Ultrasonik Geliştirilmiş (Trans-) Esterifikasyon ile Biyodizel

Biyodizel, bir baz katalizör kullanılarak transesterifikasyon yoluyla sentez edilir. Bununla birlikte, yüksek serbest yağ asidi içeriğine sahip düşük dereceli atık sebze gibi hammadde kullanılırsa, asit katalistirat kullanılarak kimyasal bir ön işlem esterifikasyon adımı gereklidir. Ultrasonication ve sonokimyasal ve sonomekanik etkileri hem reaksiyon türlerine katkıda bulunur hem de biyodizel dönüşümünün verimliliğini önemli ölçüde artırır. Ultrasonik biyodizel üretimi geleneksel biyodizel sentezinden önemli ölçüde daha hızlıdır, daha yüksek biyodizel verimi ve kalitesi ile sonuçlanır ve metanol ve katalizör gibi reaktiflerden tasarruf sağlar.

Güç Ultrason kullanarak Biyodizel Dönüşümü

Biyodizel için, yağ asidi esterleri bitkisel yağların yanı sıra hayvansal yağların (örneğin tallow) transesterifikasyonu ile üretilir. Transesterifikasyon reaksiyonu sırasında, gliserol bileşeninin yerini metanol gibi başka bir alkol almıştır. Atık bitkisel yağlar (WVO) gibi yüksek miktarda serbest yağ asidi içeren hammaddeler, sabun oluşumunu önlemek için asit esterifikasyonunun ön tedavisini gerektirir. Bu asit kataliz işlemi, geleneksel parti yöntemi olarak gerçekleştirildiğinde çok yavaş bir reaksiyondur. Yavaş esterleşme sürecini hızlandırmak için çözüm güç ultrason uygulamasıdır. Sonication, yüksek güçlü ultrasonun sonokimyasal etkileri asit katalizini teşvik ettiği ve yoğunlaştıracağı için reaksiyon hızı, dönüşüm ve biyodizel veriminde önemli bir iyileşme sağlar. Ultrasonik kavitasyon sonomekanik kuvvetler, yani yüksek kesme karıştırma yanı sıra sonokimyasal enerji sağlar. Bu her iki ultrasonik etki türü (sonomekanik ve sonokimyasal), asit katalizörlü esterifikasyonu daha az katalizör gerektiren hızlı bir reaksiyona dönüştürür.

Trigliseritlerin sonication kullanılarak biyodizel (FAME) haline transesterifikasyonu, reaksiyonun hızlanmasına ve önemli ölçüde daha yüksek verimlilikle sonuçlanır.

Ultrasonik Biyodizel Dönüşümü Nasıl Çalışır?

Transesterifikasyonda farklı aşamalar arasında ultrasonication (bazen alkoliz olarak da adlandırılır) ve esterleşme, karıştırmanın yanı sıra artan bir ısı ve kütle aktarımının geliştirilmesine dayanır. Ultrasonik karıştırma, sıvıdaki vakum kabarcıklarının patlaması sonucu ortaya çıkan akustik kavitasyon prensibine dayanır. Akustik kavitasyon, yüksek kesme kuvvetleri ve türbülansların yanı sıra çok yüksek basınç ve sıcaklık farkları ile karakterizedir. Bu kuvvetler transesterifikasyon / esterleşmenin kimyasal reaksiyonu teşvik eder ve kütle ve ısı transferini yoğunlaştırarak biyodizel dönüşümünün reaksiyonu önemli ölçüde artar.
Biyodizel dönüşümü sırasında ultrasonik uygulaması bilimsel ve endüstriyel süreç verimliliğini artırmak için kanıtlanmıştır. Proses verimliliğindeki iyileşme, enerji tüketiminin ve işletme maliyetlerinin azalmasına ve alkol kullanımının azalmasına (yani metanol), daha az katalizöre ve reaksiyon süresinin önemli ölçüde kısalmasına bağlanabilir. Harici ısıtma gereksinimi olmadığından ısıtma için enerji maliyeti ortadan kalkar. Ek olarak, biyodizel ve gliserol arasındaki faz ayrımı daha kısa faz ayırma süresi ile daha basittir. Biyodizel üretiminde ultrasonun ticari kullanımı için önemli bir faktör, herhangi bir hacme kadar basit ölçekleme, güvenilir ve güvenli çalışmanın yanı sıra ultrasonik ekipmanın sağlamlığı ve güvenilirliğidir (tam yük altında sürekli 7/24/365 çalışabilen endüstriyel standart).

Satır içi biyodizel esterfikasyon ve transesterifikasyon için akış hücresi ile ultrasonik endüstriyel sistem.

Ultrasonik Destekli İki Adımlı Biyodizel Dönüşümü Asit ve Baz Katalİze Reaksiyon Adımları Uygulanıyor

Yüksek FFA içeriğine sahip hammaddeler için biyodizel üretimi iki aşamalı bir işlemde asit veya baz katalİze reaksiyon olarak gerçekleştirilir. Ultrason, her iki reaksiyon türüne de katkıda bulunur, asit katalizörlü esterifikasyon ve baz katalizörlü transesterifikasyon:

Ultrason kullanarak asit katalize esterifikasyon

Hammaddedeki fazla miktarda serbest yağ asidini tedavi etmek için esterleşme sürecine ihtiyaç vardır. Sülfürik asit yaygın olarak asit katalizörü olarak kullanılır.

• Kirleticilerden ve sudan filtreleyerek ve rafine ederek hammadde hazırlayın.
• Katalizörü, yani sülfürik asidi metanolde çözün. Ham bir ön karışım elde etmek için bir ısı eşanjörü ve statik bir karıştırıcı aracılığıyla katalizör / metanol ve hammadde akışı.
• Katalizör ve hammaddenin ön karışımı doğrudan ultra ince karıştırma ve sonokemistrinin etkili olduğu ve serbest yağ asitlerinin biyodizel'e dönüştürüldüğü ultrasonik reaksiyon odasına gider.
• Son olarak, ürünü susuzlaştırın ve ikinci aşamada iki kez besleyin - ultrasonik transesterifikasyon. Asidik ıslak metanol iyileşme, kurutma ve nötralizasyondan sonra tekrar kullanıma hazırdır.
• Hammadde içeren çok yüksek FFA için, transesterifikasyon adımından önce FFA'yı makul bir seviyeye indirmek için bir devridaim kurulumu gerekebilir.

Asit Katalizörü Kullanarak Esterleşme Reaksiyonu:
FFA + Alkol → Ester + Su

Ultrason kullanarak baz katalizör transesterifikasyon

Şu anda sadece az miktarda FFA'ya sahip olan hammadde, doğrudan transesterifikasyon aşamasına beslenebilir. En sık sodyum hidroksit veya potasyum hidroksit (NaOH, KOH) baz katalizör olarak kullanılır.

• Katalizörü, yani potasyum hidroksitleri metanolde çözün ve ham bir ön karışım elde etmek için katalizör / metanol ve önceden işlenmiş hammadde akışlarını statik bir karıştırıcıdan besleyin.
• Kavitasyonel yüksek kesme karıştırma ve sonokimyasal tedavi için ön karışımı doğrudan ultrasonik reaksiyon odasına besleyin. Bu reaksiyonun ürünleri alkil esterler (yani biyodizel) ve gliserindir. Gliserin yerleşme veya santrifüjleme ile ayrılabilir.
• Ultrasonik olarak üretilen biyodizel yüksek kalitededir ve metanol ve katalizör tasarrufu ile hızlı, enerji tasarruflu ve uygun maliyetli üretilmiştir.

Baz Katalizör Kullanarak Transesterifikasyon Reaksiyonu:
Yağ / Yağ + Alkol → Biyodizel + Gliserol

Metanol Kullanımı & Metanol Kurtarma

Metanol biyodizel üretimi sırasında önemli bir bileşendir. Ultrasonik tahrikli biyodizel dönüşümü, metanol kullanımının önemli ölçüde azalmasına izin verir. Şimdi "Metanol kullanımım umurumda değil, zaten kurtardığım için" diye düşünüyorsanız, metanolleri ayırmak ve geri dönüştürmek için gerekli olan buharlaşma adımı için geçerli olan fahiş yüksek enerji maliyetini (örneğin bir damıtma sütunu kullanarak) yeniden düşünebilir ve düşünebilirsiniz.
Metanol genellikle biyodizel ve gliserin iki katmana ayrıldıktan sonra çıkarılır ve reaksiyonun tersine dönmesini önler. Metanol daha sonra temizlenir ve işlemin başına geri dönüştürülerek geri dönüştürüldür. Ultrasonik tahrikli esterleşme ve transesterifikasyon yoluyla biyodizel üreterek, metanol kullanımınızı önemli ölçüde azaltabilir, böylece metanol geri kazanımı için fahiş yüksek enerji harcamasını azaltabilirsiniz. Hielscher ultrasonik reaktörlerin kullanımı, gerekli miktarda fazla metanol% 50'ye kadar azaltır. Hielscher ultrasonik karıştırma kullanırken, çoğu hammadde için 1:4 veya 1:4.5 (yağ : metanol) arasında bir molar oranı yeterlidir.

Ultrasonik Artan Biyodizel Dönüşüm Verimliliği – Bilimsel Olarak Kanıtlanmış

Çok sayıda araştırmacı grup biyodizel ultrasonik transesterifikasyon mekanizmasını ve etkilerini araştırmıştır. Örneğin, Sebayan Darwin'in araştırma ekibi ultrasonik kavitasyonun kimyasal aktiviteyi ve reaksiyon oranını artırdığını ve önemli ölçüde artan ester oluşumuna neden olduğunu göstermiştir. Ultrasonik teknik transesterifikasyon reaksiyon süresini 5 dakikaya düşürdü – mekanik karıştırma işlemi için 2 saate kıyasla. Ultrasonication altında trigliserit (TG) FAME'e dönüştürme, katalizör olarak 6:1 ve% 1 wt sodyum hidroksit petrol molar oranına bir metanol ile% 95.6929 wt elde etti. (cf. Darwin vd. 2010)

Biyodizel İşleme için Orta Boy ve Büyük Ölçekli Ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics’ herhangi bir hacimde biyodizel verimli üretimi için küçük ila orta boy yanı sıra büyük ölçekli endüstriyel ultrasonik işlemciler sağlar. Her ölçekte ultrasonik sistem sunan Hielscher, hem küçük üreticiler hem de büyük şirketler için ideal çözümü sunabilir. Ultrasonik biyodizel dönüşümü toplu olarak veya sürekli satır içi işlem olarak çalıştırılabilir. Kurulum ve çalışma basit, güvenlidir ve üstün biyodizel kalitesinde güvenilir yüksek çıktılar verir.
Aşağıda çeşitli üretim oranları için önerilen reaktör kurulumlarını bulacaksınız.