《Chemical Engineering Research and Design》：A Comprehensive Review and Critical Evaluation of Prediction Methods for Biodiesel Thermophysical and Fuel Properties
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兰迪尔·K·巴蒂（Randhir K. Bharti）|阿尔达娜·辛格（Aradhana Singh）|多莉·瓦塔尔·达尔（Dolly Wattal Dhar）|阿努巴·考希克（Anubha Kaushik）|尼廷·乔汉（Nitin Chauhan）
印度新德里德瓦尔卡（Dwar
兰迪尔·K·巴蒂（Randhir K. Bharti）|阿尔达娜·辛格（Aradhana Singh）|多莉·瓦塔尔·达尔（Dolly Wattal Dhar）|阿努巴·考希克（Anubha Kaushik）|尼廷·乔汉（Nitin Chauhan）
印度新德里德瓦尔卡（Dwarka）的古鲁戈宾德·辛格因德拉普拉斯塔大学（Guru Gobind Singh Indraprastha University）环境管理学院
摘要
由于全球范围内化石燃料使用的增加，对环境造成的负面影响只有通过寻找安全的替代燃料才能得到遏制。研究结果表明，生物柴油是一种有前景的商业柴油替代品。生物柴油作为替代燃料的使用取决于其多种关键特性，包括粘度、密度、十六烷值、浊点、倾点、闪点、氧化稳定性指数、蒸气压和表面张力等。这些特性的标准测量过程耗时且劳动强度高，需要在实验室中进行逐步操作。因此，科学家们提出了独特的公式来理论计算这些参数，从而避免了繁琐的实验室工作以及昂贵试剂和化学品的使用。虽然有各种方程式可用于计算这些参数，但很难选择最佳方案。本综述的两个主要目标是：首先，汇总所有用于估算生物柴油特性的方程和方法；其次，尝试确定每种特性的最佳计算方法。选择最佳方程的标准包括平均相对偏差（% ARD）、所需输入变量、验证方法、数据点的数量、计算便捷性以及这些方程的应用范围。据作者所知，此前尚未有过同时研究至少22个参数的最佳方程的研究。这将为致力于生产高质量生物柴油的科学家提供更简单、更精确的计算方法。
引言
随着能源需求的增长和可用石油储备的减少，全球范围内逐渐转向生物柴油的生产。生物柴油被视为一种可再生能源，其原料包括植物油、藻油、动物脂肪等多种廉价材料。生物柴油生产的主要步骤是酯交换反应，即在适宜催化剂的存在下使油与酒精发生反应生成烷基酯（Demirbas, 2005）。生物柴油具有多种优势，如易于生物降解、排放较低以及优越的十六烷值。尽管如此，由于存在一些缺点（如能量低、因粘度高导致的加油困难以及植物油/脂肪供应不足），生物柴油目前仍不具备商业可行性。因此，将生物柴油与其他燃料混合使用可能是一种可行的经济途径（BAJPAI和TYAGI, 2006）。选择适合某种油种的催化剂是生物柴油生产过程中的最大挑战之一。现有文献中提到三种主要催化剂类型：强酸、碱和酶。值得注意的是，在酯交换反应中，强碱因其能促进快速反应和低催化剂消耗量而成为首选。据研究，约有350种植物可用于生物燃料生产（Durrett等, 2008），包括可食用和不可食用油（Atabani等, 2013）。许多不可食用的植物油使用了Pongamia pinnata、Madhuca iondica和Jatropha curcas；一些可食用植物油则来自菜籽、棕榈、大豆和油菜（Atabani等, 2013; BAJPAI和TYAGI, 2006）。
尽管人们对生物柴油潜力充满兴趣，但相关文献仍缺乏能充分体现其真实品质和效果的预测模型及实验细节（Graboski和McCormick, 1998）。尽管已经关注了生物柴油的某些热物理性质（如十六烷值、闪点、粘度、燃烧热、密度和倾点），但许多其他重要性质（如熔点、沸点、临界参数、比热、蒸气压、汽化潜热和表面张力）常被忽视。了解这些性质对于预测生物柴油的行为和性能至关重要。需要更多的实验数据来开发可靠的模型，以便使用仿真工具预测生物柴油的特性。如果能够获得大量关于生物柴油的实验数据，将有助于开发出更精确的预测模型。为生物柴油及其混合物的多种性质提供实验细节和预测模型具有巨大潜力。
在提出最佳预测方法或模型时，必须考虑众多因素。然而，当前研究并未明确界定评估生物柴油性质预测模型可靠性的标准。本综述通过推荐高效的方法和模型来解决这一不足，这些推荐基于报告的偏差、验证方法、用于模型验证的数据点数量、模型的简洁性、适用范围以及所需输入变量。
本研究采用了一种简单且基于预测的工具方法，使这一复杂主题易于理解。了解生物柴油的性质对于其在发动机中的良好运行、符合标准以及顺利融入能源系统至关重要。本文的重点是剖析决定生物柴油燃油特性的各种因素，通过对比不同预测方程，找出最准确的预测方法。分析不仅限于比较方程本身，还涵盖了这些预测背后的仿真工具。目标是为每种生物柴油特性找到简单且可靠的方程，开发出实用、易使用的预测工具。这项研究不仅有学术价值，还对工业界、研究人员和政策制定者具有实际意义。通过改进生物柴油性质的预测方法，我们为推进更清洁、更可持续的能源解决方案做出了贡献。
节选片段
生物柴油燃料特性
生物柴油的特性可通过多种标准进行分类。其中最关键的是与发动机内部运行相关的特性，如快速启动能力、点火特性、燃油-空气混合物的形成与燃烧过程、废气的生成等。其他特性还包括发动机部件的磨损情况（如润滑性、粘度、清洁效果、与燃油系统制造材料的兼容性等）以及低温下的表现
评估生物柴油燃料热物理特性的方法
生物柴油的热物理特性评估基于现有文献中的性质相关性研究。选择的相关性基于其简洁性和适用性，这些相关性涉及必需的甲酯分子成分及其结构的影响。所选特性包括正常沸点、分子量、偏心因子等
结论
生物柴油因其易于使用和丰富的原料来源而被广泛视为有前景的替代能源；然而，其相对于普通柴油较低的效率限制了其大规模商业化。生物柴油的物理性质对其燃料特性的决定起着关键作用。多种计算方法已在相关研究论文中提出，这些方法对生物柴油的实际生产具有实用价值
资金支持
作者感谢印度政府大学拨款委员会（University Grants Commission, UGC）提供的财政支持，第一作者获得了D.S. Kothari PDF奖学金（D.S. Kothari/BL/17-18/0164）。
CRediT作者贡献声明
阿尔达娜·辛格（Aradhana Singh）：撰写初稿、可视化制作、软件开发、数据分析。兰迪尔·K·巴蒂（Randhir K. Bharti）：撰写初稿、项目管理、调研、资金获取、数据分析、概念构思。阿努巴·考希克（Anubha Kaushik）：撰写审核与编辑、数据整理、概念验证、资源协调。多莉·达尔（Dolly Dhar）：撰写初稿、数据验证、项目管理。尼廷·乔汉（Nitin Chauhan）：撰写审核与编辑、数据分析。
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢古鲁戈宾德·辛格因德拉普拉斯塔大学环境管理学院（University School of Environment Management, Guru Gobind Singh Indraprastha University）、沙尔达大学农业科学学院（School of Agricultural Sciences, Sharda University）以及德里大学斯里奥罗宾多学院动物学系（Department of Zoology, University of Delhi）的支持。
