Sonokimika ultrasonika assistiet il-produzzjoni tal-bijodiżil

Id-diżil tal-pitrolju bħalissa huwa l-forma ewlenija ta 'fjuwil fl-industrija tat-trasport u l-loġistika, għalkemm l-użu tiegħu jikkonsma riżorsi limitati taż-żejt mhux raffinat u jagħmel ħsara lis-saħħa tal-bniedem u lill-ambjent.

Il-bijodiżil, bħala bijofjuwil li jiġġedded, bijodegradabbli u mhux tossiku, huwa fjuwil alternattiv attraenti li huwa favur l-ambjent u jista 'jintuża f'magni tad-diżil eżistenti. Jipprovdi l-istess qawwa u torque bħad-diżil tal-pitrolju, filwaqt li jkollu wkoll lubrikazzjoni superjuri.

Sfortunatament, minħabba l-effiċjenza baxxa tal-proċess tal-manifattura tiegħu, l-ispiża tal-bijodiżil tibqa 'għolja, u tfixkel l-implimentazzjoni mifruxa tagħha.

Il-produzzjoni tal-bijodiżil tinkiseb permezz ta 'proċess kimiku relattivament bil-mod u li jikkonsma l-enerġija, jiġifieri skambju ta' trigliċeridi - żejt veġetali jew xaħam tal-annimali.

Dan il-proċess ġeneralment jitwettaq f'reattur tal-lott, fejn it-trigliċeridi mhux maħduma jitħalltu ma 'alkoħol (metanol jew etanol) fil-preżenza ta' katalist (bażi, aċidu, jew enzima), imsaħħan għal madwar 65 grad, u jitħawwad b'mod mekkaniku għal { {1}} sigħat. Imbagħad, dawn il-prodotti jitħallew separati fil-fażi għal 5-10 sigħat (gliċerol li fih l-alkoħol żejjed u l-katalist jifforma s-saff tal-qiegħ, il-bijodiżil jifforma s-saff ta 'fuq), u wara dawn jinġabru separatament u soġġetti għal wara t-trattament, tipikament jipproduċu bejn wieħed u ieħor 85-87% bijodiżil.

 

Hemm ħafna spazju għal titjib f'diversi aspetti ta 'dan il-proċess:

 

1. Rata baxxa ta 'reazzjoni.

 

Ir-reazzjoni ta 'skambju ta' ester hija reazzjoni li tillimita t-trasferiment tal-massa - isseħħ fl-interface bejn iż-żejt mhux maħdum u l-alkoħol, li huma parzjalment miscible. It-taħwid mekkaniku jista 'jgħin biex itejjeb il-kuntatt bejn ir-reaġenti sa ċertu punt, iżda r-reazzjoni għadha bil-mod ħafna għax it-taħwid ma jistax jemulsifika kompletament iż-żewġ likwidi (li jiffurmaw taħlita kollojdali stabbli) biex iżżid l-erja tal-wiċċ interfacial bejniethom.

 

2. Separazzjoni fit-tul.

 

Alkoħol u katalist eċċessiv huma tipikament użati biex isuqu r-reazzjoni tal-iskambju tal-ester għas-sintesi bilanċjata tal-bijodiżil. Madankollu, fil-passi li ġejjin, alkoħol eċċessiv għandu t-tendenza li jxolji l-gliċerol fil-bijodiżil, li jrażżan is-separazzjoni tagħhom.

 

3. Post Trattament ta 'Kumplikazzjonijiet.

 

Il-bijodiżil għandu jinħasel bl-ilma biex jitneħħa kwalunkwe katalizzaturi residwi u prodotti sekondarji tas-sapun. L-alkoħol li jifdal jeħtieġ li jiġi ppurifikat u riċiklat. Għalhekk, użu eċċessiv ta 'alkoħol u katalizzaturi jista' jikkomplika l-proċess ta 'wara t-trattament.

 

Produzzjoni ultrasoniku assistita tal-bijodiżil

 

Reazzjonijiet ta 'skambju ta' ester assistiti ultrasoniċi huma vantaġġjużi ħafna għal kull pass tal-proċess:

 

1. Rata ta 'reazzjoni għolja.

 

Ultrasound ta 'intensità għolja tiġġenera cavitation akustika, li tirriżulta f'implosjoni qawwija u asimmetrika ta' bżieżaq tal-vakwu, li tikkawża mewġ ta 'xokk, microjets, forzi ta' shear qawwija, u temperaturi u pressjonijiet lokali estremi. Dan iwassal għal taħlit effettiv ħafna, li jirriżulta f'likwidi li ma jistgħux jitħalltu jew parzjalment miscible ta 'emulsjonijiet ultrafini, kinetikament stabbli (nanoemulsjonijiet). Għalhekk, iż-żona tal-interface bejn il-likwidi tiżdied b'ordni ta 'kobor, li tippromwovi ħafna reazzjonijiet li jillimitaw it-trasferiment tal-massa, bħall-iskambju tal-ester.

Ir-riċerka wriet li l-ħin ta 'reazzjoni jista' jitnaqqas minn sigħat għal minuti, u l-alkalina katalizzata l-iskambju ta 'ester mgħaġġel ta' żejt tas-sojja tuża ultrasound, enerġija u fjuwil.

 

2. Ħin qasir ta 'separazzjoni.

 

Minħabba l-aħjar kuntatt bejn iż-żejt mhux maħdum u l-alkoħol ikkawżat minn esponiment ultrasoniku, huwa meħtieġ ammont eċċessiv ħafna ta 'alkoħol. Dan inaqqas l-ammont ta 'alkoħol li jibqa' wara r-reazzjoni. Is-solubilità tal-gliċerol fil-bijodiżil medjat mill-etanol tonqos, u l-ħin ta 'separazzjoni jonqos minn 5-10 sigħat għal madwar 30 minuta.

 

3. wara l-proċessar simplifikat.

L-użu ta 'eċċess aktar baxx ta' alkoħol jista 'jnaqqas l-isforz meħtieġ għar-riċiklaġġ sussegwenti. Barra minn hekk, minħabba effiċjenza ogħla ta 'taħlit, l-ammont ta' katalist użat jista 'jitnaqqas b'mod sinifikanti (50-60%), li tissimplifika l-passi tal-ħasil tal-bijodiżil.

 

4. Benefiċċji addizzjonali.

 

a) L-esponiment għal ultrasound ta 'intensità għolja jista' jipprovdi l-enerġija ta 'attivazzjoni meħtieġa għar-reazzjoni. Għalhekk, it-tisħin tat-taħlita ta 'reazzjoni jsir inqas importanti peress li jista' jiffranka l-enerġija u l-isforz.

b) Il-proċess inbidel minn lott għal kontinwu, u żżid ħafna l-iskala tal-produzzjoni.

c) Il-produzzjoni tal-bijodiżil tista 'tiżdied għal madwar 95-99%.

 

L-importanza ta 'amplitudni ta' ħoss għoli

 

It-tisħiħ ultrasoniku tal-produzzjoni tal-bijodiżil fuq skala kummerċjali jirrikjedi l-użu ta 'proċessuri ultrasoniċi tal-fluss fuq skala industrijali li jistgħu jżommu amplitudnijiet ta' vibrazzjoni għolja. L-amplitudni hija relatata direttament mas-saħħa tal-forza tal-shear iġġenerata mill-cavitation ultrasoniku u għandha tinżamm f'livell għoli biżżejjed għal taħlit effettiv.

Valuri ta 'amplitudni simili nstabu li huma meħtieġa għall-produzzjoni ta' nanoemulsjonijiet ta 'kwalità għolja - prerekwiżit għal reazzjonijiet limitati ta' skambju ta 'ester ta' trasferiment tal-massa.