СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛАБОРАТОРИЙ
Тел.: (495)649-0651, факс: (495) 955-5586, e-mail: info@biodm.ru
ГЛАВНАЯНОВОСТИАКЦИИПРОДУКЦИЯКОНТАКТЫ

Ультразвуковая переэтерификация масел в биодизель

Ультразвуковая обработка увеличивает скорость и выход химической реакции при переэтерификации растительных масел и животных жиров в биодизель. Это позволяет изменить режим работы производственной установки с порционного на поточный, а также снизить капиталовложения и эксплуатационные затраты.

Биодизель обычно производится в периодическом реакторе с использованием тепловой и механической энергии для перемешивания. Перемешивание с применением действия ультразвуковой кавитации является одним из альтернативных методов перемешивания, позволяющим достичь лучших результатов при промышленной обработке. Ультразвуковая кавитация обеспечивает необходимую энергию активации веществ для промышленного процесса переэтерификации.

Производство биодизельного топлива из растительных масел (сои, рапса, ятрофа, семян подсолнечника или водорослей) или животных жиров основано на катализируемой основаниями переэтерификации жирных кислот с метанолом или этанолом дающую в результате соответствующий метиловый или этиловый эфир. Неизбежным побочным продуктом этой реакции является глицерин. Растительные масла и животные жиры являются триглицеридами, состоящими из трех цепей жирных кислот, связанных одной молекулой глицерина. Триглицериды являются сложными эфирами. Эфиры являются Производными кислот, например, жирные кислоты, в реакции со спиртом. Глицерин (= глицерол) является тяжелым спиртом. В процессе конверсии триглицеридов с использованием катализатора (щелочь) и спиртового реагента, например, метанола, который на выходе дает биодизель в виде сложного метилового эфира. Эфиры превращаются в алкилэфиры (= биодизельное топливо). Метанол при этом замещает глицерин. Глицерин как более тяжелое вещество оседает на дно. Биодизель – более легкое вещество – всплывает на поверхность, и может быть отделен от других веществ, например, с помощью фильтра-отстойника или центрифуги. Этот процесс конверсии называется переэтерификация. Обычно реакции этерификации в порционном режиме протекают медленно: этап отделения глицерина отнимает много времени, зачастую занимая 5 и более часов.

Ультразвуковая обработка биодизельного топлива включает в себя следующие этапы:
  • 1. Растительное масло или животный жир перемешивается с метиловым (для метилового эфира) или этиловым спиртом (для этилового эфира) и гидроксидом или метилатом натрия или калия.
  • 2. Данная смесь подогревается, например, до температуры от 45 до 65°С.
  • 3. Подогретая смесь подвергается ультразвуковой обработке в потоковом режиме.
  • 4. Полученное биодизельное топливо отделяется от глицерина.
  • 5. Преобразованное биодизельное топливо промывается водой.


Чаще всего, ультразвуковая обработка производится при повышенном давлении (от 1 до 3 бар, давление по манометру) с использованием питающего насоса и регулируемого заднего клапана на выходе из проточной кюветы. Промышленная выработка биодизеля не всегда требует большой интенсивности ультразвуковых колебаний. В вышеприведенной таблице перечислены типичные требования к энергетическим параметрам ультразвука для потоков различного объема. Интенсивность, необходимая для конкретных процессов, может быть определена с использованием ультразвукового процессора мощностью 1 кВт на уровне построения моделей. Все результаты, полученные при таких испытаниях, могут быть легко выведены на производственный уровень. При использовании ультразвуковых процессоров мощностью до 16 кВт отсутствуют любые ограничения по масштабу производства или обрабатывающей способности.

В установке для обработки и отделения в непрерывном потоке подогретое масло и смесь катализаторов перемешиваются непрерывно с использованием регулируемых насосов. Встроенный статический смеситель повышает однородность смеси, попадающей впоследствии в проточную кювету для ультразвуковой обработки. Смесь масла и катализаторов проходит через проточную кювету, где она подвергается воздействию ультразвуковой кавитации в течение 5-30 секунд. Клапан противодавления используется для регулировки давления в проточной кювете. Обработанная ультразвуком смесь попадает в реакторную колонку наверху. Объем реакторной колонки рассчитывается в соответствии с возможностью удержания смеси в течение 1 часа. В течение этого времени завершается переэтерификация. Полученная в результате реакции смесь глицерина и биодизельного топлива направляется в центрифугу для отделения веществ. Последующая обработка включает в себя восстановление спирта, промывку и сушку, и также может осуществляться в непрерывном потоке. Такая установка исключает работу в порционном режиме, а также использование обычных мешалок и больших емкостей для отделения глицерина от биодизельного топлива.

Сегодня биодизельное топливо в основном производится в периодических реакторах (порционный режим). Применение ультразвука позволяет осуществлять обработку в потоковом режиме. Ультразвуковая обработка позволяет достичь выхода биодизельного топлива свыше 99%. Применение ультразвука уменьшает время обработки с 1-4 часов (в порционном режиме) до менее 30 сек. Еще более важно, что ультразвуковая обработка уменьшает время разделения биодизеля и глицерина с 5-10 часов до менее чем 60 минут. Ультразвуковая обработка также помогает уменьшить количество катализатора до 50% за счет увеличения химической активности веществ посредством кавитации (см. также ультразвуковая химия). При ультразвуковой обработке количество используемого спирта также сокращается. Еще одним преимуществом данного метода является повышение уровня чистоты получаемого глицерина.

Сегодня биодизельное топливо в основном производится в периодических реакторах (порционный режим). Применение ультразвука позволяет осуществлять обработку в потоковом режиме. Ультразвуковая обработка позволяет достичь выхода биодизельного топлива свыше 99%. Применение ультразвука уменьшает время обработки с 1-4 часов (в порционном режиме) до менее 30 сек. Еще более важно, что ультразвуковая обработка уменьшает время разделения биодизеля и глицерина с 5-10 часов до менее чем 60 минут. Ультразвуковая обработка также помогает уменьшить количество катализатора до 50% за счет увеличения химической активности веществ посредством кавитации (см. также ультразвуковая химия). При ультразвуковой обработке количество используемого спирта также сокращается. Еще одним преимуществом данного метода является повышение уровня чистоты получаемого глицерина. Ультразвуковая обработка является эффективным средством увеличения скорости реакции в промышленном производстве. Стоимость ультразвуковой обработки в основном составляет объем затрат на приобретение ультразвуковых приборов, энергию и энергоносители, поставляемые централизованными сетями и техническое обслуживание. Непревзойденная энергоэффективность (таблица справа) ультразвуковых приборов Hielscher позволяет снизить затраты и тем самым сделать данный процесс еще более экологичным.

Ультразвук может использоваться для преобразования масел в биодизельное топливо в любом количестве. Справа (увеличить) показана установка для переработки небольшого объема: 60-70 л (от 16 до 19 галлонов). Данная установка, как правило, используется для первоначальных испытаний и демонстрации процесса.
В состав установки входят следующие компоненты:
  • один ультразвуковой прибор мощностью 500 или 1000 Ватт (20 кГц), с усилителем, излучателем и проточной кюветой;
  • ваттметр;
  • бак для обработки объемом 80 л (пластмасса, напр., ПЭНД);
  • нагревательный элемент (1-2 кВт);
  • бункер предварительного перемешивания катализаторов объемом 10 л (пластмасса, напр. ПЭНД);
  • аппарат предварительного перемешивания катализаторов (мешалка);
  • насос (центрифуга, моно или привод) для прибл. 10-20 л/мин при 1-3 бар избыточного давления;
  • клапан для регулирования противодавления в проточной кювете;
  • манометр на стороне нагнетания для измерения давления на входе.


Подготовка к работе
Гидроксид калия (0,2-0,4 кг, катализатор) растворяется в прибл. 8.5 л метанола в бункере предварительного перемешивания катализаторов. Для этого необходимо перемешать содержимое при помощи мешалки. В бак для обработки наливается 66 литров растительного масла. При помощи нагревательного элемента масло нагревается до 45-65 °С.

Обработка
Когда катализатор полностью растворится в метаноле, данная смесь добавляется в подогретое масло. Насос подает смесь в проточную кювету. С помощью клапана для регулирования противодавления, давление регулируется с 1 до 3 бар избыточного давления (100-310 кПа). Рециркуляция с ультразвуковой обработкой должна осуществляться в течение приблизительно 20 минут. За это время данный объем масла преобразуется в биодизельное топливо. После этого насос и ультразвуковой процессор отключаются. Глицерин (более тяжелое вещество) отделится от биодизельного топлива (более легкое вещество). Данное отделение занимает от 30 до 60 минут. Когда отделение закончено, глицерин можно слить из бака.

Промывка
Так как полученное биодизельное топливо содержит примеси, необходимо произвести его промывку. Для промывки биодизельное топливо смешивается с водой. Для улучшения процесса смешивания биодизельного топлива с водой может применяться ультразвук. Это увеличит площадь активной поверхности и уменьшит размеры капель (см. ультразвуковое эмульсирование). Обратите внимание, что слишком интенсивная обработка ультразвуком может уменьшить размеры капель воды до такой степени, что будет образована практически стабильная эмульсия, которая потребует специальные средства (например, центрифуги) для расслоения.

Специальные цены на морозильники Arctiko