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.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ultralydblanding forbedrer biodieselkonverteringsfrekvensen, øger udbyttet og sparer overskydende methanol og katalysator. Billedet viser installationen af 3x UIP1000hdT (hver 1kW ultralydseffekt) til inline-behandling.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

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).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

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

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

Ultralydesterificering og transesterificering kan køres som batch eller kontinuerlig inline-proces. Diagrammet viser ultralyd inline proces for biodiesel (FAME) transesterfication.


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

Ultralydesterificering og transesterificering kan køres som batch eller kontinuerlig inline-proces. Dette diagram viser ultralyd batch proces for biodiesel konvertering.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


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.

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

Ultralydsesterificering er et forbehandlingstrin, som reducerede lavkvalitets råvare højt i FFAs til estere. I det andet trin af ultralydstransesterificering omdannes triglycerider til biodiesel (FAME).

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


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.

Gholami et al. (2021) demonstrerede den overlegne effektivitet af ultralydassisteret biodieseltransesterificering i forhold til mekanisk agitation. Forskerholdet sammenlignede derfor to biodieselanlæg baseret på den konventionelle mekaniske omrøring og ultralydkavitation, som blev designet ved hjælp af Aspen HYSYS V8.4. De samlede investeringer, produktomkostninger, nutidsværdi og intern forrentning blev anvendt til at sammenligne de to processer – ultralydsmotor og mekanisk strirrer – med hinanden. Den samlede investering i ultralydskavitationsprocessen var lavere end den mekaniske omrøringsproces med ca. 20,8%. Sammenlignet med den konventionelle proces forårsagede brugen af ultralydsreaktorer også, at produkternes omkostninger blev reduceret med 5,2%. På grund af en positiv nutidsværdi og et internt afkast på 18,3% var ultralydskavitationsprocessen et bedre valg. Desuden resulterede ultralydkavitation i et meningsfuldt fald i både forbrugt energi og produktion af affald. Det samlede energiforbrug blev reduceret med 6,9%, når ultralyd kavitation var ansat. Mængden af affald produceret i ultralydsassisteret proces var en femtedel af det i den mekaniske omrøringsproces.

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.

ton / time
gal / time
1x UIP500hdT
0.25 til 0,5
80 til 160
1x UIP1000hdT
0.5 til 1,0
160 til 320
1x UIP1500hdT
0.75 til 1,5
240 til 480
2x UIP1000hdT
1,0 til 2,0
320 til 640
2x UIP1500hdT
1,5 til 3,0
480 til 960
4X UIP1500hdT
3,0 til 6,0
960 til 1920
6x UIP1500hdT
4,5 til 9,0
1440 til 2880

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


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

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydhomogenisatorer til blanding af applikationer, dispersion, emulgering og udvinding på laboratorium, pilot og industriel skala.



Litteratur / Referencer


Fakta Værd at vide

Biodieselproduktion

Biodiesel produceres, når trigycerider omdannes til fri fed methylester (FAME) via en kemisk reaktion kendt som transesterificering. Under transesterificeringens reaktion reagerer trigylcerider i vegetabilske olier eller animalske fedtstoffer i tilstedeværelse af en katalysator (f.eks. kaliumhydroxid eller natriumhydroxid) med en primær alkohol (f.eks. methanol). I denne reaktion dannes alkylestere fra råvaren af vegetabilsk olie eller animalsk fedt. Triglycerider er glycerider, hvor glycerol er esterfied med lange kædesyrer, kendt som fedtsyrer. Disse fedtsyrer er rigeligt til stede i vegetabilsk olie og animalsk fedt. Da biodiesel kan fremstilles af forskellige råvarer såsom jomfruelige vegetabilske olier, affald vegetabilske olier, der anvendes stegning olier, animalsk fedt såsom talg og svinefedt, mængden af frie fedtsyrer (FFAs) kan variere kraftigt. Procentdelen af frie fedtsyrer af triglycerider er en afgørende faktor, der påvirker biodiesel produktionsprocessen og den deraf følgende biodiesel kvalitet drastisk. En høj mængde af frie fedtsyrer kan forstyrre konverteringsprocessen og forringe den endelige biodiesel kvalitet. Det største problem er, at frie fedtsyrer (FFAs) reagerer med alkali katalysatorer resulterer i dannelsen af sæbe. Sæbedannelse forårsager efterfølgende glyceroladskillelsesproblemer. Derfor kræver råmaterialer, der indeholder store mængder FFA'er, for det meste en forbehandling ( en såkaldt esterificeringsreaktion), hvor FFA'erne omdannes til estere. Ultralydbehandling fremmer både reaktioner, transesterificering og esterificering.

Kemisk reaktion af Esterificering

Esterificering er processen med at kombinere en organisk syre (RCOOH) med en alkohol (ROH) til at danne en ester (RCOOR) og vand.

Methanol Brug i sure Esterification

Når syreesterificering anvendes til at reducere MFA'er i råmaterialer, er de umiddelbare energibehov relativt lave. Der skabes dog vand under esterificeringsreaktionen – skabe våd, sur methanol, som skal neutraliseres, tørres og genvindes. Denne methanol opsving proces er dyrt.
Hvis startråvarer har 20-40 % eller endnu højere procentdele af FFA'er, kan det være nødvendigt med flere trin for at bringe dem ned på et acceptabelt niveau. Det betyder, at der skabes endnu mere sur, våd methanol. Efter neutralisering af den sure methanol kræver tørring multistagedestillation med betydelige tilbagesvalingshastigheder, hvilket resulterer i meget højt energiforbrug.


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 fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.