ไบโอดีเซลผ่าน Ultrasonically ปรับปรุง (ทรานส์-)Esterification
ไบโอดีเซลถูกสังเคราะห์ผ่าน transesterification โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาฐาน อย่างไรก็ตามหากใช้วัตถุดิบเช่นผักเสียเกรดต่ําที่มีปริมาณกรดไขมันอิสระสูงจําเป็นต้องใช้ขั้นตอนก่อนการรักษาทางเคมีของ esterification โดยใช้กรดคาตาตไลสต์ Ultrasonication และ sonochemical และ sonomechanical ผลกระทบที่นําไปสู่ทั้งประเภทปฏิกิริยาและเพิ่มประสิทธิภาพของการแปลงไบโอดีเซลอย่างมาก การผลิตไบโอดีเซลอัลตราโซนิกนั้นเร็วกว่าการสังเคราะห์ไบโอดีเซลทั่วไปอย่างมีนัยสําคัญส่งผลให้ผลผลิตและคุณภาพไบโอดีเซลสูงขึ้นและช่วยประหยัดน้ํายาเช่นเมทานอลและตัวเร่งปฏิกิริยา
การแปลงไบโอดีเซลโดยใช้อัลตราซาวนด์พลังงาน
สําหรับไบโอดีเซลเอสเตอร์กรดไขมันผลิตโดย transesterification ของน้ํามันพืชเช่นเดียวกับไขมันจากพืช (เช่น tallow) ในระหว่างปฏิกิริยา transesterification ส่วนประกอบกลีเซอรอลจะถูกแทนที่ด้วยแอลกอฮอล์อื่นเช่นเมทานอล วัตถุดิบที่มีกรดไขมันอิสระสูงเช่นน้ํามันพืชเสีย (WVO) จําเป็นต้องได้รับการรักษากรดก่อนเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของสบู่ กระบวนการเร่งปฏิกิริยากรดนี้เป็นปฏิกิริยาที่ช้ามากเมื่อดําเนินการเป็นวิธีแบทช์ทั่วไป วิธีการแก้ปัญหาสําหรับการเร่งกระบวนการ esterification ช้าคือการประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์พลังงาน Sonication ประสบความสําเร็จในการปรับปรุงอย่างมีนัยสําคัญในความเร็วในการเกิดปฏิกิริยาการแปลงและผลผลิตไบโอดีเซลเป็นผล sonochemical ของอัลตราซาวนด์พลังงานสูงส่งเสริมและกระชับตัวเร่งปฏิกิริยากรด อัลตราโซนิก cavitation ให้แรง sonomechanical เช่นการผสมเฉือนสูงเช่นเดียวกับพลังงาน sonochemical ผลกระทบอัลตราโซนิกทั้งสองประเภทนี้ (sonomechanical และ sonochemical) เปลี่ยน esterification กรดเร่งปฏิกิริยาเป็นปฏิกิริยาที่รวดเร็วต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาน้อยลง

อัลตราโซนิกผสมช่วยเพิ่มอัตราการแปลงไบโอดีเซลเพิ่มผลผลิตและประหยัดเมทานอลส่วนเกินและตัวเร่งปฏิกิริยา ภาพแสดงการติดตั้ง3x UIP1000hdT (แต่ละอํานาจอัลตราซาวนด์1กิโลวัตต์) สําหรับการประมวลผลแบบอินไลน์ของ

Transesterification ของไตรกลีเซอไรด์เป็นไบโอดีเซล (FAME) โดยใช้ผล sonication ในปฏิกิริยาเร่งและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ
การแปลงไบโอดีเซลอัลตราโซนิกทํางานอย่างไร?
Ultrasonication ระหว่างขั้นตอนที่แตกต่างกันใน transesterification (บางครั้งเรียกว่า alcoholysis) และ esterification จะขึ้นอยู่กับการเพิ่มประสิทธิภาพของการผสมเช่นเดียวกับความร้อนที่เพิ่มขึ้นและการถ่ายเทมวล อัลตราโซนิกผสมจะขึ้นอยู่กับหลักการของการเกิดโพรงอากาศอะคูสติกซึ่งเกิดขึ้นเป็นผลมาจากการเป่าฟองอากาศสูญญากาศในของเหลว โพรงอากาศอะคูสติกมีลักษณะแรงเฉือนสูงและความปั่นป่วนเช่นเดียวกับความแตกต่างของความดันและอุณหภูมิที่สูงมาก กองกําลังเหล่านี้ส่งเสริมปฏิกิริยาทางเคมีของ transesterification / esterification และกระชับมวลและการถ่ายเทความร้อนซึ่งจะช่วยเพิ่มปฏิกิริยาของการแปลงไบโอดีเซลอย่างมีนัยสําคัญ
การประยุกต์ใช้ ultrasonics ในระหว่างการแปลงไบโอดีเซลได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการ การปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการสามารถนํามาประกอบกับการใช้พลังงานที่ลดลงและค่าใช้จ่ายในการดําเนินงานและการลดการใช้แอลกอฮอล์ (เช่นเมทานอล) ตัวเร่งปฏิกิริยาน้อยลงและเวลาปฏิกิริยาสั้นลงอย่างมีนัยสําคัญ ค่าใช้จ่ายพลังงานสําหรับการทําความร้อนจะถูกกําจัดเนื่องจากไม่มีข้อกําหนดสําหรับการทําความร้อนภายนอก นอกจากนี้การแยกเฟสระหว่างไบโอดีเซลและกลีเซอรอลนั้นง่ายกว่าด้วยเวลาในการแยกเฟสที่สั้นกว่า ปัจจัยสําคัญสําหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ของอัลตราซาวนด์ในการผลิตไบโอดีเซลคือขนาดที่เรียบง่ายขึ้นอยู่กับปริมาณใด ๆ การดําเนินงานที่เชื่อถือได้และปลอดภัยเช่นเดียวกับความทนทานและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อัลตราโซนิก (มาตรฐานอุตสาหกรรมที่มีความสามารถในการทํางานอย่างต่อเนื่อง 24/7/365 ภายใต้ภาระเต็ม)

อัลตราโซนิก esterification และ transesterification สามารถเรียกใช้เป็นชุดหรือกระบวนการแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่อง แผนภูมิแสดงกระบวนการแบบอินไลน์อัลตราโซนิกสําหรับ transesterfication ไบโอดีเซล (FAME)

อัลตราโซนิก esterification และ transesterification สามารถเรียกใช้เป็นชุดหรือกระบวนการแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่อง แผนภูมินี้แสดงกระบวนการแบทช์อัลตราโซนิกสําหรับการแปลงไบโอดีเซล
อัลตราโซนิกช่วยสองขั้นตอนการแปลงไบโอดีเซลใช้กรดและฐานตัวเร่งปฏิกิริยาขั้นตอนปฏิกิริยา
สําหรับวัตถุดิบที่มีเนื้อหา FFA สูงการผลิตไบโอดีเซลจะดําเนินการเป็นกรดหรือปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาพื้นฐานในกระบวนการสองขั้นตอน อัลตราซาวนด์ก่อให้เกิดปฏิกิริยาทั้งสองประเภท, กรดตัวเร่งปฏิกิริยา esterification เช่นเดียวกับ transesterification ฐานตัวเร่งปฏิกิริยา:
กรดตัวเร่งปฏิกิริยา esterification ใช้อัลตราซาวนด์
ในการรักษากรดไขมันอิสระส่วนเกินในวัตถุดิบจําเป็นต้องใช้กระบวนการ esterification กรดกํามะถันมักใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยากรด
- เตรียมวัตถุดิบโดยการกรองและการกลั่นจากสารปนเปื้อนและน้ํา
- ละลายตัวเร่งปฏิกิริยาคือกรดกํามะถันในเมทานอล กระแสฟีดของตัวเร่งปฏิกิริยา / เมทานอลและวัตถุดิบผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและเครื่องผสมแบบคงที่เพื่อให้ได้ส่วนผสมล่วงหน้าน้ํามันดิบ
- การผสมตัวเร่งปฏิกิริยาและวัตถุดิบล่วงหน้าจะเข้าสู่ห้องปฏิกิริยาอัลตราโซนิกโดยตรงซึ่งการผสมและ sonochemistry ที่ละเอียดเป็นพิเศษจะมีผลและกรดไขมันอิสระจะถูกแปลงเป็นไบโอดีเซล
- ในที่สุด dewater ผลิตภัณฑ์และให้อาหารมันสองขั้นตอนที่สอง - transesterification ล้ําเสียง เมทานอลเปียกที่เป็นกรดคือหลังจากการกู้คืนการอบแห้งและการทําให้เป็นกลางพร้อมสําหรับการนํากลับมาใช้ใหม่
- สําหรับ FFA ที่สูงมากที่มีวัตถุดิบการตั้งค่าการหมุนเวียนอาจจําเป็นต้องลด FFA ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมก่อนขั้นตอนการแปลง
ปฏิกิริยาการฆ่าเชื้อโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยากรด:
FFA + เครื่องดื่มแอลกอฮอล์→ Ester + น้ํา
การแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาฐานโดยใช้อัลตราซาวด์
วัตถุดิบซึ่งตอนนี้มีเพียง FFAs จํานวนเล็กน้อยสามารถป้อนโดยตรงไปยังขั้นตอนการแปลง ส่วนใหญ่โซเดียมไฮดรอกไซด์หรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (NaOH, KOH) ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาฐาน
- ละลายตัวเร่งปฏิกิริยาคือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ในเมทานอลและป้อนกระแสของตัวเร่งปฏิกิริยา / เมทานอลและวัตถุดิบที่ปรับสภาพผ่านเครื่องผสมแบบคงที่เพื่อให้ได้ส่วนผสมล่วงหน้าน้ํามันดิบ
- ฟีดก่อนผสมโดยตรงเข้าไปในห้องปฏิกิริยาอัลตราโซนิกสําหรับ cavitational สูงเฉือนผสมและการรักษา sonochemical ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้เป็นอัลคิลเอสเตอร์ (เช่นไบโอดีเซล) และกลีเซอรีน กลีเซอรีนสามารถแยกออกจากกันได้โดยการตกตะกอนหรือโดยการปั่นเหวี่ยง
- ไบโอดีเซลที่ผลิต ultrasonically มีคุณภาพสูงและผลิตได้อย่างรวดเร็วประหยัดพลังงานและประหยัดค่าใช้จ่ายโดยการประหยัดเมทานอลและตัวเร่งปฏิกิริยา
ปฏิกิริยา transesterification โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาฐาน:
น้ํามัน / ไขมัน + แอลกอฮอล์→ดีเซล + กลีเซอรอล
การใช้เมทานอล & การกู้คืนเมทานอล
เมทานอลเป็นส่วนประกอบสําคัญในระหว่างการผลิตไบโอดีเซล การแปลงไบโอดีเซลที่ขับเคลื่อนด้วย ultrasonically ช่วยให้การใช้เมทานอลลดลงอย่างมีนัยสําคัญ หากคุณกําลังคิดว่า "ฉันไม่สนใจเกี่ยวกับการใช้เมทานอลของฉันเนื่องจากฉันกู้คืนได้อยู่แล้ว" คุณอาจคิดใหม่และพิจารณาต้นทุนพลังงานสูงที่สูงเกินไปที่ใช้สําหรับขั้นตอนการระเหย (เช่นการใช้คอลัมน์กลั่น) ซึ่งจําเป็นต้องแยกและรีไซเคิลเมทานอล
เมทานอลมักจะถูกลบออกหลังจากที่ไบโอดีเซลและกลีเซอรีนได้รับการแบ่งออกเป็นสองชั้น, ป้องกันการย้อนกลับปฏิกิริยา. เมทานอลจะถูกทําความสะอาดและรีไซเคิลกลับไปที่จุดเริ่มต้นของกระบวนการ การผลิตไบโอดีเซลผ่าน esterification ที่ขับเคลื่อนด้วย ultrasonically และ transesterification คุณสามารถลดการใช้เมทานอลของคุณอย่างมากซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่ายพลังงานสูงที่สูงเกินไปสําหรับการกู้คืนเมทานอล การใช้เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ช่วยลดปริมาณเมทานอลส่วนเกินที่ต้องการได้ถึง 50% อัตราส่วนฟันกรามระหว่าง 1:4 หรือ 1:4.5 (น้ํามัน : เมทานอล) เพียงพอสําหรับวัตถุดิบส่วนใหญ่เมื่อใช้การผสมอัลตราโซนิก Hielscher

อัลตราโซนิก esterification เป็นขั้นตอนการปรับสภาพซึ่งลดวัตถุดิบเกรดต่ําสูงใน FFAs เป็นเอสเตอร์ ในขั้นตอนที่ 2 ของ transesterification ล้ําไตรกลีเซอไรด์จะถูกแปลงเป็นไบโอดีเซล (FAME)
อัลตราโซนิกเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงไบโอดีเซล – พิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้ว
กลุ่มนักวิจัยจํานวนมากได้ตรวจสอบกลไกและผลกระทบของ transesterification ล้ําของไบโอดีเซล ตัวอย่างเช่นทีมวิจัยของ Sebayan Darwin แสดงให้เห็นว่าการเกิดโพรงอากาศอัลตราโซนิกเพิ่มกิจกรรมทางเคมีและอัตราการเกิดปฏิกิริยาส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเอสเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ เทคนิคอัลตราโซนิกลดเวลาปฏิกิริยา transesterification ถึง 5 นาที – เมื่อเปรียบเทียบกับ2ชั่วโมงสําหรับการประมวลผลกวนกลของ การแปลงไตรกลีเซอไรด์ (TG) เป็น FAME ภายใต้ ultrasonication ได้รับ 95.6929% wt กับเมทานอลกับอัตราส่วนโมลาร์น้ํามัน 6:1 และ 1% wt โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (cf. Darwin et al. 2010)
อัลตราโซนิกขนาดกลางและขนาดใหญ่สําหรับการประมวลผลไบโอดีเซล
Ultrasonics Hielscher’ จัดหาขนาดเล็กถึงขนาดกลางเช่นเดียวกับโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมขนาดใหญ่สําหรับการผลิตที่มีประสิทธิภาพของไบโอดีเซลในปริมาณใด ๆ นําเสนอระบบอัลตราโซนิกในทุกขนาด Hielscher สามารถนําเสนอโซลูชั่นที่เหมาะสําหรับทั้งผู้ผลิตขนาดเล็กและ บริษัท ขนาดใหญ่ การแปลงไบโอดีเซลอัลตราโซนิกสามารถดําเนินการเป็นชุดหรือเป็นกระบวนการแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่อง การติดตั้งและการดําเนินงานเป็นเรื่องง่าย, ปลอดภัยและให้เอาท์พุทสูงที่เชื่อถือได้ของคุณภาพไบโอดีเซลที่เหนือกว่าของ
ด้านล่างนี้คุณจะพบการตั้งค่าเครื่องปฏิกรณ์ที่แนะนําสําหรับอัตราการผลิตที่หลากหลาย
ตัน / ชม
|
แกลลอน / ชม
|
|
---|---|---|
1x UIP500hdT |
00.25-0.5
|
80-160
|
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
|
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม / อ้างอิง
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
- Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrason Sonochem. 2010 Jun; 17(5): 839-44.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
- Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
ข้อเท็จจริงที่รู้
ผลิตไบโอดีเซล
ไบโอดีเซลผลิตเมื่อไตรกีเซอไรด์ถูกแปลงเป็นเมธิลเอสเตอร์ไขมันอิสระ (FAME) ผ่านปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่า transesterification ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาของ transesterification trigylcerides ในน้ํามันพืชหรือไขมันจากพืชจะตอบสนองต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่นโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์) ด้วยแอลกอฮอล์หลัก (เช่นเมทานอล) ในปฏิกิริยานี้อัลคิลเอสเตอร์เกิดขึ้นจากวัตถุดิบของน้ํามันพืชหรือไขมันจากพืช ไตรกลีเซอไรด์เป็นไกลเซอไรด์ซึ่งกลีเซอรอลถูกเอสเตอร์ฟิสด้วยกรดโซ่ยาวที่เรียกว่ากรดไขมัน กรดไขมันเหล่านี้มีอยู่มากมายในน้ํามันพืชและไขมันจากพืช เนื่องจากไบโอดีเซลสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบต่าง ๆ เช่นน้ํามันพืชบริสุทธิ์น้ํามันพืชเสียน้ํามันทอดที่ใช้ไขมันจากพืชเช่น tallow และน้ํามันหมูปริมาณของกรดไขมันอิสระ (FFAs) อาจแตกต่างกันอย่างมาก เปอร์เซ็นต์ของกรดไขมันอิสระของไตรกลีเซอไรด์เป็นปัจจัยสําคัญที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการผลิตไบโอดีเซลและคุณภาพไบโอดีเซลที่เกิดขึ้นอย่างมาก กรดไขมันอิสระในปริมาณสูงสามารถรบกวนกระบวนการแปลงและเสื่อมคุณภาพไบโอดีเซลขั้นสุดท้าย ปัญหาหลักคือกรดไขมันอิสระ (FFAs) ทําปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยาด่างส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสบู่ การก่อตัวของสบู่ต่อมาทําให้เกิดปัญหาการแยกกลีเซอรอล ดังนั้นวัตถุดิบที่มี FFAs ในปริมาณสูงส่วนใหญ่ต้องมีการปรับสภาพ (ปฏิกิริยาที่เรียกว่า esterification) ในระหว่างที่ FFAs ถูกเปลี่ยนเป็นเอสเตอร์ Ultrasonication ส่งเสริมทั้งปฏิกิริยา transesterification และ esterification
ปฏิกิริยาทางเคมีของการทําให้เป็นเอกภาพ
การทําให้เป็นหมันเป็นกระบวนการรวมกรดอินทรีย์ (RCOOH) กับแอลกอฮอล์ (ROH) เพื่อสร้างเอสเตอร์ (RCOOR) และน้ํา
การใช้เมทานอลในการทําให้เป็นกรด
เมื่อใช้การคายกรดเพื่อลด FFAs ในวัตถุดิบความต้องการพลังงานทันทีค่อนข้างต่ํา อย่างไรก็ตามน้ําถูกสร้างขึ้นในระหว่างปฏิกิริยา esterification – การสร้างเมทานอลที่เปียกและเป็นกรดซึ่งจะต้องทําให้เป็นกลางแห้งและฟื้นตัว กระบวนการกู้คืนเมทานอลนี้มีราคาแพง
หากวัตถุดิบเริ่มต้นมี 20 ถึง 40 % หรือแม้กระทั่งเปอร์เซ็นต์ที่สูงขึ้นของ FFAs หลายขั้นตอนอาจจําเป็นเพื่อนําพวกเขาลงไปที่ระดับที่ยอมรับได้ ซึ่งหมายความว่ามีการสร้างเมทานอลที่เป็นกรดและเปียกมากขึ้น หลังจากทําให้เป็นกลางเมทานอลที่เป็นกรดการอบแห้งต้องใช้การกลั่นหลายขั้นตอนด้วยอัตรากรดไหลย้อนอย่างมีนัยสําคัญส่งผลให้ใช้พลังงานสูงมาก

Hielscher Ultrasonics ผลิต homogenizers อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพสูงจาก ห้องปฏิบัติการ ไปยัง ขนาดอุตสาหกรรมของ