Bionafta prostredníctvom rozpúšťadle vylepšené (Trans-)esterifikácia

Bionafta sa syntetizuje transesterifikáciou pomocou základného katalyzátora. Ak sa však použije surovina, ako je odpadová zelenina nízkej kvality s vysokým obsahom voľných mastných kyselín, vyžaduje sa chemický krok predbežnej úpravy esterifikácie s použitím kyslej katatlystysty. Ultrazvukom a jeho sonochemical a sonomechanické účinky prispievajú k obom typom reakcií a zvyšujú účinnosť konverzie bionafty dramaticky. Ultrazvuková výroba bionafty je výrazne rýchlejšia ako konvenčná syntéza bionafty, má za následok vyšší výnos a kvalitu bionafty a šetrí činidlá, ako je metanol a katalyzátor.

Konverzia bionafty pomocou ultrazvuku výkonu

V prípade bionafty sa estery mastných kyselín vyrábajú transesterifikáciou rastlinných olejov, ako aj živočíšnych tukov (napr. loj). Počas transesterifikačnej reakcie sa zložka glycerolu nahradí iným alkoholom, ako je metanol. Východiskové suroviny s vysokým obsahom voľných mastných kyselín, napr. Tento proces katalýzy kyseliny je veľmi pomalá reakcia, ak sa vykonáva ako konvenčná dávková metóda. Riešením na urýchlenie pomalého procesu esterifikácie je aplikácia ultrazvuku výkonu. Ultrazvukom dosahuje významné zlepšenie reakčnej rýchlosti, konverzie a bionafty výnos ako sonochemical účinky high-výkon ultrazvuk podporovať a zintenzívniť katalýzu kyseliny. Ultrazvukový kavitácie poskytuje sonomechanické sily, tj high-nožné miešanie, rovnako ako sonochemical energie. Tieto oba typy ultrazvukového nárazu (sonomechanické a sonochemical) premeniť kyselina-katalyzovaná esterifikácia do rýchlej reakcie vyžadujúce menej katalyzátora.

Transesterifikácia triglyceridov na bionaftu (FAME) pomocou ultrazvukom má za následok zrýchlenú reakciu a výrazne vyššiu účinnosť.

Ako funguje ultrazvuková konverzia bionafty?

Ultrazvukom medzi rôznymi fázami v transesterifikácii (tiež niekedy nazývané alkoholýza ) a esterifikácia je založená na zlepšení miešania, ako aj na zvýšenom prenose tepla a hmoty. Ultrazvukový miešanie je založený na princípe akustickej kavitácie, ktorá sa vyskytuje v dôsledku implodujúce vákuové bubliny v kvapaline. Akustická kavitácia sa vyznačuje vysokými strihacie sily a turbulencie, rovnako ako veľmi vysoký tlak a teplotné diferenciáli. Tieto sily podporujú chemickú reakciu transesterifikácie / esterifikácie a zintenzívňujú prenos hmoty a tepla, čím výrazne zlepšujú reakciu konverzie bionafty.
Aplikácia ultrazvukom počas konverzie bionafty bola vedecky a priemyselne preukázaná, že zlepšuje účinnosť procesu. Zlepšenie efektívnosti procesov možno pripísať zníženej spotrebe energie a prevádzkovým nákladom a zníženému používaniu alkoholu (t. j. metanolu), menšiemu katalyzátoru a výrazne skráteniu reakčnej doby. Náklady na energiu na vykurovanie sú eliminované, pretože neexistuje požiadavka na vonkajšie vykurovanie. Okrem toho je separácia fázy medzi bionaftou a glycerolom jednoduchšia s kratším časom separácie fázy. Dôležitým faktorom pre komerčné použitie ultrazvuku pri výrobe bionafty je jednoduchá stupnica až do akéhokoľvek objemu, spoľahlivá a bezpečná prevádzka, ako aj robustnosť a spoľahlivosť ultrazvukového zariadenia (priemyselný štandard, schopný bežať nepretržite 24/7/365 pri plnom zaťažení).

Ultrazvukový priemyselný systém s prietokovou bunkou pre inline bionaftu esterifikáciu a transesterifikáciu.

Rozpúšťadle-asistovanej dvojstupňovej konverzie bionafty použitie kyseliny- a base-katalyzovanej reakcie kroky

V prípade surovín s vysokým obsahom FFA sa výroba bionafty vykonáva ako kyslá alebo základná katalyzovaná reakcia v dvojfázového procese. Ultrazvuk prispieva dvoma oboma typmi reakcií, acido-katalyzovaná esterifikácia, ako aj základná katalyzovaná transesterifikácia:

Acido-katalyzovaná esterifikácia pomocou ultrazvuku

Na ošetrenie nadbytku voľných mastných kyselín v východiskovej suroviná je potrebný proces esterifikácie. Kyselina sírová sa bežne používa ako kyslý katalyzátor.

• Pripravte východiskové suroviny filtrovaním a rafinovaním z kontaminantov a vody.
• Rozpustite katalyzátor, a to kyselinu sírovú, v metanole. Prívod katalyzátora/ metanolu a východiskovej suroviny cez výmenník tepla a statický mixér na získanie surovej predmiešanej zmesi.
• Pre-mix katalyzátora a východiskovej suroviny ide priamo do ultrazvukovej reakčnej komory, kde účinkuje ultra jemné miešanie a sonochémia a voľné mastné kyseliny sa konvertujú na bionaftu.
• Nakoniec produkt odvlčte a nakŕmte ho dvoma druhou fázou – ultrazvukovou transesterifikáciou. Kyslý mokrý metanol je po regenerácii, sušení a neutralizácii pripravený na opätovné použitie.
• V prípade surovín obsahujúcich veľmi vysokú FFA môže byť potrebné recirkulačné nastavenie na zníženie FFA na primeranú úroveň pred krokom transesterifikácie.

Esterifikačná reakcia s použitím kyslého katalyzátora:
FFA + Alkohol → Ester + Voda

Základná katalyzovaná transesterifikácia pomocou ultrazvuku

Východisková surovina, ktorá má v súčasnosti len malé množstvá FFA, môže byť priamo kŕmená fázou transesterifikácie. Najčastejšie sa ako základný katalyzátor používa hydroxid sodný alebo hydroxid draselný (NaOH, KOH).

• Rozpustite katalyzátor, konkrétne hydroxid draselný, v metanole a nakŕmte prúdy katalyzátora/ metanolu a predliečených surovín prostredníctvom statickej miešačky, aby ste získali surovú predbežnú zmes.
• Feed pre-mix priamo do ultrazvukovej reakčnej komory pre cavitational high-shear miešanie a sonochemical ošetrenie. Produktmi tejto reakcie sú alkylestery (t. j. bionafta) a glycerín. Glycerín sa môže oddeliť usadzovaním alebo odstreďovaním.
• Rozpúšťadle vyrábaná bionafta je vysokej kvality a vyrába sa rýchlo, energeticky efektívne a nákladovo efektívne šetrením metanolu a katalyzátora.

Transesterifikačná reakcia pomocou základného katalyzátora:
Olej / tuk + alkohol → bionafta + glycerol

Používanie metanolu & Obnova metanolu

Metanol je kľúčovou zložkou pri výrobe bionafty. Rozpúšťadle poháňaná konverzia bionafty umožňuje výrazne znížené použitie metanolu. Ak si teraz myslíte, že "Nezaujíma ma moje používanie metanolu, pretože ho aj tak obnovím", môžete premyslieť a zvážiť prehnané vysoké náklady na energiu, ktoré sa vzťahujú na krok odparovania (napr. pomocou destilačného stĺpca), ktorý je potrebný na oddelenie a recykláciu metanolu.
Metanol sa zvyčajne odstraňuje po oddelení bionafty a glycerínu do dvoch vrstiev, čo zabraňuje zvráteniu reakcie. Metanol sa potom čistí a recykluje späť na začiatok procesu. Výroba bionafty prostredníctvom rozpúšťadle-riadený esterifikácie a transesterifikácie, ste schopní znížiť vaše používanie metanolu dramaticky, čím sa znížia prehnané vysoké výdavky na energiu pre obnovu metanolu. Použitie Hielscher ultrazvukové reaktory znižuje požadované množstvo prebytočného metanolu až o 50%. Molárny pomer medzi 1:4 alebo 1:4,5 (olej : metanol) je dostatočný pre väčšinu surovín, pri použití ultrazvukového miešania Hielscher.

Ultrazvukový zvýšená účinnosť konverzie bionafty – Vedecky dokázané

Početné výskumné skupiny skúmali mechanizmus a účinky ultrazvukovej transesterifikácie bionafty. Napríklad výskumný tím Sebayan Darwin preukázal, že ultrazvuková kavitácia zvýšila chemickú aktivitu a rýchlosť reakcie, čo viedlo k výrazne zvýšenej tvorbe esterov. Ultrazvuková technika znížila transesterifikačný reakčný čas na 5 minút – v porovnaní s 2 hodinami pri mechanickom miešaní. Konverzia triglyceridov (TG) na FAME podľa ultrazvukom získané 95.6929%wt s metanolom na olej molárny pomer 6:1 a 1%wt hydroxid sodný ako katalyzátor. (porovnaj Darwin a kol. 2010)

Stredne veľké a veľkoplošné ultrasonicators pre spracovanie bionafty

Hielscher Ultrazvuk’ dodáva malé až stredné veľkosti, ako aj veľké priemyselné ultrazvukové procesory pre efektívnu výrobu bionafty v akomkoľvek objeme. Ponúka ultrazvukový systém v akomkoľvek meradle, Hielscher môže ponúknuť ideálne riešenie pre malých výrobcov a veľké spoločnosti. Ultrazvukový konverzia bionafty môže byť prevádzkovaná ako dávková alebo ako kontinuálny inline proces. Inštalácia a prevádzka je jednoduchá, bezpečná a poskytuje spoľahlivo vysoké výkony vynikajúcej kvality bionafty.
Nižšie nájdete odporúčané nastavenie reaktora pre celý rad výrobných sadzieb.