Biodiesel via Ultrasonically Improved (Trans-)Esterification

Biodizel se sintetiše putem transesterifikacije pomoću baznog katalizatora. Međutim, ako se koriste sirovine kao što je niskorazrečivo otpadno povrće sa visokim sadržajem masne kiseline, potreban je hemijski pred-tretman esterifikacije pomoću kiselo-kataliste. Ultrazvučnost i njeni sonohemijski i sonomehanički efekti doprinose oba tipa reakcije i drastično povećavaju efikasnost konverzije biodizela. Ultrazvučna proizvodnja biodizela je znatno brža od konvencionalne sinteze biodizela, rezultira većim prinosom biodizela i kvalitetom i štedi reagense kao što su metanol i katalizator.

Konverzija biodizela pomoću Power Ultrazvuka

Za biodizel, estari masne kiseline se proizvode transesterifikacijom biljnih ulja kao i životinjskih masti (npr. tallow). Tokom reakcije transesterifikacije, komponenta glicerol zamenjuje se drugim alkoholom, kao što je metanol. Feedstocks sa visokim sadržajem besplatnih masnih kiselina, npr. otpadnih biljnih ulja (WVO), zahtevaju pred-tretman esterifikacije kiseline kako bi se izbeglo formiranje sapuna. Ovaj proces kataliziranja kiseline je veoma spora reakcija, kada se sprovodi kao konvencionalna grupna metoda. Rešenje za ubrzavanje procesa sporog esterifikacije je primena power ultrazvuka. Sonication postiže značajno poboljšanje brzine reakcije, konverzije i prinosa biodizela jer sonohemijski efekti ultrazvuka visoke snage promovišu i intenziviraju kiselu katalizu. Ultrazvučna kavitacija obezbeđuje sonomehaničke sile, ili mešanje visokih šerova, kao i sonohemijsku energiju. Ove obe vrste ultrazvučnog uticaja (sonomehanički i sonohemijski) pretvaraju kiselo-kataliziranu esterifikaciju u brzu reakciju koja zahteva manje katalizatora.

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ultrazvučno mešanje poboljšava stopu konverzije biodizela, povećava prinos i štedi višak metanola i katalizatora. Na slici je prikazana instalacija 3x УИП1000хдТ (svaka 1kW ultrazvučna snaga) za umetnutu obradu.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterifikacija triglicerida u biodizel (FAME) korišćenjem sonication rezultira ubrzanom reakcijom i znatno većom efikasnošću.

Kako funkcioniše ultrazvučna konverzija biodizela?

Ultrazvučnost između različitih faza u transesterifikaciji (koja se ponekad naziva i alkoholiza ) i esterifikacije zasniva se na poboljšanju mešanja kao i na povećanom prenosu toplote i mase. Ultrazvučno mešanje se zasniva na principu akustične kavitacije, koji se javlja kao posledica implodirajuće vakuumske mehuriće u tečnosti. Akustičnu kavitaciju karakterišu visoke sile i turbulencije, kao i veoma visok pritisak i temperaturni različnici. Ove sile promovišu hemijsku reakciju transesterifikacije / esterifikacije i intenziviraju masovni i toplotni prenos, čime se značajno poboljšava reakcija konverzije biodizela.
Primena ultrazvuka tokom konverzije biodizela je naučno i industrijski dokazana kako bi se poboljšala efikasnost procesa. Poboljšanje efikasnosti procesa može se pripisati smanjenoj potrošnji energije i operativnim troškovima, kao i smanjenoj upotrebi alkohola (ili metanola), manje katalizatora i značajno skraćenom vremenu reakcije. Energetski troškovi grejanja se eliminišu s obzirom da ne postoji uslov za spoljno grejanje. Pored toga, fazno razdvajanje između biodizela i glicerola je jednostavnije sa kraćim faznim vremenom razdvajanja. Važan faktor za komercijalnu upotrebu ultrazvuka u proizvodnji biodizela je jednostavna skala do bilo koje zapremine, pouzdan i bezbedan rad kao i robustnost i pouzdanost ultrazvučne opreme (industrijski standard, sposoban da radi neprekidno 24/7/365 pod punim opterećenjem).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ultrazvučni industrijski sistem sa protočnom ćelijom za umetnutu biodizel esterficiju i transesterifikaciju.

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

Ultrazvučna esterifikacija i transesterifikacija mogu da se pokreću kao grupni ili kontinuirani umetnuti proces. Grafikon prikazuje ultrazvučni umetnuti proces za transesterfikaciju biodizela (FAME).


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

Ultrazvučna esterifikacija i transesterifikacija mogu da se pokreću kao grupni ili kontinuirani umetnuti proces. Ovaj grafikon prikazuje proces ultrazvučne grupe za konverziju biodizela.

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


Ultrasonically-Assisted Two Step Biodiesel Conversion Applying Acid- and Base-Catalyzed Reaction Steps

Za feedstock sa visokim FFA sadržajem, proizvodnja biodizela se sprovodi kao reakcija kiseline ili bazne katalizacije u procesu dve faze. Ultrazvuk doprinosi dvema vrstama reakcija, esterifikaciji katalizacije kiseline kao i bazno-kataliziranoj transesterifikaciji:

Esterifikacija katalizacije kiselinom pomoću ultrazvuka

Da bi se lečio višak slobodnih masnih kiselina u feedstock-u, potreban je proces esterifikacije. Sumporna kiselina se obično koristi kao kiseli katalizator.

  • Pripremite feedstock filtriranjem i preradom od zagađivača i vode.
  • Rastvorite katalizator, tačnije sumpornu kiselinu, u metanolu. Nahranite mlaz katalizatora/ metanola i feedstock preko menjača toplote i statičnog miksera da biste dobili grubu pred-mešavinu.
  • Pre-mešavina katalizatora i feedstock-a ide direktno u komoru za ultrazvučnu reakciju, gde ultra fino mešanje i sonohemija stupaju na snagu i besplatne masne kiseline se pretvaraju u biodizel.
  • Na kraju, dewater the product and feed it two the second stage – the ultrasonic transesterification. Kiseli vlažni metanol je posle oporavka, sušenja i neutralisanja spreman za ponovnu nuždu.
  • Za veoma visoku FFA koja sadrži feedstockove, možda je potrebno da se FFA spusti na razuman nivo pre koraka transesterifikacije.

Reakcija esterifikacije pomoću kiselog katalizatora:
FFA + Alkohol → Ester + Voda

Osnovno-katalizovano transesterifikacija pomoću ultrazvuka

Feedstock, koji sada ima samo male količine FFA, može se direktno hraniti u fazi transesterifikacije. Najčešće se natrijum hidroksid ili kalijum hidroksid (NaOH, KOH) koristi kao bazni katalizator.

  • Rastvorite katalizator, tačnije kalijum hidroksid, u metanol i nahranite potoke katalizatora/ metanola i pretreed feedstock-a kroz statički mikser kako biste dobili sirovu pred-mešavinu.
  • Nahranite pre-miks direktno u komoru za ultrazvučnu reakciju za kavitaciono mešanje visokog šera i sonohemijski tretman. Proizvodi ove reakcije su alkyl esters (npr. biodizel) i glicerin. Glicerin se može odvojiti tako što ćete se skrasiti ili centrifugiranjem.
  • Ultrazvučno proizveden biodizel je visokog kvaliteta i proizveden brzo, energetski efikasno i isplativa uštedom metanola i katalizatora.

Reakcija transesterifikacije pomoću osnovnog katalizatora:
Ulje / Mast + Alkohol → Biodiesel + Glycerol

Upotreba metanola & Oporavak metanola

Metanol je ključna komponenta tokom proizvodnje biodizela. Ultrasonično vođena konverzija biodizela omogućava značajno smanjenu upotrebu metanola. Ako sada razmišljate "Baš me briga za moju upotrebu metanola, pošto ga ionako oporavljam", možda ćete ponovo razmisliti i razmotriti preveliki visoki energetski trošak koji važi za korak isparavanja (npr. korišćenje kolone za destilaciju), koji je neophodan za razdvajanje i recikliranje metanola.
Metanol se obično uklanja nakon što se biodizel i glicerin razdvoje u dva sloja, sprečavajući obrtanje reakcije. Metanol se zatim čisti i reciklira nazad do početka procesa. Proizvodeći biodizel putem ultrasonično vođene esterifikacije i transesterifikacije, u stanju ste da drastično smanjite upotrebu metanola, čime smanjujete prevelike visoke energetske izdatke za oporavak metanola. Upotreba ultrazvučnih reaktora Hielscher smanjuje potrebnu količinu viška metanola i do 50%. Odnos kutnjaka između 1:4 ili 1:4,5 (ulje : metanol) dovoljan je za većinu feedstock-a, prilikom korišćenja Hielscher ultrazvučnog mešanja.

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

Ultrazvučna esterifikacija je korak pretreatmenta, koji je smanjio niskorazločani feedstock visoko u FFAs u esters. U 2. koraku ultrazvučne transesterifikacije, trigliceridi se pretvaraju u biodizel (SLAVA).

Захтев за информације




Obratite pažnju na naše Правила о приватности.


Ultrazvučno povećana efikasnost konverzije biodizela – Naučno dokazano

Brojna grupa istraživača istraživala je mehanizam i efekte ultrazvučne transesterifikacije biodizela. Na primer, istraživački tim Sebajana Darvina pokazao je da ultrazvučna kavitacija povećava hemijsku aktivnost i stopu reakcije što je rezultiralo značajno povećanom formacijom estera. Ultrazvučna tehnika smanjila je vreme reakcije na transesterifikaciju na 5 minuta – u poređenju sa 2 sata za mehaničku obradu komešanja. Konverzija triglicerida (TG) u FAME pod ultrazvučnovanjem dobila je 95.6929%wt sa metanolom u odnos kutnjaka ulja od 6:1 i 1%wt natrijum hidroksidom kao katalizatorom. (cf. Darwin et al. 2010)

Gholami et al. (2021) demonstrirao je superiornu efikasnost ultrasonično potpomognute biodizela u poređenju sa mehaničkom agitacijom. Istraživački tim je stoga uporedio dve biljke biodizela zasnovane na konvencionalnom mehaničkom komešanju i ultrazvučnoj kavitaciji, koje su dizajnirane pomoću Aspen HYSYS V8.4. Za poređenje ova dva procesa korišćena su ukupna ulaganja, troškovi proizvoda, neto sadašnja vrednost i interna stopa povraćaja – ultrazvučni i mehanički strirrer – jedni sa drugima. Ukupna investicija u proces ultrazvučne kavitacije bila je manja od onog u procesu mehaničkog komešanja za otprilike 20,8 odsto. U poređenju sa konvencionalnim procesom, korišćenje ultrazvučnih reaktora takođe je dovelo do smanjenja troškova proizvoda za 5,2 odsto. Zbog pozitivne neto sadašnje vrednosti i interne stope povraćaja od 18,3 odsto, proces ultrazvučne kavitacije bio je bolji izbor. Štaviše, ultrazvučna kavitacija rezultirala je značajnim smanjenjem kako utrošene energije, tako i proizvodnje otpada. Ukupna potrošnja energije smanjena je za 6,9 odsto kada je upotrebljena ultrazvučna kavitacija. Količina otpada proizvedenog u procesu ultrazvučne pomoći bila je jedna petina toga u procesu mehaničkog komešanja.

Ultrazvučnici srednje veličine i velikih razmera za obradu biodizela

Хиелсцхер Ултрасонична терапија’ snabdeva male do srednje veličine kao i industrijske ultrazvučne procesore velikih razmera za efikasnu proizvodnju biodizela u bilo kom obimu. Nudeći ultrazvučni sistem u bilo kom obimu, Hielscher može ponuditi idealno rešenje kako za male proizvođače tako i za velike kompanije. Ultrazvučna konverzija biodizela se može raditi kao grupni ili kao kontinuirani umetnuti proces. Instalacija i rad su jednostavni, bezbedni i daju pouzdano visoke rezultate superiornog kvaliteta biodizela.
U nastavku ćete pronaći preporučena podešavanja reaktora za niz stopa proizvodnje.

ton/hr
Gal/hr
1x УИП500хдТ
0.25 do 0,5
80 do 160
1x УИП1000хдТ
0.5 do 1,0
160 do 320
1x UIP1500hdT
0.75 do 1,5
240 do 480
2x УИП1000хдТ
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

Контактирајте нас! / Питајте нас!

Traži više informacija

Koristite donji obrazac da biste zatražili dodatne informacije o Ultrason, procesorima, aplikacijama i ceni. Biće nam drago da razgovaramo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo ultrasonični sistem koji ispunjava vaše zahteve!









Molimo vas da zabeležite naše Правила о приватности.


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

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za mešanje aplikacija, raspršivanje, emulzifikaciju i vađenje na laboratorijskoj, pilotskoj i industrijskoj skali.



Literatura/reference


Чињенице вреди знати

Proizvodnja biodizela

Biodizel se proizvodi kada se trigycerides konvertuje u besplatan masni metil ester (FAME) putem hemijske reakcije poznate kao transesterifikacija. Tokom reakcije transesterifikacije, trigylcerides u biljnim uljima ili životinjskim mastima reaguje u prisustvu katalizatora (npr. kalijum hidroksid ili natrijum hidroksid) sa primarnim alkoholom (npr. metanol). U ovoj reakciji, alkilni estari nastaju od hranjenja biljnog ulja ili životinjskih masti. Trigliceridi su gliceridi, u kojima se glicerol esterfifikuje dugim lančanim kiselinama, poznatim kao masne kiseline. Ove masne kiseline su obilno prisutne u biljnom ulju i životinjskim mastima. S obzirom na to da se biodizel može proizvoditi iz različitih feedstockova kao što su devičanska biljna ulja, biljna ulja za otpad, korišćena ulja za prženje, životinjske masti kao što su visoke i mast, količina besplatnih masnih kiselina (FFA) može dosta da varira. Procenat slobodnih masnih kiselina triglicerida je presudan faktor koji utiče na proces proizvodnje biodizela i rezultirajući kvalitet biodizela drastično. Visoka količina slobodnih masnih kiselina može da ometa proces konverzije i pogorša konačni kvalitet biodizela. Glavni problem je što besplatne masne kiseline (FFAs) reaguju alkalni katalizatorima što rezultira formiranjem sapuna. Formiranje sapuna naknadno izaziva probleme sa razdvajanjem glicerola. Zbog toga feedstockovi koji sadrže visoke količine FFA uglavnom zahtevaju pretreatment (takozvanu reakciju esterifikacije), tokom koje se FFA-i pretvaraju u estere. Ultrazvučnost promoviše i reakcije, transesterifikaciju i esterifikaciju.

Hemijska reakcija Esterifikacije

Esterifikacija je proces kombinovanja organske kiseline (RCOOH) sa alkoholom (ROH) za formiranje estera (RCOOR) i vode.

Upotreba metanola u kiseloj esterifikaciji

Kada se esterifikacija kiseline koristi za smanjenje FFA u feedstock-u, neposredni energetski zahtevi su relativno niski. Međutim, voda se stvara tokom reakcije esterifikacije – stvaranje vlažnog, kiselog metanola, koji se mora neutralisati, osušiti i oporaviti. Ovaj proces oporavka metanola je skup.
Ako početni feedstockovi imaju 20 do 40 odsto ili čak i veći procenat FFA, možda će biti neophodno više koraka kako bi se sveli na prihvatljive nivoe. To znači da se stvara još kiseliji, vlažniji metanol. Nakon neutralisanja kiselog metanola, sušenje zahteva multistage destilaciju sa značajnim refluksnim stopama, što rezultira veoma visokom upotrebom energije.


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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od Лаб до industrijske veličine.