અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સુધારેલા (ટ્રાન્સ-)એસ્ટરીકરણ દ્વારા બાયોડીઝલ
ક્ષાર ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ દ્વારા બાયોડીઝલનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. જોકે, મુક્ત ફેટી એસિડનું ઊંચું પ્રમાણ ધરાવતા હલકી ગુણવત્તાના વપરાયેલા વનસ્પતિ તેલ જેવી કાચી સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે, અમ્લ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને એસ્ટરીકરણનું રાસાયણિક પૂર્વપ્રક્રિયા પગલું જરૂરી બને છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને તેની સોનોકેમિકલ તથા સોનોમિકેનિકલ અસરો બંને પ્રકારની પ્રતિક્રિયાઓમાં ફાળો આપે છે અને બાયોડીઝલ રૂપાંતરણની કાર્યક્ષમતામાં ખૂબ મોટો વધારો કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ ઉત્પાદન પરંપરાગત બાયોડીઝલ સંશ્લેષણ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ ઝડપી હોય છે, તેનાથી બાયોડીઝલની વધુ ઉપજ અને ઊંચી ગુણવત્તા મળે છે તથા મિથેનોલ અને ઉત્પ્રેરક જેવા અભિકર્મકોની બચત થાય છે.
ઉચ્ચ શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને બાયોડીઝલનું રૂપાંતરણ
બાયોડીઝલ માટે, વનસ્પતિ તેલ તેમજ પ્રાણીજ ચરબી (દા.ત., ટેલો)ના ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ દ્વારા ફેટી એસિડ એસ્ટરોનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે. ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન, ગ્લિસરોલ ઘટકનું સ્થાન મિથેનોલ જેવા અન્ય આલ્કોહોલ દ્વારા લેવામાં આવે છે. મુક્ત ફેટી એસિડનું ઊંચું પ્રમાણ ધરાવતા કાચા માલ, દા.ત., વપરાયેલા વનસ્પતિ તેલ (WVO), માટે સાબુનું નિર્માણ ટાળવા અમ્લીય એસ્ટરીકરણની પૂર્વપ્રક્રિયા જરૂરી હોય છે. પરંપરાગત બેચ પદ્ધતિથી કરવામાં આવે ત્યારે આ અમ્લ ઉત્પ્રેરણ પ્રક્રિયા ખૂબ ધીમી પ્રતિક્રિયા હોય છે. ધીમી એસ્ટરીકરણ પ્રક્રિયાને ઝડપી બનાવવાનો ઉકેલ ઉચ્ચ શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ છે. ઉચ્ચ શક્તિના અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સોનોકેમિકલ અસરો અમ્લ ઉત્પ્રેરણને પ્રોત્સાહન આપે છે અને તીવ્ર બનાવે છે, તેથી સોનિકેશન પ્રતિક્રિયાની ઝડપ, રૂપાંતરણ અને બાયોડીઝલની ઉપજમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન સોનોમિકેનિકલ બળો, એટલે કે ઉચ્ચ કર્તનવાળું મિશ્રણ, તેમજ સોનોકેમિકલ ઊર્જા પૂરી પાડે છે. આ બંને પ્રકારની અલ્ટ્રાસોનિક અસરો (સોનોમિકેનિકલ અને સોનોકેમિકલ) અમ્લ ઉત્પ્રેરિત એસ્ટરીકરણને ઓછા ઉત્પ્રેરકની જરૂર પડતી ઝડપી પ્રતિક્રિયામાં ફેરવે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ બાયોડીઝલના રૂપાંતરણ દરમાં સુધારો કરે છે, ઉપજ વધારે છે અને વધારાના મિથેનોલ તથા ઉત્પ્રેરકની બચત કરે છે. ચિત્રમાં 3x UIP1000hdT (દરેકની અલ્ટ્રાસાઉન્ડ શક્તિ 1kW)નું ઇનલાઇન પ્રક્રિયા માટેનું સ્થાપન દર્શાવવામાં આવ્યું છે.
અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ રૂપાંતરણ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?
ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ (જેને ક્યારેક આલ્કોહોલિસિસ પણ કહેવામાં આવે છે) અને એસ્ટરીકરણમાં વિવિધ પ્રાવસ્થાઓ વચ્ચેનું અલ્ટ્રાસોનિકેશન મિશ્રણમાં સુધારો તેમજ ઉષ્મા અને દ્રવ્યના વધેલા સ્થાનાંતરણ પર આધારિત છે. અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ ધ્વનિક કેવિટેશનના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે, જે પ્રવાહીમાં નિર્વાત પરપોટાના અંદરની તરફ ધસી પડવાથી સર્જાય છે. ઉચ્ચ કર્તન બળો અને પ્રક્ષુબ્ધતા, તેમજ દબાણ અને તાપમાનના ખૂબ મોટા તફાવતો ધ્વનિક કેવિટેશનની વિશેષતાઓ છે. આ બળો ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ / એસ્ટરીકરણની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપે છે અને દ્રવ્ય તથા ઉષ્માના સ્થાનાંતરણને તીવ્ર બનાવે છે, જેનાથી બાયોડીઝલ રૂપાંતરણની પ્રતિક્રિયામાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે.
સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સનું બાયોડીઝલ (FAME)માં ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ કરવાથી પ્રતિક્રિયા ઝડપી બને છે અને નોંધપાત્ર રીતે વધુ ઊંચી કાર્યક્ષમતા મળે છે.
બાયોડીઝલ રૂપાંતરણ દરમિયાન અલ્ટ્રાસોનિક્સનો ઉપયોગ પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે તે વૈજ્ઞાનિક અને ઔદ્યોગિક રીતે સાબિત થયું છે. પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતામાં આ સુધારો ઊર્જા વપરાશ અને સંચાલન ખર્ચમાં ઘટાડો, આલ્કોહોલ (એટલે કે, મિથેનોલ)નો ઓછો ઉપયોગ, ઓછા ઉત્પ્રેરકની જરૂરિયાત અને પ્રતિક્રિયાના સમયમાં નોંધપાત્ર ઘટાડાને આભારી છે. બાહ્ય ગરમીની જરૂર પડતી ન હોવાથી ગરમ કરવા માટેનો ઊર્જા ખર્ચ દૂર થાય છે. વધુમાં, બાયોડીઝલ અને ગ્લિસરોલ વચ્ચેનું પ્રાવસ્થા વિભાજન વધુ સરળ બને છે અને તેના માટે ઓછો સમય લાગે છે. બાયોડીઝલ ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડના વ્યાવસાયિક ઉપયોગ માટે એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ એ છે કે તેને સરળતાથી કોઈપણ જથ્થા સુધી વિસ્તારી શકાય છે, તેનું સંચાલન વિશ્વસનીય અને સુરક્ષિત હોય છે તથા અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો મજબૂત અને વિશ્વસનીય હોય છે (ઔદ્યોગિક ધોરણનાં, સંપૂર્ણ ભાર હેઠળ સતત 24/7/365 ચાલવા સક્ષમ).
ઇનલાઇન બાયોડીઝલ એસ્ટરીકરણ અને ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ માટે ફ્લો સેલ ધરાવતી અલ્ટ્રાસોનિક ઔદ્યોગિક પ્રણાલી.
અલ્ટ્રાસોનિક એસ્ટરીકરણ અને ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ બેચ પ્રક્રિયા તરીકે અથવા સતત ઇનલાઇન પ્રક્રિયા તરીકે ચલાવી શકાય છે. આ આલેખ બાયોડીઝલ (FAME)ના ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ માટેની અલ્ટ્રાસોનિક ઇનલાઇન પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક એસ્ટરીકરણ અને ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ બેચ પ્રક્રિયા તરીકે અથવા સતત ઇનલાઇન પ્રક્રિયા તરીકે ચલાવી શકાય છે. આ આલેખ બાયોડીઝલ રૂપાંતરણ માટેની અલ્ટ્રાસોનિક બેચ પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
અમ્લ અને ક્ષાર દ્વારા ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયાના તબક્કાઓનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસોનિક સહાયથી બે તબક્કામાં બાયોડીઝલનું રૂપાંતરણ
FFAનું પ્રમાણ ઊંચું હોય તેવા કાચા માલ માટે, બાયોડીઝલનું ઉત્પાદન બે તબક્કાની પ્રક્રિયામાં અમ્લ અથવા ક્ષાર દ્વારા ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયા તરીકે કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ બંને પ્રકારની પ્રતિક્રિયાઓમાં, એટલે કે અમ્લ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત એસ્ટરીકરણ તેમજ ક્ષાર દ્વારા ઉત્પ્રેરિત ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણમાં, યોગદાન આપે છે:
અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને અમ્લ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત એસ્ટરીકરણ
કાચા માલમાં રહેલા મુક્ત ચરબીય અમ્લોના અતિરેકની સારવાર માટે એસ્ટરીકરણની પ્રક્રિયા જરૂરી છે. સલ્ફ્યુરિક અમ્લનો સામાન્ય રીતે અમ્લ ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
- ગાળણ અને શુદ્ધીકરણ દ્વારા દૂષકો અને પાણી દૂર કરીને કાચો માલ તૈયાર કરો.
- ઉત્પ્રેરક, એટલે કે સલ્ફ્યુરિક અમ્લને, મિથેનોલમાં ઓગાળો. પ્રાથમિક પૂર્વમિશ્રણ મેળવવા માટે ઉત્પ્રેરક/ મિથેનોલનો પ્રવાહ અને કાચો માલ ઉષ્મા વિનિમાયક અને સ્થિર મિશ્રકમાંથી પસાર કરો.
- ઉત્પ્રેરક અને કાચા માલનું પૂર્વમિશ્રણ સીધું અલ્ટ્રાસોનિક પ્રતિક્રિયા કક્ષમાં જાય છે, જ્યાં અતિસૂક્ષ્મ મિશ્રણ અને સોનોકેમિસ્ટ્રી અસર કરે છે અને મુક્ત ચરબીય અમ્લોનું બાયોડીઝલમાં રૂપાંતરણ થાય છે.
- અંતે, ઉત્પાદમાંથી પાણી દૂર કરો અને તેને બીજા તબક્કામાં – અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણમાં – મોકલો. અમ્લીય ભીનું મિથેનોલ પુનઃપ્રાપ્તિ, સૂકવણી અને તટસ્થીકરણ પછી ફરીથી ઉપયોગ માટે તૈયાર થાય છે.
- FFAનું પ્રમાણ ખૂબ ઊંચું હોય તેવા કાચા માલ માટે, ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણના તબક્કા પહેલાં FFAનું પ્રમાણ વાજબી સ્તર સુધી ઘટાડવા માટે પુનઃપરિભ્રમણ વ્યવસ્થાની જરૂર પડી શકે છે.
અમ્લ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને એસ્ટરીકરણની પ્રતિક્રિયા:
FFA + આલ્કોહોલ → એસ્ટર + પાણી
અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સુધારેલા, અમ્લ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત FFAsના એસ્ટરીકરણ વિશે વધુ વાંચો!
અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને ક્ષાર દ્વારા ઉત્પ્રેરિત ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ
કાચા માલમાં હવે માત્ર થોડી માત્રામાં FFAs હોય છે, તેથી તેને સીધો ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણના તબક્કામાં મોકલી શકાય છે. સૌથી સામાન્ય રીતે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અથવા પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH, KOH)નો ક્ષાર ઉત્પ્રેરક તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
- ઉત્પ્રેરક, એટલે કે પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડને, મિથેનોલમાં ઓગાળો અને પ્રાથમિક પૂર્વમિશ્રણ મેળવવા માટે ઉત્પ્રેરક/ મિથેનોલ અને પૂર્વપ્રક્રિયા કરેલા કાચા માલના પ્રવાહોને સ્થિર મિશ્રકમાંથી પસાર કરો.
- કેવિટેશનથી થતા ઊંચા કતરણબળવાળા મિશ્રણ અને સોનોકેમિકલ ઉપચાર માટે પૂર્વમિશ્રણને સીધું અલ્ટ્રાસોનિક પ્રતિક્રિયા કક્ષમાં મોકલો. આ પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદો આલ્કિલ એસ્ટરો (એટલે કે બાયોડીઝલ) અને ગ્લિસરિન છે. ગ્લિસરિનને સ્થિર રાખીને અલગ પડવા દઈને અથવા કેન્દ્રત્યાગન દ્વારા અલગ કરી શકાય છે.
- અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઉત્પાદિત બાયોડીઝલ ઉચ્ચ ગુણવત્તાનું હોય છે અને મિથેનોલ તથા ઉત્પ્રેરકની બચત કરીને તેનું ઉત્પાદન ઝડપથી, ઊર્જા અને ખર્ચની દૃષ્ટિએ કાર્યક્ષમ રીતે કરવામાં આવે છે.
ક્ષાર ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણની પ્રતિક્રિયા:
તેલ / ચરબી + આલ્કોહોલ → બાયોડીઝલ + ગ્લિસરોલ
મિથેનોલનો ઉપયોગ અને મિથેનોલની પુનઃપ્રાપ્તિ
બાયોડીઝલના ઉત્પાદન દરમિયાન મિથેનોલ એક મુખ્ય ઘટક છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સંચાલિત બાયોડીઝલ રૂપાંતરણથી મિથેનોલનો ઉપયોગ નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકાય છે. જો તમે અત્યારે એવું વિચારી રહ્યા હો કે “મને મારા મિથેનોલના ઉપયોગની પરવા નથી, કારણ કે હું તેને ગમે તેમ કરીને પાછું મેળવી લઉં છું”, તો તમે ફરી વિચાર કરી શકો છો અને બાષ્પીભવનના તબક્કામાં (દા.ત. નિસ્યંદન સ્તંભનો ઉપયોગ કરતી વખતે) થતા અતિશય ઊંચા ઊર્જાખર્ચને ધ્યાનમાં લઈ શકો છો; મિથેનોલને અલગ કરવા અને ફરીથી ઉપયોગમાં લેવા માટે આ તબક્કો જરૂરી છે.
બાયોડીઝલ અને ગ્લિસરિન બે સ્તરોમાં અલગ થયા પછી સામાન્ય રીતે મિથેનોલ દૂર કરવામાં આવે છે, જેથી પ્રતિક્રિયા વિપરીત દિશામાં થતી અટકે છે. ત્યારબાદ મિથેનોલને શુદ્ધ કરીને પ્રક્રિયાની શરૂઆતમાં ફરીથી ઉપયોગ માટે મોકલવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સંચાલિત એસ્ટરીકરણ અને ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ દ્વારા બાયોડીઝલનું ઉત્પાદન કરીને તમે મિથેનોલનો ઉપયોગ મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડી શકો છો, જેથી મિથેનોલની પુનઃપ્રાપ્તિ માટેનો અતિશય ઊંચો ઊર્જાખર્ચ ઘટે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરોનો ઉપયોગ કરવાથી જરૂરી વધારાના મિથેનોલની માત્રામાં 50% સુધીનો ઘટાડો થાય છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણનો ઉપયોગ કરતી વખતે, મોટાભાગના કાચા માલ માટે 1:4 થી 1:4.5 વચ્ચેનો મોલર ગુણોત્તર (તેલ : મિથેનોલ) પૂરતો હોય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક એસ્ટરીકરણ એ પૂર્વઉપચારનું એક પગલું છે, જેમાં FFAsનું ઊંચું પ્રમાણ ધરાવતા નીચી ગુણવત્તાના કાચા માલનું એસ્ટરોમાં રૂપાંતર થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણના 2જા પગલામાં, ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સનું બાયોડીઝલ (FAME)માં રૂપાંતર થાય છે.
અલ્ટ્રાસોનિક્સથી વધેલી બાયોડીઝલ રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા – વૈજ્ઞાનિક રીતે પ્રમાણિત
અનેક સંશોધક જૂથોએ બાયોડીઝલના અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણની કાર્યપદ્ધતિ અને અસરોની તપાસ કરી છે. ઉદાહરણ તરીકે, Sebayan Darwinની સંશોધક ટીમે દર્શાવ્યું કે અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશનથી રાસાયણિક સક્રિયતા અને પ્રતિક્રિયા દર વધ્યાં, જેના પરિણામે એસ્ટરની રચનામાં નોંધપાત્ર વધારો થયો. અલ્ટ્રાસોનિક તકનીકે ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણની પ્રતિક્રિયાનો સમય ઘટાડીને 5 મિનિટ કર્યો – જ્યારે યાંત્રિક હલાવવાની પ્રક્રિયામાં 2 કલાક લાગતા હતા. અલ્ટ્રાસોનિકેશન હેઠળ, મિથેનોલ અને તેલનો મોલર ગુણોત્તર 6:1 રાખીને અને ઉત્પ્રેરક તરીકે 1%wt સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરીને, ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ (TG)નું FAMEમાં 95.6929%wt રૂપાંતર પ્રાપ્ત થયું. (જુઓ Darwin et al. 2010)
બાયોડીઝલ પ્રોસેસિંગ માટે મધ્યમ કદના અને મોટા પાયાના અલ્ટ્રાસોનિકેટરો
Hielscher Ultrasonics કોઈપણ જથ્થામાં બાયોડીઝલના કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન માટે નાનાથી મધ્યમ કદના તેમજ મોટા પાયાના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો પૂરા પાડે છે. કોઈપણ પાયે અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો પૂરી પાડીને, Hielscher નાના ઉત્પાદકો અને મોટી કંપનીઓ બંને માટે આદર્શ ઉકેલ આપી શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ રૂપાંતર બેચ પ્રક્રિયા તરીકે અથવા સતત ઇનલાઇન પ્રક્રિયા તરીકે ચલાવી શકાય છે. સ્થાપન અને સંચાલન સરળ તથા સલામત છે અને તે શ્રેષ્ઠ ગુણવત્તાના બાયોડીઝલનું વિશ્વસનીય રીતે ઊંચું ઉત્પાદન આપે છે.
નીચે તમને વિવિધ ઉત્પાદન દરો માટે ભલામણ કરેલી રિએક્ટર ગોઠવણો મળશે.
|
ton/hr
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT |
0.25 થી 0.5
|
80 થી 160
|
| 1x UIP1000hdT |
0.5 થી 1.0
|
160 થી 320
|
| 1x UIP1500hdT |
0.75 થી 1.5
|
240 થી 480
|
| 2x UIP1000hdT |
1.0 થી 2.0
|
320 થી 640
|
| 2x UIP1500hdT |
1.5 થી 3.0
|
480 થી 960
|
| 4x UIP1500hdT |
3.0 થી 6.0
|
960 થી 1920
|
| 6x UIP1500hdT |
4.5 થી 9.0
|
1440 થી 2880
|
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળા, પાઇલટ અને ઔદ્યોગિક પાયે મિશ્રણના ઉપયોગો, વિક્ષેપન, ઇમલ્સીકરણ અને નિષ્કર્ષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરોનું ઉત્પાદન કરે છે.
સાહિત્ય / સંદર્ભો
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
- Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrason Sonochem. 2010 Jun; 17(5): 839-44.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
- Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
બાયોડીઝલ ઉત્પાદન
જ્યારે ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ તરીકે ઓળખાતી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા દ્વારા ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સનું મુક્ત ફેટી એસિડના મિથાઇલ એસ્ટર (FAME)માં રૂપાંતરણ થાય છે ત્યારે બાયોડીઝલ બને છે. ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણની પ્રતિક્રિયા દરમિયાન વનસ્પતિ તેલ અથવા પ્રાણીજ ચરબીમાં રહેલા ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સ ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં (દા.ત., પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અથવા સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ) પ્રાથમિક આલ્કોહોલ (દા.ત., મિથેનોલ) સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે. આ પ્રતિક્રિયામાં વનસ્પતિ તેલ અથવા પ્રાણીજ ચરબીના કાચા માલમાંથી આલ્કાઇલ એસ્ટર્સ બને છે. ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સ એવા ગ્લિસરાઇડ્સ છે, જેમાં ગ્લિસરોલનું ફેટી એસિડ્સ તરીકે ઓળખાતા લાંબી શૃંખલાવાળા એસિડ્સ સાથે એસ્ટરીકરણ થયેલું હોય છે. આ ફેટી એસિડ્સ વનસ્પતિ તેલ અને પ્રાણીજ ચરબીમાં પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોય છે. બાયોડીઝલનું ઉત્પાદન બિનવપરાયેલાં વનસ્પતિ તેલ, નકામાં વનસ્પતિ તેલ, તળવા માટે વપરાયેલાં તેલ અને ટેલો તથા ડુક્કરની ચરબી જેવી પ્રાણીજ ચરબી સહિતના વિવિધ કાચા માલમાંથી થઈ શકતું હોવાથી મુક્ત ફેટી એસિડ્સ (FFAs)નું પ્રમાણ ઘણું બદલાઈ શકે છે. ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સના મુક્ત ફેટી એસિડ્સની ટકાવારી એક નિર્ણાયક પરિબળ છે, જે બાયોડીઝલની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અને પરિણામી બાયોડીઝલની ગુણવત્તાને ભારે અસર કરે છે. મુક્ત ફેટી એસિડ્સનું ઊંચું પ્રમાણ રૂપાંતરણ પ્રક્રિયામાં અવરોધ ઊભો કરી શકે છે અને અંતિમ બાયોડીઝલની ગુણવત્તા બગાડી શકે છે. મુખ્ય સમસ્યા એ છે કે મુક્ત ફેટી એસિડ્સ (FFAs) આલ્કલી ઉત્પ્રેરકો સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને સાબુ બનાવે છે. ત્યારબાદ સાબુનું નિર્માણ ગ્લિસરોલને અલગ કરવામાં સમસ્યાઓ ઊભી કરે છે. તેથી, FFAsનું ઊંચું પ્રમાણ ધરાવતા કાચા માલને મોટેભાગે પૂર્વમાવજતની (એસ્ટરીકરણ પ્રતિક્રિયા તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયાની) જરૂર પડે છે, જે દરમિયાન FFAsનું એસ્ટર્સમાં રૂપાંતરણ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ અને એસ્ટરીકરણ બંને પ્રતિક્રિયાઓને પ્રોત્સાહન આપે છે.
એસ્ટરીકરણની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા
એસ્ટરીકરણ એ કાર્બનિક એસિડ (RCOOH)ને આલ્કોહોલ (ROH) સાથે સંયોજિત કરીને એસ્ટર (RCOOR) અને પાણી બનાવવાની પ્રક્રિયા છે.
અમ્લીય એસ્ટરીકરણમાં મિથેનોલનો ઉપયોગ
જ્યારે કાચા માલમાં FFAs ઘટાડવા માટે અમ્લીય એસ્ટરીકરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તાત્કાલિક ઊર્જાની જરૂરિયાતો પ્રમાણમાં ઓછી હોય છે. જોકે, એસ્ટરીકરણની પ્રતિક્રિયા દરમિયાન પાણી બને છે – પરિણામે પાણીયુક્ત, અમ્લીય મિથેનોલ બને છે, જેને તટસ્થ કરવું, સૂકવવું અને પુનઃપ્રાપ્ત કરવું જરૂરી છે. મિથેનોલની આ પુનઃપ્રાપ્તિ પ્રક્રિયા ખર્ચાળ છે.
જો પ્રારંભિક કાચા માલમાં FFAsનું પ્રમાણ 20 થી 40 % અથવા તેનાથી પણ વધુ હોય, તો તેને સ્વીકાર્ય સ્તરે લાવવા માટે અનેક તબક્કાઓ જરૂરી થઈ શકે છે. આનો અર્થ એ છે કે હજી વધુ અમ્લીય, પાણીયુક્ત મિથેનોલ બને છે. અમ્લીય મિથેનોલને તટસ્થ કર્યા પછી, તેને સૂકવવા માટે નોંધપાત્ર રિફ્લક્સ દરો સાથે બહુતબક્કીય નિસ્યંદનની જરૂર પડે છે, જેના પરિણામે ઊર્જાનો ખૂબ વધારે ઉપયોગ થાય છે.
બાયોડીઝલના ઉત્પાદન માટે કયાં તેલ વપરાય છે?
બાયોડીઝલના ઉત્પાદન માટે વપરાતાં તેલમાં સોયાબીન, રેપસીડ (કેનોલા), સૂર્યમુખી, પામ તેલ અને વપરાઈ ચૂકેલા કોફીના ભૂકામાંથી મેળવેલા તેલ જેવાં વનસ્પતિ તેલ તેમજ ટેલો અને ડુક્કરની ચરબી જેવી પ્રાણીજ ચરબીનો સમાવેશ થાય છે. રસોઈમાં વપરાયેલાં તેલ અને વપરાઈ ચૂકેલા કોફીના ભૂકામાંથી નિષ્કર્ષિત તેલ સહિતનાં નકામાં તેલનો પણ સામાન્ય રીતે ઉપયોગ થાય છે. મુખ્યત્વે ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સથી બનેલાં આ તેલ આલ્કોહોલ સાથે ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ દ્વારા ફેટી એસિડ મિથાઇલ એસ્ટર્સ (FAME) ઉત્પન્ન કરે છે, જે બાયોડીઝલ બનાવતાં રાસાયણિક સંયોજનો છે. સોનિકેશન ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગોના ઉપયોગ દ્વારા ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ પ્રક્રિયાને વધુ અસરકારક બનાવીને નકામાં તેલનું બાયોડીઝલમાં રૂપાંતરણ સુધારે છે. નકામાં તેલમાં ઘણીવાર અશુદ્ધિઓ અને મુક્ત ફેટી એસિડ્સનું વધુ પ્રમાણ હોય છે; સોનિકેશન આ અશુદ્ધિઓને વિઘટિત કરવામાં મદદ કરે છે અને પ્રતિક્રિયકોનું મિશ્રણ સુધારે છે. પરિણામે, ઓછી ગુણવત્તાવાળા કાચા માલ સાથે પણ પ્રતિક્રિયાના દર વધે છે, પ્રતિક્રિયાનો સમય ઘટે છે અને બાયોડીઝલની ઉપજ વધે છે. સોનિકેશન ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ અને ઊર્જાનો વપરાશ ઘટાડવાનું પણ શક્ય બનાવે છે, જેનાથી નકામાં તેલનું બાયોડીઝલમાં રૂપાંતરણ વધુ કાર્યક્ષમ અને ખર્ચની દૃષ્ટિએ અસરકારક બને છે.
સોનિકેશન વપરાઈ ચૂકેલા કોફીના ભૂકામાંથી તેલના નિષ્કર્ષણને અને આ તેલના બાયોડીઝલમાં ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણને કેવી રીતે તીવ્ર બનાવે છે તે વિશે વધુ વાંચો!
Hielscher Ultrasonics પ્રયોગશાળાના કદથી લઈને ઔદ્યોગિક કદ સુધીના ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર્સ બનાવે છે.