バイオディーゼルの生産 & エステル交換反応

あなたがバイオディーゼル、遅い反応速度と貧弱な物質移動を行うと、あなたのバイオディーゼル工場の能力とあなたのバイオディーゼルの収量と品質を下げています。ヒールシャー超音波反応器は、著しくエステル交換反応速度を向上させます。従って、下部過剰のメタノール及び少ない触媒は、バイオディーゼル処理のために必要とされます。

バイオディーゼルは、 一般にバッチ反応器で製造 エネルギー入力として熱及び機械的混合を用いて。 超音波キャビテーション混合 あります 効果的な代替 商業用バイオディーゼル処理でより良好な混合を達成することを意味します。超音波キャビテーションは、工業バイオディーゼルエステル交換反応に必要な活性化エネルギーを提供します。

エステル交換反応（バイオディーゼルに化成）

植物油からバイオディーゼル燃料を製造する（例えば大豆、カノーラ、ジャトロファ、ヒマワリ種子または藻類）又は動物性脂肪、塩基触媒を含みます 脂肪酸のエステル交換反応 メタノールまたはエタノールを用いて、対応するメチルエステルまたはエチルエステルを得ました。グリセリンは、この反応の必然的な副産物です。

動物性脂肪などの植物油は、グリセリン分子によって結合された脂肪酸の3本の鎖で構成されるトリグリセリドです。トリグリセリドはエステルです。エステルは、アルコールと組み合わせた脂肪酸、同様に、酸です。グリセリン（=グリセロール）重いアルコールです。変換プロセス中のトリグリセリドエステルは、例えば、触媒（アルカリ液）とアルコール試薬を用いてアルキルエステル（=バイオディーゼル）に変換され得メタノール、 メチルは、バイオディーゼルをエステル。メタノールは、グリセリンを置き換えます。

グリセリン – 重い相 – 底に沈むだろう。バイオディーゼル – 軽い相 – 上部に浮かぶと分離することができ、例えばデカンタまたは遠心分離機によって。この変換プロセスは、エステル交換反応と呼ばれています。

に従来のエステル化反応 バッチ処理が遅くなる傾向にあります、およびグリセリンの相分離は、時間がかかり、多くの場合、5時間以上を取っています。

バイオディーゼル処理のための超音波

「私たちは、ヒールシャーの設備とサービスに非常に満足してきたと私たちは私たちの未来の努力のすべてでヒールシャーの超音波技術を含めたすべての意図を持っています。」

トッド・スティーブンス、タルサバイオ燃料

今日、バイオディーゼルは、主にバッチ反応器で生成されます。 超音波バイオディーゼル処理は、連続的なインライン処理を可能にします。 超音波処理を達成することができます 99％を超えるバイオディーゼルの収率。超音波原子炉 処理時間を短縮 従来の1〜4時間のバッチ処理から30秒未満です。より重要なのは、超音波を60分未満に5〜10時間（従来の攪拌を使用して）から分離時間を減少させます。超音波はまた、キャビテーションの存在下で増加した化学的活性を最大50％に必要な触媒の量を減少するのに役立つない（参照ソノケミストリー）。超音波使用する場合に必要な過剰のメタノールの量があまりにも、軽減されます。別の利点は、グリセリンの純度で得られた増加です。

バイオディーゼルの超音波処理は、次の手順を実行します。

植物油または動物脂肪は、（エチルエステル）（メチルエステルを作る）、メタノール又はエタノールと混合すると、ナトリウムまたはカリウムメトキシドまたは水酸化されています
ミックスは、例えば、加熱され、 45と65degCの間の温度に
加熱されたミックスされています 超音波処理し、インライン 5〜15秒間
グリセリンは、脱落や遠心分離機を用いて分離されます
変換されたバイオディーゼルを水で洗浄し

最も一般的には、超音波処理は、 高められた圧力で実施 （1 3BAR、ゲージ圧）に供給ポンプとフローセルの横調節可能な背圧弁を使用。

工業用バイオディーゼル処理 多くの超音波エネルギーを必要としません。上記の表は、種々の流量のための典型的な電力要件を示します。実際のエネルギー要件は、使用して決定することができます卓上規模で1kWの超音波プロセッサ。こうしたベンチトップ試験のすべての結果は、することができ 簡単にスケールアップ。必要な場合は、FMおよびATEX認定の超音波デバイスは、次のような、利用可能です UIP1000-EXD。

ヒールシャーは、世界中、工業用超音波バイオディーゼル燃料処理装置を提供します。最大の超音波プロセッサを搭載しました単一デバイスあたり16kWパワー、バイオディーゼルプラントサイズや処理能力に制限はありません。

超音波バイオディーゼル生産の費用

超音波処理は、増加する有効な手段であります反応速度そして、コンバージョン率 商業用バイオディーゼル処理中。超音波処理コストは、投資から主になります
超音波機器、光熱費やメンテナンスのため。アウトスタンディング エネルギー効率 （右のグラフをクリック）ヒールシャー超音波デバイスのは、光熱費を削減し、これまででするのに役立ちます でも環境に優しいこのプロセスを作ります。超音波の結果のコストは間で異なります 0.1ct 1リットル当たり1.0CT （1.9ct /ガロンに0.4ct） 商業規模で使用されます.詳細については、こちらをご参照ください。超音波処理コスト。

霜 & 年のサリバン技術革新

ヒールシャー超音波は、権威あるフロストを受け & バイオディーゼル生産のための新規超音波技術の同社の開発の認識に年賞のサリバン技術革新。続きを読むにはこちらをクリックしてください。

バイオディーゼル小規模超音波処理のセットアップ

超音波処理は、任意のスケールでのバイオディーゼルへの油の変換のために使用することができます。右の画像（拡大するにはクリックしてください！） 60-70Lの処理（16〜19ガロン）のための小規模なセットアップを示します。これは、初期の研究とプロセスのデモンストレーションのための典型的なセットアップです。

この設定は、次の部分から構成されます。

1 500ワットまたは千ワットブースター、ソノトロードとフローセルとの超音波装置（20kHzの）
パワーとエネルギーを計量するためのパワーメータ
80L処理タンク（プラスチック、例えばHDPE）
加熱要素（2kWの1）
10L触媒プレミックスタンク（プラスチック、例えばHDPE）
触媒の予混合器（スターラー）
約のためのポンプ（遠心分離、モノまたはギア）。 1〜3バールで20L /分で10
フローセル内の圧力を調整する背圧弁
供給圧力を測定するための圧力計

準備

水酸化カリウム（0.4キロ0.2、触媒）約中に溶解されています。触媒プレミックスタンクで8.5Lのメタノール。これは、触媒プレミックスの攪拌を必要とします。処理タンクは66Lの植物油で満たされています。油は65degC 45に発熱体によって加熱されています。

処理

触媒が完全にメタノール中に溶解されたときに、触媒プレミックスは、加熱された油と混合されます。ポンプは、フローセルに混合物を供給します。背圧弁によって、圧力が3barg（45psig〜15）を1に調整されます。超音波バイオディーゼル反応器を通る再循環は約のために実行する必要があります。 20分。この間、油はバイオディーゼル燃料に変換されます。この後、ポンプと超音波をオフにしています。グリセリン（重い相）バイオディーゼル（明るい相）から分離します。分離は約かかります。 30〜60分。分離が完了すると、グリセリンを排出することができます。

バイオディーゼル洗濯

変換されたバイオディーゼルは、不純物を含有するように、洗浄が必要です。洗浄のため、水をバイオディーゼルに混合されます。超音波は、水とバイオディーゼルの混合が利益を得ることができます。これは、液滴サイズの減少の結果として活性表面積を増加させる（参照します：超音波乳化）。非常に強烈な超音波処理がほぼ安定したエマルジョンが分離する特別な手段（例えば遠心分離）を必要とするであろうが形成されていること、大きさに水滴を低減することができることを、検討してください。

バイオディーゼル製造プラント

以下のフローチャートは、バイオディーゼルへの変換のための油のインライン超音波処理のための典型的なセットアップを示します。チャートでクリックしてください拡大表示を取得します。

拡大するにはクリックしてください！ミキシング超音波空洞化を用いた連続バイオディーゼル処理のフローチャート - バイオディーゼルの超音波変換は、任意のスケールで実行することができます。

連続バイオディーゼル処理と分離

セットアップで 連続バイオディーゼル処理と連続分離、加熱された油及び触媒のプレミックスを連続的に調整可能なポンプを用いて一緒に混合されます。インライン静的ミキサーは、超音波反応器への供給の均一性を向上させることができます。油/触媒混合物は、それが超音波にさらされているフローセルを通過します 約のためのキャビテーション。 5〜30秒。背圧バルブは、フローセル内の圧力を制御するために使用されます。超音波処理のミックスは、上部の反応塔に入ります。反応塔の量は約与えるように設計されています。 列内の1時間の滞留時間。その時間の間に、エステル交換反応が完了しています。反応グリセリン/バイオディーゼル混合物は、それがバイオディーゼルとグリセリンの分画に分離する遠心分離機に圧送されます。後処理は、メタノールの回収、洗浄、乾燥を伴い、あまりにも、継続的に行うことができます。

このセットアップ バイオディーゼルリアクターバッチを排除従来の攪拌機及び大型セパレータタンク。

バイオディーゼルエステル交換反応速度

ナタネ油（工業用グレード）のエステル交換反応を示し、典型的な結果を以下の図とナトリウムメトキシド（左）そして水酸化カリウム（右）。両方の試験のため、対照試料（青線）は激しい機械的混合に曝露しました。赤い線は、容積比、触媒濃度および温度に対する同一の処方物の超音波処理サンプルを表します。横軸は、それぞれ、混合または超音波処理後の時間を示しています。縦軸は、底部に沈降グリセリンの量を示します。これは、反応速度を測定する簡単な手段です。両方の図において、 超音波処理したサンプル（赤） はるかに高速に反応します 対照サンプル（青）。

エステル交換反応速度ダイアグラム - ナトリウムメトキシドを使用して菜種油からバイオディーゼル

エステル交換反応速度ダイアグラム - 水酸化カリウムを使用した菜種油からバイオディーゼル

バイオディーゼル用品に関するリンク

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化学物質安全性についての情報

合併症や健康への悪影響を防ぐために、以下の情報をよくお読みください。

バイオディーゼルの化学物質

メタノールは毒性があります。これは、長時間の使用の結果として神経劣化を引き起こす可能性があります。それはあまりにも、皮膚に吸着させることができます。目にはねた場合には失明の原因になりますし、飲み込まれたときにメタノールは致命的なことができます。メタノールを取り扱うときは、このような理由から、必要な予防措置をとります。良い呼吸器、エプロン、ゴム手袋を使用することをお勧めします。

水酸化カリウム（KOH）は毒性があり、接触した際に皮膚の火傷の原因となります。十分な換気が必要です。

ワークスペースは寛大に、徹底的に煙を逃がすために換気されていることを確認します。蒸気カートリッジ呼吸器は、メタノール煙に対して有効ではありません。供給された空気システム（SCBA — 自給式呼吸器）は、メタノール蒸気に対するより良い保護を提供します。

バイオディーゼルやゴム部品

長い時間のために、100％のバイオディーゼルに実行すると、エンジンの湿ったゴム部品（ポンプ、ホース、Oリング）への合併症を引き起こす可能性があります。鋼製部品やヘビーデューティゴムによる置換は、この問題を解消することができます。別の方法としては、約混在させることができます。合併症を防ぐために、あなたのバイオディーゼル燃料への25％の従来の（化石）ディーゼル。