Biodízel ultrahanggal javított (transz)észterezéssel

A biodízelt bázis-katalizátor alkalmazásával történő átészterezéssel szintetizálják. Ha azonban olyan nyersanyagot használnak, mint például a magas szabad zsírsavtartalmú, alacsony minőségű hulladékzöldség, akkor savkatatlizt alkalmazásával történő észterezés kémiai előkezelési lépésére van szükség. Az ultrahangos kezelés és annak szonokémiai és szonomechanikai hatásai hozzájárulnak mindkét reakciótípushoz, és drámaian növelik a biodízel átalakításának hatékonyságát. Az ultrahangos biodízel előállítása lényegesen gyorsabb, mint a hagyományos biodízel szintézis, magasabb biodízel hozamot és minőséget eredményez, és reagenseket, például metanolt és katalizátort takarít meg.

Biodízel átalakítás teljesítmény ultrahanggal

A biodízel esetében a zsírsavésztereket növényi olajok és állati zsírok (pl. faggyú) átészterezésével állítják elő. Az átészterezési reakció során a glicerin komponenst egy másik alkohollal, például metanollal helyettesítjük. A magas szabad zsírsavtartalmú alapanyagok, pl. a hulladék növényi olajok (WVO) savészterezéses előkezelést igényelnek a szappanképződés elkerülése érdekében. Ez a savkatalízis folyamat nagyon lassú reakció, ha hagyományos szakaszos módszerrel hajtják végre. A lassú észterezési folyamat felgyorsításának megoldása a teljesítmény ultrahang alkalmazása. A szonikálás jelentősen javítja a reakciósebességet, az átalakítást és a biodízel hozamot, mivel a nagy teljesítményű ultrahang szonokémiai hatásai elősegítik és fokozzák a savas katalízist. Az ultrahangos kavitáció biztosítja a szonomechanikai erőket, azaz a nagy nyírási keverést, valamint a szonokémiai energiát. Mindkét típusú ultrahangos hatás (sonomechanical és sonochemical) a sav-katalizált észterezést gyors reakcióvá alakítja, amely kevesebb katalizátort igényel.

Hogyan működik az ultrahangos biodízel átalakítás?

Az átészterezés különböző fázisai közötti ultrahangos kezelés (más néven alkoholízis ) és az észterezés a keverés fokozásán, valamint a megnövekedett hő- és tömegátadáson alapul. Az ultrahangos keverés az akusztikus kavitáció elvén alapul, amely a folyadékban lévő vákuumbuborékok összeomlása következtében következik be. Az akusztikus kavitációt nagy nyíróerők és turbulenciák, valamint nagyon magas nyomás- és hőmérsékletkülönbségek jellemzik. Ezek az erők elősegítik az átészterezés / észterezés kémiai reakcióját, és fokozzák a tömeg- és hőátadást, ezáltal jelentősen javítják a biodízel átalakításának reakcióját.

A trigliceridek biodízelbe (FAME) történő átészterezése szonikálással gyorsított reakciót és jelentősen nagyobb hatékonyságot eredményez.

Az ultrahang alkalmazása a biodízel átalakítása során tudományosan és iparilag bizonyítottan javítja a folyamat hatékonyságát. A folyamathatékonyság javulása a csökkent energiafogyasztásnak és üzemeltetési költségeknek, valamint az alkohol (azaz metanol) csökkentett használatának, a kevesebb katalizátornak és a jelentősen rövidebb reakcióidőnek tulajdonítható. A fűtés energiaköltsége megszűnik, mivel nincs szükség külső fűtésre. Ezenkívül a biodízel és a glicerin közötti fázisszétválasztás egyszerűbb, rövidebb fáziselválasztási idővel. Az ultrahang biodízel-gyártásban történő kereskedelmi felhasználásának fontos tényezője az egyszerű méretarány bármilyen mennyiségre, a megbízható és biztonságos működés, valamint az ultrahangos berendezések robusztussága és megbízhatósága (ipari szabvány, amely képes folyamatosan működni 24/7/365 teljes terhelés alatt).

Ultrahangos ipari rendszer áramlási cellával inline biodízel-észterezéshez és átészterezéshez.

Ultrahanggal segített kétlépéses biodízel átalakítás sav- és bázis-katalizált reakciólépések alkalmazásával

A magas FFA-tartalmú alapanyagok esetében a biodízel-előállítás savas vagy báziskatalizált reakcióként, kétlépcsős eljárásban történik. Az ultrahang kétféle reakcióhoz járul hozzá, a sav-katalizált észterezéshez és a bázis-katalizált átészterezéshez:

Sav-katalizált észterezés ultrahanggal

Az alapanyagban lévő szabad zsírsavak feleslegének kezeléséhez észterezési folyamatra van szükség. A kénsavat általában savas katalizátorként használják.

• Készítse elő az alapanyagot szennyeződések és víz szűrésével és finomításával.
• Oldjuk fel a katalizátort, nevezetesen a kénsavat metanolban. A katalizátor/metanol és az alapanyag áramát hőcserélőn és statikus keverőn keresztül vezetjük be, hogy nyers előkeveréket kapjunk.
• A katalizátor és az alapanyag előkeveréke közvetlenül az ultrahangos reakciókamrába kerül, ahol az ultrafinom keverés és a sonochemistry hatályba lép, és a szabad zsírsavak biodízellé alakulnak.
• Végül víztelenítse a terméket, és táplálja be a második szakaszba - az ultrahangos átészterezésbe. A savas nedves metanol visszanyerés, szárítás és semlegesítés után készen áll az újrafelhasználásra.
• Nagyon magas FFA-tartalmú alapanyagok esetében szükség lehet egy recirkulációs beállításra, hogy az FFA ésszerű szintre csökkenjen az átészterezési lépés előtt.

Észterezési reakció savas katalizátorral:
FFA + alkohol →-észter + víz

Bázis-katalizált átészterezés ultrahanggal

Az alapanyag, amely jelenleg csak kis mennyiségű FFA-t tartalmaz, közvetlenül betáplálható az átészterezési szakaszba. Leggyakrabban nátrium-hidroxidot vagy kálium-hidroxidot (NaOH, KOH) használnak báziskatalizátorként.

• Oldjuk fel a katalizátort, nevezetesen a kálium-hidroxidot metanolban, és a katalizátor/metanol és az előkezelt alapanyag áramait statikus keverőn keresztül adagoljuk, hogy nyers előkeveréket kapjunk.
• Adja be az előkeveréket közvetlenül az ultrahangos reakciókamrába a kavitációs nagy nyírási keveréshez és a szonokémiai kezeléshez. Ennek a reakciónak a termékei alkil-észterek (azaz biodízel) és glicerin. A glicerin ülepítéssel vagy centrifugálással választható el.
• Az ultrahanggal előállított biodízel kiváló minőségű és gyors, energiahatékony és költséghatékony a metanol és a katalizátor megtakarításával.

Átészterezési reakció báziskatalizátorral:
Olaj / zsír + alkohol → biodízel + glicerin

Metanol használata & Metanol visszanyerése

A metanol kulcsfontosságú összetevő a biodízelgyártás során. Az ultrahanggal vezérelt biodízel átalakítás lehetővé teszi a metanol jelentősen csökkentett felhasználását. Ha most azt gondolja, hogy "nem érdekel a metanol felhasználásom, mivel úgyis visszanyerem", akkor gondolhatja át és mérlegelheti a párolgási lépés (pl. desztillációs oszlop használata) túlzott magas energiaköltségeit, amelyek szükségesek a metanol szétválasztásához és újrahasznosításához.
A metanolt általában azután távolítják el, hogy a biodízelt és a glicerint két rétegre választották, megakadályozva a reakció visszafordítását. A metanolt ezután megtisztítják és újrahasznosítják a folyamat kezdetéig. Biodízel előállítása ultrahanggal vezérelt észterezéssel és átészterezéssel, drasztikusan csökkentheti a metanol használatát, ezáltal csökkentve a metanol visszanyerésének túlzott magas energiaköltségét. A Hielscher ultrahangos reaktorok használata akár 50% -kal csökkenti a szükséges mennyiségű felesleges metanolt. Az 1: 4 vagy 1: 4.5 közötti mólarány (olaj: metanol) elegendő a legtöbb alapanyaghoz, ha Hielscher ultrahangos keverést használ.

Ultrahangos megnövekedett biodízel konverziós hatékonyság – tudományosan bizonyított

Számos kutatócsoport vizsgálta a biodízel ultrahangos átészterezésének mechanizmusát és hatásait. Például a Sebayan Darwin kutatócsoportja kimutatta, hogy az ultrahangos kavitáció növelte a kémiai aktivitást és a reakciósebességet, ami jelentősen megnövekedett észterképződést eredményezett. Az ultrahangos technika 5 percre csökkentette az átészterezési reakcióidőt – a mechanikus keveréses feldolgozás 2 órájával összehasonlítva. A triglicerid (TG) átalakítása FAME-vé ultrahangos kezelés alatt 95,6929 tömeg% -ot kapott 6: 1 metanol-olaj mólarány és 1 tömeg% nátrium-hidroxid katalizátorként. (vö. Darwin et al. 2010)

Közepes méretű és nagyméretű ultrahangos készülékek biodízel feldolgozáshoz

Hielscher Ultrasonics’ Kis és közepes méretű, valamint nagyméretű ipari ultrahangos processzorokat szállít a biodízel hatékony előállításához bármilyen mennyiségben. Bármilyen méretű ultrahangos rendszert kínálva a Hielscher ideális megoldást kínál mind a kistermelők, mind a nagyvállalatok számára. Az ultrahangos biodízel átalakítás kötegelt vagy folyamatos inline folyamatként működtethető. A telepítés és üzemeltetés egyszerű, biztonságos és megbízhatóan nagy teljesítményt és kiváló biodízel minőséget biztosít.
Az alábbiakban megtalálja az ajánlott reaktorbeállításokat a különböző termelési arányokhoz.