟油的回收和处理也是我国当下的一个难题。

地沟油生物柴油的主要成分为脂肪酸甲基酯，一般是由地沟油经过除水、机械除杂、脱胶、除酸、脱色和酯交换等加工方法制得。实验表明地沟油生物

柴油可以有效地控制发动机排放污染［4］

。因此，研究地沟油生物柴油的燃烧特性是解决能源危机、环境污染和回收利用地沟油的有效途径，有着十分重大的意义。

通过发动机台架试验，对地沟油生物柴油的经济性和排放性进行研究，并对其在发动机中等负荷的情况下的掺烧比例进行优化，为地沟油生物柴油的推广应用提供试验和理论依据。

1试验燃料

试验用地沟油生物柴油是由中国海洋石油总公

司（海南省东方市）提供，其主要性能指标见表1。

表1地沟油生物柴油的主要性能指标Table 1Main performance index of the

cooking oil biodiesel

参数0#商品柴油

地沟油生物柴油十六烷值≥4953.3

凝点/?

0－3灰分/［

%（m ·m －1）］0.010.01硫含量/［

%（m ·m －1）］0.20.0120?时运动黏度/（mm 2·s －1） 3.0 8.0 5.9闪点/?

≥65220酸值/（mgKOH ·g －1）

—

0.164

试验燃料选用0#商品柴油（中石化）和地沟油生物柴油混合配制而成。试验中使用了10种不同配比的地沟油生物柴油-柴油，生物柴油占混合燃料

的比例为0%（传统柴油）、

5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%和50%。

2

发动机试验装置与方法

2.1

试验装置

发动机台架测试装置为ESF-300电涡流测功机及控制试验台，油耗测试装置为FC 2210智能油

耗仪（湘仪），尾气排放测试装置为AVL Dis-omke4000型不透光烟度计和AVL Digas4000型五气体分析仪，试验发动机主要技术参数见表2所示。2.2试验方法

在不改变发动机参数的情况下，分别燃用掺烧

比为0%、

5%、10%、…、45%、50%的地沟油生物柴油混合燃料，

研究和分析发动机经济性和排放性。

表2柴油机技术参数Table 2Engine specifications

型号直喷295A 水冷直立四冲程柴油机

排量/L 1.63

压缩比16.5燃烧室类型球形缸径?行程/mm 2

95?115标定功率/kW

13.8标定供油提前角/（?）CA 22最大转矩/（N ·m ）

88

3

结果与分析

3.1

不同比例生物柴油的动力性和经济性分析

将燃用不同掺烧比地沟油生物柴油混合燃料的

经济性和动力性统计数据描成散点图，

并通过MATLAB 软件对散点图进行曲线拟合，分析其趋势，结果如图1和图2

。

图1

掺入不同比例地沟油对发动机功率的影响

Fig．1The effects of different biodiesel

content on the maximum

power

图2

掺入不同比例的地沟油对燃油消耗率的影响Fig．2The effects of different biodiesel

content on the fuel economy

图1表示发动机功率随地沟油生物柴油掺烧比的变化趋势，当掺烧比小于30%时，随着生物柴油含量的增加，发动机功率下降缓慢，但影响不大，约

为0.50% 1.14%。当含量超过40%时，发动机功率开始急剧下降，含量达到50%时，发动机的动力性下降约为6.67%。地沟油生物柴油含量与油耗率的关系如图2，随着地沟油生物柴油含量的增加，发动机的燃油消耗率也在上升，地沟油生物柴油含量越多，燃油消耗率上升越快。

分析认为，由于地沟油生物柴油的热值低于传统柴油，增加地沟油生物柴油的掺烧比会导致最大功率下降，因此不宜掺入过多生物柴油。同时，由于生物柴油有较大的汽化潜热以及其密度大于传统柴油，使得在相同工况下，掺入生物柴油后的油耗率要高于传统柴油。

3.2混合燃料的排放性

柴油机尾气排放的主要污染物为CO 、

HC 、NO X 、碳烟颗粒等。本实验着重研究混合燃料与传

统化石柴油燃料相比，CO 、HC 、NO X 、碳烟排放的变

化规律。不同比例的混合燃料，

CO 、HC 、NO X 、碳烟排放量的平均变化率（相对传统柴油）随发动机负荷变化如图3所示。

（1）图3（a ）表明地沟油混合燃料的CO 排放量随发动机负荷的增加而减少，地沟油生物柴油所

占比例越大，

CO 排放量减少的越明显。这是由于地沟油生物柴油的汽化潜热较大，在蒸发过程中需要吸收大量的热，引起燃烧过程中的淬冷层增厚［5］

，使燃料燃烧不完全，产生过多CO 。随着负荷的增加，发动机温度升高，由于地沟油生物柴油中含有氧元素，可以促进燃烧，地沟油生物柴油的含量越多，其含氧元素越多，燃料燃烧越充分，使得CO 排放量明显下降。

（2）图3（b ）表明发动机处于低负荷工况时，地沟油混合燃料的HC 排放要明显高于传统柴油，随

着发动机负荷增加，地沟油生物柴油含量越高，

HC 排放减少越多。产生这种现象的原因是在低负荷工况时，燃油雾化性能差，而且缸内激冷效果明显，燃烧不完全。随着负荷的提高，地沟油生物柴油受汽化潜热的影响越来越小，其含有的氧元素又可以促进燃烧，使得HC 的排放迅速下降。

（3）由图3（c ）可以看出，发动机处于中低负荷

时，

NO X 排量有所下降，25%的地沟油生物柴油掺烧比可以使NO X 排放下降达到12.38% 17.17%。

提高发动机功率，NO X 排放增加，且地沟油生物柴油所占比例越大，NO X 排放增加越多。通过分析，在中

低负荷的工况下，由于生物柴油的气化潜热较大，使

得燃烧温度相对较低，阻碍了NO X 的形成，

NO X 排放有所下降。当发动机负荷升高，缸内温度急剧上升，加之生物柴油是含氧燃料，进一步促进了NO X 的生

8

21科学技术与工程14卷

图3不同负荷下各种混合燃料排放的变化率

Fig．3The emissions rate of different biodiesel

contents under different load

成，使得NO X排放上升。

（4）由图3（d）可以看出，在低负荷工况下，地沟油生物柴油含量越多，碳烟排放越多。发动机负荷提高，碳烟排放明显改善，且地沟油生物柴油含量越多，碳烟排放减少越明显。产生这种变化是因为含有过高比例地沟油生物柴油的混合燃料自身汽化潜热提高，导致燃料在低负荷的工况下不能完全燃烧，使得碳烟排放量增大；提高负荷时，因为地沟油生物柴油的自供氧能力改善了缺氧严重的扩散燃烧，从而使碳烟生成减少。

4地沟油生物柴油掺烧比的优化

为了找到地沟油生物柴油与石化柴油最佳的掺烧比，使混合燃料在较小的动力性损失情况下，获得最好的经济性和排放性，有必要对地沟油生物柴油的掺烧比进行分析和优化。为了能够方便地求出最佳掺烧比，做如下约束从而进行简化。

（1）柴油机大多数在中等负荷［6］的条件下工作，选取50%负荷率为研究工况。

（2）从前面掺烧比与功率的关系中可以发现，掺烧比在30%以内对功率影响不大，所以优化后的最终掺烧比应该在30%范围内。

（3）柴油的主要排放物是NO

X

、碳烟，相对来说，柴油机的CO和HC排放很小。

因此，在优化方案中，主要以NO X、碳烟以及燃油消耗率为主要评价指标。同时为了便于分析，将所有参数统一用变化率（相对传统柴油）来表示。4.1建立回归模型

根据实验数据，将柴油机的NO X、碳烟和燃油消耗率的变化率随着掺入不同地沟油生物柴油比例的变化曲线用MATLAB拟合出曲线图，如图4

。

图4各评价指标变化率（50%负荷率）

Fig．4Each evaluation index change rate

图4中b表示燃油消耗率的变化率，K为消光系数变化率，NO X表示NO X排放的变化率，从图中大致可以看出各个评价指标的变化趋势。将各评价指标的数据单独绘制成散点图，借助MATLAB软件对其数据进行回归分析，并拟合曲线。

回归方程如下。

921

24期张珺涵，等：基于MATLAB

的地沟油生物柴油掺烧比优化分析

4.1.1

NO X 的变化率

E NO X =－4.513?10－6B 5+5.629?10－4B 4－

0.02384B 3+0.3823B 2－1.687B －8.449。

式中Ｒ2

=0.9979，表明回归方程显著（图5）。

B 为掺入地沟油生物柴油的比例

。

图5NO X 变化率曲线Fig．5

The NO X rate curve

4.1.2消光系数K 的变化率

E soot =－1.092?10－6B 6+1.594?10－4B 5－8.764?10－3B 4+0.2251B 3－2.797B 2+16.75B －76.89。式中Ｒ2

=0.9891，

表明回归方程显著（图6）

。图6消光系数K 变化率曲线Fig．6The smoke emissions rate curve

4.1.3燃油消耗率b 的变化率

b =9.58?10－5B 3－4.143?10－3B 2+

0.2799B －0.6325。式中Ｒ2

=0.9283，

表明回归方程显著（图7）。4.2建立优化方程

通过建立回归方程，得到了各个评价指标与地沟油生物柴油掺烧比的函数关系，为了找到最佳的地沟油生物柴油掺烧比，使得柴油机在NO X 的排放、碳烟的排放以及燃油消耗方面都尽可能达到最小，在中等负荷的工况下建立了如下优化方程

。

图7燃油消耗率b 变化率曲线

Fig．7The specific fuel consumption rate curve

min E NO x =－4.513?10－6B 5+5.629?10－4B 4－

0.02384B 3+0.3823B 2－1.687B －8.449

min E soot

=－1.092?10－6B 6+1.594?10－4B 5－

8.764?10－3B 4+0.2251B 3－

2.797B 2+16.75B －76.89。

min b =9.58?10－5B 3－4.143?10－3B 2+

0.2799B －0.6325。

s.t.0≤B ≤50。

从上面的方程可以看出，

这是一个多目标函数优化问题，有三个目标函数，在掺烧比不大于50%的情况下求得一个最优的比例，使生物柴油的性能在经济性和排放性的综合性能上达到最优。求解多目标函数优化的方法有很多，下面采用比较经典的遗传算法来进行函数的求解。

4.3利用遗传算法［7，8］

求解方程遗传算法是一种借鉴生物自然选择和自然遗传机理的随机、自适应、高度并行的搜索方法。它突破了数学规划算法上的单一点对点的搜索方法，通过利用潜在的种群进行多方向的搜索，在整个解空间同时展开寻优搜索，注重空间扩展和区域搜索的平衡性，从而可以有效地避免陷入局部最优解，具备了全局寻优的性能。因此，相对于传统算法而言，遗传算法更适用于求解多目标优化问题。

因为三个目标函数均是求最小，所以采用线性加权遗传算法更为准确和高效。线性加权遗传算法格式为

min

F x ∈Ｒn

=

∑p

j =1

w j f i （x ），∑p

j =1

w j =1；w j ∈（0，1）。

式中w j 是用于第j 个目标函数f j （x ）的权重，

所有的Pareto 解必须在可行域范围内。因此，要求解上述的多目标函数优化问题，首先要确定各个函数所占

031科学技术与工程14卷

的权重，

根据柴油机排放标准分析［9］

以及柴油机燃油消耗的研究［10］，

利用层次分析法［11］

来确定相关的权重，所求得的权重为w NO X =0.35，

w soot =0.55，w b =0.1，由此可以将优化方程简化为min F =w NO X E NO X +w soot E soot +w b b =

0.35?［－4.513?10－6B 5+5.629?10－4B 4－0.02384B 3+0.3823B 2－1.687B －8.449］+0.55?［－1.092?10－6B 6+1.594?10－4B 5－8.764?10－3B 4+0.2251B 3－2.797B 2+16.75B －76.89］+0.1?［9.58?10－5B 3－

4.143?10－3B 2+0.2799B －0.6325］

。s.t.0≤B ≤50

利用MATLAB 软件对上述优化方程进行求解，其结果如图8和图9

。

图8遗传算法性能追踪图

Fig．8

Genetic algorithm performance

tracking

图9Pareto 最优解前沿图

Fig．9

the optimal solution frontier figure of Pareto

从图8可以看出选用的该遗传算法在迭代次数20次之后就趋于稳定，说明种群已经找到了最优解。图9为Pareto 最优解前沿图，它表示出了该方程中的所有可行解，并找到了最优解为21.53%。

说明在中负荷的工况下，地沟油生物柴油所占比例为21.53%，即地沟油生物柴油与柴油的掺烧比为21：78，NO X 排放下降5.01%，碳烟排放下降20.76%，油耗率增加4.43%，其综合性能最好。

5结论

（1）在经济性和动力性方面，掺入地沟油后，发动机的动力性和经济性都会有一定的下降，掺入地沟油生物柴油的比例越高，动力性和经济性下降的越多，因此生物柴油的掺入比例不宜过高。

（2）在排放方面，CO 、HC 、NO X 以及碳烟的排放量与地沟油的掺烧比例有直接的关系。在中低负荷

工况时，

HC 、NO X 以及碳烟的排放都有一定的下降和改善，

CO 排放量有轻微的提高。在高负荷工况下，CO 的排放有了一定的改善，碳烟的排放急剧减小，

HC 和NO X 的排放有所增加。各工况下的排放随地沟油生物柴油的比例不同而有不同变化。

（3）通过MATLAB 优化的结果：在发动机处于中等负荷工况时，最佳的地沟油生物柴油掺烧比为21：78，此时NO X 排放下降5.01%，碳烟排放下降20.76%，油耗率增加4.43%，具有较好的排放性和经济性。

参

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Analysis and Optimization of Waste Cooking Oil Biodiesel

BlendingＲatio Using MATLAB

ZHANG Jun-han1，HE Jin-ge1*，XIAO Ming-wei1，FU Yong-rui2

（Mechanical and Electrical Engineering College1，Hainan University，Haikou570228，P．Ｒ．China；

CNOOC New Energy Bio Energy Chemical Co．，Ltd.2，Dongfang572600，P．Ｒ．China）

［Abstract］Through10different blending ratio of cooking oil biodiesel in a2-cylinder direct injection diesel en-gine on the engine bench test，the gutter oil performance，fuel economy and emissions of biodiesel with the variation of ratio of blending were studied.And，according to the results of the experiment under the condition of moderate load which diesel engine is widely applied，using the genetic algorithm calculated the optimum blending ratio by MATLAB simulation.Optimization results show that in the medium load cases，cooking oil biodiesel and diesel op-timum blending ratio is21?78.At this point，the engine power reduction is not much，a4.43%increase in fuel consumption rate，NO

X

emissions decreased by5.01%，the smoke emission reduced by20.76%，so its compre-hensive performance achieved the optimal.

［Key words］biodiesel produced from waste cooking oil optimal blending proportion fuel economic per-formance Emissions performance

231科学技术与工程14卷

生物柴油生产工艺

生物柴油的制备方法主要有 4 种: 直接混合法( 或稀释法) 、微乳化法、高温热裂解法和酯交换法。前两种方法属于物理方法, 虽简单易行, 能降低动植物油的黏度, 但十六烷值不高, 燃烧中积炭及润滑油污染等问题难以解决。高温裂解法过程简单,没有污染物产生, 缺点是在高温下进行, 需催化剂,裂解设备昂贵, 反应程度难控制, 且高温裂解法主要产品是生物汽油, 生物柴油产量不高。酯交换法又分为碱催化酯交换法、酸催化酯交换法、生物酶催化酯交换法和超临界酯交换法。酯交换法是目前研究最多并已工业化生产的方法但生物酶催化酯交换法目前存在着甲酯转化率不高, 仅有40%～60%, 短链醇( 甲醇、乙醇) 对脂肪酶毒性较大,酶寿命缩短; 生成的甘油对酯交换反应产生副作用,短期内要实现生物酶法生产生物柴油, 还是比较困难。超临界酯交换法由于设备成本较高, 反应压力、温度也高, 一程度上影响了该技术的工业化, 目前主要处于试验室研究阶段。 1 生物柴油生产工艺 目前, 国内采用的原料主要有地沟油、酸化油、混合脂肪酸、废弃的植物和动物油等, 根据不同的原料应采用不同的工艺组合来 生产生物柴油。因目前国内企业的日处理量不是很大( 大多为5～50t /d 不等) , 酯交换( 酯化) 工序一般采用反应釜间歇式的; 分离、水洗工序有采用罐组间歇式的, 也有采离心机进行连续分离、水洗的。 1 地沟油制取生物柴油 地沟油水分大、杂质含量多, 酸值较高, 酸值一般在20(KOH)

/(mg/g) 油左右。由地沟油制得的生物柴油颜色较深, 一般需经过脱色或蒸馏工序、添加剂调配工序处理。 碱法催化制备生物柴油工艺流程 氢氧化钠→甲醇粗甘油→脱溶→精制→甘油 ↓↑ 地沟油→过滤→干燥→酯交换→分离→脱溶→水洗→干燥→生物柴油 2酸化油制取生物柴油 酸化油的机械杂质含量较大( 如细白土颗粒) , 酸值一般在80～160(KOH) /(mg/g) 油间, 国内有一步酸催化法和先酸催化后碱催化两步法来制备生物柴油。因酸化油中含有一定量的悬浮细白土颗粒及胶杂, 在反应过程易被硫酸炭化, 在反应釜底部会有一定量的黑色废渣。在酯化反应过程国内有采用均相反应的, 也有采用非均相反应的, 各有利弊。均相反应( 反应体系温度60～65℃) 甲醇在体系内分布均匀, 接触面积大, 利于参与反应, 但生成的水没有带走, 阻碍反应进程; 非均相反应( 反应体系温度105～115℃) 甲醇以热蒸汽形式鼓入, 可以带走一部分生成的水, 有利于反应进程, 以及免去反应釜的搅拌装置, 但甲醇气体在油相的停留时间短、接触面积小, 不利于参与反应,需要更多的热能和甲醇循环量。由酸化油制得的生物柴油颜色也较深, 一般需经过脱色或蒸馏工序、添加剂调配工序处理。一步酸催化制备生物柴油工艺流程:

地沟油制备生物柴油

可行性研究报告 项目名称：高效低成本地沟油制生物柴油技术研发及产业化申请单位：宁波杰森绿色能源科技有限公司 单位地址：宁波奉化市松岙镇金山工业区 联系人：邬仕平 合作单位：浙江工业大学

目录 一、对项目相关领域国内外技术现状和发展趋势的掌握和理解 ..... - 3 - 1、项目背景简述.............................................................................. - 3 - 2、国内外技术现状及发展趋势...................................................... - 6 - 二、项目攻关预期目标及其具体考核指标 ......................................... - 8 - 1、预期目标...................................................................................... - 8 - 2、考核指标...................................................................................... - 8 - 三、项目拟采用的工艺技术路线、关键技术 ..................................... - 9 - 1、项目拟采用的工艺技术路线...................................................... - 9 - 2、工艺技术路线............................................................................ - 11 - 3、关键技术.................................................................................... - 11 - 四、项目的主要技术特点和创新点、知识产权分析 ....................... - 14 - 1、主要技术特点和创新点............................................................ - 14 - 2、可能取得知识产权分析............................................................ - 20 - 五、项目的组织管理及相关保障措施 ............................................... - 21 - 1、组织管理措施............................................................................ - 21 - 2、项目的保障措施........................................................................ - 22 - 六、项目完成年限及进度安排............................................................ - 22 - 七、项目经费预算说明........................................................................ - 23 - 1、对各科目支出的主要用途、与项目研究的相关性及测算方法、 测算依据进行详细分析说明。...................................................... - 23 - 2、课题的主要研究内容、任务分解，以及经费预算的需求、测算 方法、测算依据等相关说明.......................................................... - 29 - 八、申报单位综合经济实力................................................................ - 30 - 九、申报单位研究工作基础条件 ....................................................... - 31 - 1、申报单位情况............................................................................ - 31 - 2、合作单位情况............................................................................ - 32 - 十、项目承担人员水平........................................................................ - 35 -十一、项目的风险分析........................................................................ - 41 - 1、风险评价.................................................................................... - 41 - 2、效益分析.................................................................................... - 43 -

应用matlab求解约束优化问题

应用matlab求解约束优化问题 姓名：王铎 学号： 2007021271 班级：机械078 上交日期： 2010/7/2 完成日期： 2010/6/29

一．问题分析 f(x)=x1*x2*x3-x1^6+x2^3+x2*x3-x4^2 s.t x1-x2+3x2<=6 x1+45x2+x4=7 x2*x3*x4-50>=0 x2^2+x4^2=14 目标函数为多元约束函数，约束条件既有线性约束又有非线性约束所以应用fmincon函数来寻求优化，寻找函数最小值。由于非线性不等式约束不能用矩阵表示，要用程序表示，所以创建m文件其中写入非线性不等式约束及非线性等式约束，留作引用。 二．数学模型 F(x)为目标函数求最小值 x1 x2 x3 x4 为未知量 目标函数受约束于 x1-x2+3x2<=6 x1+45x2+x4=7 x2*x3*x4-50>=0 x2^2+x4^2=14 三．fmincon应用方法 这个函数的基本形式为 x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon，options) 其中fun为你要求最小值的函数，可以单写一个文件设置函数，也可是m文件。 1.如果fun中有N个变量，如x y z, 或者是X1, X2,X3, 什么的，自己排个顺序，在fun中统一都是用x(1),x(2）....x(n) 表示的。 2. x0, 表示初始的猜测值，大小要与变量数目相同 3. A b 为线性不等约束，A*x <= b， A应为n*n阶矩阵。 4 Aeq beq为线性相等约束，Aeq*x = beq。 Aeq beq同上可求 5 lb ub为变量的上下边界，正负无穷用 -Inf和Inf表示， lb ub应为N阶数组 6 nonlcon 为非线性约束，可分为两部分，非线性不等约束 c，非线性相等约束，ceq 可按下面的例子设置 function [c,ceq] = nonlcon1(x) c = [] ceq = [] 7，最后是options，可以用OPTIMSET函数设置，具体可见OPTIMSET函数的帮助文件。 四．计算程序

地沟油制备生物柴油的技术方法

同时使0号柴油的闪点提高，凝点和冷滤点降低，使储运过程更加安全，低温性能得到改善，有利于在更宽的温度范围内使用，可以满足使用要求。

地沟油酸催化法制备生物柴油是利用地沟油与甲醇或乙醇等低碳醇在酸性催化剂条件下进行酯交换反应，生成相应脂肪酸甲酯或乙酯。姚亚光等以酸作为催化剂，首先对地沟油进行除杂、脱胶、脱色、脱水的预处理，在酸催化条件下利用地沟油制备生物柴油，通过对地沟油与甲醇、乙醇酯化反应进行正交实验，实验确定了酸催化地沟油制备生物柴油的最佳反应条件为：甲醇温度为70 ℃，油醇摩尔比为1∶40，催化剂浓度为7%，反应时间为6小时，级差顺序依次是：油醇摩尔比、反应时间、催化剂浓度、温度；乙醇温度为80 ℃，油醇摩尔比为1∶30，催化剂浓度为5%，反应时间为6小时，级差顺序依次是：油醇摩尔比、温度、催化剂浓度、反应时间。通过该方法制备出性质优良的生物柴油。主要优点有：良好的可燃性（十六烷值）、蒸发性（馏程及馏出温度）、安全性（闪点），黏度和冷凝点温度，对发动机的腐蚀性（酸度和酸值），热值。该实验制备的生物柴油在很多方面具有普通柴油无法比拟的优越特性。 付严等以地沟油为原料，研究了地沟油和甲醇在三段式反应器中固定化脂肪酶上合成生物柴油。对地沟油的酸值、皂化值以及水含量进行了检测。考察了进料流速、溶剂、水含量对反应的影响。在40 ℃，正己烷作溶剂，添加水含量为地沟油质量的20%，每一段反应器中添加的甲醇与地沟油的摩尔比为1∶1时，生物柴油产率为94%。 陈英明等将地沟油通过过滤、脱胶、脱色、脱水等预处理后，与甲醇、正己烷、水等按一定比例通过搅拌器混合均匀，用蠕动泵输送到填充片状固定化酶的反应器顶部，滴入反应器内，恒温循环水浴。将三支反应器串联起来形成一个三级反应系统，每一级反应器进料的油醇摩尔比均为1∶1，每级反应的产物及时去除副产物甘油。将反应产物通过水洗、蒸馏等除去甲醇、水和正己烷，得到粗制生物柴油。以该方法制备的生物柴油，采用GC-2010型气相色谱仪和QP2010型色质联用仪对该生物柴油作定性分析，运用GC-MS方法确定生物柴油中脂肪酸甲酯、游离脂肪酸和甘油酯类的位置，由此确定GC色谱图中各种成分及其含量，并通过面积法和内标法测定生物柴油的转化率和产率，最终得到地沟油酶法制得的生物柴油转化率达到93.53%、产率为77.45%。 李为民等以地沟油为原料制备生物柴油，先通过预酯化把地沟油酸值降低到2±1 mg KOH/g，再进行酯交换制备生物柴油，通过正交试验得到地沟油预酯化反应的最佳条件是：浓硫酸用量为2%、甲醇用量为16%、反应 温度75 ℃、反应时间4 小时；地沟油酯交换反应的最优工艺条件是：甲醇20%、KOH用量1%、反应温度65 ℃、反应时间2 小时，且制备所得的生物柴油达到国家生物柴油标准要求。 张爱华等利用多元醇的预酯化技术对地沟油进行处理，以碱性离子液体1－甲基－3－丁基咪唑氢氧化物为催化剂制备生物柴油。考察了离子液体的用量、醇与油物质的量比、反应温度和反应时间对酯交换反应的影响。结果显示，以地沟油制备生物柴油的工艺条件为：醇与油物质的量比为8∶1、反应温度70 ℃、反应时间110 分钟、催化剂用量为原料油质量的3.0％。在此条件下，脂肪酸甲酯转化率为95.7％。实验考察了甘油加入量、反应温度、反应时间对预酯化反应的影响，同时考察了催化剂用量、醇油摩尔比、反应温度、反应时间对酯交换反应的影响。通过正交试验确定了地沟油预酯化—酯交换反应制备生物柴油的最佳反应条件。陈安等根据地沟油酸值高的特点，采用固酸、固碱两步非均相催化法开发生物柴油。此法避免了均相酸法耐酸设备价格高、反应时间长、酯化率低、有废水等缺点；克服了均相碱催化酯交换反应对高酸值地沟油易皂化、得率低、产生大量废水等弊病；同时，也弥补了两步均相法产生大量废水、影响环境的不足。通过试验确定了该方法的最佳实验条件为：反应时间2.5 小时，醇油摩尔比10∶1，固碱催化剂为油重的2.0％，助溶剂四氢呋喃为3％，反应温度71 ℃。此时酯化率在96％以上。 超临界酯交换反应即无催化的酯交换反应。当甲醇 地沟油超临界法生产生物柴油

地沟油生产生物柴油科研报告

科研实践：利用地沟油生产生物柴油 的研究进展 姓 名： 廖伟霖 学 号： 210892285 学 院： 福州大学至诚学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 08级（2）班 指导教师： 沈英

摘要： 生物柴油是一种原料广泛的可再生性燃料资源,目前世界各国正掀起开发利用生物柴油资源的热潮,与矿物柴油相比,它具有低含硫和低排放污染,可再生,优良的生物可降解性等特点,有广阔的发展前景,而原料问题是制约生物柴油产业发展的瓶颈。地沟油来源广泛,廉价易得,是制备生物柴油的良好原料。利用地沟油制备生物柴油不但可以缓解能源危机、环境污染等社会问题,还提供了废弃食用油脂的合理化利用方式、防止废弃食用油脂再次返回餐桌。文章综述了我国地沟油的现状，综述了国内外利用地沟油制备生物柴油的主要技术方法及其进展情况，并展望了地沟油生产生物柴油的发展前景 关键词：地沟油生物柴油制备 1、研究意义 随着人们对不可再生能源日益减少及环境污染的日趋关注,开发新型环境友好的可再生燃料已成为当今科学研究的热点课题之一。将废弃油脂转化为柴油的代用燃料有着可再生及可生物降解等优点，不但可以缓解能源危机、环境污染等社会问题，还提供了废弃食用油脂的合理化利用方式、防止废弃食用油脂再次返回餐桌。 2、研究目的 综述了国内利用地沟油制备生物柴油的主要技术方法及其进展情况，并展望了地沟油生产生物柴油的发展前景 3、研究内容 3.1引言 地沟油是指宾馆、饭店附近的地沟里，污水上方的灰白色油腻漂浮物，捞取收集后经过简单加工，油呈黑褐色，不透明，有强烈的酸腐恶臭气味。随着第三产业的迅速发展，我国的餐饮业规模日益扩大，餐饮废水中排出的地沟油增多，不仅堵塞管网、严重污染城市环境，甚至孳生出了地沟油的非法回收提炼，有毒“地沟油”回流市场用于食品加工等现象，由于地沟油与地下水泥壁、地下生活污水、废旧铁桶、果蔬腐败物、生活垃圾（粪便）、多种细菌毒素、寄生虫及虫卵等接触，所受污染严重，同时由于在聚集过程中会逐渐发生水解、氧化、缩合、聚合、酸度增高、色泽变深等一系列变化，伴随这些变化会随之产生游离脂肪酸、脂肪酸的二聚体和多聚体、过氧化物、多环芳烃类物质、低分子分解产物等对人

matlab 无约束优化问题

实验八 无约束优化问题 一.实验目的 掌握应用matlab 求解无约束最优化问题的方法 二.实验原理及方法 1：标准形式： 元函数 为其中n R R f X f n R x n →∈:) (min 2．无约束优化问题的基本算法一．最速下降法（共轭梯度法）算法步骤：⑴ 给定初始点 n E X ∈0，允许误差0>ε,令k=0； ⑵ 计算() k X f ?； ⑶ 检验是否满足收敛性的判别准则： () ε≤?k X f ， 若满足，则停止迭代，得点k X X ≈*，否则进行⑷； ⑷ 令() k k X f S -?=，从k X 出发，沿k S 进行一维搜索， 即求k λ使得： ()() k k k k k S X f S X f λλλ+=+≥0 min ； ⑸ 令k k k k S X X λ+=+1，k=k+1返回⑵. 最速下降法是一种最基本的算法，它在最优化方法中占有重要地位.最速下降法的优点是工作量小，存储变量较少,初始点要求不高；缺点是收敛慢，最速下降法适用于寻优过程的前期迭代或作为间插步骤，当接近极值点时，宜选用别种收敛快的算法.．牛顿法算法步骤： (1) 选定初始点n E X ∈0，给定允许误差0>ε，令k=0； (2) 求()k X f ?,()() 1 2-?k X f ,检验：若() ε

地沟油及动植物油脂加工生物柴油可研报告讲解

地沟油加工生物柴油 技 术 可 行 性 报 告

一、什么是生物柴油？ 顾名思义，所谓生物柴油就是以生物质为资源的一种柴油，具体地说，它以动物、植物油脂等天然原料为基础与有关化工原料复合加工而成的新型能源。颜色与柴油一样清亮透明。生物柴油含碳量18与柴油（16－18）基本一致，在酯化后，分子量约280左右，与柴油220接近，根据相似相溶的原理，它与柴油相溶性极佳。 二、生物柴油原料来源 主要来源是植物油脂和动物油脂 1．植物油脂 植物油脂占油脂总量的70%，是生物柴油最为主要的原料油。植物油脂又可以分为草本植物油和木本植物油。 草本植物油脂以油料作物油为主，从“九五”期间开始，我国油料作物生产得到快速发展，油籽年总产从1996年的4144.5万吨增加到4775.0万吨（未含芝麻等小油料），平均年增长率为3.5%左右。大豆、油菜、花生三大作物是油料总产增长的主要来源，其中大豆平均占油籽总产的32.74%，油菜占21.69%，花生占25.79%。我国油料年均种植面积达到约3.7亿亩，仅次于禾谷类粮食作物的种植面积。这是生物柴油基本来源。另外，我们还拟采用国外进口椰子油和棕榈油。 关于文光果油文光果在我国主要适宜生长在黄河以北地区。文光果油作为一种植物油脂是加工生物柴油的优质原料。 2．动物油脂 动物油脂主要是指牛脂、羊脂、猪脂、黄油，其产量占油脂总量的30%，是仅次于大豆油的第二大重要油脂资源。 3．废弃食用油脂 废弃食用油脂即餐饮饭店和食品加工企业在生产、经营过程中产生的不能再食用的动、植物油脂。据有关资料统计，目前我国每年产生的废弃食用油脂达食用油脂总量的8%以上，在100万吨左右。北京市泔水油、地沟油源大约有五六万个。麦当劳、肯德基等快餐店的剩油，烤鸭烧鸡产生的废油，剩饭残渣泔水油，餐饮企业下水道中隔油池里撇出来的地沟油等，全年合计大约几十万吨左右。 三、生物柴油生物柴油指标（参照国标柴油），主要技术指标如下： 序号指标名称单位指标值特级 1 色度号≤1 2 硫含量%(m/m) ≤0.05 3 酸值MgKOH/10 ≤45 5 凝点≤0，－5 6 闪点（闭口）℃≤70 7 10％蒸余物残碳％（m/m）≤0.5 8 铜片腐蚀级≤1 9 水分%(m/m) 痕迹 10 机械杂质无 11 十六烷值≥45

地沟油生产生物柴油调研报告

地沟油生产生物柴油调研报告

用地沟油生产生物柴油调研报告 根据公司领导对十二五规划的安排，要开展生物柴油项目前期调研，特别是利用西安及周边地市的地沟油来生产生物柴油，为此，我们组织相关人员进行了调研，现汇报如下。 第一章、项目提出的背景、投资的必要性及经济意义 （一）项目背景 随着中国能源危机警钟的敲响，以能源集约化利用为前提，充分开发利用生物能、太阳能等清洁能源，越来越成为一种共识。据专家预测：新能源与可再生能源将成为全世界和企业发展的新领域。 生物能源是我国第三大能源，仅次于煤和石油，在全部能源消耗中约占15%，是唯一可运输和储存的可再生能源，既可作为燃料用于发电，又能转化为“柴油”等。生物能源转化为生物柴油，其主要原料来自植物油脂、动物油脂、植物油精练后的下脚料：酸化油、消水油（地沟油）及各种油炸食品后的废弃动植物油脂。 目前国内对柴油的年需求量超过1亿吨，为此，国家每年要花大量的资金进口柴油和原油以满足日益增长的需求。生物柴油属于可再生新能源，具有开发利用的广阔前景，具有开发的战略性意义。 （二）、项目的必要性和意义 1、有利于解决我国的能源危机 能源危机是人类本世纪中叶即将面临的巨大挑战。石油是应用最为广泛的能源。国际上最新估算，地球上石油稳定供给不会超过20年，枯竭期仅为50年。中国是石油资源相对贫乏的国家，人均储量仅为世界的12%。随着国民经济的高速增长，我国的石油资源日趋紧缺，自1993年我国成为石油净进口国以来，原油进口数量逐年增加，2004年我国进口原油1.2亿吨，比上年增长34.85%，占国家石油总供给量40%以上。预估到2020年，进口石油将占总石油消耗量（4

地沟油泔水油提炼生物柴油技术与设备

地沟油、泔水油提炼生物柴油技术与设备 2006-12-07 15:04 生物柴油可以植物油、动物油为原料制造，但目前多以脂肪酸、泔水油、城市地沟油、精炼下脚料为生产原料。生物柴油可作为石油燃料的替代产品。 “生物柴油”最大的特点是它的可再生性，资源永远不会枯竭。有关专家表示，不仅是餐饮食肆每天都会产生“潲水油”，包括油菜籽油、大豆油、玉米油、棉籽油、花生油、葵花子油、棕榈油、椰子油……其实都具备“变身”柴油的可能性。我国每年产生潲水油差不多有2600万吨。 废弃食用油脂即餐饮饭店和食品加工企业在生产、经营过程中产生的不能再食用的动、植物油脂。包括经过多次煎、炸食物后废弃的油脂。由于这些废油脂都排入下水管道或隔油隔渣污水池中，因此俗称地沟油。 随着我国食品行业和餐饮服务业迅速发展，每年产生的废弃食用油脂也越来越多。废弃食用油脂的“再利用”生产生物柴油，是遏制“毒油”的一种有效途径。 工艺过程简述 经过干燥的酸化油与辅料、催化剂一起投入到带加热、搅拌的反应釜内，搅拌加热至反应温度下，将辅料部分汽化与反应生成的水汽一起进入精馏塔内，脱去水分后再回流到反应釜中参加反应。反应结束后蒸馏出未反应的辅料，反应产物泵入水洗脱水锅，首先用热水依次洗涤至中性，再加热干燥脱水。最后送入高温蒸馏釜并精馏提纯，即得到生物柴油。蒸馏残渣即为植物沥青。 投资核算 （1）处理能力为12吨/日废油脂，产品为生物柴油4000吨/年的成套设备价格 460万元； （2）生产车间建筑面积为500米2的投资 40万元； （3）供水、配电、消防系统投资 60万元； （4）运输设备投资 20万元； （5）仓库投资 30万元； （6）0.5 t/h锅炉的投资 20万元； （7）未预计其它费用 20万元； （8）总投资 650万元； （9）销售收入 2236万元； （10）销售利润 455万元； （11）投资利润率 70%； （12）静态投资回收期 1.43年。 设备特点 (1)可以处理多种原料 可接受多种多样的原料，植物油，餐饮业排放出的废油脂，又如食品厂、植物油厂等的油脂精炼的下脚料都可作为原料。 (2)设备产量根据需求设计制造

用MATLAB求解规划问题

§15. 利用Matlab求解线性规划问题 线性规划是一种优化方法，Matlab优化工具箱中有现成函数linprog对如下式描述的LP问题求解： % min f'x % s.t .(约束条件)：Ax<=b % (等式约束条件)：Aeqx=beq % lb<=x<=ub linprog函数的调用格式如下： x=linprog(f,A,b) x=linprog(f,A,b,Aeq,beq) x=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub) x=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub,x0) x=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub,x0,options) [x,fval]=linprog(…) [x, fval, exitflag]=linprog(…) [x, fval, exitflag, output]=linprog(…) [x, fval, exitflag, output, lambda]=linprog(…) 其中： x=linprog(f,A,b)返回值x为最优解向量。 x=linprog(f,A,b,Aeq,beq) 作有等式约束的问题。若没有不等式约束，则令 111

A=[ ]、b=[ ] 。 x=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub,x0,options) 中lb ,ub为变量x的下界和上界，x0为初值点，options为指定优化参数进行最小化。 Options的参数描述： Display显示水平。选择’off’ 不显示输出；选择’I ter’显示每一步迭代过程的输出；选择’final’ 显示最终结果。 MaxFunEvals 函数评价的最大允许次数 Maxiter 最大允许迭代次数 TolX x处的终止容限 [x,fval]=linprog(…) 左端fval 返回解x处的目标函数值。 [x,fval,exitflag,output,lambda]=linprog(f,A,b, Aeq,beq,lb,ub,x0) 的输出部分： exitflag描述函数计算的退出条件：若为正值，表示目标函数收敛于解x 处；若为负值，表示目标函数不收敛；若为零值，表示已经达到函数评价或迭代的最大次数。 output 返回优化信息：output.iterations表示迭代次数；output.algorithm表示所采用的算法；outprt.funcCount表示函数评价次数。 lambda返回x处的拉格朗日乘子。它有以下属性： lambda.lower-lambda的下界； lambda.upper-lambda的上界； lambda.ineqlin-lambda的线性不等式； lambda.eqlin-lambda的线性等式。 112

地沟油制造生物柴油的技术可行性报告

地沟油制造生物柴油的技术可行性报告(2010/05/27 11:46) 目录：公司动态 浏览字体：大中小地沟油制造生物柴油的技术可行性报告 一、背景 我国不仅是世界上餐饮业最发达的国家之一，而且中国料理也是用油最多的料理之一，餐饮业每天都会产生大量的含有动植物油脂的废水。为了使进入城市污水管道的油脂减量，各地环保部门对餐饮业的油脂排放做出了各种规定，这些规定的共同之处是所有的厨房排水口必须安装油脂截流装置，使用最为普遍的就是油水分离槽，大部分的油脂便被截留在该槽中，这种废油脂被称为“地沟油”。仅上海这样的废油脂年产量约1.5—3万吨。从这些油脂是一种可再利用的资源被人们认识以后，它便成了抢手货，一支捞油回收队伍便应运而生。仅在上海无证捞油人员达1000人之多，无固定场所、无营业执照、无管理的“三无”废油脂处理加工点上百个，这其中有相当一部分加工点把这些废油经简单处理后，作为精制食用油又重新回到了市场，对居民健康构成了潜在的严重威胁。这种现象已经发展成全国性的问题，中央电视台及各省市媒体对这种现象都作了跟踪报道，引起了各地政府的高度重视。近年来，我国部分城市相继出台了“禁止地沟油非法加工”等相关管理条例。因此地沟油的再利用技术也成为一个新的研究项目，引起了科研工作者的极大关注。 目前国内对“地沟油”的处置再利用途径比较单一，主要是通过初加工或简单的深加工， 制成的产品有： ⑴硬脂酸原料； ⑵饲料添加剂，替代进口三级牛油； ⑶肥皂原料； ⑷机械加工用油； ⑸脱模油； 所有的这些方法都存在着技术落后，设备简陋，污染严重，卫生状况恶劣等相同的问题。研究发现以植物油为主的“地沟油”一般由14-18个碳链组成，而柴油分子是由15个左右的碳链组成，因此将“地沟油”再生为生物柴油的研发便成了国内外专家的主攻方向。 二、生物柴油研发状况

地沟油生产生物柴油调研报告

用地沟油生产生物柴油调研报告 根据公司领导对十二五规划的安排，要开展生物柴油项目前期调研，特别是利用西安及周边地市的地沟油来生产生物柴油，为此，我们组织相关人员进行了调研，现汇报如下。 第一章、项目提出的背景、投资的必要性及经济意义 （一）项目背景 随着中国能源危机警钟的敲响，以能源集约化利用为前提，充分开发利用生物能、太阳能等清洁能源，越来越成为一种共识。据专家预测：新能源与可再生能源将成为全世界和企业发展的新领域。 生物能源是我国第三大能源，仅次于煤和石油，在全部能源消耗中约占15%，是唯一可运输和储存的可再生能源，既可作为燃料用于发电，又能转化为“柴油”等。生物能源转化为生物柴油，其主要原料来自植物油脂、动物油脂、植物油精练后的下脚料：酸化油、消水油（地沟油）及各种油炸食品后的废弃动植物油脂。 目前国内对柴油的年需求量超过1亿吨，为此，国家每年要花大量的资金进口柴油和原油以满足日益增长的需求。生物柴油属于可再生新能源，具有开发利用的广阔前景，具有开发的战略性意义。 （二）、项目的必要性和意义 1、有利于解决我国的能源危机 能源危机是人类本世纪中叶即将面临的巨大挑战。石油是应用最为广泛的能源。国际上最新估算，地球上石油稳定供给不会超过20年，枯竭期仅为50年。中国是石油资源相对贫乏的国家，人均储量仅为世界的12%。随着国民经济的高速增长，我国的石油资源日趋紧缺，自1993年我国成为石油净进口国以来，原油进口数量逐年增加，2004年我国进口原油1.2亿吨，比上年增长34.85%，占国家石油总供给量40%以上。预估到2020年，进口石油将占总石油消耗量（4亿

吨）的63-70％，而国内生产能力仅为1.6亿吨～2.0亿吨，我国原油资源不足，加上国际油价一路飙升的问题严重制约我国的石化工业的发展，为此，我国积极采取措施，加大替代能源基础研究的技术开发的投入，实现能源多元化战略，减少对石油资源的过分依赖。近年来，生物燃料被认为是很有潜力的替代能源，其中生物柴油在技术先进性，技术成熟度，经济性，配套设施建设等方面具有极强的竞争力，是一种很有发展潜力的新能源，因此，对该项目的建设是十分必要的。 2、有利于缓解我国环境危机 石油在人类社会现代化发展中发挥巨大作用的同时，也带来了严重的生态环境污染问题。资料显示，大气中70％的二氧化碳、80％的硫化物和70％的氮氧化物来自于化石燃料燃烧后的产物。出于国家经济利益、战略安全和可持续发展的迫切需要，新型、清洁能源的开发与利用，一直是我国政府和世界各国都极为关注的重大战略问题。 而生物柴油有优良的环保特性，具体表现为：生物柴油含硫量低，可使二氧化硫和硫化物的排放减少约30％；生物柴油不含对环境造成污染的芳香烃；与普通柴油相比，生物柴油具有环境友好特点，其柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为普通柴油1／10，颗粒物为20％，CO2和CO排放量仅为1O％；其废气排放指标可满足欧洲Ⅱ号和Ⅲ号排放标准。 另外，生物柴油可以由废餐饮油等原料制成，这对于保障人民的身体健康以及缓解我国的能源危机和环境危机都具有重要的意义，对建设资源节约型、环境友好型社会起到积极的促进作用。 3、生物柴油其他方面的优点 （1）有较好的发动机低温启动性能，无添加剂冷凝点达零号柴油标准。

利用Matlab求解机械设计优化问题的分析

利用MATLAB求解机械设计优化问题的分析 周婷婷 (能源与动力学院,油气0701) 摘要：MATLAB是目前国际上最流行的科学与工程计算的软件工具, 它具有强大的数值分析、矩阵运算、信号处理、图形显示、模拟仿真和最优化设计等功能。本文浅谈MATLAB在机械设计优化问题的几点应用。 关键词：MATLAB 约束条件机械设计优化 引言：在线性规划和非线性规划等领域经常遇到求函数极值等最优化问题，当函数或约束条件复杂到一定程度时就无法求解，而只能求助于极值分析算法，如果借助计算器进行手工计算的话，计算量会很大，如果要求遇到求解极值问题的每个人都去用BASIC,C和FORTRAN之类的高级语言编写一套程序的话，那是非一朝一日可以解决的，但如用MATLAB语言实现极值问题的数值解算，就可以避免计算量过大和编程难的两大难题，可以轻松高效地得到极值问题的数值解，而且可以达到足够的精度。 1无约束条件的极值问题的解算方法 设有Rosenbrock函数如下： f(X1,X2)=100(X2-X1*X1)2+(1-X1)2 求向量X取何值时，F(x)的值最小及最小值是多少？ 先用MATLAB语言的编辑器编写求解该问题的程序如下： %把函数写成MATLAB语言表达式 fun=’100*(X(2)-X(1)*X(1)2+(1-X(1))2 %猜自变量的初值 X0=[-1 2]; %所有选项取默认值 options=[ ]； %调用最优化函数进行计算。 %函数最小值存放在数组元素options(8)中

%与极值点对应的自变量值存放在向量X里 %计算步数存放在数组元素options(10)中 [X,options]=fmins(fun,X0,options)； %显示与极值点对应的自变向量X的值。 %显示函数最小值 options(8) %显示函数计算步数 options(10) 把上面这段程序保存为m文件，然后用“Tools”菜单中的“Run”命令行这段程序，就可以轻松的得到如下结果： X=9.999908938395383e-001 9.99982742178110e-001 ans=1.706171071794760e-001 ans=195 显然，计算结果与理论结果的误差小到e-10级,这里调用了MATLAB的最优化函数fmins(),它采用Nelder-Mead的单纯形算法，就是因为这个函数的采用，使最小值问题的解算变得非常简单。 2.带约束条件的极值问题的解法 设目标函数和约束条件如下: f(x) =-3X1+X2+X3 -X1+2X2-X3>= -11 4X1-X2-2X3<=-3 2X1-X3= -1 X1>=0,X2>=0，X3>=0; 求X向量取何值时函数取极小值？ 对条件极值问题通常的做法都是将约束条件标准化（即把等式约束条件写成等号为0的形式，把不等式写成<=0的形式）。然后把条件极值问题转换为非条件极值问题，MATLAB也采用同样的做法。

制备生物柴油的方法

1用地沟油制备生物柴油的方法 前言：本发明涉及一种用地沟油制备生物柴油的方法，按重量百分比，A.将97～99.8％的地沟油和0.2～3％的多孔载体的固体酸催化剂加入反应釜内，反应温度控制在＞95℃至130℃，常压下通入气相甲醇，搅拌1～4小时进行酯化反应，反应结束后，分离出固体酸催化剂；B.将酯化反应后70～80％的液体、15～25％的甲醇以及1～5％的固体碱催化剂放入反应釜内，反应温度控制在50℃～65℃，常压下搅拌0.5～2小时进行酯交换反应； C.酯交换反应完成后，将液体静置或进行离心分离，上层即为制备的生物柴油，下层为甘油、固体碱催化剂以及甲醇。本发明具有酯化反应充分，能耗低，工艺简单，收率高的特点，能满足工业化规模生产。 制造生物柴油的反应釜 前言：本发明涉及一种制造生物柴油的反应釜，包括釜体和安装在釜体上的搅拌装置，所述的釜体为具有夹层的夹套式结构，釜体上的蒸汽进口和冷凝水出口与夹层相通，釜体上分别设有的原料进料口、出料口、催化剂进口以及溶剂进口与釜体反应腔相通，所述原料进料口和催化剂进口分别设置在釜体的上部，出料口设置在釜体的底部，而溶剂进口设置在釜体的底部或/和下部。本发明的反应釜结构简单，设备投资少，酯化反应充分，生产效率高，能满足工业化规模生产。 反应釜：又称反应器或反应锅。是化工生产中用于进行化学反应的一种容器。常配备必要的传热装置和搅拌装置以达到强化生产的目的。反应釜分为间歇式、半连续式和连续式三种。搅拌器主要用于染料和制药工业，也用于其他工业，如烧碱生产中的苛化桶等。使两种或多种物料进行混合的操作。有机械搅拌和空气搅拌等方法。可以促进物理变化和化学反应。通常在搅拌器中进行。 温度控制以温度作为被控变量的开环或闭环控制系统。其控制方法诸如温度闭环控制，具有流量前馈的温度闭环控制，温度为主参数、流量为副参数的串级控制等。在分布参数系统中，温度控制是以控制温度场中温度分布为目标的。 脂肪酸温控容器结晶分离法利用油脂化学品固化点的差别进行分离的最早方法。主要用在油脂的分离操作，如脱蜡、冬化、棕榈油分为棕油硬脂精和棕油油精等。油脂水解得到的混合脂肪酸也可用此法将其中熔点较高的硬脂酸和棕榈酸等与较低的油酸等分开。本法的特点是温度控制要均匀，但不能强烈搅拌以免结晶被破坏。因此冷却只能缓慢地进行，导致结晶罐体积庞大，而这又与温度控制的均匀有矛盾。 2用地沟油及废弃动植物油制备环氧增塑剂的方法 前言：本发明涉及一种用地沟油及废弃动植物油制备环氧增塑剂的方法，按重量百分比将97～99.8％的废油和0.2～3％的多孔载体的固体酸加入反应釜内，温度在＞95℃至130℃，通入气相甲醇搅拌1～4小时，反应结束后分离出固体酸；将酯化反应后70～80％的液体、15～25％的甲醇以及1～5％的固体碱催化剂放入反应釜内，温度在50～65℃，常压下搅拌0.5～2小时；分离制得脂肪酸甲酯；将25～35％的双氧水、2.5～10％的甲酸及0～1％的三聚磷酸纳加入55～70％的脂肪酸甲酯内，温度控制在60±5℃，搅拌8～10小时，反应完成后分出酸水，中和、洗涤常温下脱水得到制品，具有能耗低，工艺简单、成本低的特点。 3用废油制备生物柴油的酯化反应工艺 本发明涉及一种用废油制备生物柴油的酯化反应工艺，按重量百分比将97～99.8％的废油和0.2～3％的多孔载体的固体酸催化剂加入反应釜内，反应温度控制在＞95℃至130℃，常压下通入气相甲醇，搅拌1～4小时进行酯化反应，反应结束后，分离出固体酸催化剂。

地沟油到生物柴油工艺流程

1、直接混合：粘度高，所含的酸性组分、游离脂肪酸以及在贮存和燃烧过程中，因氧化和聚合而形成的凝胶、炭沉积和润滑油粘度增大等不可避免的严重问题。 2、裂解法：生产工艺复杂，设备昂贵，产物中不饱和烃含量较高，并且热解后氧以二氧化碳的形式损失掉（生产过程需要消耗大量的能量） 3、用碱酯交换法：用精炼植物油，中和游离脂肪酸易皂化，含酸值较高的油（地沟油）不适合。 4、生物酶法主要问题是：转化率低，短链醇对酶有一定毒性，酶易失活，酶催化剂价格贵，生产周期长。 5、酸酯交换法：就非常适合用在废油上，摆脱了以上的缺点。因此我们选择用酸酯交换法。

酸酯交换法工艺流程原理如下： 1）地沟油的前处理，将水和不纯固体分离掉。 2）地沟油预酯化反应，加入一定量的酸催化剂（浓硫酸）和甲醇，在25 -120℃下，将废油脂中游离脂肪酸转化成脂肪酸甲酯。 3）酯交换反应，预酯化反应后的地沟油在除去下层的废水后，加入一定量的碱催化剂（KOH）和甲醇，在50-120℃下，将中性油脂即脂肪酸甘油酯转化成脂肪酸甲酯。 4）酯交换反应后得到一个粗产品：过量甲醇和副产物甘油的混合物，通过蒸馏分离将甲醇和甘油从产品中分离出去。 5）精制，在特殊的处理剂作用下，可将残留在产品中的催化剂、游离甘油、脂肪酸肥皂、有色物质等杂质转化成不溶或难溶于产品的残渣，从而可非常容易地从产品中分离出去，中和碱催化剂分解脂肪酸肥皂，破坏乳化、脱色、凝絮沉淀。 6）调和，上述工序得到的精制产品，其冰点通常在-3℃—-5℃左右，比石油柴油的高，为了保证在低温下不至于发生燃料系统的堵塞，而添加防寒剂以降低冰点。 7）精密过滤得到产品生物柴油。 在整个生产过程中有废水、废渣和过量原料及副产物产生，处理方法简述如下： 1）废水 废水→沉降→过滤→脱色、絮凝、中和→过滤 ↓↓ 废渣（另外处理） 排放←生化处理←爆气 2）废渣 废渣→发酵→混合→有机复合肥 3）副产品 反应混合物→分离→副产物→蒸馏、分离→甲醇（回收再利用） ↓ 生物柴油 所需原材料表 原材料规格 地沟油国内收集 甲醇>99%（国产） 氢氧化钾 >95%（国产） 硫酸 70%和95%（国产） 处理剂日本公司提供配方（国产） 降温剂日本公司指定（国产货）

matlab优化工具箱的使用

优化工具箱的使用 MATLAB的优化工具箱提供了各种优化函数，这些优化函数可以通过在命令行输入相应的函数名加以调用；此外为了使用方便，MATLAB还提供了图形界面的优化工具（GUI Optimization tool）。 1 GUI优化工具 1.1 GUI优化工具的启动 有两种启动方法： （1）在命令行输入optimtool； （2）在MATLAB主界面单击左下角的“Start”按钮，然后依次选择“Toolboxes→Optimization→Optimization tool” 1.2 GUI优化工具的界面 界面分为三大块： 左边（Problem Setup and Results）为优化问题的描述及计算结果显示； 中间（Options）为优化选项的设置； 右边（Quick Reference）为帮助。为了界面的简洁，可以单击右上角“<<”、“>>”的按钮将帮助隐藏或显示。 1、优化问题的描述及计算结果显示 此板块主要包括选择求解器、目标函数描述、约束条件描述等部分。 选择合适的求解器以及恰当的优化算法，是进行优化问题求解的首要工作。 ?Solver：选择优化问题的种类，每类优化问题对应不同的求解函数。 ?Algorithm：选择算法，对于不同的求解函数，可用的算法也不同。 Problem框组用于描述优化问题，包括以下内容： ?Objective function: 输入目标函数。 ?Derivatives: 选择目标函数微分（或梯度）的计算方式。 ?Start point: 初始点。 Constraints框组用于描述约束条件，包括以下内容： ?Linear inequalities: 线性不等式约束，其中A为约束系数矩阵，b代表约束向量。 ?Linear equalities: 线性等式约束，其中Aeq为约束系数矩阵，beq代表约束向量。 ?Bounds: 自变量上下界约束。 ?Nonlinear Constraints function; 非线性约束函数。 ?Derivatives: 非线性约束函数的微分（或梯度）的计算方式。 Run solver and view results框组用于显示求解过程和结果。 （对于不同的优化问题类型，此板块可能会不同，这是因为各个求解函数需要的参数个数不一样，如Fminunc 函数就没有Constraints框组。）