Biodizel putem ultrazvučno poboljšane (Trans-)esterifikacije

Biodizel se sintetizira putem transesterifikacije koristeći bazni katalizer. Međutim, ako se koristi sirovina kao što je niskoklasno otpadno povrće sa visokim sadržajem masne kiseline, potreban je hemijski korak prije obrade esterifikacije pomoću kiselinsko-kataliznog. Ultrasonication i njegovi sonohemijski i sonomehanički efekti doprinose oba tipa reakcija i povećavaju efikasnost biodizelske konverzije dramatično. Ultrazvučna proizvodnja biodizela je znatno brža od konvencionalne sinteze biodizela, rezultira višim prinosom i kvalitetom biodizela te spašava reagente kao što su metanol i katalizator.

Biodizelska konverzija pomoću ultrazvuka Power

Za biodizel, estri masnih kiselina se proizvode transesterifikacijom povrtnih ulja kao i životinjskih masti (npr. tallow). Tokom transesterifikacijske reakcije, komponenta glicerola se zamjenjuje drugim alkoholom, kao što je metanol. Feedstocks sa visokim sadržajem slobodnih masnih kiselina, npr. otpadnih povrtnih ulja (WVO), zahtijevaju pred-liječenje esterifikacije kiselina kako bi se izbjeglo formiranje sapuna. Ovaj proces katalizacije kiselina je vrlo spora reakcija, kada se izvodi kao konvencionalna metoda batch. Rješenje za ubrzavanje sporog procesa esterifikacije je primjena ultrazvuka snage. Sonication postiže značajno poboljšanje brzine reakcije, pretvaranja i prinosa biodizela kao sonohemijski efekti ultrazvuka velike snage promovišu i intenziviraju kiselinsku katalizu. Ultrazvučna kavitacija pruža sonomehaničke sile, dakle visoko smiksajuće miješanje, kao i sonohemijsku energiju. Ove obje vrste ultrazvučnog udara (sonomehanički i sonohemijski) pretvaraju esterifikaciju kataliziranu kiselinom u brzu reakciju koja traži manje katalizista.

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ultrazvučno miješanje poboljšava brzinu konverzije biodizela, povećava prinos i štedi višak metanola i katalizista. Slika prikazuje instalaciju 3x UIP1000hdT (svaka snaga ultrazvuka od 1kW) za inline obradu.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterifikacija triglicerida u biodizel (FAME) koristeći sonication rezultira ubrzanom reakcijom i znatno višu efikasnost.

Kako radi ultrazvučna konverzija biodizela?

Ultrasonication između različitih faza u transesterifikaciji (također ponekad naziva alkoholizu ) i esterifikacija se temelji na poboljšanju miješanja kao i na povećanom prijenosu topline i mase. Ultrazvučno miješanje se zasniva na principu akustične kavitacije, koja nastaje kao posljedica implodiranja vakuum mjehurića u tekućini. Akustičnu kavitaciju karakteriziraju visokosmična sila i turbulencije, kao i vrlo visoki difejsi pritiska i temperature. Ove sile promovišu hemijsku reakciju transesterifikacije / esterifikacije i intenzivirati prijenos mase i topline, te time značajno poboljšati reakciju prenamjena biodizela.
Primjena ultrazvučnika tokom konverzije biodizela je naučno i industrijski dokazano da poboljšava efikasnost procesa. Poboljšanje efikasnosti procesa može se pripisati smanjenoj potrošnji energije i operativnim troškovima, te smanjenoj upotrebi alkohola (dakle, metanola), manje katalizista, te znatno skraćenom vremenu reakcije. Energetski trošak za grijanje se eliminira s obzirom da ne postoji zahtjev za vanjsko grijanje. Osim toga, fazna separacija između biodizela i glycerola je jednostavnija sa kraćim vremenom razdvajanja faze. Važan faktor za komercijalnu upotrebu ultrazvuka u proizvodnji biodizela je jednostavna skala-up na bilo koji volumen, pouzdan i siguran rad kao i robusnost i pouzdanost ultrazvučne opreme (industrijski standard, sposoban da radi kontinuirano 24/7/365 pod punim teretom).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ultrazvučni industrijski sistem sa prolivnom ćelijom za inline biodizelsku esterfikaciju i transesterifikaciju.

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

Ultrazvučna esterifikacija i transesterifikacija se mogu pokrenuti kao batch ili kontinuirani inline proces. Grafikon pokazuje ultrazvučni inline proces za transesterfikaciju biodizela (FAME).


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

Ultrazvučna esterifikacija i transesterifikacija se mogu pokrenuti kao batch ili kontinuirani inline proces. Ovaj grafikon prikazuje ultrazvučni proces serije za konverziju biodizela.

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrazvučno-assisted Two Step Biodiesel Conversion Applying Acid- and Base-Catalyzed Reaction Steps

Za feedstocks s visokim FFA sadržajem, proizvodnja biodizela se izvodi kao kiselina ili bazno katalizirana reakcija u dva faze procesa. Ultrazvuk doprinosi dvije obje vrste reakcija, acid-katalizirana esterifikacija kao i bazno katalizirana transesterifikacija:

Esterifikacija katalizirana kiselinom pomoću Ultrazvuka

Da bi se liječio višak slobodnih masne kiseline u stoku, potreban je proces esterifikacije. Sumporna kiselina se obično koristi kao katalizant kiselina.

  • Pripremite stok filtrirajući i rafinirajući od kontaminacija i vode.
  • Rastvori katalizant, i to sumpornu kiselinu, u metanolu. Tok hrane katalizatora/ metanola i stoka kroz izmenilac toplote i statički mikser za dobijanje sirovog pre-mixa.
  • Pre-mix katalizatora i stoka ide direktno u ultrazvučnu reakcijsku komoru, gdje ultra-fino miješanje i sonohemija stupiti na snagu i slobodne masne kiseline se pretvaraju u biodizel.
  • Konačno, dewater proizvod i hranite ga dvije druge faze – ultrazvučna transesterifikacija. Kiselinski mokar metanol je nakon oporavka, sušenja i neutraliziranja spremnih za reusu.
  • Za vrlo visoke FFA koji sadrže feedstocks, recirculation setup možda je potrebno spustiti FFA na razuman nivo prije koraka transesterifikacije.

Reakcija esterifikacije pomoću Acid Catalyst:
FFA + Alkohol → Ester + Voda

Base-Catalyzed Transesterification koristeći Ultrazvuk

Stok, koji sada ima samo male količine FFA-a, može se direktno nahraniti do faze transesterifikacije. Najčešće se kao bazni katalizist koristi natrijev hidroksid ili kalija hidroksid (NaOH, KOH).

  • Otopajte katalizator, i to kalij hidroksid, u metanolu i hranite potoke katalizatora/ metanola i pretretiranu stoku kroz statički mikser kako bi se dobio sirovi pre-mix.
  • Nahranite pre-mix direktno u komoru ultrazvučne reakcije za kavitaciono visoko smiksajuće miješanje i sonohemijski tretman. Produkti ove reakcije su alkil esteri (npr. biodizel) i glicerin. Glicerin se može razdvojiti smještajući se ili centrifugiranjem.
  • Ultrazvučno proizveden biodizel je visokog kvaliteta i proizveden brzo, energetski efikasno i troškovno efikasno čuvajući metanol i katalizist.

Transesterifikacijska reakcija pomoću baznog katalizista:
Ulje / mast + alkohol → biodizel + glycerol

Upotreba metanola & Oporavak metanola

Metanol je ključna komponenta tokom proizvodnje biodizela. Ultrazvučno pogonjene biodizelske konverzije omogućava značajno smanjenu upotrebu metanola. Ako sada razmišljaš "Nije me briga za moju upotrebu metanola, pošto ga ionako oporavljam", možda ćeš preispitati i razmotriti eksorbitantne visoke troškove energije koji se odnose na korak isparavanja (npr. pomoću kolone za destilaciju), što je neophodno za odvajanje i recikliranje metanola.
Metanol se obično uklanja nakon što su biodizel i glicerin razdvojeni u dva sloja, sprečavajući reverzaciju reakcije. Metanol se zatim čisti i reciklira natrag na početak procesa. Proizvodeći biodizel putem ultrazvučno pogonjene esterifikacije i transesterifikacije, u mogućnosti ste dramatično smanjiti korištenje metanola, čime smanjujete eksorbitantne visoke energetske rashode za oporavak metanola. Upotreba Hielscher ultrazvučnih reaktora smanjuje traženu količinu višak metanola do 50%. Molarni omjer između 1:4 ili 1:4,5 (ulje : metanol) dovoljan je za većinu stoka, pri upotrebi Hielscher ultrazvučnog miješanja.

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

Ultrazvučna esterifikacija je pretreatment korak, koji je smanjio nisko-razreda feedstock visoko u FFAs u estri. U 2. koraku ultrazvučne transesterifikacije, trigliceride se pretvaraju u biodizel (FAME).

Informativni zahtev




Zabilježi naš Politika privatnosti.


Ultrazvučna povećana efikasnost konverzije biodizela – Naučno dokazano

Brojne istraživačke grupe istražile su mehanizam i efekte ultrazvučne transesterifikacije biodizela. Na primjer, istraživački tim Sebayan Darwina je pokazao da je ultrazvučna kavitacija povećala hemijsku aktivnost i stopu reakcija što je rezultiralo značajno povećanom formacijom estra. Ultrazvučna tehnika smanjila je vrijeme reakcije transesterifikacije na 5 minuta – u odnosu na 2 sata za mehaničku obradu miješanja. Konverzija triglicerida (TG) u FAME pod ultrazvukom dobila je 95,6929%wt sa metanolom u uljni molarni omjer 6:1 i 1%wt natrij hidroksida kao katalizista. (cf. Darwin et al. 2010)

Gholami et al. (2021) je pokazao superiornu efikasnost ultrazvučno asistiranog transesterifikacije biodizela u odnosu na mehaničku uznemirenost. Istraživački tim je stoga usporedio dvije biodizelske biljke zasnovane na konvencionalnom mehaničkom miješanju i ultrazvučnoj kavitaciji, koje su dizajnirane pomoću Aspen HYSYS V8.4. Ukupno ulaganje, troškovi proizvoda, neto sadašnja vrijednost, i interna stopa povrata korišteni su za usporedbu dva procesa – ultrasonicator i mehanicki strijer – jedno s drugim. Ukupno ulaganje u proces ultrazvučne kavitacije bilo je niže od onog u procesu mehaničkog miješanja za približno 20,8%. U poređenju sa konvencionalnim procesom, korištenje ultrazvučnih reaktora također je uzrokovalo smanjenje troškova proizvoda za 5,2%. Zbog pozitivne neto sadašnje vrijednosti i interne stope povrata od 18,3%, ultrazvučni proces kavitacije bio je bolji izbor. Štaviše, ultrazvučna kavitacija rezultirala je značajnim sniženjem i u trošene energije i u proizvodnji odlascima. Sveukupna potrošnja energije je smanjena za 6,9% kada je bila zaposlena ultrazvučna kavitacija. Količina otpad proizvedenog u procesu uz pomoć ultrazvuka bila je jedna petina od toga u mehaničkom procesu miješanja.

Ultrasonikatori srednje veličine i velikih razmjera za preradu biodizela

Hielscher Ultrazvuk’ snabdijeva male do srednje veličine kao i industrijske ultrazvučne procesore velikih razmjera za efikasnu proizvodnju biodizela na bilo koji volumen. Nudeći ultrazvučni sistem u bilo kojima razmjerima, Hielscher može ponuditi idealno rješenje kako za male proizvođače tako i za velike kompanije. Ultrazvučna konverzija biodizela može se raditi kao seronja ili kao kontinuirani inline proces. Instalacija i rad je jednostavan, siguran i daje pouzdano visoke izlaze vrhunskog kvaliteta biodizela.
U nastavku ćete pronaći preporučene postavke reaktora za niz proizvodnih stopa.

tona / sat
l / h
1x UIP500hdT
00,25-0,5
80-160
1x UIP1000hdT
00,5-1,0
160-320
1x UIP1500hdT
00,75-1,5
240-480
2x UIP1000hdT
1,0-2,0
320-640
2x UIP1500hdT
1,5-3,0
480-960
4x UIP1500hdT
3,0-6,0
960-1920
6x UIP1500hdT
4,5-9,0
1440-2880

Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!

Traži više informacija

Molimo koristite formular ispod da Zatražit dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Biće nam drago da diskutujemo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrazvučni sistem.









Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulgaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim skalama.



Književnost/reference


Činjenice vredi znati

Proizvodnja biodizela

Biodizel se proizvodi kada se trigyceridi pretvaraju u slobodni masni metil ester (FAME) putem hemijske reakcije poznate kao transesterifikacija. Tokom reakcije transesterifikacije, trigylceridi u povrtnim uljima ili životinjskim mastima reagiraju u prisustvu katalizista (npr. kalij hidroksid ili natrijev hidroksid) s primarnim alkoholom (npr. metanolom). U ovoj reakciji, alkil esteri se formiraju od stoke povrtnog ulja ili životinjske masti. Trigliceridi su gliceridi, u kojima je glicerol esterfikovan dugim lančanim kiselinama, poznatim kao masne kiseline. Ove masne kiseline su obilno prisutne u povrtnom ulju i životinjskim mastima. Budući da se biodizel može proizvoditi od različitih različitih stokova kao što su djevičanska povrćna ulja, otpadna ulja od povrća, korištena ulja za prženje, životinjske masti kao što su tallow i mast, količina slobodnih masnih kiselina (FFA) može se jako razlikuju. Procenat slobodnih masnih kiselina triglicerida je presudan faktor koji utiče na proces proizvodnje biodizela i rezultirajući kvalitet biodizela drastično. Velika količina slobodnih masnih kiselina može ometati proces konverzije i pogoršati konačni kvalitet biodizela. Glavni problem je što slobodne masne kiseline (FFA) reagiraju sa alkalnim katalizistima što rezultira formiranjem sapuna. Formiranje sapuna naknadno uzrokuje probleme sa odvajanjem glycerola. Stoga, stokovi koji sadrže visoke količine FFA-a uglavnom zahtijevaju predobradu ( nazovi esterifikacijsku reakciju), tokom koje se FFA-i pretvaraju u estere. Ultrasonication promovira obje reakcije, transesterifikaciju i esterifikaciju.

Hemijska reakcija esterifikacije

Esterifikacija je proces kombiniranja organske kiseline (RCOOH) s alkoholom (ROH) za formiranje estra (RCOOR) i vode.

Upotreba metanola u kiseloj esterifikaciji

Kada se esterifikacija kiseline koristi za smanjenje FFA u hrani, neposredne energetske zahtjeve su relativno niske. Međutim, voda se stvara tokom esterifikacije reakcije – stvarajući mokar, kiselinski metanol, koji se mora neutralizirati, osušiti i oporaviti. Ovaj proces oporavka metanola je skup.
Ako polazeći stokovi imaju 20 do 40 % ili čak i veći postotak FFA-a, možda će biti potrebno više koraka kako bi se one snizile na prihvatljive nivoe. To znači, još više kiselinski, mokar metanol se stvara. Nakon neutraliziranja kiselog metanola, sušenje zahtijeva destilaciju višestaga sa značajnim stopama refluksa, što rezultira vrlo visokim korištenjem energije.


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija u industrijske veličine.