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本研究的工作主要包括两部分内容，首先开发出能在催化蒸馏塔内使用的整体酸催化材料，然后在催化蒸馏塔内检验该材料的性能，考察了使用该催化蒸馏塔催化酯交换过程制备生物柴油的性能，探索制备生物柴油的新技术，降低成本，使其更具实用性。 目前主要研究的几类固体酸催化剂包括分子筛、金属氧化物和阳离子交换树脂，它们在使用过程中各有优势，但也都有各有其明显的不足，尤其在作为催化蒸馏塔填料使用时，上述三种材料都难以满足过程对材料的众多要求。要能在催化蒸馏塔内做为填料材料长期使用，至少应具备有足够可用的酸位密度，以用来催化反应，而且，酸位的流失或失活要少，具有一定的耐久性，或者是容易再生;另一方面能耐一定的温度，并具有良好的热导性，这样才能使塔内温度分布合理，提高反应的效率;可制成一定的形状，用作催化蒸馏塔的填料，而不影响催化性能，作为催化蒸馏塔内填料，必须能增加塔内流体的湍动和相接触面，以强化反应和传质过程;具有较强的结合强度，在塔内流体的冲刷下仍能保持稳定，以复合材料存在的塔内构件必须要能保持原有结构，不被塔内环境破坏。 针对上述分析和大量的文献调研，比较各类材料的性能，本研究选定开发了以不锈钢片（丝网）为载体，在其上生长结合牢固的碳纳米管，并用温和路线对碳纳米管进行磺酸化，制备了不锈钢基底上的炭基结构固体酸。该材料具有较高的酸位密度，而且由于-SO3H与C原子形成了共价键，不易流失;同时，碳纳米管材料非常稳定，在塔内条件下，高温、水热和有机溶剂都不能破坏其结构，其本身的吸附能力也强化了其做为酸催化剂的性能;载体材料是不锈钢金属，它不仅能耐高温，而且具有良好的导热性能，使得催化蒸馏塔内温度能保持均匀，不会出现局部过热现象;不锈钢载体具有良好的成型性能，可以制备成各种适合于催化蒸馏塔的填料，这种整体结构避免了粉末成型样品在使用中的破碎而导致麻烦的分离过程。对生物质油与甲醇的酯交换反应体系，此过程如果使用固体酸粉末釜式反应器的话，后续分离过程十分困难，本研究中的催化剂为整体结构，碳纳米管以嵌入不锈钢片（丝网）表面的催化剂粒子为“根”生长，结合强度高，在超声、搅拌和塔内气液流的冲刷下脱落率低，催化效率高。 对该材料进行一系列表征发现，材料具有较高的酸位密度，而且结构稳定，是一种很有应用前景的整体结构酸催化剂。根据在三口烧瓶内的实验结果，设计了一个有效塔高为200mm，直径20mm的催化蒸馏塔，塔内装填了表面积为450cm2的不锈钢丝网为载体的炭基结构固体酸催化剂，并考察了不同醇油比、回流比和塔内温度条件下的甲醇与大豆油的酯交换反应性能，结果显示该催化剂对催化甲醇和大豆油的酯交换反应具有良好的效果。经过较长时间的反应运转后，该催化上碳纳米管的结构保持良好，而且无论是塔顶产物还是塔釜产物中都没有发现可以检测的硫含量，更没有发现碳纳米管脱落到溶液中。在连续使用150小时以后，催化剂中的硫含量仍然达到3.80％，这说明该催化剂具有较好的稳定性。 根据所使用催化蒸馏塔的特点，建立了描述催化蒸馏过程的简单模型，并按照反应条件对模型进行了求解，结果显示理论值实验值符合良好，由于实验产物中含有多种酯类，而理论值只考虑了甲酯，导致实验值略低于理论值，表明模型是可靠的。按照此模型，塔高度达到1.7m时，塔顶产物的脂肪酸甲酯含量即达95％，该工作可以指导下一步催化蒸馏塔放大的设计和操作控制。