ביודיזל מסונתז באמצעות טרנססטריזציה באמצעות זרז בסיס. עם זאת, אם חומר הגלם כגון ירק פסולת בדרגה נמוכה עם תוכן חומצות שומן חינם גבוהה משמשים, שלב כימי טרום טיפול של esterification באמצעות חומצה-catatlyst נדרש. Ultrasonication ואת ההשפעות sonochemical ו sonomechanical שלה לתרום שני סוגי התגובה ולהגדיל את היעילות של המרה ביודיזל באופן דרמטי. ייצור ביודיזל אולטרה סאונד הוא מהיר יותר באופן משמעותי מאשר סינתזת ביודיזל קונבנציונאלי, תוצאות תשואה ביודיזל גבוהה ואיכות ושומר ריאגנטים כגון מתנול זרז.

המרת ביודיזל באמצעות אולטרסאונד כוח

עבור ביודיזל, אסטרים של חומצות שומן מיוצרים על ידי טרנסאסטריזציה של שמנים צמחיים, כמו גם של שומנים מן החי (למשל, tallow). במהלך תגובת transesterification, רכיב גליצרול מוחלף על ידי אלכוהול אחר, כגון מתנול. Feedstocks עם תוכן גבוה של חומצות שומן חינם, למשל פסולת שמנים צמחיים (WVO), דורשים טיפול מקדים של esterification חומצה על מנת למנוע היווצרות סבון. תהליך קטליזה חומצי זה הוא תגובה איטית מאוד, כאשר מבוצע כשיטת אצווה קונבנציונלית. הפתרון להאצת תהליך esterification איטי הוא היישום של אולטרסאונד כוח. Sonication משיגה שיפור משמעותי במהירות התגובה, המרה ותפוקת ביודיזל כמו ההשפעות הסונוכימיות של אולטרסאונד בהספק גבוה לקדם ולהעצים את קטליזה חומצה. cavitation אולטרה סאונד מספק כוחות sonomechanical, כלומר ערבוב גזירה גבוהה, כמו גם אנרגיה sonochemical. שני סוגים אלה של השפעה קולית (sonomechanical ו sonochemical) להפוך את esterification חומצה מזורז לתגובה מהירה הדורשת פחות זרז.

כיצד פועלת המרת ביודיזל אולטרה סאונד?

Ultrasonication בין שלבים שונים transesterification (המכונה גם לפעמים אלכוהוליזיס ) ו esterification מבוסס על שיפור של ערבוב, כמו גם על חום מוגבר והעברת מסה. ערבוב אולטרה סאונד מבוסס על העיקרון של cavitation אקוסטי, אשר מתרחשת כתוצאה של קריסה בועות ואקום בנוזל. cavitation אקוסטי מאופיין על ידי כוחות גזירה גבוהה מערבולות, כמו גם לחץ גבוה מאוד הפרשי טמפרטורה. כוחות אלה מקדמים את התגובה הכימית של transesterification / esterification ולהגביר את העברת המסה והחום, ובכך לשפר את התגובה של המרה ביודיזל באופן משמעותי.

Transesterification של טריגליצרידים לתוך ביודיזל (תהילה) באמצעות תוצאות sonication בתגובה מואצת ויעילות גבוהה משמעותית.

היישום של אולטרסוניקה במהלך המרת ביודיזל הוכח מדעית ותעשייתית כדי לשפר את יעילות התהליך. השיפור ביעילות התהליך ניתן לייחס לצריכת אנרגיה מופחתת ועלויות תפעול, ולצמצום השימוש באלכוהול (כלומר, מתנול), פחות זרז וקיצור משמעותי של זמן התגובה. עלות האנרגיה לחימום מבוטלת מכיוון שאין דרישה לחימום חיצוני. בנוסף, הפרדת פאזה בין ביודיזל לגליצרול היא פשוטה יותר עם זמן הפרדת פאזה קצר יותר. גורם חשוב לשימוש מסחרי של אולטרסאונד בייצור ביודיזל הוא קנה המידה הפשוט עד כל נפח, הפעולה האמינה והבטוחה, כמו גם את החוסן והאמינות של הציוד הקולי (תקן תעשייתי, מסוגל לרוץ ברציפות 24/7/365 תחת עומס מלא).

מערכת תעשייתית אולטרה סאונד עם תא זרימה עבור עיקור ביודיזל מוטבע transesterification.

אולטרה סאונד בסיוע שני שלבים ביודיזל המרה החלת חומצה- ובסיס-זרז צעדי תגובה

עבור feedstocks עם תוכן FFA גבוה, ייצור ביודיזל מתבצעת כמו חומצה או תגובה מזורזת בסיס בתהליך שני שלבים. אולטראסאונד תורם שני סוגים של תגובות, esterification חומצה מזורזת, כמו גם טרנסאסטריזציה מזורז הבסיס:

עיקור מזורז בחומצה באמצעות אולטראסאונד

כדי לטפל עודף של חומצות שומן חינם ב feedstock, תהליך של esterification יש צורך. חומצה גופרתית משמשת בדרך כלל כזרז חומצי.

• הכינו את המזון על ידי סינון וזיקוק ממזהמים ומים.
• להמיס את הזרז, כלומר חומצה גופרתית, במתנול. זרם הזנה של זרז / מתנול ואת ההזנה באמצעות מחליף חום מערבל סטטי כדי להשיג תערובת מראש גס.
• תערובת מראש של זרז feedstock הולך ישירות לתוך תא התגובה הקולי, שבו ערבוב אולטרה בסדר sonochemistry להיכנס לתוקף וחומצות שומן חינם מומרים ביודיזל.
• לבסוף, הורידו את המים מהמוצר והזינו אותו לשלב השני – הטרנסאסטריפיקציה העל-קולית. המתנול הרטוב החומצי הוא לאחר התאוששות, ייבוש ונטרול מוכן לשימוש חוזר.
• עבור FFA גבוה מאוד המכיל feedstocks, התקנה recirculation אולי נדרש כדי להוריד את FFA לרמה סבירה לפני שלב transesterification.

תגובת Esterification באמצעות זרז חומצה:
FFA + אלכוהול → אסתר + מים

טרנססטריזציה בסיסית-מזורזת באמצעות אולטראסאונד

את ההזנה, שכעת יש בה רק כמויות קטנות של FFAs, ניתן להזין ישירות לשלב הטרנס-אסטריזציה. הנפוץ ביותר נתרן הידרוקסידי או אשלגן הידרוקסיד (NaOH, KOH) משמש זרז בסיס.

• להמיס את הזרז, כלומר אשלגן הידרוקסיד, במתנול ולהאכיל את הזרמים של זרז / מתנול ומזון pretreated דרך מערבל סטטי כדי להשיג תערובת מראש גס.
• להאכיל את מראש לערבב ישירות לתוך תא התגובה הקולי עבור ערבוב גזירה גבוהה cavitational ואת הטיפול sonochemical. המוצרים של תגובה זו הם אסטרים אלקיל (כלומר, ביודיזל) וגליצרין. ניתן להפריד את הגליצרין על ידי התיישבות או על ידי צנטריפוגה.
• ביודיזל המיוצר באולטרסאונד הוא באיכות גבוהה ומיוצר מהיר, חסכוני באנרגיה וחסכוני על ידי חיסכון מתנול זרז.

תגובת טרנס-אסטריזציה באמצעות זרז בסיסי:
שמן / שומן + אלכוהול → ביודיזל + גליצרול

שימוש במתנול & שחזור מתנול

מתנול הוא מרכיב מרכזי במהלך ייצור ביודיזל. ההמרה ביודיזל מונע באולטרסאונד מאפשר שימוש מופחת באופן משמעותי של מתנול. אם אתם חושבים עכשיו "לא אכפת לי מהשימוש שלי במתנול, כי אני משחזר אותו בכל מקרה", אתם עשויים לחשוב מחדש ולשקול את עלות האנרגיה הגבוהה המופיעה החלה על שלב האידוי (למשל באמצעות עמודת זיקוק), הנחוצה כדי להפריד ולמחזר את המתנול.
מתנול מוסר בדרך כלל לאחר ביודיזל וגליצרין הופרדו לשתי שכבות, מניעת היפוך תגובה. לאחר מכן מנקים את המתנול וממוחזרים בחזרה לתחילת התהליך. הפקת ביודיזל באמצעות esterification מונחה באולטרסאונד וטרנססטריפיקציה, אתה יכול להפחית את השימוש במתנול שלך באופן דרמטי, ובכך להפחית את ההוצאה מופקע אנרגיה גבוהה להתאוששות מתנול. השימוש בכורים אולטראסאונד Hielscher מפחית את הסכום הנדרש מתנול עודף על ידי עד 50%. יחס טוחן בין 1:4 או 1:4.5 (שמן : מתנול) מספיק עבור רוב feedstock, בעת שימוש ערבוב אולטראסאונד Hielscher.

אולטרה סאונד מוגברת ביודיזל המרה יעילות – מוכח מדעית

קבוצת חוקרים רבים חקרו את המנגנון ואת ההשפעות של transesterification קולי של ביודיזל. לדוגמה, צוות המחקר של סביאן דרווין הראה כי cavitation קולי גדל הפעילות הכימית ואת שיעור התגובה וכתוצאה מכך היווצרות אסתר גדל באופן משמעותי. הטכניקה הקולית הפחיתה את זמן התגובה של טרנסאסטריזציה ל -5 דקות – בהשוואה לשעתיים לעיבוד ערבוב מכני. המרה של טריגליצרידים (TG) לתהילה תחת ultrasonication הושג 95.6929% wt עם מתנול ליחס טוחנת שמן של 6:1 ו 1%wt נתרן הידרוקסידי כזרז. (cf. דרווין ואח ' 2010)

אולטרה סאונד בגודל בינוני ובקנה מידה גדול לעיבוד ביודיזל

Hielscher אולטרסוניקה’ מספקת מעבדים אולטרה סאונד תעשייתיים בקנה מידה קטן עד בינוני, כמו גם בקנה מידה גדול לייצור יעיל של ביודיזל בכל נפח. מציע מערכת קולית בכל קנה מידה, Hielscher יכול להציע את הפתרון האידיאלי עבור יצרנים קטנים וחברות גדולות. המרה ביודיזל אולטרה סאונד יכול להיות מופעל כמו אצווה או כתהליך מוטבע מתמשך. ההתקנה והתפעול הם פשוטים, בטוחים ומעניקים תפוקות גבוהות ואמינות של איכות ביודיזל מעולה.
להלן תמצאו הגדרות כור מומלצות עבור מגוון של קצבי ייצור.