Sonochimia cu ultrasunete a asistat producția de biodiesel

Petrolul Diesel este în prezent principala formă de combustibil în industria de transport și logistică, deși utilizarea acesteia consumă resurse petroliere brute limitate și dăunează sănătății umane și mediului.

Biodieselul, ca biocombustibil regenerabil, biodegradabil și non-toxic, este un combustibil alternativ atractiv, care este ecologic și poate fi utilizat în motoarele diesel existente. Oferă aceeași putere și cuplu ca și motorina petrolului, având în același timp o lubrifiere superioară.

Din păcate, datorită eficienței scăzute a procesului său de fabricație, costul biodieselului rămâne ridicat, împiedicându -i implementarea pe scară largă.

Producția de biodiesel se realizează printr -un proces chimic relativ lent și consumator de energie, și anume schimbul de trigliceride - ulei vegetal sau grăsimi animale.

Acest proces este de obicei realizat într -un reactor de lot, unde trigliceridele brute sunt amestecate cu alcool (metanol sau etanol) în prezența unui catalizator (bază, acid sau enzimă), încălzit până la aproximativ 65 de grade și agitată mecanic pentru { {1}} ore. Apoi, aceste produse sunt lăsate să se separe în fază pentru 5-10 ore (glicerolul care conține exces de alcool și catalizator formează stratul de jos, biodieselul formează stratul superior), după care sunt colectate separat și sunt supuse post-tratament Aproximativ 85-87% biodiesel.

 

Există mult loc pentru îmbunătățirea mai multor aspecte ale acestui proces:

 

1. Rata de reacție scăzută.

 

Reacția de schimb ester este o reacție care limitează transferul de masă - apare la interfața dintre uleiul brut și alcool, care sunt doar parțial miscibile. Agitarea mecanică poate ajuta la îmbunătățirea contactului dintre reactivi într -o oarecare măsură, dar reacția este încă foarte lentă, deoarece agitarea nu poate emulsifica pe deplin cele două lichide (formând un amestec coloidal stabil) pentru a crește suprafața interfațială dintre ele.

 

2. Separarea pe termen lung.

 

Alcoolul și catalizatorul excesiv sunt utilizate de obicei pentru a conduce reacția de schimb de ester pentru sinteza echilibrată a biodieselului. Cu toate acestea, în pașii următori, alcoolul excesiv tinde să dizolve glicerolul în biodiesel, care le încetinește separarea.

 

3. după tratamentul complicațiilor.

 

Biodieselul trebuie să fie spălat cu apă pentru a îndepărta orice catalizatori reziduali și produse secundare de săpun. Alcoolul rămas trebuie purificat și reciclat. Prin urmare, utilizarea excesivă de alcool și catalizatori poate complica procesul post-tratament.

 

Producția asistată cu ultrasunete de biodiesel

 

Reacțiile de schimb de ester asistate cu ultrasunete sunt extrem de avantajoase pentru fiecare etapă de proces:

 

1. Rata de reacție ridicată.

 

Ecografia de înaltă intensitate generează cavitație acustică, ceea ce duce la implozarea puternică și asimetrică a bulelor de vid, provocând unde de șoc, microjete, forțe de forfecare puternice și temperaturi și presiuni extreme locale. Acest lucru duce la o amestecare extrem de eficientă, ceea ce duce la lichide imiscibile sau parțial miscibile ale emulsiilor ultrafine, stabile cinetic (nanoemulsii). Prin urmare, zona de interfață dintre lichide crește printr -un ordin de mărime, ceea ce promovează foarte mult reacțiile care limitează transferul de masă, cum ar fi schimbul de ester.

Cercetările au arătat că timpul de reacție poate fi redus de la ore la minute, iar alcalinul a catalizat schimbul rapid de ester de ulei de soia folosește ecografie, energie și combustibil.

 

2. Timp scurt de separare.

 

Datorită contactului mai bun dintre uleiul brut și alcoolul cauzat de expunerea cu ultrasunete, este necesară o cantitate excesivă de alcool mult mai mică. Aceasta reduce cantitatea de alcool rămasă după reacție. Solubilitatea glicerolului în biodiesel mediat de etanol scade, iar timpul de separare scade de la 5-10 ore la aproximativ 30 de minute.

 

3. Simplificat post-procesare.

Utilizarea unui exces mai mic de alcool poate reduce efortul necesar pentru reciclarea ulterioară. În plus, datorită eficienței mai mari de amestecare, cantitatea de catalizator utilizată poate fi redusă semnificativ (50-60%), simplificând etapele de spălare ale biodieselului.

 

4. Beneficii suplimentare.

 

a) Expunerea la ecografie de intensitate ridicată poate asigura energia de activare necesară reacției. Prin urmare, încălzirea amestecului de reacție devine mai puțin importantă, deoarece poate economisi energie și efort.

b) Procesul a trecut de la lot la continuu, crescând foarte mult scala de producție.

c) Producția de biodiesel poate fi crescută până la aproximativ 95-99%.

 

Importanța unei amplitudini sonore ridicate

 

Îmbunătățirea cu ultrasunete a producției de biodiesel la scară comercială necesită utilizarea procesoarelor cu ultrasunete cu flux la scară industrială care pot menține amplitudini de vibrații ridicate. Amplitudinea este direct legată de puterea forței de forfecare generate de cavitație cu ultrasunete și trebuie menținută la un nivel suficient de ridicat pentru o amestecare eficientă.

S -a constatat că valorile de amplitudine similare sunt necesare pentru producerea de nanoemulsiuni de înaltă calitate - o condiție prealabilă pentru reacții limitate de schimb de ester de transfer de masă.