Ultrazvučna sonohemija Pomogla proizvodnja biodizela

Petroleum dizel trenutno je glavni oblik goriva u transportnoj i logističkoj industriji, iako njegova upotreba troši ograničene resurse sirove nafte i šteti ljudskom zdravlju i okolišu.

Biodizel, kao obnovljivi, biorazgradiv i netoksičan biogoriv, ​​atraktivno je alternativno gorivo koje je ekološki prihvatljivo i može se koristiti u postojećim dizelskim motorima. Pruža istu moć i obrtni moment kao naftni dizel, a istovremeno ima i vrhunsku mazivost.

Nažalost, zbog niske efikasnosti svog proizvodnog procesa, troškovi biodizela ostaje visok, ometajući svoju široku implementaciju.

Proizvodnja biodizela postiže se relativno sporim i energetskim konzumiranjem kemijskih procesa, naime razmjena triglicerida - biljne ulje ili životinjske masti.

Ovaj se postupak obično provodi u serijskom reaktoru, gdje su sirovi trigliceridi pomiješani sa alkoholom (metanolom ili etanolom) u prisustvu katalizatora (baze, kiseline ili enzima), grijanja na oko 65 stepeni, a za { {1}} Sati. Tada su ovi proizvodi dopušteni za fazu odvojeno za 5-10 sate (glicerol koji sadrži višak alkohola i katalizatora formiraju donji sloj, biodizel formira gornji sloj), nakon čega se sakupljaju zasebno i podvrgavaju se nakon tretmana, obično proizvode otprilike 85-87% biodizel.

 

Postoji puno prostora za poboljšanje u nekoliko aspekata ovog procesa:

 

1. Niska stopa reakcije.

 

Ester razmjena reakcija je reakcija koja ograničava prijenos mase - pojavljuje se na sučelju između sirovog ulja i alkohola, koji su samo djelomično milostivi. Mehanički mešanje može pomoći u određenoj mjeri u poboljšanju kontakta između reagenata, ali reakcija je i dalje vrlo spora jer miješanje ne može u potpunosti emulgirati dvije tečnosti (formiranje stabilne koloidne smjese) za povećanje međusobne površine između njih.

 

2. Dugoročno odvajanje.

 

Prekomjerni alkohol i katalizator obično se koriste za pokretanje estera za razmjenu estera za uravnoteženu sintezu biodizela. Međutim, u sljedećim koracima prekomjerno alkohol ima tendenciju da se otopi glicerol u biodizelu, što usporava njihovo odvajanje.

 

3. Post tretman komplikacija.

 

Biodizel se mora oprati vodom da ukloni sve ostatke katalizatora i nusproizvode sapuna. Preostali alkohol treba pročistiti i reciklirati. Stoga pretjerana upotreba alkohola i katalizatora može komplicirati proces post-obrada.

 

Ultrazvučna potpomognuta proizvodnja biodizela

 

Ekstralne reakcije ultrazvučnoj pomoći su vrlo povoljne za svaki korak procesa:

 

1. Visoka brzina reakcije.

 

Ultrazvuk visokog intenziteta stvara akustičnu kavitaciju, što rezultira snažnim i asimetričnim implozija vakuumskim mjehurićima, uzrokujući udarne valove, mikrojete, snažne sile i ekstremne lokalne temperature i pritiske. To dovodi do izrazito efikasnog miješanja, što rezultira nepomirljivim ili djelomično mješljivim tečnostima ultrafine, kinetički stabilnih emulzija (nanoemulzija). Stoga se površina sučelja između tečnosti povećava po redoslijedu veličine, što u velikoj mjeri promovira reakcije koje granične prijenose mase, poput razmjene estera.

Istraživanje je pokazalo da se vrijeme reakcije može smanjiti sa sati do minuta, a alkalna katalizirana brza razmjena estera soje koristi ultrazvuk, energiju i gorivo.

 

2. Kratko vrijeme odvajanja.

 

Zbog boljeg kontakta između sirovog ulja i alkohola uzrokovanih ultrazvučnim izlaganjem, potrebna je mnogo niža viška količina alkohola. To smanjuje količinu alkohola koja ostaje nakon reakcije. Rastvorljivost glicerola u biodizelu posredovana Etanolom se smanjuje, a vrijeme odvojenosti smanjuje se od 5-10 sati do oko 30 minuta.

 

3. Pojednostavljena post-obrada.

Korištenje nižeg viška alkohola može umanjiti napor potreban za naknadno recikliranje. Pored toga, zbog veće efikasnosti miješanja, količina korištenog katalizatora može se značajno smanjiti (50-60%), pojednostaviti korake za pranje biodizela.

 

4. Dodatne pogodnosti.

 

a) Izloženost ultrazvuku visokog intenziteta može pružiti energiju aktivacije potrebnu za reakciju. Stoga grijanje reakcijska smjesa postaje manje važna jer može uštedjeti energiju i trud.

b) Proces se pomaknuo iz serije u kontinuirano, uvelike povećavajući proizvodnu skalu.

c) Proizvodnja biodizela može se povećati na oko 95-99%.

 

Važnost visoke zvučne amplitude

 

Ultrazvučno poboljšanje komercijalne razmjere proizvodnje biodizela zahtijeva korištenje ultrazvučnih procesora industrijskih razmjera koji mogu održavati visoke amplitude vibracija. Amplituda je izravno povezana sa čvrstoćom sile smicanja proizvedene ultrazvučnom kavitacijom i mora se održavati na dovoljno visokom nivou za efikasno miješanje.

Otkriveno je da su slične vrijednosti amplitude potrebne za proizvodnju visokokvalitetnih nanoemulzija - preduvjet za ograničene esterske reakcije u estrukciju estera.