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

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)

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

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