Dầu diesel sinh học thông qua Ultrasonically cải thiện (Trans-) Esterification

Dầu diesel sinh học được tổng hợp thông qua transesterification bằng cách sử dụng một chất xúc tác cơ bản. Tuy nhiên, nếu nguyên liệu thô như rau thải cấp thấp có hàm lượng axit béo tự do cao được sử dụng, cần phải có bước tiền xử lý hóa học của este hóa học bằng cách sử dụng axit-catatlyst. Ultrasonication và tác dụng sonochemical và sonomechanical của nó góp phần vào cả hai loại phản ứng và tăng hiệu quả của chuyển đổi dầu diesel sinh học đáng kể. Sản xuất dầu diesel sinh học siêu âm nhanh hơn đáng kể so với tổng hợp dầu diesel sinh học thông thường, kết quả trong năng suất dầu diesel sinh học cao hơn và chất lượng và tiết kiệm thuốc thử như methanol và chất xúc tác.

Chuyển đổi dầu diesel sinh học bằng siêu âm điện

Đối với dầu diesel sinh học, este axit béo được sản xuất bằng cách transesterification của dầu thực vật cũng như chất béo động vật (ví dụ: tallow). Trong phản ứng transesterification, thành phần glycerol được thay thế bằng một loại rượu khác, chẳng hạn như methanol. Nguyên liệu có hàm lượng axit béo tự do cao, ví dụ như dầu thực vật thải (WVO), yêu cầu xử lý trước este hóa axit để tránh hình thành xà phòng. Quá trình xúc tác axit này là một phản ứng rất chậm, khi được thực hiện như phương pháp hàng loạt thông thường. Giải pháp để tăng tốc quá trình este hóa chậm là ứng dụng siêu âm điện. Sonication đạt được một cải tiến đáng kể về tốc độ phản ứng, chuyển đổi và năng suất dầu diesel sinh học như các hiệu ứng sonochemical của siêu âm công suất cao thúc đẩy và tăng cường xúc tác axit. Cavitation siêu âm cung cấp lực sonomechanical, tức là trộn cắt cao, cũng như năng lượng sonochemical. Cả hai loại tác động siêu âm (sonomechanical và sonochemical) biến este hóa xúc tác axit thành một phản ứng nhanh đòi hỏi ít chất xúc tác.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Siêu âm trộn cải thiện tỷ lệ chuyển đổi dầu diesel sinh học, tăng năng suất và tiết kiệm methanol dư thừa và chất xúc tác. Hình ảnh hiển thị cài đặt 3x UIP1000hdT (mỗi công suất siêu âm 1kW) để xử lý nội tuyến.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterification của chất béo trung tính thành dầu diesel sinh học (FAME) bằng cách sử dụng sonication kết quả trong phản ứng tăng tốc và hiệu quả cao hơn đáng kể.

Làm thế nào để chuyển đổi dầu diesel sinh học siêu âm hoạt động?

Ultrasonication giữa các giai đoạn khác nhau trong transesterification (đôi khi còn được gọi là alcoholysis) và este hóa dựa trên việc tăng cường trộn cũng như tăng nhiệt và truyền khối lượng. Trộn siêu âm dựa trên nguyên tắc cavitation âm thanh, xảy ra do bong bóng chân không nổ trong chất lỏng. Cavitation âm thanh được đặc trưng bởi lực cắt cao và nhiễu loạn, cũng như áp suất rất cao và chênh lệch nhiệt độ. Các lực này thúc đẩy phản ứng hóa học của transesterification / este hóa và tăng cường khối lượng và truyền nhiệt, do đó cải thiện phản ứng của chuyển đổi dầu diesel sinh học đáng kể.
Việc áp dụng ultrasonics trong quá trình chuyển đổi dầu diesel sinh học đã được khoa học và công nghiệp chứng minh để cải thiện hiệu quả quá trình. Sự cải thiện hiệu quả của quá trình có thể được quy cho giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí hoạt động, và giảm sử dụng rượu (tức là methanol), ít chất xúc tác, và rút ngắn đáng kể thời gian phản ứng. Chi phí năng lượng cho sưởi ấm được loại bỏ vì không có yêu cầu về sưởi ấm bên ngoài. Ngoài ra, tách pha giữa dầu diesel sinh học và glycerol đơn giản hơn với thời gian tách pha ngắn hơn. Một yếu tố quan trọng cho việc sử dụng thương mại của siêu âm trong sản xuất dầu diesel sinh học là quy mô đơn giản lên đến bất kỳ khối lượng, hoạt động đáng tin cậy và an toàn cũng như sự mạnh mẽ và độ tin cậy của thiết bị siêu âm (tiêu chuẩn công nghiệp, có khả năng chạy liên tục 24/7/365 dưới tải đầy đủ).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Hệ thống công nghiệp siêu âm với tế bào dòng chảy cho dầu diesel sinh học nội tuyến esterfication và transesterification.

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

Siêu âm este hóa và transesterification có thể được chạy như hàng loạt hoặc liên tục trong quá trình nội tuyến. Biểu đồ cho thấy quá trình siêu âm nội tuyến cho dầu diesel sinh học (FAME) transesterfication.


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

Siêu âm este hóa và transesterification có thể được chạy như hàng loạt hoặc liên tục trong quá trình nội tuyến. Biểu đồ này cho thấy quá trình hàng loạt siêu âm để chuyển đổi dầu diesel sinh học.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Ultrasonically hỗ trợ chuyển đổi dầu diesel sinh học hai bước áp dụng các bước phản ứng xúc tác axit và cơ sở

Đối với nguyên liệu có hàm lượng FFA cao, việc sản xuất dầu diesel sinh học được thực hiện dưới dạng phản ứng xúc tác axit hoặc bay trong quá trình hai giai đoạn. Siêu âm đóng góp hai loại phản ứng, este hóa xúc tác axit cũng như transesterification xúc tác cơ sở:

Este hóa xúc tác axit bằng siêu âm

Để điều trị dư thừa axit béo tự do trong nguyên liệu, quá trình este hóa là cần thiết. Axit sulfuric thường được sử dụng làm chất xúc tác axit.

  • Chuẩn bị nguyên liệu bằng cách lọc và tinh chế từ các chất gây ô nhiễm và nước.
  • Hòa tan chất xúc tác, cụ thể là axit sulfuric, trong methanol. Dòng thức ăn của chất xúc tác / methanol và nguyên liệu thông qua bộ trao đổi nhiệt và máy trộn tĩnh để có được hỗn hợp trước thô.
  • Hỗn hợp trước của chất xúc tác và nguyên liệu đi trực tiếp vào buồng phản ứng siêu âm, nơi trộn siêu mịn và sonochemistry có hiệu lực và các axit béo miễn phí được chuyển đổi thành dầu diesel sinh học.
  • Cuối cùng, khử nước cho sản phẩm và cho nó ăn hai giai đoạn thứ hai - transesterification siêu âm. Methanol ướt có tính axit là sau khi phục hồi, sấy khô và trung hòa sẵn sàng để tái sử dụng.
  • Đối với ffa rất cao có chứa nguyên liệu, một thiết lập tuần hoàn có thể cần thiết để hạ FFA xuống mức hợp lý trước bước transesterification.

Phản ứng este hóa bằng chất xúc tác axit:
FFA + Rượu → Ester + Nước

Transesterification xúc tác cơ sở bằng siêu âm

Nguyên liệu, hiện chỉ có một lượng nhỏ FFAs, có thể được cho ăn trực tiếp đến giai đoạn transesterification. Phổ biến nhất natri hydroxit hoặc kali hydroxit (NaOH, KOH) được sử dụng làm chất xúc tác cơ bản.

  • Hòa tan chất xúc tác, cụ thể là kali hydroxit, trong methanol và nuôi các dòng chất xúc tác / methanol và nguyên liệu được xử lý trước thông qua máy trộn tĩnh để có được hỗn hợp trước thô.
  • Cho ăn hỗn hợp trước trực tiếp vào buồng phản ứng siêu âm để trộn cắt cao cavitational và điều trị sonochemical. Các sản phẩm của phản ứng này là este alkyl (tức là dầu diesel sinh học) và glycerin. Glycerin có thể được tách ra bằng cách lắng ra hoặc bằng cách ly tâm.
  • Dầu diesel sinh học ultrasonically sản xuất có chất lượng cao và được sản xuất nhanh chóng, tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí bằng cách tiết kiệm methanol và chất xúc tác.

Phản ứng transesterification bằng cách sử dụng chất xúc tác cơ bản:
Dầu / Chất béo + Rượu → diesel sinh học + Glycerol

Sử dụng Methanol & Phục hồi Methanol

Methanol là một thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất dầu diesel sinh học. Việc chuyển đổi dầu diesel sinh học ultrasonically cho phép giảm đáng kể việc sử dụng methanol. Nếu bây giờ bạn đang nghĩ rằng "Tôi không quan tâm đến việc sử dụng methanol của mình, vì dù sao tôi cũng phục hồi nó", bạn có thể suy nghĩ lại và xem xét chi phí năng lượng cao cắt cổ áp dụng cho bước bay hơi (ví dụ: sử dụng cột chưng cất), cần thiết để tách và tái chế methanol.
Methanol thường được loại bỏ sau khi dầu diesel sinh học và glycerin đã được tách thành hai lớp, ngăn ngừa sự đảo ngược phản ứng. Methanol sau đó được làm sạch và tái chế trở lại khi bắt đầu quá trình. Sản xuất dầu diesel sinh học thông qua ultrasonically-driven este hóa và transesterification, bạn có thể giảm sử dụng methanol của bạn đáng kể, do đó làm giảm chi tiêu năng lượng cao cắt cổ cho phục hồi methanol. Việc sử dụng lò phản ứng siêu âm Hielscher làm giảm lượng methanol dư thừa cần thiết lên đến 50%. Một tỷ lệ mol giữa 1: 4 hoặc 1: 4,5 (dầu : methanol) là đủ cho hầu hết các nguyên liệu, khi sử dụng trộn siêu âm Hielscher.

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

Siêu âm este hóa là một bước tiền xử lý, làm giảm nguyên liệu cấp thấp cao trong FFAs thành este. Trong bước thứ 2 của siêu âm transesterification, chất béo trung tính được chuyển đổi thành dầu diesel sinh học (FAME).

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Siêu âm tăng hiệu quả chuyển đổi dầu diesel sinh học – Đã được khoa học chứng minh

Nhiều nhóm nghiên cứu đã điều tra cơ chế và tác dụng của siêu âm transesterification của dầu diesel sinh học. Ví dụ, nhóm nghiên cứu của Sebayan Darwin đã chứng minh rằng cavitation siêu âm làm tăng hoạt động hóa học và tỷ lệ phản ứng dẫn đến sự hình thành ester tăng đáng kể. Kỹ thuật siêu âm làm giảm thời gian phản ứng transesterification xuống còn 5 phút – so với 2 giờ để xử lý khuấy cơ học. Chuyển đổi triglyceride (TG) để FAME dưới ultrasonication thu được 95.6929% wt với tỷ lệ methanol sang mol dầu là 6:1 và 1% wt natri hydroxit làm chất xúc tác. (xem Darwin et al. 2010)

Ultrasonicators cỡ trung bình và quy mô lớn để xử lý dầu diesel sinh học

Hielscher Ultrasonics’ cung cấp nhỏ đến trung bình kích thước cũng như bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp quy mô lớn để sản xuất hiệu quả dầu diesel sinh học ở bất kỳ khối lượng nào. Cung cấp hệ thống siêu âm ở mọi quy mô, Hielscher có thể cung cấp giải pháp lý tưởng cho cả nhà sản xuất nhỏ và các công ty lớn. Chuyển đổi dầu diesel sinh học siêu âm có thể được hoạt động như hàng loạt hoặc như quá trình nội tuyến liên tục. Việc lắp đặt và vận hành đơn giản, an toàn và cho sản lượng cao đáng tin cậy có chất lượng dầu diesel sinh học vượt trội.
Dưới đây bạn sẽ tìm thấy các thiết lập lò phản ứng được đề xuất cho một loạt các tỷ lệ sản xuất.

tấn/giờ
gal/giờ
1x UIP500hdT
0.25 đến 0,5
80 đến 160
1x UIP1000hdT
0.5 đến 1,0
160 đến 320
1x UIP1500hdT
0.75 đến 1,5
240 đến 480
2x UIP1000hdT
1,0 đến 2,0
320 đến 640
2x UIP1500hdT
1,5 đến 3,0
480 đến 960
4X UIP1500hdT
3,0 đến 6,0
960 đến 1920
6x UIP1500hdT
4,5 đến 9,0
1440 đến 2880

Liên hệ chúng tôi! / Hỏi chúng tôi!

Yêu cầu thêm thông tin

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây để yêu cầu thêm thông tin về bộ vi xử lý siêu âm, ứng dụng và giá cả. Chúng tôi sẽ vui mừng để thảo luận về quá trình của bạn với bạn và để cung cấp cho bạn một hệ thống siêu âm đáp ứng yêu cầu của bạn!










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

Hielscher Ultrasonics sản xuất hiệu suất cao siêu âm homogenizers cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.



Văn học/tài liệu tham khảo


Sự kiện đáng biết

Sản xuất diesel sinh học

Dầu diesel sinh học được sản xuất khi trigyceride được chuyển đổi thành este methyl chất béo tự do (FAME) thông qua một phản ứng hóa học được gọi là transesterification. Trong phản ứng của transesterification, trigylceride trong dầu thực vật hoặc chất béo động vật phản ứng với sự hiện diện của chất xúc tác (ví dụ: kali hydroxit hoặc natri hydroxit) với rượu chính (ví dụ: methanol). Trong phản ứng này, este alkyl được hình thành từ nguyên liệu của dầu thực vật hoặc mỡ động vật. Triglyceride là glyceride, trong đó glycerol được este hóa với axit chuỗi dài, được gọi là axit béo. Những axit béo này có mặt dồi dào trong dầu thực vật và chất béo động vật. Vì dầu diesel sinh học có thể được sản xuất từ các nguyên liệu khác nhau như dầu thực vật nguyên chất, dầu thực vật thải, dầu chiên đã qua sử dụng, chất béo động vật như tallow và mỡ lợn, lượng axit béo tự do (FFAs) có thể thay đổi rất nhiều. Tỷ lệ axit béo tự do của chất béo trung tính là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sản xuất dầu diesel sinh học và chất lượng dầu diesel sinh học kết quả đáng kể. Một lượng lớn axit béo tự do có thể can thiệp vào quá trình chuyển đổi và làm giảm chất lượng dầu diesel sinh học cuối cùng. Vấn đề chính là axit béo tự do (FFAs) phản ứng với các chất xúc tác kiềm dẫn đến sự hình thành xà phòng. Sự hình thành xà phòng sau đó gây ra các vấn đề tách glycerol. Do đó, nguyên liệu chứa một lượng lớn FFAs chủ yếu đòi hỏi phải xử lý trước (cái gọi là phản ứng este hóa), trong đó FFAs được chuyển thành este. Ultrasonication thúc đẩy cả hai phản ứng, transesterification và este hóa.

Phản ứng hóa học của este hóa học

Este hóa là quá trình kết hợp một axit hữu cơ (RCOOH) với rượu (ROH) để tạo thành một este (RCOOR) và nước.

Sử dụng Methanol trong este hóa axit

Khi este hóa axit được sử dụng để giảm FFAs trong nguyên liệu, các yêu cầu năng lượng ngay lập tức là tương đối thấp. Tuy nhiên, nước được tạo ra trong phản ứng este hóa – tạo ra methanol ướt, có tính axit, phải được trung hòa, sấy khô và phục hồi. Quá trình phục hồi methanol này rất tốn kém.
Nếu bắt đầu nguyên liệu có tỷ lệ FFAs từ 20 đến 40% hoặc thậm chí cao hơn, có thể cần nhiều bước để đưa chúng xuống mức chấp nhận được. Điều này có nghĩa là, thậm chí nhiều methanol ướt, có tính axit hơn được tạo ra. Sau khi trung hòa methanol có tính axit, sấy khô đòi hỏi chưng cất đa tầng với tốc độ trào ngược đáng kể, dẫn đến sử dụng năng lượng rất cao.


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 Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ Phòng thí nghiệm đến kích thước công nghiệp.