Biodiesel ultraäänellä parannetun (trans)esterisaatio

Biodiesel syntetisoidaan transesteroimaan käyttämällä peruskatalysaattoria. Jos kuitenkin käytetään raaka-ainetta, kuten matala-alaisia kasvijätteitä, joiden rasvahappopitoisuus on korkea, tarvitaan kemiallinen esikäsittelyvaihe, jossa käytetään happokatatlystia. Ultrasonication ja sen sonokemialliset ja sonomekaaniset vaikutukset edistävät molempia reaktiotyyppejä ja lisäävät biodieselin muuntamisen tehokkuutta dramaattisesti. Ultraäänibiodieselin tuotanto on huomattavasti nopeampaa kuin perinteinen biodieselsynteesi, johtaa suurempaan biodieselin saantoon ja laatuun ja säästää reagenssia, kuten metanolia ja katalyyttiä.

Biodieselmuunnos Power Ultrasoundin avulla

Biodieselin rasvahappoesterit tuotetaan ylittämällä kasviöljyt sekä eläinrasvat (esim. tali). Transesteröintireaktion aikana glyserolikomponentti korvataan toisella alkoholilla, kuten metanolilla. Raaka-aineissa, joissa on runsaasti vapaita rasvahappoja, kuten kasviöljyjä, on esikäsiteltävä happoesterifikaatio saippuan muodostumisen välttämiseksi. Tämä happokatalyysiprosessi on hyvin hidas reaktio, kun se suoritetaan tavanomaisena erämenetelmänä. Ratkaisu hitaan esterointiprosessin nopeuttamiseen on tehon ultraääni. Sonikaatio parantaa merkittävästi reaktionopeutta, muuntamista ja biodieselin saantoa, kun suuren tehon ultraäänen sonokemialliset vaikutukset edistävät ja tehostavat happokatalyysiä. Ultraäänikavitaatio tarjoaa sonomekaanisia voimia eli korkeasaumaista sekoittamista sekä sonokemiallista energiaa. Nämä molemmat ultraäänivaikutukset (sonomekaaniset ja sonokemialliset) muuttavat happokatalysoidun esterikaamisen nopeaksi reaktioksi, joka vaatii vähemmän katalyyttiä.

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ultraäänisekoitus parantaa biodieselin muuntoastetta, lisää saantoa ja säästää ylimääräistä metanolia ja katalyyttiä. Kuvassa on 3x:n asennus UIP1000hdT (jokainen 1kW ultraääniteho) inline-prosessointiin.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Triglyseridien transesteroituminen biodieseliin (FAME) sonikaatiolla johtaa nopeutettuun reaktioon ja huomattavasti suurempaan tehokkuuteen.

Miten ultraääni biodiesel muuntaminen toimii?

Transesteroinnin eri faasien välinen ultrasonication (jota kutsutaan joskus myös alkoholissiksi) ja esterointi perustuu sekoittamisen tehostamiseen sekä lisääntyneeseen lämmön- ja massansiirtoon. Ultraäänisekoitus perustuu akustisen kavitoinnin periaatteeseen, joka tapahtuu nesteen luhistuvan tyhjiökuplan seurauksena. Akustiselle kavitaatiolle on ominaista korkeat leikkausvoimat ja turbulenssit sekä erittäin korkeapaine- ja lämpötilaerot. Nämä voimat edistävät transesteroitumisen / esteroitumisen kemiallista reaktiota ja tehostavat massan ja lämmön siirtoa, mikä parantaa biodieselin muuntamisen reaktiota merkittävästi.
Ultraäänien käyttö biodieselin muuntamisen aikana on tieteellisesti ja teollisesti todistettu parantavan prosessitehokkuutta. Prosessitehokkuuden paranemisen voidaan katsoa johtuvan energiankulutuksen ja käyttökustannusten vähenemisestä sekä alkoholin (eli metanolin) käytön vähenemisestä, katalysaattorin vähenemisestä ja reaktioajan merkittävästä lyhenemisesta. Lämmityksen energiakustannukset poistuvat, koska ulkoista lämmitystä ei vaadita. Lisäksi biodieselin ja glyserolin välinen faasierottelu on yksinkertaisempaa lyhyemmällä faasin erotusajalla. Tärkeä tekijä ultraäänen kaupallisessa käytössä biodieselin tuotannossa on yksinkertainen skaalaaminen mihin tahansa tilavuuteen, luotettava ja turvallinen toiminta sekä ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus (teollinen standardi, joka pystyy toteuttamaan jatkuvasti 24/7/365 täydellä kuormalla).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ultraääniteollinen järjestelmä virtauskenno inline biodiesel esterfication ja transesterointi.

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

Ultraääniesterifikaatio ja transesterointi voidaan suorittaa eränä tai jatkuvana inline-prosessina. Kaavio näyttää biodieselin (FAME) transesterfoinnin ultraääni-inline-prosessin.


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

Ultraääniesterifikaatio ja transesterointi voidaan suorittaa eränä tai jatkuvana inline-prosessina. Tämä kaavio näyttää biodieselin muuntamisen ultraäänieräprosessin.

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraäänellä avustettu kaksivaiheinen biodieselmuunnos happo- ja peruskatalysoitujen reaktiovaiheiden avulla

Runsaasti FFA-pitoisia raaka-aineita varten biodieselin tuotanto suoritetaan happo- tai peruskatalysoituna reaktiona kaksivaiheisessa prosessissa. Ultraääni edistää kahta reaktiotyyppiä, happokatalysoitua esterointia sekä peruskatalysoitua transesterointia:

Happokatalysoitu esterointi ultraäänellä

Jotta raaka-aineessa voidaan käsitellä liikaa vapaita rasvahappoja, tarvitaan esterointiprosessia. Rikkihappoa käytetään yleisesti happokatalysaattorina.

  • Valmistetaan raaka-aine suodattamalla ja jalostamalla epäsuotavuista aineista ja vedestä.
  • Liuotetaan katalyytti eli rikkihappo metanoliin. Katalyytin/metanolin ja raaka-aineiden syöttövirta lämmönvaihtimen ja staattisen sekoittimen kautta raakasekoituksen saamiseksi.
  • Katalyytin ja raaka-aineiden esiseos menee suoraan ultraäänireaktiokammioon, jossa erittäin hieno sekoitus ja sonokemia tulevat voimaan ja vapaat rasvahapot muunnetaan biodieseliksi.
  • Lopuksi, dewater tuote ja ruokkia sitä kaksi toisessa vaiheessa - ultraääni transesterointi. Hapan märkä metanoli on talteenotto-, kuivaus- ja neutralointivalmis uudelleenkäyttöä varten.
  • Erittäin korkeassa raaka-aineita sisältävässä FFA:ssa tarvitaan ehkä kierrätysasetus, jotta FFA voidaan laskea kohtuulliselle tasolle ennen transesteröimisvaihetta.

Esterointireaktio happokatalysaattorilla:
FFA + → Ester + Vesi

Peruskatalysoitu transesterointi ultraäänellä

Raaka-aine, jossa on nyt vain pieniä määriä FFA:ta, voidaan syöttää suoraan transesteröimisvaiheeseen. Yleisimmin natriumhydroksidia tai kaliumhydroksidia (NaOH, KOH) käytetään peruskatalysaattorina.

  • Katalyytti eli kaliumhydroksidi liuotetaan metanoliin ja syötetään katalyytin/ metanolin ja esikäsitellyn raaka-aineiden virtausta staattisen sekoittimen kautta raakaa esiseosta varten.
  • Syötä esiseos suoraan ultraäänireaktiokammioon kavitaatiota varten, joka on korkea leikkaus ja sonokemiallinen käsittely. Reaktion tuotteet ovat alkyyliesterit (eli biodiesel) ja glyseriini. Glyseriini voidaan erottaa asettumalla tai sentrifugoimalla.
  • Ultraäänellä tuotettu biodiesel on korkealaatuista ja valmistettu nopeasti, energiatehokkaasti ja kustannustehokkaasti metanolia ja katalyyttiä säästämällä.

Transesterointireaktio peruskatalysaattorilla:
Öljy / Rasva + → Biodiesel + Glyseroli

Metanolin käyttö & Metanolin talteenotto

Metanoli on keskeinen osa biodieselin tuotantoa. Ultraäänellä ajava biodieselmuunnos mahdollistaa metanolin käytön huomattavan vähenemisen. Jos nyt ajattelet "En välitä metanolin käytöstäni, koska saan sen joka tapauksessa talteen", saatat miettiä uudelleen ja harkita kohtuuttomia korkeita energiakustannuksia, jotka koskevat haihtumisvaihetta (esim. tislauspylvään avulla), joka on tarpeen metanolin erottamiseksi ja kierrättämiseksi.
Metanoli poistetaan yleensä sen jälkeen, kun biodiesel ja glyseriini on erotettu kahteen kerrokseen, mikä estää reaktioiden kääntymisen. Metanoli puhdistetaan ja kierrätetään takaisin prosessin alkuun. Biodieselin tuottaminen ultraäänellä tsteroimisen ja transesteroitumisen avulla pystyy vähentämään metanolin käyttöä dramaattisesti, mikä vähentää metanolin talteenottoon liittyviä kohtuuttomia suuria energiamenoja. Hielscherin ultraäänireaktoreiden käyttö vähentää tarvittavaa määrää ylimääräistä metanolia jopa 50%. Molaarinen suhde välillä 1:4 tai 1:4,5 (öljy : metanoli) riittää useimpiin raaka-aineisiin, kun käytetään Hielscherin ultraäänisekoitusta.

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

Ultraääniesterifikaatio on esihoitovaihe, joka vähensi matalalaatuista raaka-ainetta runsaasti FFA: ssa esteriksi. Ultraäänitransesterikauksen toisessa vaiheessa triglyseridit muunnetaan biodieseliksi (FAME).

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraääni lisääntynyt biodieselmuunnoksen tehokkuus – Tieteellisesti todistettu

Lukuisat tutkijat ovat tutkineet biodieselin ultraäänitransesterin mekanismia ja vaikutuksia. Esimerkiksi Sebayan Darwinin tutkimusryhmä osoitti, että ultraäänikavitaatio lisäsi kemiallista aktiivisuutta ja reaktiota, mikä johti merkittävästi lisääntyneeseen esterin muodostumiseen. Ultraäänitekniikka lyhensi transesterointireaktioaikaa 5 minuuttiin – verrattuna 2 tuntiin mekaanisen sekoittamisen käsittelyssä. Triglyseridin (TG) muuntaminen FAME:ksi ultrasonication-liuoksella sai 95,6929%wt metanolin ja öljyn molaarisen suhteen ollessa 6:1 ja 1%wt natriumhydroksidin katalysaattorina. (vrt. Darwin ym. 2010)

Gholami et al. (2021) osoitti ultraäänellä avustetun biodieseltransesteroitumisen ylivoimaisen tehokkuuden mekaaniseen kiihtymykseen verrattuna. Tutkimusryhmä vertailikin kahta biodiesellaitosta, jotka perustuivat perinteiseen mekaaniseen sekoittamiseen ja ultraäänikavitaatioon ja jotka suunniteltiin Aspen HYSYS V8.4:llä. Kahden prosessin vertailussa käytettiin kokonaisinvestointeja, tuotteiden kustannuksia, nettonysarvoa ja sisäistä tuottoastetta – ultraääni ja mekaaninen strirrer – Toistemme kanssa. Ultraäänikavitaatioprosessiin investoitu kokonaisinvestointi oli pienempi kuin mekaanisen sekoitusprosessin noin 20,8%. Tavanomaiseen prosessiin verrattuna ultraäänireaktoreiden käyttö aiheutti myös tuotteiden kustannusten ajaumisen 5,2 prosenttia. Positiivisen nettonyväysarvon ja 18,3 prosentin sisäisen tuottoasteen vuoksi ultraäänikavitaatioprosessi oli parempi valinta. Lisäksi ultraäänikavitaatio johti sekä kulutettavan energian että jätteiden tuotannon merkittävään vähenemiseen. Kokonaisenergiankulutus pieneni 6,9 %, kun käytettiin ultraäänikavitaatiota. Ultraääniavusteisen prosessin aikana syntyvän jätteen määrä oli viidennes mekaanisen sekoittamisen jätteistä.

Keskikokoiset ja laajat ultraääniastiat biodieselkäsittelyyn

Hielscher Ultrasonics’ toimittaa pienistä keskikokoisiin sekä suurikokoisiin teollisiin ultraääniprosessoriin biodieselin tehokkaaseen tuotantoon missä tahansa tilavuudesta. Hielscher tarjoaa ultraäänijärjestelmän missä tahansa mittakaavassa, ja se voi tarjota ihanteellisen ratkaisun sekä pienille tuottajille että suurille yrityksille. Ultraäänibiodieselmuunnos voidaan käyttää eränä tai jatkuvana inline-prosessina. Asennus ja käyttö on yksinkertaista, turvallista ja antaa luotettavasti korkeat tuotokset erinomaisesta biodieselin laadusta.
Alta löydät suositellut reaktoriasetukset eri tuotantomäärille.

tonni / h
gal / h
1x UIP500hdT
0.25 - 0,5
80 - 160
1x UIP1000hdT
0.5 - 1.0
160 - 320
1x UIP1500hdT
0.75 - 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

Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisä tietoja

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja ultraääniprosessoreista, sovelluksista ja hinnasta. Olemme iloisia voidessamme keskustella prosessista kanssasi ja tarjota sinulle ultraäänijärjestelmä, joka täyttää vaatimuksesi!









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


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

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomygenisoijia sovellusten sekoittamiseen, dispersiointiin, emulgointiin ja uuttamiseen laboratoriossa, pilotissa ja teollisessa mittakaavassa.



Kirjallisuus / Referenssit


Tosiasiat, jotka kannattaa tietää

Biodieselin tuotanto

Biodieseliä syntyy, kun trigyseridit muunnetaan vapaaksi rasvametyyliesteriksi (FAME) transesteroitumisena tunnetun kemiallisen reaktion kautta. Transesteroitumisreaktion aikana kasviöljyjen tai eläinrasvojen trigylceridit reagoivat katalyytin (esim. kaliumhydroksidin tai natriumhydroksidin) läsnäollessa primaarialkoholin (esim. metanolin) kanssa. Tässä reaktiossa alkyyliesterit muodostuvat kasviöljyn tai eläinrasvan raaka-aineesta. Triglyseridit ovat glyseridejä, joissa glyseroli on esterfioitu pitkäketjuisten happojen kanssa, joita kutsutaan rasvahapoksi. Näitä rasvahappoja on runsaasti kasviöljyssä ja eläinrasvoissa. Koska biodieseliä voidaan tuottaa erilaisista raaka-aineista, kuten neitseellisistä kasviöljyistä, kasviöljyjä, käytettyjä paistoöljyjä, eläinrasvoja, kuten talia ja laardia, vapaiden rasvahappojen määrä voi vaihdella voimakkaasti. Triglyseridien vapaiden rasvahappojen prosenttiosuus on ratkaiseva tekijä, joka vaikuttaa biodieselin tuotantoprosessiin ja siitä johtuvaan biodieselin laatuun voimakkaasti. Suuri määrä vapaita rasvahappoja voi häiritä muuntamisprosessia ja heikentää lopullista biodieselin laatua. Suurin ongelma on, että vapaat rasvahapot reagoivat alkalikatalyyttien kanssa, mikä johtaa saippuan muodostumiseen. Saippuan muodostuminen aiheuttaa myöhemmin glyserolin erotteluongelmia. Sen vuoksi suuria määriä FFA:ta sisältävät raaka-aineet vaativat enimmäkseen esikäsittelemistä (ns. esteratsastusreaktio), jonka aikana FFA:t muunnetaan estereiksi. Ultrasonication edistää sekä reaktioita, transesterointia että esterointia.

Esterificationin kemiallinen reaktio

Esterointi on prosessi, jossa orgaaninen happo (RCOOH) yhdistetään alkoholiin (ROH) kipsin (RCOOR) ja veden muodostamiseksi.

Metanoli Käyttö happamassa esterointiin

Kun happoesterifikaatiota käytetään raaka-aineiden FFA:iden vähentämiseen, välittömät energiatarpeet ovat suhteellisen alhaiset. Esterointireaktion aikana syntyy kuitenkin vettä – luodaan märkää, hapanta metanolia, joka on neutraloitava, kuivattava ja otettava talteen. Tämä metanolin talteenottoprosessi on kallis.
Jos lähtöraaka-aineiden osuus FFA:sta on 20–40 prosenttia tai jopa suurempi, niiden laskemiseksi hyväksyttävälle tasolle voi olla tarpeen useita vaiheita. Tämä tarkoittaa, että syntyy vielä happamampaa, märkää metanolia. Happaman metanolin neutraloinnin jälkeen kuivaus vaatii monivaiheista tislausta, jossa on merkittäviä refluksiasteita, mikä johtaa erittäin korkeaan energiankulutukseen.


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 valmistaa korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.