Ултразвукова сонохимия подпомага производството на биодизел

Понастоящем петролен дизел е основната форма на гориво в транспортната и логистичната индустрия, въпреки че използването му консумира ограничени ресурси на суров нефт и вреди на човешкото здраве и околната среда.

Биодизелът като възобновяемо, биоразградимо и нетоксично биогориво е привлекателно алтернативно гориво, което е екологично чисто и може да се използва в съществуващите дизелови двигатели. Той осигурява същата мощност и въртящ момент като петролния дизел, като същевременно има превъзходна смазка.

За съжаление, поради ниската ефективност на производствения си процес, цената на биодизела остава висока, пречи на широкото му прилагане.

Производството на биодизел се постига чрез сравнително бавен и енергиен химичен процес, а именно триглицериден обмен - растително масло или животински мазнини.

Този процес обикновено се провежда в партиден реактор, където суровите триглицериди се смесват с алкохол (метанол или етанол) в присъствието на катализатор (основа, киселина или ензим), загряти до около 65 градуса и механично се разбъркват за { {1}} часа. След това, тези продукти се оставят да се фазират отделно за 5-10 часа (глицерол, съдържащ излишък от алкохол и катализатор, образува долния слой, биодизелът образува горния слой), след което те се събират отделно и се подлагат на след лечение, обикновено произвеждащи обикновено произвеждащи приблизително 85-87% биодизел.

 

Има много място за подобрение в няколко аспекта на този процес:

 

1. Ниска скорост на реакция.

 

Реакцията на обмен на естер е реакция, която ограничава трансфера на маса - тя се случва на интерфейса между суровото масло и алкохола, които са само частично смесими. Механичното разбъркване може да помогне за подобряване на контакта между реагентите до известна степен, но реакцията все още е много бавна, тъй като разбъркването не може да емулгира напълно двете течности (образувайки стабилна колоидна смес), за да се увеличи междуфазната повърхност между тях.

 

2. Дългосрочно разделяне.

 

Прекомерният алкохол и катализаторът обикновено се използват за задвижване на реакцията на обмен на естер за балансиран синтез на биодизел. В следващите стъпки обаче прекомерният алкохол има тенденция да разтваря глицерол в биодизел, което забавя раздялата им.

 

3. След третиране на усложнения.

 

Биодизелът трябва да се измие с вода, за да се отстранят всички остатъчни катализатори и сапунени странични продукти. Оставащият алкохол трябва да бъде пречистен и рециклиран. Следователно, прекомерната употреба на алкохол и катализатори може да усложни процеса на след лечение.

 

Ултразвуково подпомагано производство на биодизел

 

Реакциите за обмен на ултразвук за обмен на естер са изключително изгодни за всяка стъпка на процеса:

 

1. Висока скорост на реакция.

 

Ултразвукът с висока интензивност генерира акустична кавитация, което води до силна и асиметрична имплозия на вакуумни мехурчета, причинявайки ударни вълни, микрожетове, силни сили на срязване и екстремни местни температури и налягания. Това води до високоефективно смесване, което води до несметни или частично смесими течности от ултрафини, кинетично стабилни емулсии (наноемулсии). Следователно, интерфейсната площ между течностите се увеличава по порядък, който значително насърчава реакциите, които ограничават трансфера на маса, като обмен на естер.

Изследванията показват, че времето за реакция може да бъде намалено от часове на минути, а алкалната катализираща борба с естер от соево масло използва ултразвук, енергия и гориво.

 

2. Кратко време за разделяне.

 

Поради по -добрия контакт между суровото масло и алкохола, причинен от ултразвукова експозиция, се изисква много по -ниско излишно количество алкохол. Това намалява количеството на алкохола, оставащо след реакцията. Разтворимостта на глицерола в биодизел, медииран от етанол, намалява и времето на разделяне намалява от 5-10 часа до около 30 минути.

 

3. Опростена след обработка.

Използването на по -нисък излишък на алкохол може да намали усилията, необходими за последващо рециклиране. В допълнение, поради по -високата ефективност на смесване, количеството на използвания катализатор може да бъде значително намалено (50-60%), опростявайки етапите на измиване на биодизела.

 

4. Допълнителни ползи.

 

а) Излагането на ултразвук с висока интензивност може да осигури енергията на активиране, необходима за реакцията. Следователно нагряването на реакционната смес става по -малко важно, тъй като може да спести енергия и усилия.

б) Процесът се е преместил от партида към непрекъснато, значително увеличава производствената скала.

в) производството на биодизел може да бъде увеличено до около 95-99%.

 

Значението на високата звукова амплитуда

 

Ултразвуковото подобряване на производството на биодизел в търговски мащаб изисква използването на ултразвукови процесори на потока от индустриален мащаб, които могат да поддържат високи амплитуди на вибрации. Амплитудата е пряко свързана със силата на силата на срязване, генерирана от ултразвукова кавитация и трябва да се поддържа на достатъчно високо ниво за ефективно смесване.

Установено е, че подобни стойности на амплитудата са необходими за производство на висококачествени наноемулсии - предпоставка за ограничен реакции на обмен на масов трансфер.