Біодизель за допомогою ультразвуково покращеної (транс-) етерифікації

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.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ультразвукове змішування покращує коефіцієнт конверсії біодизеля, збільшує врожайність та економить надлишок метанолу та каталізатора. На малюнку показано установку 3x UIP1000hdT (кожна потужність ультразвуку 1 кВт) для вбудованої обробки.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

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

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.
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).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

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

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

Ультразвукова етерифікація та переетерифікація можуть бути запущені як пакетний або безперервний вбудований процес. Діаграма показує ультразвуковий вбудований процес переетерфування біодизеля (FAME).


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

Ультразвукова етерифікація та переетерифікація можуть бути запущені як пакетний або безперервний вбудований процес. Ця діаграма показує ультразвуковий пакетний процес для перетворення біодизеля.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


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, зневоднює продукт і живить його двома другим етапами – ультразвуковою переетерифікацією. Кислий вологий метанол після відновлення, сушіння і нейтралітету 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.

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

Ультразвукова етерифікація є кроком попередньої обробки, який зменшив низькосхожу сировину високо в FFAs в ефіри. На 2-му кроці ультразвукової переетерифікації тригліцериди перетворюються на біодизель (FAME).

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


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)

Gholami et al. (2021) продемонстрував високу ефективність ультразвукової трансетерифікації біодизеля в порівнянні з механічним збудженням. Таким чином, дослідницька група порівняла дві біодизельні установки на основі звичайного механічного перемішування та ультразвукової кавітації, які були розроблені з використанням Aspen HYSYS V8.4. Для порівняння двох процесів були використані загальні інвестиції, витрати на продукцію, чиста теперішня вартість та внутрішня норма віддачі – ультраакукатор і механічний стріррер – один з одним. Загальні інвестиції в процес ультразвукової кавітації були нижчими, ніж у процесі механічного перемішування приблизно на 20,8%. У порівнянні зі звичайним процесом, використання ультразвукових реакторів також призвело до зниження витрат на продукти на 5,2%. Завдяки позитивній чистій теперішній вартості та внутрішній швидкості повернення 18,3%, процес ультразвукової кавітації був кращим вибором. Крім того, ультразвукова кавітація призвела до значного зниження як споживаної енергії, так і виробництва відходів. Загальне споживання енергії було зменшено на 6,9% при використанні ультразвукової кавітації. Кількість відходів, що виробляються в процесі ультразвукової допомоги, становить п'яту частину від цього в процесі механічного перемішування.

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.

тонн / год
Гал / час
1x UIP500hdT
0Від 25 до 0,5
Від 80 до 160
1x UIP1000hdT
0.5 до 1.0
Від 160 до 320
1x UIP1500hdT
0Від 75 до 1,5
Від 240 до 480
2x UIP1000hdT
Від 1.0 до 2.0
Від 320 до 640
2x UIP1500hdT
Від 1,5 до 3,0
480 до 960
4x UIP1500hdT
Від 3.0 до 6.0
960 до 1920 рр
6x UIP1500hdT
4,5 до 9,0
1440 до 2880

Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!

Запитайте більше інформації

Будь ласка, використовуйте форму нижче, щоб запросити додаткову інформацію про ультразвукові процесори, програми та ціни. Ми будемо раді обговорити ваш процес з вами і запропонувати вам ультразвукову систему, що відповідає вашим вимогам!









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


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

Hielscher Ultrasonics виробляє високоефотозні ультразвукові гомогенізатори для змішування застосувань, дисперсії, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних і промислових масштабах.



Література/довідники


Факти варті знати

Виробництво біодизелю

Біодизель виробляється, коли тригіцериди перетворюються на вільний жирний метиловий ефір (FAME) через хімічну реакцію, відому як переетерифікація. Під час реакції переетерифікації тригліцериди в рослинних оліях або тваринних жирах реагують в присутності каталізатора (наприклад, гідроксид калію або гідроксид натрію) з первинним спиртом (наприклад, метанолом). При такій реакції з сировини рослинного масла або тваринного жиру утворюються алкілові естери. Тригліцериди - це гліцериди, в яких гліцерин випромінюється довгими ланцюговими кислотами, відомими як жирні кислоти. Ці жирні кислоти рясно присутні в рослинному маслі і тваринних жирах. Оскільки біодизель може вироблятися з різних сировини, таких як вірдгінські рослинні олії, відпрацьовані рослинні олії, використовувані олії для смаження, тваринні жири, такі як таллоу і сало, кількість вільних жирних кислот (FFAs) може сильно відрізнятися. Відсоток вільних жирних кислот тригліцеридів є вирішальним фактором, який впливає на процес виробництва біодизеля та отриману якість біодизеля. Велика кількість вільних жирних кислот може перешкоджати процесу перетворення і погіршувати кінцеву якість біодизеля. Основна проблема полягає в тому, що вільні жирні кислоти (FFAs) реагують з луговими каталізаторами, що призводить до утворення мила. Мильне утворення згодом викликає проблеми з поділом гліцерину. Тому сировина, що містить велику кількість ВФА, в основному вимагає попередньої перевірки ( так званої реакції етерифікації), під час якої ФФБ перетворюються в ефіри. Ультразвукове дослідження сприяє обом реакціям, переетерифікації та етерифікації.

Хімічна реакція етерифікації

Естерифікація - це процес поєднання органічної кислоти (RCOOH) з спиртом (ROH) для формування ефіру (RCOOR) і води.

Використання метанолу при підкислювій етерифікації

Коли кислотна етерифікація використовується для зменшення ВФА в сировині, безпосередні енергетичні вимоги відносно низькі. Однак вода створюється під час реакції етерифікації – створення вологого, кислого метанолу, який необхідно нейтралізувати, просушити і відновити. Цей процес відновлення метанолу коштує дорого.
Якщо початкова сировина має від 20 до 40% або навіть більш високі відсотки FFAs, можуть знадобитися кілька кроків, щоб довести їх до прийнятних рівнів. Це означає, що створюється ще більш кислий вологий метанол. Після нейтралізації кислого метанолу сушку вимагає багатоступінчастої дистиляції зі значними показниками рефлюксу, що призводить до дуже високого використання енергії.


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 Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.