Biodiesel via ultraljud förbättrad (trans-)esterifiering

Biodiesel syntetiseras via transesterifiering med hjälp av en baskatalysator. Men om råvaran, såsom lågkvalificerad avfallsgrönsak med hög fetthalt, används krävs ett kemiskt förbehandlingssteg av förestring med en surkatalyst. Ultraljud och dess sonochemical och sonomechanical effekter bidra till både reaktion typer och öka effektiviteten av biodiesel omvandling dramatiskt. Ultraljud biodiesel produktion är betydligt snabbare än den konventionella biodiesel syntesen, resulterar i högre biodiesel avkastning och kvalitet och sparar reagenser såsom metanol och katalysator.

Biodieselkonvertering med power ultraljud

För biodiesel produceras fettsyraestrar genom transesterifiering av vegetabiliska oljor samt av animaliska fetter (t.ex. talg). Under transesterifieringsreaktionen ersätts glycerolkomponenten av en annan alkohol, såsom metanol. Råvaror med ett högt innehåll av fria fettsyror, t.ex. Denna syrakatalysprocess är en mycket långsam reaktion, när den utförs som konventionell satsmetod. Lösningen för att påskynda den långsamma förestringsprocessen är applicering av kraft ultraljud. Ultraljudsbehandling uppnår en betydande förbättring i reaktion hastighet, omvandling och biodiesel avkastning som sonochemical effekter av hög effekt ultraljud främja och intensifiera syra katalys. Ultraljud kavitation ger sonomekaniska krafter, dvs högsjuvning blandning, samt sonokemisk energi. Dessa båda typer av ultraljud inverkan (sonomekaniska och sonochemical) förvandlar den syra-katalyserade förestring till en snabb reaktion som kräver mindre katalysator.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ultraljud blandning förbättrar biodiesel konverteringshastighet, ökar avkastningen och sparar överskott av metanol och katalysator. Bilden visar installationen av 3x UIP1000hdT (varje 1kW ultraljudseffekt) för inline-bearbetning.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterifiering av triglycerider till biodiesel (FAME) med hjälp av ultraljudsbehandling resulterar i accelererad reaktion och betydligt högre effektivitet.

Hur fungerar ultraljud biodiesel konvertering?

Ultraljud mellan olika faser i transesterifieringen (även ibland kallad alkoholysis) och förestring bygger på förbättring av blandning samt på en ökad värme och massöverföring. Ultraljud blandning är baserad på principen om akustisk kavitation, som uppstår som ett resultat av imploderande vakuumbubblor i vätskan. Akustisk kavitation kännetecknas av högsjuvningskrafter och turbulenser, liksom mycket höga tryck- och temperaturskillnader. Dessa krafter främjar den kemiska reaktionen av transesterifiering / förestring och intensifierar mass- och värmeöverföring, vilket förbättrar reaktionen av biodieselomvandling avsevärt.
Tillämpningen av ultraljud under biodiesel omvandling har vetenskapligt och industriellt visat sig förbättra process effektivitet. Förbättringen av processeffektiviteten kan tillskrivas minskad energiförbrukning och driftskostnader och minskad användning av alkohol (dvs. metanol), mindre katalysator och avsevärt förkortad reaktionstid. Energikostnaderna för uppvärmning elimineras eftersom det inte finns något krav på extern uppvärmning. Dessutom är fasseparation mellan biodiesel och glycerol enklare med kortare fasseparationstid. En viktig faktor för kommersiell användning av ultraljud i biodieselproduktion är den enkla uppskalningen till vilken volym som helst, den tillförlitliga och säkra driften samt robustheten och tillförlitligheten hos ultraljudsutrustningen (industriell standard, som kan köras kontinuerligt 24/7/365 under full belastning).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ultraljud industriella system med flöde cell för inline biodiesel esterfication och transesterification.

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

Ultraljud esterifiering och transesterifiering kan köras som batch eller kontinuerlig inline process. Diagrammet visar ultraljud inline processen för biodiesel (FAME) transesterfication.


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

Ultraljud esterifiering och transesterifiering kan köras som batch eller kontinuerlig inline process. Det här diagrammet visar ultraljud batch processen för biodiesel konvertering.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljudsassisterad tvåstegs biodieselkonvertering med syra- och baskatalyserade reaktionssteg

För råvaror med hög FFA-halt utförs biodieselproduktionen som syra eller baskatalyserad reaktion i en tvåstegsprocess. Ultraljud bidrar med två båda typerna av reaktioner, den syrakatalyserade förestring samt den baskatalyserade transesterifieringen:

Surkatalyserad förestring med ultraljud

För att behandla ett överskott av fria fettsyror i råmaterialet behövs förestringsprocessen. Svavelsyra används ofta som syrakatalysator.

  • Förbered råvaran genom att filtrera och raffinera från föroreningar och vatten.
  • Lös upp katalysatorn, nämligen svavelsyra, i metanol. Foderström av katalysator/ metanol och råvaran genom en värmeväxlare och en statisk blandare för att få en rå förblandning.
  • Förblandningen av katalysator och råmaterial går direkt in i ultraljudsreaktionskammaren, där den ultrafina blandningen och sonochemistry träder i kraft och de fria fettsyrorna omvandlas till biodiesel.
  • Slutligen avvattna produkten och mata den två i det andra steget – ultraljudstransesterifieringen. Den sura våtmetanolen är efter återvinning, torkning och neutralisering klar för återanvändning.
  • För mycket hög FFA som innehåller råvaror kan en recirkulationsinställning kanske krävas för att sänka FFA till en rimlig nivå före transesterifieringssteget.

Esterifiering Reaktion med en syrakatalysator:
FFA + Alkohol → Ester + Vatten

Base-Katalyserad transesterifiering med ultraljud

Råvaran, som nu bara har små mängder FFA, kan direkt matas till transesterifieringsstadiet. Oftast används natriumhydroxid eller kaliumhydroxid (NaOH, KOH) som baskatalysator.

  • Lös upp katalysatorn, nämligen kaliumhydroxid, i metanol och mata strömmarna av katalysator/ metanol och förbehandlad råvara genom en statisk blandare för att erhålla en rå förblandning.
  • Mata in förblandningen direkt i ultraljudsreaktionskammaren för kavitational högsjuvblandning och sonokemisk behandling. Produkterna av denna reaktion är alkylestrar (dvs. biodiesel) och glycerin. Glycerinet kan separeras genom bosättning eller genom centrifugering.
  • Den ultraljudsproducerade biodieseln är av hög kvalitet och tillverkad snabbt, energieffektiv och kostnadseffektiv genom att spara metanol och katalysator.

Transesterifiering Reaktion med hjälp av en baskatalysator:
Olja / Fett + Alkohol → Biodiesel + Glycerol

Användning av metanol & Återhämtning av metanol

Metanol är en nyckelkomponent under biodieselproduktion. Ultraljud drivs biodiesel omvandling möjliggör en betydligt minskad användning av metanol. Om du nu tänker "Jag bryr mig inte om min metanolanvändning, eftersom jag återställer den ändå", kan du tänka om och överväga den orimliga höga energikostnaden som gäller för avdunstningssteget (t.ex. med hjälp av en destillationskolonn), vilket är nödvändigt för att separera och återvinna metanolen.
Metanol avlägsnas vanligtvis efter att biodiesel och glycerin har separerats i två lager, vilket förhindrar reaktionsåterföring. Metanolen rengörs och återvinns sedan tillbaka till början av processen. Producera biodiesel via ultraljud-driven förestring och transesterifiering, du kan minska din metanolanvändning dramatiskt, vilket minskar de orimliga höga energiförbrukningen för metanol återvinning. Användningen av Hielscher ultraljud reaktorer minskar den erforderliga mängden överskott av metanol med upp till 50%. Ett molarförhållande mellan 1:4 eller 1:4.5 (olja : metanol) är tillräckligt för de flesta råvaror, när du använder Hielscher ultraljud blandning.

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

Ultraljud esterifiering är en förbehandling steg, som minskade låg kvalitet råvara hög i FFAs i estrar. I det andra steget av ultraljud transesterifiering omvandlas triglycerider till biodiesel (FAME).

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud ökad biodiesel konvertering effektivitet – Vetenskapligt bevisat

Många forskare gruppen har undersökt mekanismen och effekterna av ultraljud transesterifiering av biodiesel. Till exempel visade forskargruppen i Sebayan Darwin att ultraljud kavitation ökade den kemiska aktiviteten och reaktionshastigheten vilket resulterade i en signifikant ökad esterbildning. Ultraljudstekniken minskade transesterifieringsreaktionstiden till 5 minuter – jämfört med 2 timmar för mekanisk omrörning bearbetning. Omvandling av triglycerid (TG) till FAME under ultraljud erhöll 95.6929%wt med en metanol till olja molar förhållandet 6:1 och 1%wt natriumhydroxid som katalysator. (jfr Darwin et al. 2010)

(2021) visade överlägsen effektivitet av ultraljud assisterad biodiesel transesterifiering i jämförelse med mekanisk agitation. Forskargruppen jämförde därför två biodieselväxter baserade på konventionell mekanisk omrörning och ultraljudskavalitation, som designades med Aspen HYSYS V8.4. Totala investeringar, produktkostnader, nuvärde netto och internränta användes för att jämföra de två processerna – ultraljuds- och mekanisk strirrer – med varandra. Den totala investeringen i ultraljud kavitation processen var lägre än den mekaniska omrörningsprocessen med cirka 20,8%. Jämfört med den konventionella processen orsakade användningen av ultraljudsreaktorer också att produkternas kostnader minskade med 5,2%. På grund av ett positivt netto nuvärde och en internränta på 18,3%, ultraljud kavitation processen var ett bättre val. Dessutom resulterade ultraljud kavitation i en meningsfull minskning av både förbrukad energi och produktion av avfall. Den totala energiförbrukningen minskade med 6,9% när ultraljud kavitation användes. Mängden avfall som producerades i ultraljudsassisterade processen var en femtedel av det i den mekaniska omrörningsprocessen.

Mellanstora och storskaliga ultraljud för biodieselbearbetning

Hielscher Ultrasonics’ levererar små till medelstora samt storskaliga industriella ultraljud processorer för effektiv produktion av biodiesel på vilken volym som helst. Hielscher erbjuder ultraljudssystem i alla skala och kan erbjuda den perfekta lösningen för både små producenter och stora företag. Ultraljud biodiesel omvandling kan drivas som batch eller som kontinuerlig inline process. Installationen och driften är enkel, säker och ger tillförlitligt höga utgångar av överlägsen biodieselkvalitet.
Nedan hittar du rekommenderade reaktorinställningar för en rad produktionshastigheter.

ton/timme
gal/timme
1x UIP500hdT
0.25 till 0,5
80 till 160
1x UIP1000hdT
0.5 till 1,0
160 till 320
1x UIP1500hdT
0.75 till 1,5
240 till 480
2x UIP1000hdT
1,0 till 2,0
320 till 640
2x UIP1500hdT
1,5 till 3,0
480 till 960
4x UIP1500hdT
3,0 till 6,0
960 till 1920
6x UIP1500hdT
4,5 till 9,0
1440 till 2880

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudprocessorer, applikationer och pris. Vi kommer gärna att diskutera din process med dig och att erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


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

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.



Litteratur / Referenser


Fakta Värt att veta

Produktion av bio diesel

Biodiesel produceras när trigycerider omvandlas till fri fet metylester (FAME) via en kemisk reaktion som kallas transesterifiering. Under reaktionen av transesterifiering reagerar trigylcerides i vegetabiliska oljor eller animaliska fetter i närvaro av en katalysator (t.ex. kaliumhydroxid eller natriumhydroxid) med primär alkohol (t.ex. metanol). I denna reaktion bildas alkylestrar av vegetabilisk olja eller animaliskt fett. Triglycerider är glycerider, där glycerolet esterfieras med långa kedjesyror, så kallade fettsyror. Dessa fettsyror finns rikligt i vegetabilisk olja och animaliska fetter. Eftersom biodiesel kan produceras från olika råvaror som jungfruliga vegetabiliska oljor, spill vegetabiliska oljor, använda friteringsoljor, animaliska fetter som talg och ister, kan mängden fria fettsyror variera kraftigt. Andelen fria fettsyror i triglycerider är en avgörande faktor som påverkar biodieselproduktionsprocessen och den resulterande biodieselkvaliteten drastiskt. En hög mängd fria fettsyror kan störa omvandlingsprocessen och försämra den slutliga biodieselkvaliteten. Det största problemet är att fria fettsyror reagerar med alkalikatalysatorer som resulterar i bildandet av tvål. Tvålbildning orsakar därefter glykolseparationsproblem. Därför kräver råvaror som innehåller stora mängder FFA oftast en förbehandling (en så kallad esterifieringsreaktion), under vilken FFA omvandlas till estrar. Ultraljud främjar både reaktioner, transesterifiering och förestring.

Kemisk reaktion av esterifiering

Förestring är processen att kombinera en organisk syra (RCOOH) med en alkohol (ROH) för att bilda en ester (RCOOR) och vatten.

Metanol användning vid sur esterifiering

När surföresterifiering används för att minska FFA i råmaterial är de omedelbara energibehoven relativt låga. Vatten skapas dock under förestringsreaktionen – skapa våt, sur metanol, som måste neutraliseras, torkas och återvinnas. Denna metanolåtervinningsprocess är dyr.
Om start av råvaror har 20 till 40 % eller till och med högre procentandelar ffa kan det krävas flera åtgärder för att få ner dem till acceptabla nivåer. Detta innebär att ännu surare, våt metanol skapas. Efter att ha neutraliserat den sura metanolen kräver torkning multistagedestillation med betydande refluxhastigheter, vilket resulterar i mycket hög energianvändning.


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 tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.