Sonokimia ultrasonik dibantu pengeluaran biodiesel

Petroleum Diesel kini merupakan bentuk bahan api utama dalam industri pengangkutan dan logistik, walaupun penggunaannya menggunakan sumber minyak mentah terhad dan merosakkan kesihatan manusia dan alam sekitar.

Biodiesel, sebagai biofuel yang boleh diperbaharui, biodegradable, dan bukan toksik, adalah bahan bakar alternatif yang menarik yang mesra alam dan boleh digunakan dalam enjin diesel sedia ada. Ia menyediakan kuasa dan tork yang sama seperti diesel petroleum, sementara juga mempunyai pelincir unggul.

Malangnya, disebabkan kecekapan rendah proses pembuatannya, kos biodiesel kekal tinggi, menghalang pelaksanaannya yang meluas.

Pengeluaran biodiesel dicapai melalui proses kimia yang agak perlahan dan tenaga, iaitu pertukaran trigliserida - minyak sayuran atau lemak haiwan.

Proses ini biasanya dijalankan dalam reaktor batch, di mana trigliserida mentah dicampur dengan alkohol (metanol atau etanol) dengan kehadiran pemangkin (asas, asid, atau enzim), dipanaskan hingga kira -kira 65 darjah, dan secara mekanikal diaduk untuk { {1}} jam. Kemudian, produk ini dibenarkan untuk fasa berasingan untuk jam 5-10 (gliserol yang mengandungi alkohol dan pemangkin yang berlebihan membentuk lapisan bawah, biodiesel membentuk lapisan atas), dan selepas itu dikumpulkan secara berasingan dan tertakluk kepada rawatan pasca, biasanya menghasilkan Kira -kira 85-87% biodiesel.

 

Terdapat banyak ruang untuk penambahbaikan dalam beberapa aspek proses ini:

 

1. Kadar tindak balas rendah.

 

Reaksi pertukaran ester adalah tindak balas yang mengehadkan pemindahan jisim - ia berlaku pada antara muka antara minyak mentah dan alkohol, yang hanya sebahagiannya boleh dilarutkan. Pengadukan mekanikal boleh membantu meningkatkan hubungan antara reagen sedikit sebanyak, tetapi tindak balas masih sangat lambat kerana kacau tidak dapat mengemulsikan sepenuhnya dua cecair (membentuk campuran koloid yang stabil) untuk meningkatkan kawasan permukaan interfacial di antara mereka.

 

2. Pemisahan jangka panjang.

 

Alkohol dan pemangkin yang berlebihan biasanya digunakan untuk memacu tindak balas pertukaran ester untuk sintesis seimbang biodiesel. Walau bagaimanapun, dalam langkah -langkah berikut, alkohol yang berlebihan cenderung membubarkan gliserol dalam biodiesel, yang melambatkan pemisahan mereka.

 

3. Post Rawatan Komplikasi.

 

Biodiesel mesti dibasuh dengan air untuk menghilangkan pemangkin sisa dan produk sampingan sabun. Alkohol yang tinggal perlu disucikan dan dikitar semula. Oleh itu, penggunaan alkohol dan pemangkin yang berlebihan boleh merumitkan proses selepas rawatan.

 

Pengeluaran Biodiesel Ultrasonik dibantu

 

Reaksi pertukaran ester dibantu ultrasonik sangat berfaedah untuk setiap langkah proses:

 

1. Kadar tindak balas yang tinggi.

 

Ultrasound intensiti tinggi menghasilkan peronggaan akustik, mengakibatkan letupan gelembung vakum yang kuat dan asimetri, menyebabkan gelombang kejutan, mikro, daya ricih yang kuat, dan suhu dan tekanan tempatan yang melampau. Ini membawa kepada pencampuran yang sangat berkesan, mengakibatkan cecair ultrafine yang tidak dapat dilepaskan atau sebahagiannya, emulsi stabil kinetik (nanoemulsions). Oleh itu, kawasan antara muka antara cecair meningkat dengan urutan magnitud, yang sangat menggalakkan reaksi yang mengehadkan pemindahan massa, seperti pertukaran ester.

Penyelidikan telah menunjukkan bahawa masa tindak balas dapat dikurangkan dari jam ke minit, dan alkali memangkin pertukaran ester pesat minyak kacang soya menggunakan ultrasound, tenaga, dan bahan bakar.

 

2. Masa pemisahan pendek.

 

Oleh kerana hubungan yang lebih baik antara minyak mentah dan alkohol yang disebabkan oleh pendedahan ultrasonik, jumlah lebih banyak alkohol yang lebih rendah diperlukan. Ini mengurangkan jumlah alkohol yang tinggal selepas tindak balas. Kelarutan gliserol dalam biodiesel yang dimediasi oleh etanol berkurangan, dan masa pemisahan berkurangan dari 5-10 jam hingga sekitar 30 minit.

 

3. Pemprosesan selepas pemprosesan.

Menggunakan kelebihan alkohol yang lebih rendah dapat mengurangkan usaha yang diperlukan untuk kitar semula berikutnya. Di samping itu, disebabkan oleh kecekapan pencampuran yang lebih tinggi, jumlah pemangkin yang digunakan dapat dikurangkan dengan ketara (50-60%), memudahkan langkah -langkah pembersihan biodiesel.

 

4. Faedah tambahan.

 

a) Pendedahan kepada ultrasound intensiti tinggi dapat memberikan tenaga pengaktifan yang diperlukan untuk reaksi. Oleh itu, pemanasan campuran tindak balas menjadi kurang penting kerana ia dapat menjimatkan tenaga dan usaha.

b) Proses telah beralih dari batch ke berterusan, sangat meningkatkan skala pengeluaran.

c) Pengeluaran biodiesel boleh ditingkatkan ke sekitar 95-99%.

 

Kepentingan amplitud bunyi yang tinggi

 

Peningkatan ultrasonik pengeluaran biodiesel skala komersil memerlukan penggunaan pemproses ultrasonik aliran industri yang dapat mengekalkan amplitud getaran yang tinggi. Amplitud secara langsung berkaitan dengan kekuatan daya ricih yang dihasilkan oleh peronggaan ultrasonik dan mesti dikekalkan pada tahap yang cukup tinggi untuk pencampuran yang berkesan.

Nilai amplitud yang sama telah didapati diperlukan untuk menghasilkan nanoemulsi yang berkualiti tinggi - prasyarat untuk tindak balas pertukaran ester pemindahan massa terhad.