초음파 Sonochemistry는 바이오 디젤의 생산을 지원했습니다

석유 디젤은 현재 운송 및 물류 산업의 주요 연료 형태이지만, 사용은 제한된 원유 자원을 소비하고 인간 건강과 환경에 해를 끼칩니다.

재생 가능, 생분해 성 및 무독성 바이오 연료 인 바이오 디젤은 환경 친화적이며 기존 디젤 엔진에서 사용할 수있는 매력적인 대체 연료입니다. 그것은 석유 디젤과 동일한 전력과 토크를 제공하지만 우수한 윤활성을 갖습니다.

불행히도, 제조 공정의 효율이 낮기 때문에 바이오 디젤의 비용은 여전히 ​​높아서 광범위한 구현을 방해합니다.

바이오 디젤의 생산은 비교적 느리고 에너지 소비 화학 공정, 즉 트리글리세리드 교환 - 식물성 오일 또는 동물성 지방을 통해 달성됩니다.

이 과정은 일반적으로 배치 반응기에서 수행되며, 원시 트리글리세리드는 촉매 (염기, 산 또는 효소)의 존재하에 알코올 (메탄올 또는 에탄올)과 혼합되어 약 65 도로 가열되며 {에 대해 기계적으로 교반된다. {1}} 시간. 그런 다음, 이들 생성물은 5-10 시간 (과도한 알코올 및 촉매를 함유하는 글리세롤을 형성하는 글리세롤, 바닥 층을 형성하고 바이오 디젤은 상단 층을 형성 함)에 대해 분리되며, 그 후 개별적으로 수집되어 전형적으로 생산 된 후에 적용됩니다. 대략 85-87% 바이오 디젤.

 

이 과정의 여러 측면에서 개선의 여지가 많이 있습니다.

 

1. 낮은 반응 속도.

 

에스테르 교환 반응은 질량 전달을 제한하는 반응입니다. 이는 원유와 알코올 사이의 계면에서 발생하며, 이는 부분적으로 만 사용 가능합니다. 기계적 교반은 시약 사이의 접촉을 어느 정도 향상시키는 데 도움이 될 수 있지만, 교반은 두 액체 (안정적인 콜로이드 혼합물을 형성 함)를 완전히 유화시킬 수 없기 때문에 반응은 여전히 ​​매우 느립니다.

 

2. 장기 분리.

 

과도한 알코올 및 촉매는 일반적으로 바이오 디젤의 균형 된 합성에 대한 에스테르 교환 반응을 유도하는 데 사용됩니다. 그러나, 다음 단계에서, 과도한 알코올은 바이오 디젤에 글리세롤을 용해시키는 경향이 있으며, 이는 분리가 느려집니다.

 

3. 합병증 치료 후.

 

바이오 디젤은 잔류 촉매 및 비누 부산물을 제거하기 위해 물로 세척해야합니다. 나머지 알코올은 정제되고 재활용되어야합니다. 따라서, 알코올 및 촉매의 과도한 사용은 치료 후 과정을 복잡하게 할 수있다.

 

초음파 보조 바이오 디젤 생산

 

초음파 보조 에스테르 교환 반응은 각 프로세스 단계에 대해 매우 유리합니다.

 

1. 높은 반응 속도.

 

고강도 초음파는 음향 캐비테이션을 생성하여 진공 기포의 강력하고 비대칭 파열을 초래하여 충격파, 마이크로 제트, 강한 전단력 및 극심한 국부 온도 및 압력을 유발합니다. 이는 매우 효과적인 혼합으로 이어지고, 초트라핀, 동역적으로 안정적인 에멀젼 (나노 에멀젼)의 비밀리에 있거나 부분적으로 불가능한 액체를 초래한다. 따라서, 액체 사이의 계면 영역은 크기만큼 증가하며, 이는 에스테르 교환과 같이 질량 전달을 제한하는 반응을 크게 촉진한다.

연구에 따르면 반응 시간이 몇 시간에서 몇 분으로 줄어들 수 있으며, 알칼리성은 콩 오일의 빠른 에스테르 교환을 초음파, 에너지 및 연료를 사용합니다.

 

2. 짧은 분리 시간.

 

초음파 노출로 인한 원유와 알코올 사이의 더 나은 접촉으로 인해 훨씬 ​​낮은 양의 알코올이 필요합니다. 이것은 반응 후 남은 알코올의 양을 줄입니다. 에탄올에 의해 매개되는 바이오 디젤에서 글리세롤의 용해도는 감소하고, 분리 시간은 5-10 시간에서 약 30 분으로 감소한다.

 

3. 간단한 사후 처리.

과도한 알코올을 사용하면 후속 재활용에 필요한 노력이 줄어들 수 있습니다. 또한, 더 높은 혼합 효율로 인해, 사용 된 촉매의 양은 크게 감소하여 (50-60%) 바이오 디젤의 세척 단계를 단순화 할 수있다.

 

4. 추가 혜택.

 

a) 고강도 초음파에 노출되면 반응에 필요한 활성화 에너지를 제공 할 수 있습니다. 따라서, 에너지와 노력을 절약 할 수 있기 때문에 반응 혼합물을 가열하는 것은 덜 중요해진다.

b) 프로세스는 배치에서 연속으로 이동하여 생산 규모를 크게 증가시켰다.

c) 바이오 디젤의 생산은 약 95-99%로 증가 할 수 있습니다.

 

높은 사운드 진폭의 중요성

 

상업용 스케일 바이오 디젤 생산의 초음파 향상은 높은 진동 진폭을 유지할 수있는 산업 규모의 흐름 초음파 프로세서를 사용해야합니다. 진폭은 초음파 캐비테이션에 의해 생성 된 전단력의 강도와 직접 관련이 있으며 효과적인 혼합을 위해 충분히 높은 수준으로 유지되어야합니다.

고품질 나노 에멀젼을 생성하는 데 유사한 진폭 값이 필요한 것으로 밝혀졌다. 제한된 질량 전달 에스테르 교환 반응을위한 전제 조건이다.