基于GLM与实验设计优化3D打印螺旋微反应器用于生物柴油合成

本研究通过广义线性模型（GLM）与实验设计（DoE）框架，系统优化了3D打印螺旋不锈钢微反应器中生物柴油的连续流合成过程，揭示了催化剂浓度、甲醇油比（MTO）与反应器构型的关键作用，实现了高转化率（96%）与短反应时间（～63秒），为绿色能源生产提供了高效、可放大的反应器设计方案。

　　

Highlight

这项研究突显了螺旋微反应器设计与统计优化策略相结合在高效、连续化生物柴油生产中的巨大潜力。

Summary and conclusion

本研究采用连续流操作的3D打印螺旋不锈钢微反应器，对棕榈油转酯化反应进行了全面研究。结合实验设计（DoE）与广义线性模型（GLM）分析，系统评估了关键工艺参数——包括甲醇与油的摩尔比（MTO）、反应温度、氢氧化钾（KOH）浓度、总流速以及反应器通道几何结构——对生物柴油产率和甘油三酯（TG）转化的影响。研究结果表明，催化剂浓度、MTO比率和反应器通道设计是影响反应结果的主导因素，而流速和温度则表现出相对较弱但仍具关联性的效应。特别值得一提的是，带有45度Y型接头入口的SSY45螺旋反应器，通过增强混合与相分散效率，显著提升了生物柴油的合成效能。GLM模型成功识别出两组最优工艺条件：一组可实现94%的生物柴油产率（条件：60°C，3.27 wt%的KOH，6:1的MTO比率，3 mL/min的流速）；另一组可实现96%的TG转化率（条件：50°C，4.1 wt%的KOH，12:1的MTO比率，3 mL/min的流速）。尤为引人注目的是，达成这两个目标反应仅需约63秒，充分展示了该反应器卓越的工艺效率。GLM模型的预测与实验结果高度吻合，证实了该模型的可靠性。这项工作有力地表明，将螺旋微反应器设计与统计优化方法相结合，为实现高效、连续的生物柴油生产开辟了充满前景的道路。

Conclusion

基于广义线性模型（GLM）的优化框架成功应用于3D打印螺旋微反应器中生物柴油的合成过程，实现了高产量（94%）与高转化率（96%）的协同优化，为可持续生物燃料的绿色制造提供了新的技术方案与理论见解。