Biodiesel prin ultrasonically îmbunătățită (Trans-) Esterificare

Biodieselul este sintetizat prin transesterificare folosind un catalizator de bază. Cu toate acestea, în cazul în care se utilizează materia primă, ar fi legumele reziduale de calitate inferioară, cu un conținut ridicat de acizi grași liberi, este necesară o etapă chimică de pretratare a esterificării folosind un catatist acid. Ultrasonication și efectele sale sonochimice și sonomecanice contribuie la ambele tipuri de reacție și de a crește eficiența conversiei biodiesel dramatic. Producția de biodiesel cu ultrasunete este semnificativ mai rapid decât sinteza biodiesel convențional, rezultatele în randament biodiesel mai mare și de calitate și economisește reactivi, ar fi metanol și catalizator.

Biodiesel de conversie folosind puterea cu ultrasunete

Pentru biomotorină, esterii acizilor grași sunt produși prin transesterificarea uleiurilor vegetale, precum și a grăsimilor animale (de exemplu, seu). În timpul reacției de transesterificare, componenta glicerolului este înlocuită cu un alt alcool, ar fi metanolul. Materiile prime cu un conținut ridicat de acizi grași liberi, de exemplu uleiuri vegetale uzate (WVO), necesită o pretratare a esterificării acide pentru a evita formarea săpunului. Acest proces de catalizare acidă este o reacție foarte lentă, atunci când se efectuează ca metodă convențională a lotului. Soluția pentru accelerarea procesului de esterificare lentă este aplicarea ultrasunetelor de putere. Sonicare atinge o îmbunătățire semnificativă a vitezei de reacție, conversie și randamentul biodiesel ca efectele sonochimice ale ultrasunetelor de mare putere promova și intensifica cataliza acid. Cavitația cu ultrasunete oferă forțe sonomecanice, adică amestecarea cu forfecare înaltă, precum și energia sonochimică. Aceste ambele tipuri de impact cu ultrasunete (sonomecanic și sonochimic) transforma esterificarea acid-catalizat într-o reacție rapidă care necesită catalizator mai puțin.

Cerere de informatie





3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Amestecarea cu ultrasunete îmbunătățește rata de conversie biodiesel, crește randamentul și economisește excesul de metanol și catalizator. Imaginea arată instalarea de 3x UIP1000hdT (fiecare putere cu ultrasunete de 1kW) pentru prelucrarea în linie.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterificarea trigliceridelor în biodiesel (FAME) folosind sonicare duce la reacție accelerată și eficiență semnificativ mai mare.

funcționează conversia biodieselului cu ultrasunete?

Ultrasonication între diferite faze în transesterificare (de asemenea, uneori numit alcooliza) și esterificare se bazează pe îmbunătățirea de amestecare, precum și pe un transfer crescut de căldură și masă. Amestecarea cu ultrasunete se bazează pe principiul cavitației acustice, care apare ca urmare a implodării bulelor de vid în lichid. Cavitația acustică se caracterizează prin forțe de forfecare ridicată și turbulențe, precum și diferențe de presiune și temperatură foarte ridicate. Aceste forțe promovează reacția chimică de transesterificare / esterificare și intensifică transferul de masă și căldură, îmbunătățind astfel semnificativ reacția de conversie a biomotorinei.
Aplicarea ultrasonics în timpul conversiei biodiesel a fost dovedit științific și industrial pentru a îmbunătăți eficiența procesului. Îmbunătățirea eficienței procesului poate fi atribuită consumului redus de energie și costurilor de exploatare, precum și utilizării reduse a alcoolului (de exemplu, metanol), mai puțin catalizator și timpului de reacție scurtat semnificativ. Costul energiei pentru încălzire este eliminat, deoarece nu există nicio cerință pentru încălzirea externă. În plus, separarea fazelor între biodiesel și glicerol este mai simplă, cu un timp mai scurt de separare a fazelor. Un factor important pentru utilizarea comercială a ultrasunetelor în producția de biodiesel este simpla scalare până la orice volum, funcționarea fiabilă și sigură, precum și robustețea și fiabilitatea echipamentului cu ultrasunete (standard industrial, capabil să ruleze continuu 24/7/365 sub sarcină completă).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Sistem industrial cu ultrasunete cu celule de flux pentru esterficarea biodieselului în linie și transesterificare.

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

Esterificarea cu ultrasunete și transesterificarea poate fi rulat ca lot sau proces continuu inline. Graficul arată procesul de inline cu ultrasunete pentru biodiesel (FAME) transesterficare.


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

Esterificarea cu ultrasunete și transesterificarea poate fi rulat ca lot sau proces continuu inline. Această diagramă arată procesul de lot cu ultrasunete pentru conversia biodiesel.

Cerere de informatie





Ultrasonically-Asistată două etape biodiesel de conversie aplicarea acid- și bază-catalizată pași de reacție

Pentru materiile prime cu un conținut ridicat de FFA, producția de biomotorină se efectuează ca reacție acidă sau catalizată de bază într-un proces în două etape. Ecografia contribuie cu două tipuri de reacții, esterificarea catalizată cu acid, precum și transesterificarea catalizată de bază:

Esterificare catalizată cu acid folosind ultrasunete

Pentru a trata un exces de acizi grași liberi în materia primă, este necesar procesul de esterificare. Acidul sulfuric este frecvent utilizat ca catalizator acid.

  • Pregătiți materiile prime prin filtrarea și rafinarea din contaminanți și apă.
  • Se dizolvă catalizatorul, și anume acidul sulfuric, în metanol. Flux de furaje de catalizator / metanol și materii prime printr-un schimbător de căldură și un mixer static pentru a obține un pre-mix brut.
  • Pre-mix de catalizator și materii prime merge direct în camera de reacție cu ultrasunete, în cazul în care amestecarea ultra-fin și sonochemistry să aibă efect și acizi grași liberi sunt convertite în biodiesel.
  • În cele din urmă, dewater produsului și hrana pentru animale-l două a doua etapă - transesterificare cu ultrasunete. Metanolul umed acid este după recuperare, uscare și neutralizare gata de reutilizare.
  • Pentru FFA foarte mare care conțin materii prime, o configurare recirculare poate necesare pentru a reduce FFA la un nivel rezonabil înainte de etapa de transesterificare.

Reacția de esterificare folosind un catalizator acid:
FFA + Alcool → Ester + Apă

Transesterificare catalizată de bază folosind ultrasunete

Materiile prime, care au acum doar cantități mici de FFA, pot fi alimentate direct în stadiul de transesterificare. Cel mai frecvent hidroxid de sodiu sau hidroxid de potasiu (NaOH, KOH) este utilizat ca catalizator de bază.

  • Se dizolvă catalizatorul, și anume hidroxidul de potasiu, în metanol și se alimentează fluxurile de catalizator/ metanol și materii prime pretratate printr-un mixer static pentru a obține un pre-mix brut.
  • Feed pre-se amestecă direct în camera de reacție cu ultrasunete pentru amestecarea cavitațională de înaltă forfecare și tratamentul sonochimic. Produsele acestei reacții sunt esterii alchilici (adică biomotorina) și glicerina. Glicerina poate fi separată prin decantare sau prin centrifugare.
  • Biodieselul produs cu ultrasunete este de înaltă calitate și fabricat rapid, eficient din punct de vedere energetic și eficient din punct de vedere al costurilor prin economisirea metanolului și catalizatorului.

Reacție de transesterificare folosind un catalizator de bază:
Ulei / Grăsime + Alcool → Biodiesel + Glicerol

Utilizarea metanolului & Recuperarea metanolului

Metanolul este o componentă cheie în timpul producției de biodiesel. Conversia biodieselului acționat ultrasonically permite o utilizare semnificativ redusă a metanolului. Dacă vă gândiți acum "Nu-mi pasă de utilizarea metanolului meu, deoarece îl recuperez oricum", s-ar putea să vă gândiți din nou și să luați în considerare costul exorbitant ridicat al energiei care se aplică pentru etapa de evaporare (de exemplu, folosind o coloană de distilare), care este necesară pentru separarea și reciclarea metanolului.
Metanolul este de obicei îndepărtat după ce biodieselul și glicerina au fost separate în două straturi, prevenind inversarea reacției. Metanolul este apoi curățat și reciclat înapoi la începutul procesului. Producerea de biodiesel prin esterificare ultrasonically-driven și transesterificare, sunteți în măsură să reducă utilizarea metanol dramatic, reducând astfel cheltuielile exorbitante de energie ridicată pentru recuperarea metanol. Utilizarea reactoarelor cu ultrasunete Hielscher reduce cantitatea necesară de metanol în exces cu până la 50%. Un raport molar între 1:4 sau 1:4.5 (ulei : metanol) este suficient pentru majoritatea materiilor prime, atunci când se utilizează amestecarea cu ultrasunete Hielscher.

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

Esterificarea cu ultrasunete este un pas de pretratare, care a redus materii prime de grad scăzut ridicat în FFAs în esteri. În a 2-a etapă a transesterificării cu ultrasunete, trigliceridele sunt transformate în biodiesel (FAME).

Cerere de informatie





Eficiența conversiei biodieselului cu ultrasunete – Dovedit științific

Numeroase grup de cercetători au investigat mecanismul și efectele transesterificării cu ultrasunete a biodieselului. De exemplu, echipa de cercetare a Sebayan Darwin a demonstrat că cavitația cu ultrasunete a crescut activitatea chimică și rata de reacție rezultând într-o formare de esteri semnificativ crescută. Tehnica cu ultrasunete a redus timpul de reacție de transesterificare la 5 minute – în comparație cu 2 ore pentru prelucrarea mecanică a agitarei. Conversia trigliceridelor (TG) la FAME sub ultrasonication obținut 95.6929% wt cu un raport metanol la ulei molar de 6:1 și 1% wt hidroxid de sodiu ca catalizator. (cf. Darwin et al. 2010)

Ultrasonicators de dimensiuni medii și la scară largă pentru prelucrarea biodieselului

Hielscher Ultrasonics’ furnizează mici până la mijlocii, precum și procesoare industriale la scară largă cu ultrasunete pentru producția eficientă de biodiesel la orice volum. Oferind sistem ultrasonic la orice scară, Hielscher poate oferi soluția ideală atât pentru micii producători, cât și pentru companiile mari. Conversia biodiesel cu ultrasunete poate fi operat ca lot sau ca proces continuu inline. Instalarea și funcționarea este simplă, sigură și oferă rezultate fiabil ridicate de calitate superioară a biodieselului.
Mai jos veți găsi configurațiile recomandate ale reactorului pentru o serie de rate de producție.

ton / hr
gal / hr
1X UIP500hdT
00.25-0.5
80 și 160
1X UIP1000hdT
00.5-1.0
160-320
1X UIP1500hdT
00.75-1.5
240-480
2x UIP1000hdT
1.0-2.0
320-640
2x UIP1500hdT
1.5-3.0
480-960
4x UIP1500hdT
3.0-6.0
960-1920
6x UIP1500hdT
4.5-9.0
1440-2880

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să folosiți formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre procesoare cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dumneavoastră!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


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

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.



Literatură / Referințe


Ce trebuie să știți

Biodieselul de producție

Biodieselul este produs atunci când trigycerides sunt convertite în ester de metil gras liber (FAME) printr-o reacție chimică cunoscută sub numele de transesterificare. În timpul reacției de transesterificare, trigylceridele din uleiurile vegetale sau grăsimile animale reacționează în prezența unui catalizator (de exemplu, hidroxid de potasiu sau hidroxid de sodiu) cu un alcool primar (de exemplu, metanol). În această reacție, esterii alchilici se formează din materiile prime de ulei vegetal sau grăsime animală. Trigliceridele sunt gliceride, în care glicerolul este esterfied cu acizi cu lanț lung, cunoscut sub numele de acizi grași. Acești acizi grași sunt prezenți din abundență în uleiul vegetal și grăsimile animale. Deoarece biodieselul poate fi produs din diferite materii prime diferite, ar fi uleiuri vegetale virgine, uleiuri vegetale uzate, uleiuri de prăjire utilizate, grăsimi animale, ar fi seu și untură, cantitatea de acizi grași liberi (FFAs) poate varia foarte mult. Procentul de acizi grași liberi ai trigliceridelor este un factor crucial care influențează drastic procesul de producție a biomotorinei și calitatea biomotorinei rezultată. O cantitate mare de acizi grași liberi poate interfera cu procesul de conversie și poate deteriora calitatea finală a biomotorinei. Principala problemă este că acizii grași liberi (FFA) reacționează cu catalizatori alcalini care duc la formarea săpunului. Formarea săpunului provoacă ulterior probleme de separare a glicerolului. Prin urmare, materiile prime care conțin cantități mari de IFFA necesită în cea mai mare parte o pretratare (o așa-numită reacție de esterificare), în timpul căreia FFA sunt transformate în esteri. Ultrasonication promovează atât reacții, transesterificare și esterificare.

Reacția chimică a esterificării

Esterificarea este procesul de combinare a unui acid organic (RCOOH) cu un alcool (ROH) pentru a forma un ester (RCOOR) și apă.

Utilizarea metanolului în esterificarea acidă

Atunci când esterificarea acidă este utilizată pentru a reduce IFFA-urile din materiile prime, necesarul imediat de energie este relativ scăzut. Cu toate acestea, apa este creată în timpul reacției de esterificare – crearea metanolului umed, acid, care trebuie neutralizat, uscat și recuperat. Acest proces de recuperare metanol este scump.
În cazul în care materiile prime de pornire au procente de 20-40 % sau chiar mai mari de FFA, pot fi necesare mai multe etape pentru a le reduce la niveluri acceptabile. Acest lucru înseamnă, chiar mai acid, metanol umed este creat. După neutralizarea metanolului acid, uscarea necesită distilare multietajată cu rate semnificative de reflux, ceea ce duce la o utilizare foarte mare a energiei.


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 produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.