Біодизель синтезується шляхом переетерифікації за допомогою базового каталізатора. Однак, якщо використовується сировина, така як низькосхочевий овоч з високим вмістом вільних жирних кислот, необхідний хімічний етап попередньої обробки етерифікації з використанням кислотно-катаклістного. Ультразвукове дослідження та його сонохімічні та сономеханічні ефекти сприяють обом типам реакцій та різко підвищують ефективність перетворення біодизеля. Виробництво ультразвукового біодизеля значно швидше, ніж звичайний синтез біодизеля, призводить до більш високої врожайності та якості біодизелю та економить реагенти, такі як метанол та каталізатор.

Біодизель перетворення за допомогою ультразвуку влади

Для біодизеля ефіри жирних кислот виробляються шляхом переетерифікації рослинних олій, а також тваринних жирів (наприклад, таллоу). Під час реакції переетерифікації компонент гліцерину замінюється іншим спиртом, таким як метанол. Сировина з високим вмістом вільних жирних кислот, наприклад, відходи рослинних олій (WVO), вимагають попередньої обробки кислотної етерифікації, щоб уникнути утворення мила. Цей процес каталізу кислоти є дуже повільною реакцією, коли проводиться як звичайний пакетний метод. Рішенням для прискорення процесу повільної етерифікації є застосування ультразвуку потужності. Ультразвукова обробка досягає значного поліпшення швидкості реакції, конверсії та виходу біодизеля, оскільки сонохімічні ефекти ультразвуку високої потужності сприяють та посилюють кислотний каталіз. Ультразвукова кавітація забезпечує сономеханічні сили, тобто змішування з високими підстриженням, а також сонохімічну енергію. Ці обидва типи ультразвукового впливу (сономеханічний і сонохімічний) перетворюють кислотно-каталізующу етерифікацію в швидку реакцію, що вимагає меншого каталізатора.

Як працює ультразвукове перетворення біодизеля?

Ультразвукове дослідження між різними фазами переетерифікації (також іноді називається алкоголізмом) і етерифікацією базується на посиленні змішування, а також на підвищеній тепло- і масоперемінній передачі. Ультразвукове змішування базується на принципі акустичної кавітації, який виникає в результаті імплою вакуумних бульбашок в рідині. Акустична кавітація характеризується силами високого зрізу і турбулентності, а також дуже високим тиском і температурними диференціалами. Ці сили сприяють хімічній реакції переетерифікації / етерифікації та посилюють масу і тепловідміну, тим самим значно покращуючи реакцію перетворення біодизеля.

Переетерифікація тригліцеридів в біодизель (FAME) з використанням ультразвукової обробки призводить до прискореної реакції і значно більш високої ефективності.

Застосування ультразвуку під час перетворення біодизеля науково і промислово доведено для підвищення ефективності процесу. Підвищення ефективності процесу можна віднести до зниження енергоспоживання і експлуатаційних витрат, а також до скорочення вживання алкоголю (тобто метанолу), меншого каталізатора і значно скороченого часу реакції. Вартість енергії для опалення усувається, оскільки немає вимоги до зовнішнього опалення. Крім того, фазовий поділ між біодизелем і гліцерином простіше з більш коротким часом поділу фази. Важливим фактором для комерційного використання ультразвуку у виробництві біодизеля є просте збільшення будь-якого обсягу, надійна та безпечна експлуатація, а також надійність та надійність ультразвукового обладнання (промисловий стандарт, здатний безперервно працювати 24/7/365 при повному навантаженні).

Ультразвукова промислова система з проточної клітини для інлайн-біодизельної етерфікації та переетерифікації.

Ультразвукове двошахівне перетворення біодизеля, що застосовує кислотно- та базово каталізовані реакції

Для сировини з високим вмістом FFA виробництво біодизеля здійснюється у відповідь на кислотну або базово-каталізуюче реакцію в двофаклонний процес. Ультразвук сприяє двом обом типам реакцій, кислотно-каталізованій етерифікації, а також базово-каталізованій трансетерифікації:

Кислотно-каталізована етерифікація за допомогою ультразвуку

Для лікування надлишку вільних жирних кислот в сировині необхідний процес етерифікації. Сірчана кислота зазвичай використовується в якості кислотного каталізатора.

• Приготуйте сировину шляхом фільтрації та рафінування з забруднювачів і води.
• Розчиняють каталізатор, а саме сірчану кислоту, в метанолі. Потік корму каталізатора/ метанолу і сировини через теплообмінник і статичний змішувач для отримання сирої попередньої суміші.
• Попереднє змішування каталізатора і сировини переходить безпосередньо в камеру ультразвукової реакції, де набуде чинності ультратонке змішування і сонохімія, а вільні жирні кислоти перетворюються на біодизель.
• Нарешті, зневоднюють продукт і подають його на другий етап – ультразвукову переетерифікацію. Кислий вологий метанол після відновлення, висушування та нейтралізації готовий до повторного використання.
• Для дуже високого FFA, що містить сировину, налаштування рециркуляції, можливо, потрібно для зниження FFA до розумного рівня перед етапом переетерифікації.

Реакція етерифікації за допомогою кислотного каталізатора:
FFA + Алкоголь → Естер + Вода

Трансетерифікація бази-каталізу за допомогою ультразвуку

Сировина, яка зараз має лише невеликі обсяги ВФА, може бути безпосередньо підживана до стадії переетерифікації. Найчастіше в якості базового каталізатора використовується гідроксид натрію або гідроксид калію (NaOH, KOH).

• Розчиняють каталізатор, а саме гідроксид калію, в метанолі і живити потоки каталізатора/ метанолу і попередньо пролікованої сировини через статичний змішувач для отримання сирої попередньої суміші.
• Поживіть попередню суміш безпосередньо в камеру ультразвукової реакції для кавітаційного високозрещувального змішування та сонохімічного лікування. Продуктами цієї реакції є алкілові ефіри (тобто біодизель) і гліцерин. Гліцерин можна відокремити шляхом відстоювання або центрифугування.
• Біодизель, вироблений ультразвуком, має високу якість і виробляється швидко, енергоефективно і економічно ефективно, заощаджуючи метанол і каталізатор.

Реакція переетерифікації за допомогою базового каталізатора:
Олія / Жир + алкоголь → біодизель + гліцерин

Використання метанолу & Відновлення метанолу

Метанол є ключовим компонентом при виробництві біодизелю. Ультразвукове перетворення біодизеля дозволяє значно скоротити використання метанолу. Якщо ви зараз думаєте "Мені все одно, що я використовую метанол, оскільки я все одно його відновю", ви можете подумати і розглянути непомірну високу вартість енергії, яка застосовується для кроку випаровування (наприклад, за допомогою колонки дистиляції), яка необхідна для розділення та переробки метанолу.
Метанол зазвичай видаляється після того, як біодизель і гліцерин були розділені на два шари, запобігаючи розвороту реакції. Потім метанол очищається і переробляється до початку процесу. Виробляючи біодизель за допомогою ультразвукової естетерифікації та переетерифікації, ви можете значно зменшити використання метанолу, тим самим зменшуючи непомірні високі витрати енергії для відновлення метанолу. Використання ультразвукових реакторів Hielscher зменшує необхідну кількість надлишкового метанолу до 50%. Молярне співвідношення між 1:4 або 1:4.5 (масло : метанол) є достатнім для більшості сировини, при використанні ультразвукового змішування Hielscher.

Ультразвукова підвищена ефективність перетворення біодизеля – Науково доведено

Численні дослідники групи досліджували механізм і ефекти ультразвукової переетерифікації біодизеля. Наприклад, дослідницька група Себаяна Дарвіна продемонструвала, що ультразвукова кавітація збільшила хімічну активність і швидкість реакції, що призвело до значно збільшеного утворення ефіру. Ультразвукова техніка скоротила час реакції переетерифікації до 5 хвилин – в порівнянні з 2 годинами для механічної обробки перемішування. Перетворення тригліцериду (TG) в FAME при ультразвуку отримано 95,6929% wt з метанолом до масла молярного співвідношення 6:1 і 1% wt гідроксид натрію в якості каталізатора. (пор. Дарвін та ін., 2010)

Середній розмір і великомасштабні ультраакукатори для обробки біодизеля

Hielscher Ультразвук’ постачає малі та середні, а також великі промислові ультразвукові процесори для ефективного виробництва біодизелю в будь-якому обсязі. Пропонуючи ультразвукову систему в будь-якому масштабі, Hielscher може запропонувати ідеальне рішення як для малих виробників, так і для великих компаній. Ультразвукове перетворення біодизеля може працювати як пакетний або як безперервний вбудований процес. Установка та експлуатація проста, безпечна і дає надійно високі результати чудової якості біодизеля.
Нижче ви знайдете рекомендовані установки реактора для цілого ряду виробничих показників.