Biyodizel asosiy katalizator yordamida transesterifikatsiya orqali sintezlanadi. Ammo, agar tarkibida erkin yog 'kislotasi yuqori bo'lgan past navli chiqindi sabzavot kabi xom ashyo ishlatilsa, kislota-katatliz yordamida esterifikatsiyani kimyoviy davolash bosqichi talab qilinadi. Ultrasonikatsiya va uning sonokimyoviy va sonomexanik ta'siri ikkala reaktsiya turiga hissa qo'shadi va biyodizel konversiyasining samaradorligini keskin oshiradi. Ultratovushli biodizel ishlab chiqarish an'anaviy biodizel sinteziga qaraganda ancha tezroq bo'lib, biyodizelning rentabelligi va sifatini oshiradi va metanol va katalizator kabi reagentlarni tejaydi.

Quvvatli ultratovush yordamida biodizel konversiyasi

Biodizel uchun yog 'kislotasi efirlari o'simlik moylari va hayvon yog'larini transesterifikatsiya qilish yo'li bilan ishlab chiqariladi (masalan, yog' yog'i). Transesterifikatsiya reaktsiyasi paytida glitserol komponenti metanol kabi boshqa spirt bilan almashtiriladi. Ko'p miqdorda erkin yog 'kislotalari bo'lgan xom ashyo zaxiralari, masalan, chiqindi o'simlik moylari (WVO), sovun hosil bo'lishining oldini olish uchun kislota esterifikatsiyasini oldindan davolashni talab qiladi. Ushbu kislota kataliz jarayoni odatdagi partiyalar usuli bilan amalga oshirilganda juda sekin reaktsiya hisoblanadi. Sekin esterifikatsiya jarayonini tezlashtirish uchun echim kuchli ultratovushni qo'llashdir. Sonikatsiya reaktsiya tezligi, konversiyasi va biodizel rentabelligini sezilarli darajada yaxshilaydi, chunki yuqori quvvatli ultratovush ultratovush tekshiruvining kimyoviy ta'sirlari kislota katalizini kuchaytiradi va kuchaytiradi. Ultrasonik kavitatsiya sonomekanik kuchlarni, ya'ni yuqori qirqish bilan aralashtirishni, shuningdek sonoximyoviy energiyani ta'minlaydi. Ushbu ultratovush ta'sirining ikkala turi (sonomexanik va sonokimyoviy) kislota-katalizlangan esterifikatsiyani kamroq katalizator talab qiladigan tezkor reaktsiyaga aylantiradi.

Qanday qilib ultratovushli biodizel konversiyasi ishlaydi?

Transesterifikatsiyada (ba'zida alkogoliz deb ham ataladi) va esterifikatsiyadagi turli xil fazalar orasidagi ultratovush aralashtirishni kuchayishiga, shuningdek issiqlik va massani ko'paytirishga asoslangan. Ultrasonik aralashtirish akustik kavitatsiya printsipiga asoslanadi, bu suyuqlikdagi vakuum pufakchalarini kiritish natijasida yuzaga keladi. Akustik kavitatsiya yuqori siljish kuchlari va turbulentliklar, shuningdek juda yuqori bosim va harorat farqlari bilan ajralib turadi. Ushbu kuchlar transesterifikatsiya / esterifikatsiyaning kimyoviy reaktsiyasini rivojlantiradi va massa va issiqlik uzatishni kuchaytiradi va shu bilan biodizel konversiyasining reaktsiyasini sezilarli darajada yaxshilaydi.

Sonikatsiyadan foydalanib triglitseridlarni biodizelga (FAME) transesterifikatsiyasi tezlashtirilgan reaksiya va sezilarli darajada yuqori samaradorlikka olib keladi.

Biodizelni konversiyalash paytida ultratovushni qo'llash ilmiy va sanoat tomonidan jarayon samaradorligini oshirish uchun isbotlangan. Jarayon samaradorligining yaxshilanishi energiya sarfi va ekspluatatsion xarajatlarning pasayishi, spirtli ichimliklar iste'molining kamayishi (ya'ni metanol), kamroq katalizator va reaktsiya vaqtining sezilarli darajada qisqarishi bilan bog'liq. Isitish uchun energiya narxi bekor qilinadi, chunki tashqi isitish uchun talab yo'q. Bundan tashqari, biodizel va glitserol o'rtasidagi fazani ajratish, fazalarni ajratish vaqtining qisqarishi bilan sodda. Biodizel ishlab chiqarishda ultratovushni tijorat maqsadlarida ishlatishning muhim omili - bu har qanday hajmgacha bo'lgan oddiy o'lchov, ishonchli va xavfsiz ishlash, shuningdek ultratovush uskunasining mustahkamligi va ishonchliligi (sanoat standarti, uzluksiz ishlashga qodir) 365 to'liq yuk ostida).

Inline biodizelni esterifikatsiya qilish va transesterifikatsiya qilish uchun oqim xujayrasi bo'lgan ultratovushli sanoat tizimi.

Kislota va asosli katalizlangan reaksiya bosqichlarini qo'llash orqali ultratovush yordamida ikki bosqichli biodizel konversiyasi

Yuqori darajadagi FFA tarkibiga ega bo'lgan xomashyolar uchun biyodizel ishlab chiqarish ikki bosqichli jarayonda kislota yoki asos katalizli reaktsiya sifatida amalga oshiriladi. Ultratovush ikki turdagi reaktsiyaga, ya'ni kislota-katalizlangan esterifikatsiyaga va baz-katalizli transesterifikatsiyaga yordam beradi:

Ultratovush yordamida kislota-katalizlangan esterifikatsiya

Xomashyo tarkibidagi ortiqcha yog 'kislotalarini davolash uchun esterifikatsiya jarayoni zarur. Sulfat kislota odatda kislota katalizatori sifatida ishlatiladi.

• Xom ashyoni ifloslantiruvchi moddalar va suvdan filtrlash va tozalash orqali tayyorlang.
• Metanolda katalizatorni, ya'ni oltingugurt kislotasini eritib oling. Xom oldindan aralashmani olish uchun katalizator / metanol va xom ashyoning issiqlik almashinuvchisi va statik aralashtirgich orqali oziqlantiruvchi oqimi.
• Katalizator va xom ashyoning oldingi aralashmasi to'g'ridan-to'g'ri ultratovushli reaktsiya kamerasiga kiradi, bu erda ultra nozik aralashtirish va sonokimyo kuchga kiradi va erkin yog 'kislotalari biyodizelga aylanadi.
• Nihoyat, mahsulotni suvsizlang va uni ikkinchi bosqichga - ultratovushli transesterifikatsiyaga o'tkazing. Kislotali nam metanol qayta tiklash, quritish va neytrallashdan keyin qayta foydalanishga tayyor.
• Xom-ashyolarni o'z ichiga olgan juda yuqori FFA uchun, transesterifikatsiya bosqichidan oldin FFAni o'rtacha darajaga tushirish uchun resirkulyatsiyani o'rnatish talab qilinishi mumkin.

Kislota katalizatori yordamida esterifikatsiya reaktsiyasi:
FFA + Spirtli ichimliklar → Ester + Suv

Ultratovush yordamida asosiy katalizli transesterifikatsiya

Hozir oz miqdordagi FFAga ega bo'lgan xomashyo to'g'ridan-to'g'ri transesterifikatsiya bosqichiga etkazilishi mumkin. Odatda katalizator sifatida natriy gidroksidi yoki kaliy gidroksidi (NaOH, KOH) ishlatiladi.

• Katalizatorni, ya'ni kaliy gidroksidni metanolda eritib, katalizator / metanol va oldindan ishlangan xomashyo oqimlarini statik aralashtirgich orqali oziqlantirib, xom aralashmani oling.
• Kavitatsion yuqori siljish bilan aralashtirish va sonokimyoviy ishlov berish uchun to'g'ridan-to'g'ri ultratovush reaktsiyasi kamerasiga oldindan aralashmani yuboring. Ushbu reaktsiyaning mahsulotlari alkil esterlari (ya'ni, biodizel) va glitserindir. Glitserinni cho'ktirish yoki santrifüj bilan ajratish mumkin.
• Ultrasonik ravishda ishlab chiqarilgan biyodizel yuqori sifatli bo'lib, metanol va katalizatorni tejash orqali tez, energiya tejaydigan va tejamli ishlab chiqariladi.

Bazal katalizator yordamida transesterifikatsiya reaktsiyasi:
Yog '/ Yog' + Spirtli ichimliklar → Biyodizel + Gliserol

Metanoldan foydalanish & Metanolni qayta tiklash

Metanol biodizel ishlab chiqarish jarayonida asosiy komponent hisoblanadi. Ultratovush bilan boshqariladigan biodizel konversiyasi metanoldan sezilarli darajada foydalanishni kamaytirishga imkon beradi. Agar siz hozirda "metanolni ishlatish haqida o'ylamayman, chunki men uni baribir tiklayman", deb o'ylab ko'rsangiz, bug'lanish bosqichi uchun sarflanadigan juda katta energiya xarajatlarini ko'rib chiqing (masalan, distillash ustunidan foydalanib). metanolni ajratish va qayta ishlash uchun zarur.
Metanol, odatda, biodizel va glitserinni ikki qatlamga bo'linib, reaktsiyaning teskarisini oldini olgandan so'ng olinadi. Keyin metanol tozalanadi va jarayonning boshiga qadar qayta ishlanadi. Biodizelni ultratovushli esterifikatsiya va transesterifikatsiya qilish orqali ishlab chiqarish orqali siz metanoldan foydalanishni keskin kamaytira olasiz va shu bilan metanolni tiklash uchun juda katta energiya sarfini kamaytirasiz. Hielscher ultratovushli reaktorlaridan foydalanish metanolning kerakli miqdorini 50% gacha kamaytiradi. 1: 4 yoki 1: 4,5 (yog ': metanol) orasidagi mol nisbati Hielscher ultratovush aralashmasidan foydalanganda ko'pchilik xomashyo uchun etarli.

Biyodizelni konversiyalash samaradorligini ultratovush bilan oshirish – Ilmiy jihatdan tasdiqlangan

Ko'pgina tadqiqotchilar guruhi biodizelning ultratovush transesterifikatsiyasi mexanizmi va ta'sirini o'rganib chiqdi. Masalan, Sebayan Darvinning tadqiqot guruhi ultratovushli kavitatsiya kimyoviy faollikni oshirganligini va reaktsiya tezligini sezilarli darajada ko'paygan ester hosil bo'lishini ko'rsatdi. Ultrasonik texnika transesterifikatsiya reaktsiyasi vaqtini 5 minutgacha qisqartirdi – aralashtirishni mexanik qayta ishlash uchun 2 soatga nisbatan. Ultrasonik usulda triglitseridni (TG) FAMEga aylantirish metanol bilan yog 'molar nisbati 6: 1 va katalizator sifatida 1% og'irlikdagi natriy gidroksid bilan 95,6929% massani oldi. (Qarang: Darvin va boshq. 2010)

Biodizelni qayta ishlash uchun o'rta va katta hajmli ultratovush tekshirgichlari

Hielscher ultratovush’ biyodizelni har qanday hajmda samarali ishlab chiqarish uchun kichik va o'rta hajmdagi ultratovushli protsessorlarni etkazib beradi. Har qanday miqyosda ultratovush tizimini taklif qiluvchi Hielscher ham kichik ishlab chiqaruvchilar, ham yirik kompaniyalar uchun ideal echimni taklif qilishi mumkin. Ultratovushli biodizel konversiyasi ommaviy yoki uzluksiz inline jarayon sifatida ishlatilishi mumkin. O'rnatish va ishlatish sodda, xavfsiz va yuqori sifatli biodizelning yuqori sifatli natijalarini beradi.
Quyida bir qator ishlab chiqarish stavkalari uchun tavsiya etilgan reaktor moslamalarini topasiz.