Biodiesel via Ultrasonically Ditingkatkan (Trans-)Esterifikasi

Biodiesel disintesis melalui transesterifikasi menggunakan katalis dasar. Namun, jika bahan baku seperti sayuran limbah bermutu rendah dengan kandungan asam lemak bebas tinggi digunakan, diperlukan langkah pra-perawatan kimia esterifikasi menggunakan asam-katatonlyst diperlukan. Ultrasonication dan efek sonochemical dan sonomekanik berkontribusi pada kedua jenis reaksi dan meningkatkan efisiensi konversi biodiesel secara dramatis. Produksi biodiesel ultrasonik secara signifikan lebih cepat daripada sintesis biodiesel konvensional, menghasilkan hasil dan kualitas biodiesel yang lebih tinggi dan menghemat reagen seperti metanol dan katalis.

Konversi Biodiesel menggunakan Ultrasound Daya

Untuk biodiesel, eester asam lemak diproduksi oleh transesterifikasi minyak nabati serta lemak hewani (misalnya, tallow). Selama reaksi transesterifikasi, komponen gliserol digantikan oleh alkohol lain, seperti metanol. Bahan baku dengan kandungan asam lemak bebas yang tinggi, misalnya limbah minyak nabati (WVO), membutuhkan pra-pengobatan esterifikasi asam untuk menghindari pembentukan sabun. Proses katalisis asam ini adalah reaksi yang sangat lambat, ketika dilakukan sebagai metode batch konvensional. Solusi untuk mempercepat proses esterifikasi lambat adalah penerapan ultrasound daya. Sonikasi mencapai peningkatan signifikan dalam kecepatan reaksi, konversi dan hasil biodiesel sebagai efek sonokimia ultrasound daya tinggi mempromosikan dan mengintensifkan katalisis asam. Kavitasi ultrasonik memberikan kekuatan sonomekanik, yaitu pencampuran geser tinggi, serta energi sonokimia. Kedua jenis dampak ultrasonik (sonomekanik dan sonokimia) mengubah esterifikasi asam-katalis menjadi reaksi cepat yang membutuhkan lebih sedikit katalis.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Pencampuran ultrasonik meningkatkan tingkat konversi biodiesel, meningkatkan hasil dan menghemat metanol berlebih dan katalis. Gambar menunjukkan instalasi 3x UIP1000hdT (setiap daya ultrasound 1kW) untuk pemrosesan inline.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterifikasi trigliserida menjadi biodiesel (FAME) menggunakan sonikasi menghasilkan reaksi yang dipercepat dan efisiensi yang jauh lebih tinggi.

Bagaimana Cara Kerja Konversi Biodiesel Ultrasonik?

Ultrasonication antara fase yang berbeda dalam transesterifikasi (juga kadang-kadang disebut alkoholik) dan esterifikasi didasarkan pada peningkatan pencampuran serta pada peningkatan panas dan perpindahan massa. Pencampuran ultrasonik didasarkan pada prinsip kavitasi akustik, yang terjadi sebagai akibat dari ledakan gelembung vakum dalam cairan. Kavitasi akustik ditandai dengan gaya geser tinggi dan turbulensi, serta diferensial tekanan dan suhu yang sangat tinggi. Kekuatan-kekuatan ini mempromosikan reaksi kimia transesterifikasi / esterifikasi dan mengintensifkan massa dan perpindahan panas, sehingga meningkatkan reaksi konversi biodiesel secara signifikan.
Penerapan ultrasonik selama konversi biodiesel telah terbukti secara ilmiah dan industri untuk meningkatkan efisiensi proses. Peningkatan efisiensi proses dapat dikaitkan dengan pengurangan konsumsi energi dan biaya operasi, dan berkurangnya penggunaan alkohol (yaitu, metanol), lebih sedikit katalis, dan waktu reaksi yang dipersingkat secara signifikan. Biaya energi untuk pemanasan dihilangkan karena tidak ada persyaratan untuk pemanasan eksternal. Selain itu, pemisahan fase antara biodiesel dan gliserol lebih sederhana dengan waktu pemisahan fase yang lebih singkat. Faktor penting untuk penggunaan komersial ultrasound dalam produksi biodiesel adalah peningkatan sederhana untuk volume apa pun, operasi yang andal dan aman serta ketahanan dan keandalan peralatan ultrasonik (standar industri, mampu berjalan terus-menerus 24 / 7 / 365 di bawah beban penuh).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Sistem industri ultrasonik dengan sel aliran untuk esterfication biodiesel inline dan transesterifikasi.

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

Esterifikasi ultrasonik dan transesterifikasi dapat dijalankan sebagai batch atau proses inline terus menerus. Grafik menunjukkan proses inline ultrasonik untuk transesterfication biodiesel (FAME).


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

Esterifikasi ultrasonik dan transesterifikasi dapat dijalankan sebagai batch atau proses inline terus menerus. Grafik ini menunjukkan proses batch ultrasonik untuk konversi biodiesel.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonically dibantu dua langkah biodiesel konversi menerapkan asam- dan base-catalyzed reaksi langkah

Untuk bahan baku dengan kandungan FFA yang tinggi, produksi biodiesel dilakukan sebagai reaksi asam atau dikategalkan dasar dalam proses dua tahap. USG berkontribusi dua kedua jenis reaksi, esterifikasi asam-katallyzed serta transesterifikasi dasar-katalsis:

Esterifikasi asam-katallyzed menggunakan ULTRASOUND

Untuk mengobati kelebihan asam lemak bebas dalam bahan baku, proses esterifikasi diperlukan. Asam sulfat umumnya digunakan sebagai katalis asam.

  • Siapkan bahan baku dengan menyaring dan menyempurnakan dari kontaminan dan air.
  • Larutkan katalis, yaitu asam sulfat, dalam metanol. Aliran pakan katalis / metanol dan bahan baku melalui pencampuran panas dan mixer statis untuk mendapatkan pra-campuran kasar.
  • Pra-campuran katalis dan bahan baku langsung masuk ke ruang reaksi ultrasonik, di mana pencampuran dan sonokimia ultra-halus berlaku dan asam lemak bebas dikonversi ke biodiesel.
  • Akhirnya, dewater produk dan memberinya makan dua tahap kedua - transesterifikasi ultrasonik. Metanol basah asam adalah setelah pemulihan, pengeringan dan netraliziasi siap digunakan kembali.
  • Untuk FFA yang sangat tinggi yang mengandung bahan baku, pengaturan resirkulasi mungkin diperlukan untuk menurunkan FFA ke tingkat yang wajar sebelum langkah transesterifikasi.

Reaksi Esterifikasi menggunakan Katalis Asam:
FFA + Alkohol → Ester + Air

Transesterifikasi Berkreasi Dasar menggunakan ULTRASOUND

Bahan baku, yang sekarang hanya memiliki sejumlah kecil FFAs, dapat langsung diumpankan ke tahap transesterifikasi. Paling umum natrium hidroksida atau kalium hidroksida (NaOH, KOH) digunakan sebagai katalis dasar.

  • Larutkan katalis, yaitu kalium hidroksida, dalam metanol dan beri makan aliran katalis / metanol dan bahan baku yang diobati melalui mixer statis untuk mendapatkan pra-campuran kasar.
  • Beri makan pra-campuran langsung ke ruang reaksi ultrasonik untuk pencampuran kavitasi geser tinggi dan perawatan sonokimia. Produk dari reaksi ini adalah alkyl ecerers (yaitu, biodiesel) dan gliserin. Gliserin dapat dipisahkan dengan menetap atau dengan sentrifuging.
  • Biodiesel ultrasonically diproduksi berkualitas tinggi dan diproduksi cepat, hemat energi dan hemat biaya dengan menyimpan metanol dan katalis.

Reaksi Transesterifikasi menggunakan Katalis Dasar:
Minyak / Lemak + Alkohol → Biodiesel + Gliserol

Penggunaan Metanol & Pemulihan Metanol

Metanol adalah komponen kunci selama produksi biodiesel. Konversi biodiesel ultrasonically didorong memungkinkan untuk penggunaan metanol yang berkurang secara signifikan. Jika Anda sekarang berpikir "Saya tidak peduli dengan penggunaan metanol saya, karena saya tetap memulihkannya", Anda mungkin berpikir ulang dan mempertimbangkan biaya energi tinggi selangit yang berlaku untuk langkah penguapan (misalnya menggunakan kolom distilasi), yang diperlukan untuk memisahkan dan mendaur ulang metanol.
Metanol biasanya dihilangkan setelah biodiesel dan gliserin telah dipisahkan menjadi dua lapisan, mencegah pembalikan reaksi. Metanol kemudian dibersihkan dan didaur ulang kembali ke awal proses. Memproduksi biodiesel melalui esterifikasi dan transesterifikasi ultrasonically-driven, Anda dapat mengurangi penggunaan metanol Anda secara dramatis, sehingga mengurangi pengeluaran energi tinggi selangit untuk pemulihan metanol. Penggunaan reaktor ultrasonik Hielscher mengurangi jumlah metanol berlebih yang diperlukan hingga 50%. Rasio molar antara 1:4 atau 1:4,5 (minyak : metanol) cukup untuk sebagian besar bahan baku, ketika menggunakan pencampuran ultrasonik Hielscher.

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

Esterifikasi ultrasonik adalah langkah pretreatment, yang mengurangi bahan baku kelas rendah tinggi FFAs menjadi esterer. Pada langkah ke-2 transesterifikasi ultrasonik, trigliserida diubah menjadi biodiesel (FAME).

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonic Meningkatkan Efisiensi Konversi Biodiesel – Terbukti Secara Ilmiah

Banyak kelompok peneliti telah menyelidiki mekanisme dan efek transesterifikasi ultrasonik biodiesel. Misalnya, tim peneliti Sebayan Darwin menunjukkan bahwa kavitasi ultrasonik meningkatkan aktivitas kimia dan tingkat reaksi yang mengakibatkan pembentukan ester meningkat secara signifikan. Teknik ultrasonik mengurangi waktu reaksi transesterifikasi menjadi 5 menit – dibandingkan dengan 2 jam untuk pemrosesan pengadukan mekanis. Konversi trigliserida (TG) ke FAME di bawah ultrasonikasi diperoleh 95,6929%wt dengan rasio metanol terhadap molar minyak 6:1 dan 1%wt natrium hidroksida sebagai katalis. (cf. Darwin et al. 2010)

Gholami et al. (2021) menunjukkan efisiensi unggul transesterifikasi biodiesel ultrasonically dibantu dibandingkan dengan agitasi mekanis. Oleh karena itu tim peneliti membandingkan dua tanaman biodiesel berdasarkan pengadukan mekanis konvensional dan kavitasi ultrasonik, yang dirancang menggunakan Aspen HYSYS V8.4. Total investasi, biaya produk, nilai bersih saat ini, dan tingkat pengembalian internal digunakan untuk membandingkan dua proses – ultrasonicator dan strirrer mekanis – satu sama lain. Total investasi dalam proses kavitasi ultrasonik lebih rendah daripada proses pengadukan mekanis sekitar 20,8%. Dibandingkan dengan proses konvensional, menggunakan reaktor ultrasonik juga menyebabkan biaya produk berkurang 5,2%. Karena nilai bersih saat ini yang positif dan tingkat pengembalian internal 18,3%, proses kavitasi ultrasonik adalah pilihan yang lebih baik. Selain itu, kavitasi ultrasonik menghasilkan penurunan yang berarti dalam energi yang dikonsumsi dan produksi limbah. Konsumsi energi keseluruhan berkurang 6,9% ketika kavitasi ultrasonik digunakan. Jumlah limbah yang dihasilkan dalam proses ultrasound dibantu adalah seperlima dari itu dalam proses pengadukan mekanis.

Ultrasonicators Ukuran Menengah dan Skala Besar untuk Pemrosesan Biodiesel

Hielscher Ultrasonics’ memasok kecil hingga menengah serta prosesor ultrasonik industri skala besar untuk produksi biodiesel yang efisien pada volume apa pun. Menawarkan sistem ultrasonik pada skala apa pun, Hielscher dapat menawarkan solusi ideal untuk produsen kecil dan perusahaan besar. Konversi biodiesel ultrasonik dapat dioperasikan sebagai batch atau sebagai proses inline terus menerus. Instalasi dan pengoperasiannya sederhana, aman dan memberikan output tinggi yang andal dari kualitas biodiesel yang unggul.
Di bawah ini Anda akan menemukan pengaturan reaktor yang direkomendasikan untuk berbagai tingkat produksi.

ton / jam
Gal/hr
1 x UIP500hdT
0.25 untuk 0,5
80 sampai 160
1 x UIP1000hdT
0.5 untuk 1.0
160-320
1 x UIP1500hdT
075-1,5
240-480
2 x UIP1000hdT
1.0-2,0
320-640
2 x UIP1500hdT
1.5-3.0
480-960
4 x UIP1500hdT
3.0 untuk 6.0
960-1920
6 x UIP1500hdT
4.5 untuk 9.0
1440 s.d 2880

Hubungi Kami! / Tanya Kami!

Meminta informasi lebih lanjut

Silakan gunakan formulir di bawah ini untuk meminta informasi tambahan tentang prosesor ultrasonik, aplikasi dan harga. Kami akan senang untuk mendiskusikan proses Anda dengan Anda dan menawarkan sistem ultrasonik yang memenuhi kebutuhan Anda!









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


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

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi dan ekstraksi pada laboratorium, pilot dan skala industri.



Literatur/referensi


Fakta-fakta yang Patut Diketahui

Produksi Biodiesel

Biodiesel diproduksi ketika trigycerides diubah menjadi free fatty methyl ester (FAME) melalui reaksi kimia yang dikenal sebagai transesterifikasi. Selama reaksi transesterifikasi, trigliserida dalam minyak nabati atau lemak hewani bereaksi di hadapan katalis (misalnya, kalium hidroksida atau natrium hidroksida) dengan alkohol primer (misalnya, metanol). Dalam reaksi ini, eester alkyl terbentuk dari bahan baku minyak nabati atau lemak hewani. Trigliserida adalah glycerides, di mana gliserol distereskan dengan asam rantai panjang, yang dikenal sebagai asam lemak. Asam lemak ini berlimpah hadir dalam minyak sayur dan lemak hewani. Karena biodiesel dapat diproduksi dari berbagai bahan baku yang berbeda seperti minyak nabati perawan, limbah minyak sayur, minyak goreng bekas, lemak hewani seperti tallow dan lemak babi, jumlah asam lemak bebas (FFAs) dapat sangat bervariasi. Persentase asam lemak bebas dari trigliserida adalah faktor penting yang mempengaruhi proses produksi biodiesel dan kualitas biodiesel yang dihasilkan secara drastis. Sejumlah besar asam lemak bebas dapat mengganggu proses konversi dan memburuknya kualitas biodiesel akhir. Masalah utamanya adalah bahwa asam lemak bebas (FFAs) bereaksi dengan katalis alkali yang mengakibatkan pembentukan sabun. Pembentukan sabun kemudian menyebabkan masalah pemisahan gliserol. Oleh karena itu, bahan baku yang mengandung FFAs dalam jumlah tinggi sebagian besar membutuhkan pretreatment (yang disebut reaksi esterifikasi), di mana FFAs diubah menjadi esterer. Ultrasonication mempromosikan kedua reaksi, transesterifikasi dan esterifikasi.

Reaksi Kimia Esterifikasi

Esterifikasi adalah proses menggabungkan asam organik (RCOOH) dengan alkohol (ROH) untuk membentuk ester (RCOOR) dan air.

Penggunaan Metanol dalam Esterifikasi Asam

Ketika esterifikasi asam digunakan untuk mengurangi FFAs dalam bahan baku, persyaratan energi langsung relatif rendah. Namun, air diciptakan selama reaksi esterifikasi – menciptakan metanol basah dan asam, yang harus dinetralisir, dikeringkan dan dipulihkan. Proses pemulihan metanol ini mahal.
Jika memulai bahan baku memiliki 20 hingga 40% atau bahkan persentase FFAs yang lebih tinggi, beberapa langkah mungkin diperlukan untuk menurunkannya ke tingkat yang dapat diterima. Ini berarti, metanol basah bahkan lebih asam dibuat. Setelah menetralkan metanol asam, pengeringan membutuhkan penyulingan multistage dengan tingkat refluks yang signifikan, menghasilkan penggunaan energi yang sangat tinggi.


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 memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.