Biodiesel poprzez ultradźwiękowo ulepszoną (trans)estryfikację

Biodiesel jest syntetyzowany w procesie transestryfikacji przy użyciu katalizatora bazowego. Jednak w przypadku surowców, takich jak odpady roślinne o wysokiej zawartości wolnych kwasów tłuszczowych, wymagany jest etap wstępnej obróbki chemicznej polegający na estryfikacji przy użyciu katalizatora kwasowego. Ultradźwięki i ich efekty sonochemiczne i sonomechaniczne przyczyniają się do obu typów reakcji i znacznie zwiększają wydajność konwersji biodiesla. Ultradźwiękowa produkcja biodiesla jest znacznie szybsza niż konwencjonalna synteza biodiesla, skutkuje wyższą wydajnością i jakością biodiesla oraz oszczędza odczynniki takie jak metanol i katalizator.

Konwersja Biodiesla przy użyciu ultradźwięków mocy

W przypadku biodiesla, estry kwasów tłuszczowych są produkowane w procesie transestryfikacji olejów roślinnych, jak również tłuszczów zwierzęcych (np. łoju). Podczas reakcji transestryfikacji, składnik glicerolowy jest zastępowany innym alkoholem, takim jak metanol. Surowce o wysokiej zawartości wolnych kwasów tłuszczowych, np. odpadowe oleje roślinne (WVO), wymagają wstępnej obróbki w procesie estryfikacji kwasem w celu uniknięcia tworzenia się mydła. Ten proces katalizy kwasowej jest bardzo powolną reakcją, gdy jest prowadzony konwencjonalną metodą wsadową. Rozwiązaniem przyspieszającym ten powolny proces estryfikacji jest zastosowanie ultradźwięków o dużej mocy. Dzięki sonikacji uzyskuje się znaczną poprawę szybkości reakcji, konwersji i wydajności biodiesla, ponieważ efekty sonochemiczne ultradźwięków o dużej mocy promują i intensyfikują katalizę kwasową. Kawitacja ultradźwiękowa zapewnia siły sonomechaniczne, tj. mieszanie przy wysokim ścinaniu, jak również energię sonochemiczną. Oba te rodzaje oddziaływania ultradźwięków (sonomechaniczne i sonochemiczne) zmieniają katalizowaną kwasem estryfikację w szybką reakcję wymagającą mniejszej ilości katalizatora.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Mieszanie ultradźwiękowe poprawia stopień konwersji biodiesla, zwiększa wydajność i oszczędza nadmiar metanolu i katalizatora.Zdjęcie pokazuje instalację 3x UIP1000hdT (każdy 1kW mocy ultradźwiękowej) do przetwarzania inline.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transestryfikacja triglicerydów do biodiesla (FAME) z zastosowaniem sonikacji powoduje przyspieszenie reakcji i znacznie wyższą wydajność.

Jak działa ultradźwiękowa konwersja biodiesla?

Ultradźwiękowe mieszanie pomiędzy różnymi fazami w procesie transestryfikacji (zwanej też czasem alkoholizacją) i estryfikacji polega na wzmocnieniu mieszania, jak również na zwiększeniu wymiany ciepła i masy. Mieszanie ultradźwiękowe opiera się na zasadzie kawitacji akustycznej, która powstaje w wyniku implozji pęcherzyków próżniowych w cieczy. Kawitacja akustyczna charakteryzuje się dużymi siłami ścinającymi i turbulencjami, a także bardzo dużymi różnicami ciśnienia i temperatury. Siły te wspomagają reakcję chemiczną transestryfikacji / estryfikacji oraz intensyfikują transfer masy i ciepła, a tym samym znacznie poprawiają reakcję konwersji biodiesla.
Zastosowanie ultradźwięków podczas konwersji biodiesla zostało naukowo i przemysłowo udowodnione, że zwiększa wydajność procesu. Poprawa wydajności procesu może być przypisana zmniejszonemu zużyciu energii i kosztom operacyjnym, a także zmniejszonemu użyciu alkoholu (np. metanolu), mniejszej ilości katalizatora i znacznie skróconemu czasowi reakcji. Koszty energii potrzebnej do ogrzewania są wyeliminowane, ponieważ nie ma wymogu stosowania ogrzewania zewnętrznego. Dodatkowo, rozdział faz pomiędzy biodieslem a gliceryną jest prostszy, a czas rozdziału faz krótszy. Ważnym czynnikiem dla komercyjnego zastosowania ultradźwięków w produkcji biodiesla jest łatwość skalowania do dowolnej objętości, niezawodna i bezpieczna praca oraz solidność i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych (standard przemysłowy, zdolny do ciągłej pracy 24/7/365 pod pełnym obciążeniem).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ultradźwiękowy system przemysłowy z celą przepływową do estryfikacji i transestryfikacji biodiesla w linii produkcyjnej.

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

Ultradźwiękowa estryfikacja i transestryfikacja może być prowadzona jako proces wsadowy lub ciągły w linii produkcyjnej. Schemat przedstawia ultradźwiękowy proces inline do transestryfikacji biodiesla (FAME).


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

Ultradźwiękowa estryfikacja i transestryfikacja może być prowadzona jako proces wsadowy lub ciągły w linii produkcyjnej. Poniższy wykres przedstawia ultradźwiękowy proces wsadowy do konwersji biodiesla.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Dwustopniowa konwersja biodiesla wspomagana ultradźwiękami z zastosowaniem katalizowanych kwasem i zasadą etapów reakcji

W przypadku surowców o wysokiej zawartości FFA, produkcja biodiesla prowadzona jest jako reakcja katalizowana kwasem lub zasadą w procesie dwuetapowym. Ultradźwięki przyczyniają się do obu typów reakcji, zarówno do estryfikacji katalizowanej kwasem, jak i transestryfikacji katalizowanej zasadą:

Katalizowana kwasem estryfikacja przy użyciu ultradźwięków

Aby przetworzyć nadmiar wolnych kwasów tłuszczowych w surowcu, konieczny jest proces estryfikacji. Jako katalizator kwasowy powszechnie stosowany jest kwas siarkowy.

  • Przygotować surowiec poprzez filtrowanie i oczyszczanie z zanieczyszczeń i wody.
  • Rozpuścić katalizator, mianowicie kwas siarkowy, w metanolu. Podać strumień katalizatora/metanolu i wsadu przez wymiennik ciepła i mieszalnik statyczny w celu uzyskania surowej mieszanki wstępnej.
  • Wstępna mieszanka katalizatora i materiału wsadowego trafia bezpośrednio do ultradźwiękowej komory reakcyjnej, gdzie następuje bardzo dokładne mieszanie i sonochemia, a wolne kwasy tłuszczowe są przekształcane w biodiesel.
  • Na koniec odwadniamy produkt i podajemy go do drugiego etapu - transestryfikacji ultradźwiękowej. Kwaśny mokry metanol po odzyskaniu, osuszeniu i neutralizacji jest gotowy do ponownego użycia.
  • W przypadku surowców o bardzo wysokiej zawartości FFA, może być konieczne zastosowanie układu recyrkulacji w celu obniżenia zawartości FFA do rozsądnego poziomu przed etapem transestryfikacji.

Reakcja estryfikacji z użyciem katalizatora kwasowego:
FFA + Alkohol → Ester + Woda

Transestryfikacja katalizowana zasadami przy użyciu ultradźwięków

Materiał wsadowy, który teraz zawiera tylko niewielkie ilości FFA, może być bezpośrednio podawany do etapu transestryfikacji. Najczęściej jako katalizator bazowy stosowany jest wodorotlenek sodu lub wodorotlenek potasu (NaOH, KOH).

  • Rozpuszcza się katalizator, mianowicie wodorotlenek potasu, w metanolu i podaje się strumienie katalizatora/metanolu i wstępnie obrobionego materiału wsadowego przez mieszalnik statyczny w celu uzyskania surowej mieszanki wstępnej.
  • Mieszankę wstępną należy wprowadzić bezpośrednio do komory reakcji ultradźwiękowej, gdzie następuje mieszanie kawitacyjne z wysokim ścinaniem i obróbka sonochemiczna. Produktami tej reakcji są estry alkilowe (tj. biodiesel) i gliceryna. Glicerynę można oddzielić przez odstojnik lub przez odwirowanie.
  • Wytwarzany ultradźwiękowo biodiesel jest wysokiej jakości, produkowany szybko, energooszczędnie i ekonomicznie dzięki oszczędności metanolu i katalizatora.

Reakcja transestryfikacji z użyciem katalizatora bazowego:
Olej / Tłuszcz + Alkohol → Biodiesel + Gliceryna

Stosowanie metanolu & Odzysk metanolu

Metanol jest kluczowym składnikiem podczas produkcji biodiesla. Napędzana ultradźwiękami konwersja biodiesla pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia metanolu. Jeśli teraz myślisz "Nie obchodzi mnie zużycie metanolu, ponieważ i tak go odzyskuję", możesz ponownie przemyśleć i rozważyć niebotycznie wysokie koszty energii, które dotyczą etapu odparowania (np. przy użyciu kolumny destylacyjnej), który jest niezbędny do oddzielenia i recyklingu metanolu.
Metanol jest zwykle usuwany po rozdzieleniu biodiesla i gliceryny na dwie warstwy, co zapobiega odwróceniu reakcji. Metanol jest następnie oczyszczany i zawracany z powrotem na początku procesu. W przypadku produkcji biodiesla poprzez ultradźwiękową estryfikację i transestryfikację można znacznie zmniejszyć zużycie metanolu, a tym samym zredukować wysokie nakłady energetyczne związane z jego odzyskiwaniem. Zastosowanie reaktorów ultradźwiękowych firmy Hielscher redukuje wymaganą ilość metanolu aż do 50%. Stosunek molowy pomiędzy 1:4 lub 1:4,5 (olej : metanol) jest wystarczający dla większości substratów przy zastosowaniu mieszania ultradźwiękowego Hielscher.

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

Ultradźwiękowa estryfikacja jest etapem obróbki wstępnej, który redukuje surowce o niskiej jakości i wysokiej zawartości FFA do estrów. W drugim etapie transestryfikacji ultradźwiękowej, trójglicerydy są przekształcane w biodiesel (FAME).

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwięki zwiększają wydajność konwersji biodiesla – Naukowo udowodnione

Liczne grupy naukowców badały mechanizm i efekty ultradźwiękowej transestryfikacji biodiesla. Na przykład, zespół badawczy z Sebayan Darwin wykazał, że kawitacja ultradźwiękowa zwiększa aktywność chemiczną i szybkość reakcji, co prowadzi do znacznego zwiększenia tworzenia estrów. Technika ultradźwiękowa skróciła czas reakcji transestryfikacji do 5 minut. – w porównaniu do 2 godzin w przypadku mechanicznego mieszania. Konwersję triglicerydów (TG) do FAME pod wpływem ultradźwięków uzyskano w 95,6929%wt przy stosunku molowym metanolu do oleju 6:1 i 1%wt wodorotlenku sodu jako katalizatora. (por. Darwin et al. 2010)

Średniej i dużej wielkości ultradźwiękowe urządzenia do przetwarzania biodiesla

Hielscher Ultrasonics’ dostarcza małe i średnie, jak również duże przemysłowe procesory ultradźwiękowe do efektywnej produkcji biodiesla w każdej ilości. Oferując systemy ultradźwiękowe w dowolnej skali, Hielscher może zaoferować idealne rozwiązanie zarówno dla małych producentów, jak i dużych przedsiębiorstw. Ultradźwiękowa konwersja biodiesla może być realizowana jako proces wsadowy lub ciągły w linii produkcyjnej. Instalacja i obsługa jest prosta, bezpieczna i daje niezawodnie wysoką wydajność i najwyższą jakość biodiesla.
Poniżej znajdują się zalecane ustawienia reaktora dla różnych poziomów produkcji.

ton / godz
gal / godz
1x UIP500hdT
00,25 do 0,5
80 160
1x UIP1000hdT
00,5 do 1,0
160 do 320
1x UIP1500hdT
00,75 do 1,5
240 do 480
2x UIP1000hdT
1,0 do 2,0
320 do 640
2x UIP1500hdT
1,5 do 3,0
480 do 960
4x UIP1500hdT
3,0 do 6,0
960 do 1920
6x UIP1500hdT
4,5 do 9,0
1440 do 2880

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


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

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe


Fakty Warto wiedzieć

Produkcja biodiesla

Biodiesel jest produkowany, gdy trójglicerydy są przekształcane w wolne estry metylowe tłuszczów (FAME) poprzez reakcję chemiczną znaną jako transestryfikacja. Podczas reakcji transestryfikacji triglicerydy zawarte w olejach roślinnych lub tłuszczach zwierzęcych reagują w obecności katalizatora (np. wodorotlenku potasu lub wodorotlenku sodu) z alkoholem pierwszorzędowym (np. metanolem). W tej reakcji z surowca, jakim jest olej roślinny lub tłuszcz zwierzęcy, powstają estry alkilowe. Triglicerydy to glicerydy, w których glicerol jest zestryfikowany kwasami o długim łańcuchu, zwanymi kwasami tłuszczowymi. Te kwasy tłuszczowe są obficie obecne w olejach roślinnych i tłuszczach zwierzęcych. Ponieważ biodiesel może być produkowany z różnych surowców, takich jak pierwotne oleje roślinne, odpady olejów roślinnych, zużyte oleje do smażenia, tłuszcze zwierzęce, takie jak łój i smalec, ilość wolnych kwasów tłuszczowych (FFA) może się znacznie różnić. Zawartość wolnych kwasów tłuszczowych w triglicerydach jest istotnym czynnikiem wpływającym na proces produkcji biodiesla oraz na jego jakość. Wysoka ilość wolnych kwasów tłuszczowych może zakłócić proces konwersji i pogorszyć końcową jakość biodiesla. Główny problem polega na tym, że wolne kwasy tłuszczowe (FFA) reagują z katalizatorami alkalicznymi, co prowadzi do powstawania mydła. Tworzenie się mydła powoduje następnie problemy z oddzielaniem glicerolu. Dlatego surowce zawierające duże ilości FFA wymagają najczęściej obróbki wstępnej (tzw. reakcji estryfikacji), podczas której FFA są przekształcane w estry. Ultradźwięki sprzyjają obu reakcjom, transestryfikacji i estryfikacji.

Reakcja chemiczna estryfikacji

Estryfikacja to proces łączenia kwasu organicznego (RCOOH) z alkoholem (ROH) w celu utworzenia estru (RCOOR) i wody.

Zastosowanie metanolu w estryfikacji kwaśnej

Kiedy estryfikacja kwasem jest stosowana do redukcji FFA w surowcach, bezpośrednie zapotrzebowanie na energię jest stosunkowo niskie. Jednakże, podczas reakcji estryfikacji powstaje woda – tworząc mokry, kwaśny metanol, który musi być zneutralizowany, wysuszony i odzyskany. Ten proces odzyskiwania metanolu jest kosztowny.
Jeśli surowce wyjściowe zawierają 20-40% lub nawet więcej FFA, może być konieczne przeprowadzenie wielu etapów, aby obniżyć ich zawartość do akceptowalnego poziomu. Oznacza to, że powstaje jeszcze bardziej kwaśny, mokry metanol. Po zneutralizowaniu kwaśnego metanolu, suszenie wymaga wielostopniowej destylacji ze znacznymi wartościami refluksu, co powoduje bardzo wysokie zużycie energii.


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.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.