Biodizel putem ultrazvučno poboljšane (trans)esterifikacije

Biodizel se sintetizira putem transesterifikacije pomoću osnovnog katalizatora. Međutim, ako se koristi sirovina kao što je nisko kvalitetno otpadno povrće s visokim sadržajem masnih kiselina bez šećera, potreban je kemijski korak pred-obrade esterifikacije pomoću kiselog katatalista. Ultrazvukcija i njezini sonokemijski i sonomehanički učinci doprinose i vrstama reakcija i dramatično povećavaju učinkovitost pretvorbe biodizela. Ultrazvučna proizvodnja biodizela znatno je brža od konvencionalne sinteze biodizela, rezultira većim prinosom i kvalitetom biodizela te štedi reagense poput metanola i katalizatora.

Pretvorba biodizela pomoću ultrazvuka snage

Za biodizel, esteratori masnih kiselina proizvode se transesterifikacijom biljnih ulja, kao i životinjskih masti (npr. Tijekom transesterifikacijske reakcije, komponenta glicerola zamjenjuje se drugim alkoholom, kao što je metanol. Sirovina s visokim sadržajem slobodnih masnih kiselina, npr. Ovaj proces katalize kiseline je vrlo spora reakcija, kada se provodi kao konvencionalna metoda serije. Rješenje za ubrzavanje sporog procesa esterifikacije je primjena ultrazvuka snage. Sonikacija postiže značajno poboljšanje brzine reakcije, konverzije i prinosa biodizela jer sonokemijski učinci ultrazvuka velike snage potiču i pojačavaju katalizu kiseline. Ultrazvučna kavijacija pruža sonomehaničke sile, odnosno miješanje visokih smicanja, kao i sonokemijsku energiju. Ove obje vrste ultrazvučnog utjecaja (sonomehanički i sonokemijski) pretvaraju acid-kataliziranu esterifikaciju u brzu reakciju koja zahtijeva manje katalizatora.

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ultrazvuk miješanje poboljšava stopu pretvorbe biodizela, povećava prinos i štedi višak metanola i katalizatora. Slika prikazuje instalaciju 3x UIP1000hdT (svaka ultrazvučna snaga od 1kW) za obradu linije.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterifikacija triglicerida u biodizel (FAME) pomoću sonikacije rezultira ubrzanom reakcijom i znatno većom učinkovitošću.

Kako funkcionira ultrazvučna pretvorba biodizela?

Ultrazvukcija između različitih faza u transesterifikaciji (koja se ponekad naziva i alkoholna) i esterifikacija temelji se na poboljšanju miješanja, kao i na povećanoj toplini i prijenosu mase. Ultrazvučno miješanje temelji se na principu akustične karitacije, koja nastaje kao posljedica implodiranja vakuumskih mjehurića u tekućini. Akustičnu kavitiju karakteriziraju sile visokog smicanja i turbulencije, kao i vrlo visoki tlak i temperaturni diferencijali. Te sile potiču kemijsku reakciju transesterifikacije / esterifikacije i intenziviraju prijenos mase i topline, čime se značajno poboljšava reakcija konverzije biodizela.
Primjena ultrazvuka tijekom pretvorbe biodizela znanstveno je i industrijski dokazano da poboljšava učinkovitost procesa. Poboljšanje procesne učinkovitosti može se pripisati smanjenoj potrošnji energije i operativnim troškovima, te smanjenoj uporabi alkohola (odnosno metanola), manjem katalizatoru i značajno skraćenom vremenu reakcije. Energetski troškovi grijanja se ukidaju jer ne postoji potreba za vanjskim grijanjem. Osim toga, faza odvajanje između biodizela i glikerol je jednostavnije s kraćim fazama odvajanja. Važan čimbenik za komercijalnu uporabu ultrazvuka u proizvodnji biodizela je jednostavno skaliranje do bilo kojeg volumena, pouzdan i siguran rad, kao i robusnost i pouzdanost ultrazvučne opreme (industrijski standard, sposoban neprekidno raditi 24/7/365 pod punim opterećenjem).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ultrazvučni industrijski sustav s protočnim stanicama za inline biodizelsku esterficaciju i transesterifikaciju.

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

Ultrazvučna esterifikacija i transesterifikacija mogu se pokrenuti kao serija ili kontinuirani inline proces. Grafikon prikazuje ultrazvučni inline proces transesterficacije biodizela (FAME).


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

Ultrazvučna esterifikacija i transesterifikacija mogu se pokrenuti kao serija ili kontinuirani inline proces. Ovaj grafikon prikazuje ultrazvučni proces serije za pretvorbu biodizela.

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrazvučni potpomognuta pretvorba biodizela u dva koraka primjene koraka reakcije kiselinom i baznom katalizom

Za sirovina s visokim ffa sadržajem, proizvodnja biodizela provodi se kao kiselina ili bazno katalized reakcija u procesu u dvije faze. Ultrazvuk doprinosi dvije vrste reakcija, esterifikaciji kataliziranoj kiselinom, kao i bazno-kataliziranoj transesterifikaciji:

Acid-katalized esterifikacija pomoću ultrazvuka

Za liječenje viška slobodnih masnih kiselina u sirovinama potreban je proces esterifikacije. Sumporna kiselina se obično koristi kao kiseli katalizator.

  • Pripremite sirovina filtriranjem i rafiniranjem od zagađivača i vode.
  • Otopite katalizator, odnosno sumpornu kiselinu, u metanolu. Feed stream katalizatora / metanola i sirovine kroz izmjenjivač topline i statički mikser za dobivanje sirove pre-mix.
  • Pre-mix katalizatora i sirovina ide izravno u ultrazvučnu reakcijsku komoru, gdje ultra-fino miješanje i sonokemija stupaju na snagu, a slobodne masne kiseline pretvaraju se u biodizel.
  • Konačno, dewater proizvod i hraniti ga dva drugi stadij – ultrazvučna transesterifikacija. Kiseli mokri metanol je nakon oporavka, sušenja i neutralizacije spreman za ponovnu pomoć.
  • Za vrlo visoku FFA koja sadrži sirovina, postavljanje recirkulacije možda je potrebno da se FFA spusti na razumnu razinu prije koraka transesterifikacije.

Reakcija esterifikacije pomoću kiselog katalizatora:
FFA + Alkohol → Ester + Voda

Bazno katalizirana transesterifikacija pomoću ultrazvuka

Sirovina, koja sada ima samo male količine FFA-a, može se izravno hraniti u fazu transesterifikacije. Najčešće se natrijev hidroksid ili kalijev hidroksid (NaOH, KOH) koristi kao osnovni katalizator.

  • Otopite katalizator, odnosno kalijev hidroksid, u metanolu i nahranite potocima katalizatora/metanola i prethodno ispružene sirovine kroz statičku miješalicu kako biste dobili sirovu pre-mix.
  • Prethodno umiješajte izravno u ultrazvučnu reakcijsku komoru za miješanje kavijacije i sonokemijsko liječenje. Proizvodi ove reakcije su alkil epseri (odnosno biodizel) i glikerin. Glicerin se može odvojiti naseljavanjem ili centrifugiranjem.
  • Ultrazvučni biodizel je visoke kvalitete i proizveden brzo, energetski učinkovit i isplativ uštedom metanola i katalizatora.

Transesterifikacija reakcija pomoću osnovnog katalizatora:
Ulje / Masnoća + Alkohol → Biodiesel + Glycerol

Upotreba metanola & Oporavak metanola

Metanol je ključna komponenta tijekom proizvodnje biodizela. Ultrazvučni pogon biodizel pretvorbe omogućuje značajno smanjenu uporabu metanola. Ako sada razmišljate "Nije me briga za moju upotrebu metanola, budući da ga ionako oporavljam", mogli biste ponovno razmisliti i razmotriti pretjerane visoke troškove energije koji se primjenjuju za korak isparavanja (npr. pomoću stupca za destilaciju), koji je potreban za odvajanje i recikliranje metanola.
Metanol se obično uklanja nakon što su biodizel i glicerin odvojeni u dva sloja, sprječavajući preokret reakcije. Metanol se zatim čisti i reciklira natrag na početak procesa. Proizvodnjom biodizela ultrazvučno vođenom esterifikacijom i transesterifikacijom, možete dramatično smanjiti upotrebu metanola, čime se smanjuju pretjerani visoki izdaci energije za oporavak metanola. Korištenje Hielscher ultrazvučnih reaktora smanjuje potrebnu količinu viška metanola do 50%. Omjer kutnjaka između 1:4 ili 1:4.5 (ulje : metanol) dovoljan je za većinu sirovina, kada se koristi Hielscher ultrazvučno miješanje.

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

Ultrazvučna esterifikacija je korak predtretmenta, koji je smanjio niskokvalitetnu sirovina visoko u FFA u esterers. U 2. koraku ultrazvučne transesterifikacije trigliceridi se pretvaraju u biodizel (FAME).

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrazvučna povećana učinkovitost pretvorbe biodizela – Znanstveno dokazano

Brojne istraživačske skupine istražile su mehanizam i učinke ultrazvučne transesterifikacije biodizela. Na primjer, istraživački tim Sebayan Darwina pokazao je da ultrazvučna karitacija povećava kemijsku aktivnost i brzinu reakcije što rezultira značajno povećanim stvaranjem estera. Ultrazvučna tehnika smanjila je vrijeme transesterifikacijske reakcije na 5 minuta – u usporedbi s 2 sata za mehaničku obradu miješanja. Pretvorba triglicerida (TG) u FAME pod ultrazvukom dobila je 95.6929%wt s omjerom metanola i ulja molara od 6:1 i 1%wt natrijevog hidroksida kao katalizatora. (cf. Darwin i dr. 2010.)

Ultraosotori srednje veličine i velikih razmjera za obradu biodizela

Hielscher Ultrasonics’ isporučuje male do srednje veličine, kao i velike industrijske ultrazvučne procesore za učinkovitu proizvodnju biodizela na bilo kojem volumenu. Nudeći ultrazvučni sustav u bilo kojoj mjeri, Hielscher može ponuditi idealno rješenje i za male proizvođače i za velike tvrtke. Ultrazvučna pretvorba biodizela može se raditi kao serija ili kao kontinuirani inline proces. Instalacija i rad je jednostavan, siguran i daje pouzdano visoke rezultate vrhunske kvalitete biodizela.
U nastavku ćete pronaći preporučene postavke reaktora za niz stopa proizvodnje.

tona / sat
gal / hr
1x UIP500hdT
00,25-0,5
80-160
1x UIP1000hdT
00,5-1,0
160-320
1x UIP1500hdT
00,75-1,5
240-480
2x UIP1000hdT
1,0 do 2,0
320-640
2x UIP1500hdT
1,5-3,0
480-960
4x UIP1500hdT
3.0 do 6.0
960-1920
6x UIP1500hdT
4,5-9,0
1440-2880

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Zatražite dodatne informacije

Molimo koristite obrazac u nastavku kako biste zatražili dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, aplikacijama i cijeni. Rado ćemo razgovarati o vašem procesu s vama i ponuditi vam ultrazvučni sustav koji zadovoljava vaše zahtjeve!









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.



Književnost / Reference


Činjenice koje vrijedi znati

Biodizel Proizvodnja

Biodizel se proizvodi kada se trigyceridi pretvaraju u slobodni masni metil ester (FAME) kemijskom reakcijom poznatom kao transesterifikacija. Tijekom reakcije transesterifikacije, trigilceridi u biljnim uljima ili životinjskim mastima reagiraju u prisutnosti katalizatora (npr. kalijev hidroksid ili natrijev hidroksid) s primarnim alkoholom (npr. metanol). U ovoj reakciji, alkil esteri nastaju iz sirovina biljnog ulja ili životinjske masti. Trigliceridi su gliceridi, u kojima je glicerol esterfied s dugim lančanim kiselinama, poznat kao masne kiseline. Ove masne kiseline su obilno prisutne u biljnom ulju i životinjskim mastima. Budući da se biodizel može proizvesti iz različitih sirovina kao što su djevičanska biljna ulja, otpadna biljna ulja, korištena ulja za prženje, životinjske masti kao što su loja i mast, količina slobodnih masnih kiselina (FFA) može uvelike varirati. Postotak slobodnih masnih kiselina triglicerida ključan je čimbenik koji drastično utječe na proces proizvodnje biodizela i dobivenu kvalitetu biodizela. Velika količina slobodnih masnih kiselina može ometati proces pretvorbe i pogoršati konačnu kvalitetu biodizela. Glavni problem je u tome što slobodne masne kiseline (FFA) reagiraju s alkalijskim katalizatorima što rezultira stvaranjem sapuna. Stvaranje sapuna naknadno uzrokuje probleme s odvajanjem glicerola. Stoga je za sirovinama koje sadrže velike količine FFA-a uglavnom potrebna predobrada (takozvana reakcija esterifikacije), tijekom koje se FFA-i pretvaraju u esteratore. Ultrazvuka potiče i reakcije, transesterifikaciju i esterifikaciju.

Kemijska reakcija esterifikacije

Esterifikacija je proces kombiniranja organske kiseline (RCOOH) s alkoholom (ROH) kako bi se formirao ester (RCOOR) i voda.

Metanol Korištenje u kisele esterifikacije

Kada se esterifikacija kiseline koristi za smanjenje FFA-a u sirovinama, neposredne energetske potrebe relativno su niske. Međutim, voda nastaje tijekom reakcije esterifikacije – stvaranje mokrog, kiselog metanola, koji se mora neutralizirati, osušiti i oporaviti. Ovaj proces oporavka metanola je skup.
Ako početne sirovina imaju 20 do 40 % ili čak veće postotke FFA-a, možda će biti potrebno više koraka kako bi se oni sveli na prihvatljive razine. To znači da se stvara još kiseliji, vlažniji metanol. Nakon neutraliziranja kiselog metanola, sušenje zahtijeva višestupanjsku destilaciju sa značajnim stopama refluksa, što rezultira vrlo visokom potrošnjom energije.


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi Laboratorija do industrijske veličine.