Biodiesel via ultralyd forbedret (Trans-)Esterification

Biodiesel syntetiseres via transesterificering ved hjælp af en base-katalysator. Hvis råmaterialet såsom lavkvalitetsaffaldsgrøntsager med et højt indhold af frie fedtsyrer anvendes, kræves der imidlertid et kemisk forbehandlingstrin for esterificering ved hjælp af en syrekatte. Ultralydbehandling og dens sonokemiske og sonomekaniske virkninger bidrager til både reaktionstyper og øge effektiviteten af biodiesel konvertering dramatisk. Ultralyd biodiesel produktion er betydeligt hurtigere end den konventionelle biodiesel syntese, resulterer i højere biodiesel udbytte og kvalitet og sparer reagenser såsom methanol og katalysator.

Biodiesel Konvertering ved hjælp af Power Ultralyd

Til biodiesel produceres fedtsyreestere ved transesterificering af vegetabilske olier såvel som af animalske fedtstoffer (f.eks. talg). Under transesterificeringsreaktionen erstattes glycerolkomponenten af en anden alkohol, såsom methanol. Råvarer med et højt indhold af frie fedtsyrer, f.eks. Denne syre katalyseproces er en meget langsom reaktion, når den udføres som konventionel batchmetode. Løsningen til at fremskynde den langsomme esterificeringsproces er anvendelsen af effekt ultralyd. Sonikering opnår en betydelig forbedring i reaktionshastighed, konvertering og biodiesel udbytte som de sonokemiske virkninger af high-power ultralyd fremme og intensivere syre katalyse. Ultralydkavitation giver sonomekaniske kræfter, dvs. blanding med høj forskydning samt sonokemisk energi. Disse begge typer ultralydspåvirkning (sonomekanisk og sonokemisk) forvandler den syrekatalyserede esterificering til en hurtig reaktion, der kræver mindre katalysator.

Transesterificering af triglycerider til biodiesel (FAME) ved hjælp af sonikering resulterer i accelereret reaktion og betydeligt højere effektivitet.

Hvordan virker ultralyd biodiesel konvertering arbejde?

Ultralydbehandling mellem forskellige faser i transesterificeringen (også undertiden kaldet alkoholyse) og esterificering er baseret på forbedring af blanding samt på øget varme og masseoverførsel. Ultralydblanding er baseret på princippet om akustisk kavitation, som opstår som følge af imploderende vakuumbobler i væsken. Akustisk kavitation er kendetegnet ved høje forskydningskræfter og turbulenser samt meget høje tryk- og temperaturforskelle. Disse kræfter fremmer den kemiske reaktion af transesterificering / esterificering og intensiverer masse- og varmeoverførsel og forbedrer derved reaktionen af biodieselkonvertering betydeligt.
Anvendelsen af ultralyd under biodiesel konvertering er videnskabeligt og industrielt bevist at forbedre proceseffektiviteten. Forbedringen af proceseffektiviteten kan tilskrives reduceret energiforbrug og driftsomkostninger og reduceret brug af alkohol (dvs. methanol), mindre katalysator og betydeligt kortere reaktionstid. Energiomkostninger til opvarmning elimineres, da der ikke er noget krav til ekstern opvarmning. Derudover er faseadskillelse mellem biodiesel og glycerol enklere med en kortere faseadskillelsestid. En vigtig faktor for den kommercielle brug af ultralyd i biodiesel produktion er den enkle opskalering til ethvert volumen, den pålidelige og sikker drift samt robusthed og pålidelighed ultralyd udstyr (industriel standard, i stand til at køre kontinuerligt 24/7/365 under fuld belastning).

Ultralyd industrielle system med flow celle for inline biodiesel esterfication og transesterificering.

Ultralyd-Assisteret To Trin Biodiesel Konvertering Anvendelse Acid-og Base-Katalyseret Reaktion Steps

For råmaterialer med et højt FFA-indhold udføres biodieselproduktionen som syre eller base-katalyseret reaktion i en totrinsproces. Ultralyd bidrager med to begge typer reaktioner, den syre-katalyseret esterificering samt base-katalyseret transesterificering:

Syre-katalyseret esterificering ved hjælp af ultralyd

For at behandle et overskud af frie fedtsyrer i råvaren er processen med esterificering nødvendig. Svovlsyre er almindeligt anvendt som syre katalysator.

• Forbered råvare ved filtrering og raffinering fra forurenende stoffer og vand.
• Opløs katalysatoren, nemlig svovlsyre, i methanol. Tilførselsstrøm af katalysator/ methanol og råvare gennem en varmeveksler og en statisk mixer for at opnå en rå forblanding.
• Forblandingen af katalysator og råvare går direkte ind i ultralydsreaktionskammeret, hvor den ultrafine blanding og sonochemistry træder i kraft, og de frie fedtsyrer omdannes til biodiesel.
• Endelig afvande produktet og fodre det to anden fase - ultralyd transesterificering. Den sure våde methanol er efter genopretning, tørring og neutraliziation klar til genbrug.
• For meget høje FFA indeholder råvarer, en recirkulering setup måske forpligtet til at sænke FFA til et rimeligt niveau før transesterificering trin.

Esterificeringsreaktion ved hjælp af en syrekatalysator:
FFA + Alkohol → Ester + Vand

Base-katalyseret transesterificering ved hjælp af ultralyd

Råvaren, som nu kun har små mængder FFA'er, kan direkte føres til transesterificeringsfasen. Mest almindeligt natriumhydroxid eller kaliumhydroxid (NaOH, KOH) bruges som base katalysator.

• Katalysatoren, nemlig kaliumhydroxid, opløses i methanol og tilføres katalysator- og methanolstrømme og forbehandlet råvare gennem en statisk mixer for at opnå en rå forblanding.
• Foder forblandingen direkte ind i ultralydsreaktionskammeret til den kavitationelle blanding med høj forskydning og den sonokemiske behandling. Produkterne fra denne reaktion er alkylestere (dvs. biodiesel) og glycerin. Glycerin kan adskilles ved at slå sig ned eller ved centrifugering.
• Den ultralydsproducerede biodiesel er af høj kvalitet og fremstilles hurtigt, energieffektivt og omkostningseffektivt ved at spare methanol og katalysator.

Transesterificeringsreaktion ved hjælp af en basekatalysator:
Olie / Fedt + Alkohol → Biodiesel + Glycerol

Brug af methanol & Methanol Recovery

Methanol er en vigtig komponent under biodiesel produktion. Den ultralydsdrevne biodieselkonvertering giver mulighed for en betydeligt reduceret brug af methanol. Hvis du nu tænker "Jeg er ligeglad med min methanol brug, da jeg inddrive det alligevel", kan du re-tænke og overveje de ublu høje energiomkostninger, der gælder for fordampning trin (f.eks ved hjælp af en destillation kolonne), som er nødvendig for at adskille og genbruge methanol.
Methanol er normalt fjernes efter biodiesel og glycerin er blevet opdelt i to lag, forhindrer reaktion vending. Methanolen rengøres derefter og genbruges tilbage til begyndelsen af processen. Producerer biodiesel via ultralyd-drevet esterificering og transesterificering, du er i stand til at reducere din methanol brug dramatisk, og dermed reducere ublu høje energiforbrug for methanol opsving. Brugen af Hielscher ultralydsreaktorer reducerer den nødvendige mængde overskydende methanol med op til 50%. Et molarforhold mellem 1:4 eller 1:4.5 (olie : methanol) er tilstrækkeligt for de fleste råmaterialer, når der bruges Hielscher ultralydsblanding.

Ultralyd Øget Biodiesel Konvertering Effektivitet – Videnskabeligt bevist

Talrige forsker gruppe har undersøgt mekanismen og virkningerne af ultralyd transesterificering af biodiesel. For eksempel viste forskerholdet i Sebayan Darwin, at ultralydkavitation øgede den kemiske aktivitet og reaktionshastighed, hvilket resulterede i en signifikant øget esterdannelse. Ultralydsteknikken reducerede transesterificeringens reaktionstid til 5 minutter – i forhold til 2 timer til mekanisk omrøring. Omdannelse af triglycerid (TG) til FAME under ultralydbehandling opnået 95,6929%wt med et methanol til oliemolarforhold på 6:1 og 1%wt natriumhydroxid som katalysator. (jf.

Mellemstore og store ultralydsapparater til biodieselbehandling

Hielscher Ultralyd’ leverer små til mellemstore såvel som store industrielle ultralydsprocessorer til effektiv produktion af biodiesel ved ethvert volumen. Hielscher tilbyder ultralydssystem i enhver skala og kan tilbyde den ideelle løsning til både små producenter og store virksomheder. Ultralyd biodiesel konvertering kan betjenes som parti eller som kontinuerlig inline proces. Installationen og driften er enkel, sikker og giver pålideligt høje output af overlegen biodiesel kvalitet.
Nedenfor finder du anbefalede reaktoropsætninger til en række produktionshastigheder.