Биодизел чрез ултразвуково подобрена (Транс-)Естерификация

Биодизелът се синтезира чрез трансестерификация с помощта на основен катализатор. Ако обаче се използва суровината като нискокачествени отпадни зеленчуци с високо съдържание на свободни мастни киселини, се изисква химична стъпка на естерификация с помощта на кисела катализатор. Ultrasonication и неговите сонохимични и sonomechanical ефекти допринасят за двата вида реакции и увеличават ефективността на биодизел преобразуване драстично. Ултразвуковото производство на биодизел е значително по-бързо от конвенционалния синтез на биодизел, води до по-висок добив и качество на биодизела и спестява реагенти като метанол и катализатор.

Превръщане на биодизел с помощта на ултразвук

За биодизел естерите на мастните киселини се произвеждат чрез трансестерификация на растителни масла, както и на животински мазнини (например лой). По време на трансестерификацията, глицеролният компонент се заменя с друг алкохол, като метанол. Суровините с високо съдържание на свободни мастни киселини, например отпадни растителни масла (WVO), изискват предварително третиране на киселинно естерификация, за да се избегне образуването на сапун. Този процес на катализиране киселина е много бавен реакция, когато се извършва като конвенционален batch метод. Решението за ускоряване на процеса на бавна естерификация е прилагането на ултразвук. Sonication постига значително подобрение на скоростта на реакцията, превръщането и добива на биодизел, тъй като сонохимичните ефекти на ултразвук с висока мощност насърчават и засилват киселинната катализа. Ултразвукова кавитация осигурява sonomechanical сили, т.е. смесване с високо срязване, както и сонохимична енергия. Тези два вида ултразвуково въздействие (сономически и сонохимични) превръщат киселинно-катализираната естерификация в бърза реакция, изискваща по-малко катализатор.

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ултразвуковото смесване подобрява скоростта на превръщане на биодизела, увеличава добива и спестява излишния метанол и катализатор. Картината показва инсталирането на 3x UIP1000hdT (всяка 1kW ултразвукова мощност) за вградена обработка.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Трансестерификация на триглицериди в биодизел (МЕТИЛ) с помощта на ултразвук резултати в ускорена реакция и значително по-висока ефективност.

Как работи ултразвуков биодизел?

Ultrasonication между различните фази в трансестерификацията (понякога наричана алкохолизация ) и естерификацията се основава на подобряването на смесването, както и на повишена топлина и масов трансфер. Ултразвуковото смесване се основава на принципа на акустична кавитация, която се получава в резултат на имплодиране на вакуумни мехурчета в течността. Акустичната кавитация се характеризира с високи сили и турбуленции, както и с много високи налягане и температурни диференциали. Тези сили насърчават химическата реакция на трансестерификация / естерификация и засилват преноса на маса и топлина, като по този начин подобряват значително реакцията на преобразуването на биодизела.
Прилагането на ултразвук по време на преобразуването на биодизел е научно и промишлено доказано, че подобрява ефективността на процеса. Подобряването на ефективността на процеса може да се дължи на намалената консумация на енергия и оперативните разходи и намалената употреба на алкохол (т.е. метанол), по-малко катализатор и значително съкращаване на времето за реакция. Разходите за отопление се елиминират, тъй като няма изискване за външно отопление. Освен това разделянето на фазите между биодизела и глицерола е по-лесно с по-кратко време на разделяне на фазите. Важен фактор за търговската употреба на ултразвук в производството на биодизел е простата скала до всеки обем, надеждната и безопасна работа, както и надеждността и стабилността на ултразвуковото оборудване (индустриален стандарт, способен да работи непрекъснато 24 / 7 / 365 при пълен товар).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ултразвукова индустриална система с поточна клетка за вградена биодизелна естерификация и трансестерификация.

Process chart showing the biodiesel process in continuous flow mode. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Ултразвукова естерификация и трансестерификация може да се изпълнява като партида или непрекъснат внезапен процес. Диаграмата показва ултразвуковия инлайн процес за трансестерация на биодизел (FAME).


Process chart showing the biodiesel process in batch mode. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Ултразвукова естерификация и трансестерификация може да се изпълнява като партида или непрекъснат внезапен процес. Тази диаграма показва ултразвуковия процес на партиди за преобразуване на биодизел.

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ултразвуково подпомагани двустепенни биодизел конверсия прилагане на киселинно- и базови катализирани стъпки на реакцията

За суровини с високо FFA съдържание, производството на биодизел се извършва като киселина или базов катализирана реакция в двустепенен процес. Ултразвукът допринася два вида реакции, киселинно-катализираната естерификация, както и основното катализирано трансестерифициране:

Киселинно катализирана естерификация с помощта на ултразвук

За лечение на излишък на свободни мастни киселини в изходната суровина е необходим процесът на естерификация. Сярна киселина обикновено се използва като киселинен катализатор.

  • Приготвя се суровината чрез филтриране и рафиниране от замърсители и вода.
  • Катализаторът, а именно сярна киселина, се разтваря в метанол. Поток на подаване на катализатор/метанол и на изходната суровина през топлообменник и статичен смесител за получаване на суров предварително микс.
  • Предварителното смесване на катализатора и изходната суровина преминава директно в ултразвуковата реакционна камера, където се влиза в сила ултрафинното смесване и сонохимията и свободните мастни киселини се превръщат в биодизел.
  • Накрая, обезводняване на продукта и го захранва два втория етап – ултразвукова трансестерификация. Киселинният влажен метанол след възстановяване, изсушаване и неутрализация, готов за повторна употреба.
  • За много високи FFA, съдържащи суровини, може би трябва да се направи рециркулация, за да се намали FFA на разумно ниво преди стъпката на трансестерификация.

Естерификация Реакция с помощта на киселинен катализатор:
FFA + алкохол → Естер + Вода

Основа катализирана трансестерификация с помощта на ултразвук

Изходната суровина, която вече има само малки количества FFAs, може директно да бъде теглина на етапа на трансестерификация. Най-често натриев хидроксид или калиев хидроксид (NaOH, KOH) се използва като основен катализатор.

  • Катализаторът, а именно калиев хидроксид, се разтваря в метанол и се нахрани струята на катализатор/ метанол и предварителнотрергираната суровина, за да се получи суров премикс.
  • Нахранете предварително сместа директно в ултразвуковата реакционна камера за кавитационно смесване с високо срязване и сонохимично лечение. Продуктите от тази реакция са алкилови естери (т.е. биодизел) и глицерин. Глицеринът може да се отдели чрез утаяване или центрофугиране.
  • Ултразвуково произведеният биодизел е с високо качество и се произвежда бързо, енергийно ефективно и икономично, като спестяваме метанол и катализатор.

Трансестерификация Реакция с използване на базов катализатор:
Масло / Мазнини + Алкохол → Биодизел + Глицерол

Използване на метанол & Възстановяване на метанол

Метанолът е ключов компонент по време на производството на биодизел. Преобразуването на биодизела с ултразвук позволява значително намаляване на употребата на метанол. Ако сега си мислиш" не ми пука за употребата ми на метанол, тъй като го възстановявам", може да помислите отново и да обмислите прекомерната висока енергийна цена, която се прилага за изпаренията (напр. с помощта на дестилационна колона), която е необходима за отделяне и рециклиране на метанола.
Метанолът обикновено се отстранява след разделянето на биодизела и глицерина на два слоя, предотвратявайки реакционното обръщане. След това метанолът се почиства и рециклира обратно в началото на процеса. Произвеждайки биодизел чрез ултразвуково задвижване естерификация и трансестерификация, вие сте в състояние да намалите драстично използването на метанол, като по този начин намалявате прекомерния висок разход на енергия за възстановяване на метанола. Използването на ултразвукови реактори Hielscher намалява необходимото количество свръхметанол с до 50%. Моларното съотношение между 1: 4 или 1: 4.5 (масло: метанол) е достатъчно за повечето суровини, когато се използва Hielscher ултразвуково смесване.

Process chart showing the biodiesel processing steps. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Ултразвукова естерификация е стъпка предварително третиране, която намалява нискокачествени суровини с високо съдържание на FFAs в естери. Във втората стъпка на ултразвуковата трансестерификация триглицеридите се превръщат в биодизел (FAME).

Искане на информация




Забележете нашите Правила за поверителност,


Ултразвукова повишена ефективност на биодизела – Научно доказан

Многобройни изследователи група са проучили механизма и ефектите на ултразвукова трансестерификация на биодизел. Например, изследователски екип на Sebayan Darwin показа, че ултразвукова кавитация увеличава химическата активност и скоростта на реакция, което води до значително увеличаване на образуването на естер. Ултразвуковата техника намалява времето за реакция на трансестерификация до 5 минути – в сравнение с 2 часа при механична обработка на бъркалката. Превръщането на триглицерид (TG) в МЕТИЛИ под ултразвук се получава 95.6929% wt с метанол към маслено моларно съотношение 6: 1 и 1% тт натриев хидроксид като катализатор. (срв. Дарвин и др. 2010 г.)

Gholami et al. (2021) демонстрира отличната ефективност на ултразвуково подпомагана биодизел трансестерификация в сравнение с механичното разбъркване. Изследователският екип следователно сравнява две биодизелни растения на базата на конвенционалната механична разбъркваща и ултразвукова кавитация, които са били проектирани с помощта на Aspen HYSYS V8.4. Общо инвестиции, разходи за продукти, нетна настояща стойност и вътрешна норма на възвръщаемост са използвани за сравняване на двата процеса – ултразвук и механичен стрирлер – помежду си. Общата инвестиция в ултразвуковия кавитационен процес е по-ниска от тази на процеса на механично разбъркване с приблизително 20.8%. В сравнение с конвенционалния процес, използването на ултразвукови реактори също причинява разходите на продуктите да се намалят с 5.2%. Благодарение на положителната нетна настояща стойност и вътрешната норма на възвръщаемост от 18,3%, ултразвуковият процес кавитация е по-добър избор. Освен това, ултразвукова кавитация доведе до значимо намаляване както на консумираната енергия, така и на производството на отпадъци. Общата консумация на енергия е намалена с 6,9%, когато се използва ултразвукова кавитация. Количеството на отпадъците, произведени в процеса на ултразвук, е една пета от това в механичното разбъркване.

Средни и големи ultrasonicators за обработка на биодизел

Hielscher Ultrasonics’ доставя малки до средни, както и големи промишлени ултразвукови процесори за ефективно производство на биодизел по всеки обем. Предлагайки ултразвукова система във всеки мащаб, Hielscher може да предложи идеалното решение за малки производители и големи компании. Преобразуването на ултразвуков биодизел може да се управлява като партида или като непрекъснат инлайн процес. Инсталацията и експлоатацията са прости, безопасни и дават надеждно високи изходи с високо качество на биодизела.
По-долу ще намерите препоръчителни настройки на реакторите за редица производствени нива.

т / час
гал / час
1x UIP500hdT
00,25 до 0,5
80-160
1x UIP1000hdT
00,5 до 1,0
160-320
1x UIP1500hdT
00,75 до 1,5
240-480
2x UIP1000hdT
1.0 до 2.0
320-640
2x UIP1500hdT
1.5 до 3.0
480-960
4x UIP1500hdT
3.0 до 6.0
960-1920
6x UIP1500hdT
4.5 до 9.0
1440-2880

Свържете се с нас! / Попитай ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвукови процесори, приложения и цена. Ще се радваме да обсъдим процеса с вас и да ви предложим ултразвукова система, която отговаря на вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.



Литература / Препратки


Факти заслужава да се знае

производство на биодизел

Биодизелът се произвежда, когато три гицеридите се превръщат в свободни мастни метилови естери (FAME) чрез химическа реакция, известна като трансестерификация. По време на реакцията на трансестерификацията тригилцеридите в растителни масла или животински мазнини реагират в присъствието на катализатор (например калиев хидроксид или натриев хидроксид) с първичен алкохол (напр. метанол). В тази реакция от фуража на растителното масло или на животинската мазнина се образуват алкилови естери. Триглицеридите са глицериди, в които глицеролът е естерфайран с дълги верижни киселини, известни като мастни киселини. Тези мастни киселини са обилно присъстващи в растително масло и животински мазнини. Тъй като биодизелът може да се произвежда от различни суровини, като например необработени растителни масла, отработени растителни масла, използвани пържещи масла, животински мазнини като лой и слани, количеството на свободните мастни киселини (FFAs) може да варира значително. Процентът на свободните мастни киселини на триглицеридите е решаващ фактор, който влияе върху производствения процес на биодизел и полученото в резултат качество на биодизела драстично. Високото количество свободни мастни киселини може да попречи на процеса на превръщане и да влоши окончателното качество на биодизела. Основният проблем е, че свободните мастни киселини (FFAs) реагират с алкални катализатори, което води до образуването на сапун. Образуването на сапун впоследствие причинява проблеми с отделянето на глицерол. Поради това суровините, съдържащи големи количества FFAs, изискват най-вече предварително третиране (т.нар. реакция на естерификация), по време на което FFAs се преобразуват в естери. Ultrasonication насърчава двете реакции, трансестерификация и естерификация.

Химична реакция на естерификация

Естерификацията е процес на комбиниране на органична киселина (RCOOH) с алкохол (ROH) за образуване на естер (RCOOR) и вода.

Използване на метанол при киселинна естерификация

Когато се използва киселинно естерифициране за намаляване на FFAs при изходната суровина, преките енергийни нужди са сравнително ниски. Въпреки това, водата се създава по време на естерификацията – създаване на мокър, кисел метанол, който трябва да бъде неутрализиран, изсушен и възстановен. Този процес на възстановяване на метанол е скъп.
Ако изходните суровини имат от 20 до 40 % или дори по-високи проценти на FFAs, може да са необходими няколко стъпки, за да се доведат до приемливи нива. Това означава, че се създава още по-киселинен, мокър метанол. След неутрализиране на киселинния метанол, сушенето изисква многостепенна дестилация със значителни скорости на рефлукс, което води до много високо потребление на енергия.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.