Биодизель через Ультрасонически Улучшенный (Транс-)Эстерификация

Биодизель синтезируется с помощью трансэстерификации с помощью базового катализатора. Однако, если используется сырье, такое как низкосортные отходы овощей с высоким содержанием жирных кислот, требуется химический этап предварительной обработки эстерификации с использованием кислотно-кататлитного. Ультразвук и его сонохимические и сономеханические эффекты способствуют обоим типам реакции и резко повышают эффективность преобразования биодизеля. Производство ультразвукового биодизеля значительно быстрее, чем обычный синтез биодизеля, приводит к повышению урожайности и качества биодизеля и экономит реагенты, такие как метанол и катализатор.

Конверсия биодизеля с помощью Power Ultrasound

Для биодизеля эфиры жирных кислот производятся путем трансэстерификации растительных масел, а также животных жиров (например, сало). Во время трансэстерификации компонент глицерола заменяется другим спиртом, например метанолом. Сырье с высоким содержанием свободных жирных кислот, например растительные масла (ВВО), требует предварительной обработки кислотной эстерификации, чтобы избежать образования мыла. Этот процесс кислотного катализа является очень медленной реакцией, когда осуществляется как обычный метод партии. Решением для ускорения медленного процесса эстерификации является применение ультразвука мощности. Sonication достигает значительного улучшения скорости реакции, преобразования и урожайности биодизеля, как сонохимические эффекты высокой мощности ультразвука способствовать и активизировать кислотный катализ. Ультразвуковая кавитация обеспечивает сономеханические силы, т.е. смешивание с высоким уровнем стрижки, а также сонохимическую энергию. Эти оба типа ультразвукового воздействия (сономеханического и сонохимического) превращают кислотно-катализированную эстерификацию в быструю реакцию, требующую меньше катализатора.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ультразвуковое смешивание улучшает коэффициент конверсии биодизеля, повышает урожайность и экономит избыток метанола и катализатора. На рисунке показана установка 3x UIP1000hdT (каждый 1 кВт ультразвуковой мощности) для inline обработки.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Трансэстерификация триглицеридов в биодизельное топливо (FAME) с использованием звуковой реакции приводит к ускоренной реакции и значительно более высокой эффективности.

Как работает ультразвуковое преобразование биодизеля?

Ультразвук между различными фазами трансэстерификации (также иногда называемый алкоголизмом) и эстерификации основан на улучшении смешивания, а также на повышенном тепле и массовой передаче. Ультразвуковое смешивание основано на принципе акустической кавитации, которая возникает в результате взрыва вакуумных пузырьков в жидкости. Акустическая кавитация характеризуется высокой полосой сил и турбулентностей, а также очень высоким давлением и перепадами температур. Эти силы способствуют химической реакции трансэстерификации / эстерификации и усиливают передачу массы и тепла, тем самым значительно улучшая реакцию преобразования биодизеля.
Применение ультразвука при преобразовании биодизеля научно и промышленно доказано для повышения эффективности процесса. Повышение эффективности процесса можно объяснить снижением энергопотребления и эксплуатационных расходов, а также сокращением употребления алкоголя (т.е. метанола), меньшим количеством катализатора и значительно сокращенным временем реакции. Затраты на отопление устраняются, так как нет необходимости во внешнем отоплении. Кроме того, фазовое разделение между биодизелем и глицеролом проще с более коротким временем разделения фазы. Важным фактором для коммерческого использования ультразвука в производстве биодизеля является простое масштабирование до любого объема, надежная и безопасная эксплуатация, а также надежность и надежность ультразвукового оборудования (промышленный стандарт, способный работать непрерывно 24/7/365 при полной нагрузке).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ультразвуковая промышленная система с потоковыми клетками для высохшей биодизельной эстерфикации и трансэстерификации.

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

Ультразвуковая эстерификация и трансэстерификация могут быть запущены в качестве пакетного или непрерывного процесса вколочной линии. Диаграмма показывает ультразвуковой процесс линии для биодизеля (FAME) transesterfication.


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

Ультразвуковая эстерификация и трансэстерификация могут быть запущены в качестве пакетного или непрерывного процесса вколочной линии. На этой диаграмме показан ультразвуковой процесс партии для преобразования биодизеля.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультрасонически-помощь два шага биодизельного преобразования Применения кислоты и базы-Катализированные шаги реакции

Для сырья с высоким содержанием FFA производство биодизеля осуществляется в качестве кислотной или базовой катализной реакции в двухэтаном процессе. Ультразвук способствует двум обоим типам реакций: кислотно-катализированная эстерификация, а также трансэстерификация с помощью базового катализа:

Кислотно-катализированная эстерификация с помощью ультразвука

Для лечения избытка свободных жирных кислот в сырье необходим процесс эстерификации. Серная кислота обычно используется в качестве кислотного катализатора.

  • Подготовка сырья путем фильтрации и переработки из загрязняющих веществ и воды.
  • Растворите катализатор, а именно серную кислоту, в метаноле. Покормите поток катализатора/метанола и сырья через теплообмекатель и статический смеситель для получения сырой предварительной смеси.
  • Предварительная смесь катализатора и сырья попадает непосредственно в ультразвуковой реакционной камере, где ультра-тонкое смешивание и сонохимия вступят в силу и свободные жирные кислоты преобразуются в биодизельное топливо.
  • Наконец, обезвоживание продукта и кормить его два второй этап - ультразвуковой трансестерификации. Кислый влажный метанол после восстановления, сушки и нейтрализации готов к повторного использованию.
  • Для очень высокой FFA, содержащей сырье, установка рециркуляции, возможно, потребуется снизить FFA до разумного уровня до шага трансэстерификации.

Реакция на эстерификацию с помощью кислотного катализатора:
ФФА - Алкоголь → Эстер - Вода

База-Катализированная трансестерификация с помощью ультразвука

Сырье, которое в настоящее время имеет лишь небольшое количество FFAs, может быть непосредственно подается на стадии трансэстерификации. Чаще всего гидроксид натрия или гидроксид калия (NaOH, KOH) используется в качестве базового катализатора.

  • Растворите катализатор, а именно гидроксид калия, в метаноле и покормите потоки катализатора/метанола и предварительно обработанное сырье через статический смеситель для получения сырой предварительной смеси.
  • Кормите пре-микс непосредственно в ультразвуковой реакционной камере для кавитации высокого стрижки смешивания и сонохимической обработки. Продуктами этой реакции являются алкил-эфиры (т.е. биодизельное топливо) и глицерин. Глицерин можно отделить путем урегулирования или центрифугирования.
  • Ультрасонически произведенный биодизель имеет высокое качество и производится быстро, энергоэффективно и экономически эффективно, экономя метанол и катализатор.

Реакция трансэстерификации с помощью базового катализатора:
Масло / жир - Алкоголь → биодизельное топливо и глицерол

Использование метанола & Восстановление метанола

Метанол является ключевым компонентом при производстве биодизеля. Ультрасонически управляемое преобразование биодизеля позволяет значительно сократить использование метанола. Если вы сейчас думаете: "Меня не волнует мое использование метанола, так как я восстановить его в любом случае", вы можете вновь подумать и рассмотреть непомерные высокие затраты на энергию, которые применяются для испарения шаг (например, с помощью столбца дистилляции), который необходим для отделять и перерабатывать метанол.
Метанол обычно удаляется после биодизеля и глицерина были разделены на два слоя, предотвращая разворот реакции. Затем метанол очищается и перерабатывается обратно в начало процесса. Производя биодизельное топливо с помощью ультрасонически управляемой эстерификации и трансэстерификации, вы можете резко сократить потребление метанола, тем самым уменьшая непомерные высокие затраты энергии на восстановление метанола. Использование ультразвуковых реакторов Hielscher уменьшает необходимое количество избыточного метанола до 50%. Соотношение моляров между 1:4 или 1:4.5 (масло : метанол) достаточно для большинства сырья, при использовании ультразвукового смешивания Hielscher.

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

Ультразвуковая эстерификация является шагом предварительной обработки, который сократил низкосортное сырье высоко в FFAs в эфиры. На втором этапе ультразвуковой трансестерификации триглицериды преобразуются в биодизельное топливо (FAME).

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковое повышение эффективности преобразования биодизеля – Научно доказано

Многочисленные исследователи исследовали механизм и эффекты ультразвуковой трансестерификации биодизеля. Например, исследовательская группа Себаяна Дарвина продемонстрировала, что ультразвуковая кавитация повышает химическую активность и скорость реакции, что приводит к значительному увеличению образования эстеров. Ультразвуковая техника сократила время реакции трансэстерификации до 5 минут – по сравнению с 2 часами для механической обработки перемешивания. Преобразование триглицеридов (TG) в FAME под ультразвуком получило 95.6929%wt с метанолом к соотношению масла молар 6:1 и 1%wt гидроксида натрия в качестве катализатора. (cf. Darwin et al. 2010)

Gholami et al. (2021) продемонстрировали превосходную эффективность ультразвуковой переэтерификации биодизеля по сравнению с механическим перемешиванием. Поэтому исследовательская группа сравнила две биодизельные установки на основе обычного механического перемешивания и ультразвуковой кавитации, которые были разработаны с использованием Aspen HYSYS V8.4. Для сравнения двух процессов использовались общие инвестиции, затраты на продукцию, чистая приведенной стоимости и внутренняя норма прибыли. – ультразвуковой и механический стриррер – друг с другом. Общий объем инвестиций в ультразвуковой кавитационный процесс был ниже, чем в процесс механического перемешивания, примерно на 20,8%. По сравнению с обычным процессом, использование ультразвуковых реакторов также привело к снижению затрат на продукты на 5,2%. Благодаря положительной чистой приведенной стоимости и внутренней норме доходности 18,3%, ультразвуковой кавитационный процесс был лучшим выбором. Кроме того, ультразвуковая кавитация привела к значительному снижению как потребляемой энергии, так и производства отходов. Общее потребление энергии было снижено на 6,9% при использовании ультразвуковой кавитации. Количество отходов, образующихся в ультразвуковом процессе, составляло одну пятую от количества отходов в процессе механического перемешивания.

Среднеразмерные и крупномасштабные ультразвуковые средства для обработки биодизеля

Hielscher Ультразвук’ поставки малых и средних размеров, а также крупномасштабных промышленных ультразвуковых процессоров для эффективного производства биодизеля в любом объеме. Предлагая ультразвуковую систему любого масштаба, Hielscher может предложить идеальное решение как для мелких производителей, так и для крупных компаний. Ультразвуковое преобразование биодизеля может работать как партия или как непрерывный процесс inline. Установка и эксплуатация проста, безопасна и обеспечивает надежно высокие результаты превосходного качества биодизеля.
Ниже вы найдете рекомендуемые установки реактора для целого ряда производственных ставок.

т / ч
гал / час
1x UIP500hdT
00,25 до 0,5
От 80 до 160
1x UIP1000hdT
00,5 до 1,0
160 до 320
1x UIP1500hdT
0.75 1.5
От 240 до 480
2x UIP1000hdT
От 1,0 до 2,0
320 до 640
2x UIP1500hdT
От 1,5 до 3,0
480 до 960
4x UIP1500hdT
От 3,0 до 6,0
960 до 1920
UIP1500hdT
От 4,5 до 9,0
1440 до 2880

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах, приложениях и цене. Мы будем рады обсудить ваш процесс с Вами и предложить вам ультразвуковую систему, отвечая вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


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

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.



Литература / Ссылки


Полезные сведения

Производство биодизеля

Биодизель производится, когда тригицериды преобразуются в свободный жирный метиловый эстер (FAME) с помощью химической реакции, известной как трансэстерификация. Во время реакции трансэстерификации тригильцериды в растительных маслах или животных жирах реагируют при наличии катализатора (например, гидроксида калия или гидроксида натрия) с первичным алкоголем (например, метанолом). При такой реакции алкил-эфиры образуются из сырья растительного масла или животного жира. Триглицериды являются глицеридами, в которых глицерол эстерфиент с длинными цепными кислотами, известными как жирные кислоты. Эти жирные кислоты обильно присутствуют в растительном масле и животных жирах. Так как биодизельное топливо может быть произведено из различных видов сырья, таких как девственные растительные масла, отходы растительных масел, используемых масел для жарки, животных жиров, таких как сало и сало, количество свободных жирных кислот (FFAs) может сильно варьироваться. Процент свободных жирных кислот триглицеридов является решающим фактором, который влияет на процесс производства биодизеля и в результате качества биодизеля резко. Большое количество свободных жирных кислот может помешать процессу преобразования и ухудшить окончательное качество биодизеля. Основная проблема заключается в том, что свободные жирные кислоты (ФФА) реагируют щелочными катализаторами, приводящими к образованию мыла. Формирование мыла впоследствии вызывает проблемы разделения глицерола. Таким образом, сырье, содержащее большое количество FFAs в основном требуют предварительной обработки (так называемая реакция эфирификации), в ходе которой FFAs преобразуются в эфиры. Ультразвук способствует как реакциям, так и трансэстерификации и эстерификации.

Химическая реакция эстерификации

Эстерификация – это процесс объединения органической кислоты (RCOOH) с алкоголем (ROH) для формирования эстера (RCOOR) и воды.

Метанол Использование в кислотной эстерификации

Когда кислотная эстерификация используется для уменьшения FFAs в сырье, непосредственные потребности в энергии являются относительно низкими. Тем не менее, вода создается во время реакции на эстерификацию – создание влажного, кислого метанола, который необходимо нейтрализовать, высушить и восстановить. Этот процесс восстановления метанола является дорогостоящим.
Если исходное сырье имеет от 20 до 40% или даже более высокие проценты FFAs, несколько шагов могут быть необходимы для того, чтобы довести их до приемлемого уровня. Это означает, что создается еще более кислый, влажный метанол. После нейтрализации кислого метанола, сушка требует многоступенчатой дистилляции со значительными показателями рефлюкса, что приводит к очень высокому энергопотреблению.


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 производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.