Giriş

Biyodizel için üç genel reaktör tipi kullanılmaktadır Üretim: Toplu Reaktörler, Yarı sürekli akış reaktörler ve sürekli akış Reaktörler.

Toplu işleme, çok daha az başkenti ve altyapı gerektiren ucuzdur. Yatırım. Esnektir ve kullanıcının hammadde tipinde, kompozisyon ve miktarında varyasyonları yerine getirmesini sağlar. Toplu işlemin ana dezavantajları arasında düşük verimlilik, ürün kalitesinde daha büyük değişiklikler ve daha yoğun emek ve enerji var. Gereksinimler.

Yarı Sürekli İşlem, üreticinin daha küçük bir hacmi tepki vererek başlaması dışında toplu işlemeye benzerdir. Gemide tutacak ve daha sonra içerik eklemeye devam edecek Gemide dolu. Bu İşlem emek yoğun ve yaygın değil kullanılır.

Sürekli Transesterification İşlemler, toplu işleme işlemlerinde tercih edilir. Geniş kapasiteli Ticari Üretim Çünkü Bunlar İşlemler tutarlı ürün kalitesi ve düşük sermaye ve işletme maliyetlerine neden olur Birimi Ürün. En sık görülen Sürekli akış reaktör süreklidir karıştırılmış tank Reaktör. Diğer Sürekli akış Reaktörler ayrıca ultrasonik reaktörler ve süperkritik de dahil olmak üzere ticari olarak kullanılır. Reaktörler. Bunlar Alternatif prosedürler reaksiyonu hızlandırabilir.

Idaho Üniversitesi araştırma, statik karıştırıcı reaktörlerinin ve reaktif damıtma olduğunu gösteriyor ayrıca biyodizel işleme, ama Bunlar süreçler henüz üretmek için kullanılmaz biyodizel Ticari olarak.

toplu reaktörler

Toplu reaktör, sadece bir tür ajitasyon türü ile donatılmış bir tank olabilir. Tank, işlem için reaktanlarla doldurulur (in bu vaka yağı, alkol ve katalizör) ve daha sonra karıştırıcı, bazı dönemler için çalıştırılır. İstenilen süre geçtikten sonra, reaktörün içeriği boşaltılır ve daha da dışlanır işlenir.

60-galon Biyodizel toplu işlemci

Bir toplu reaktörün ana karakteristiği, reaksiyona girmemiş Malzeme, reaksiyona girmesine neden olur ve daha sonra daha sonra tepkimeye girer malzeme. Bu IS, bir toplu reaktör, hangi zamana bağlı olarak bakıldığında farklı malzemeler içeriyor.

Toplu reaktörler genellikle küçük olarak kullanılır biyodizel Üretim Bitkiler. Toplu işlemlerin bir dezavantajı, üretimin üretimini artırmak için, bitkinin fiziksel boyutunu orantılı bir miktarla artırmanın gerekli olabileceğidir (Tarafından) (Tarafından). Örnek için başka bir reaktör satın almak için. Buna karşılık, ne zaman Sürekli bir akış işlemi kullanarak, genellikle bitkinin artması mümkündür Yem oranını artırarak veya reaksiyonun kısaltılmasıyla üretim kapasitesi zaman.

Sürekli akış reaktörler

En yaygın sürekli akış Sistem In Biyodizel Üretimsürekli karıştırılmış tank reaktör (CSTR). İlk bakışta, Şekil 1'de gösterilen gibi bir CSTR, bir parti ile aynı görünmektedir. Reaktör. Aslında, genellikle gerçek reaktör aynı olabilir, ancak reaktörü A'da bir sürekli akışında ayarlamak için ek kontrollere ihtiyaç vardır. Sistem. bazı sürekli akış Bitkiler her iki parti veya sürekli modunda çalışabilir.

Bir CSTR'de, reaktanlar sürekli olarak eklenir ve ürün eklenir ve (karışım Reaksiyona girmemiş Reaktanlar) sürekli olarak geri çekildi. Düzgün kimyasal bileşim ve sıcaklık sağlamak için yeterli ajitasyon gereklidir. Sürekli akış İşlem tipik olarak karmaşık işlem kontrolleri ve ürünün çevrimiçi izlenmesini gerektirir Kalite.

Ne zaman A cstr sürekli olarak sabit bir durumda çalıştırılır, ideal olarak dahil olan herhangi bir kimyasal madde konsantrasyonu Reaktörün herhangi bir yerinde ve tümü Times. Gerçekte, bu ideal durum nadiren elde edildi; Böylece, işlem parametrelerinin tamamlanmasını sağlamak için çalışma parametrelerine yapılmalıdır. Reaksiyon.

Bazen daha fazla Bir reaktör kullanılır. Bu sistemde, alkolün ve katalizörün yaklaşık yüzde 80'i A'da yağa eklenir. CSTR. Ardından, reaktif akım, bir saniye girmeden önce bir gliserol çıkarma adımı geçer. CSTR. Kalan alkol ve katalizörün yüzde 20'si buna eklenir. Reaktör. Bu Sistem daha az alkol kullanma potansiyeli ile çok eksiksiz bir reaksiyon sağlar Tek adımlı sistemler.

Şekil 1: Sürekli akış Biyodizel Reaktör - İki aşamalı işlem

Ultrasonik Biyodizel reaktörler

Ultrason, ayrılma eğiliminde olan sıvıları karıştırmak için kullanışlı bir araçtır. In Biyodizel Üretim, sebze arasında yeterli temas oluşturmak için yeterli karıştırma gereklidir Petrol / Hayvan yağ ve alkol, özellikle de reaksiyonun başlangıcında. Ultrasonik dalgalar yoğun karıştırmaya neden olur, böylece reaksiyon çok daha hızlı devam edebilir. Hız.

Ultrason enerjiyi sıvıya aktarır ve bu da şiddetli titreşimler yaratır. Kavitasyon Kabarcıklar. Kabarcıklar patlaması halinde, akışkanın ani bir daralması meydana gelir ve içerikler kabarcıklar alanında karıştırılır. Sıvıda böyle bir yüksek enerjili etki, reaktif karışımın reaktivitesini önemli ölçüde artırabilir ve yüksek sıcaklıkları içermeden reaksiyon süresini kısaltabilir. Aslında, bu reaksiyon ortamın üzerinde veya hafif bir şekilde ulaşılabilir. Sıcaklık. Çünkü Karışımı ısıtmaya gerek yoktur, enerji olabilir kaydedildi.

Araştırmalar, ultrasonun, biyodizel üretiminde etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermiştir. (E.G., Sarma et al., 2008; Hanh et al., 2008; Teixeira et al., 2009). Ultrason işlemi benzer verimlerle sonuçlanır Biyodizel Geleneksel olana kıyasla çok kısaltılmış bir reaksiyon süresi ile karıştırılmış tank Prosedür.

Ultrason küçük üreticiler için iyi bir seçim olabilir (Yukarı 2 Milyon Galon Yıllık Kapasite), yalnızca bir veya iki ultrason probuna ihtiyaç duyabilecek Reaktör Gemi. Bununla birlikte, ultrasonun büyük ölçekli işlemlerde kullanılması zor olabilir Çünkü Birçok ultrason probu reaktanın her alanına ulaşmak için gerekli olmalıdır. Karışım.

süperkritik reaktörler

Geleneksel Biyodizel Üretim bir katalizör gerektirir (genellikle sodyum veya potasyum hidroksit) Transesterification Reaksiyon. Reaksiyondan sonra, yakıt sağlamak için katalizör çıkarılmalıdır. Kalite. Bu bazen sorunlu olabilir. Gitmek Katalizör gereksiniminden kaçının, Transesterification Bir Katalizörsüz A "Supercritical" kullanılarak tarz İşlem.

buna göre Kimya Mühendisliği Termodinamiğine Giriş,Bir akışkanın kritik noktası, kritik sıcaklık ve kritik basınç ile tanımlanır, " " en yüksek sıcaklık ve en yüksek sıcaklık ve en yüksek sıcaklık ve en yüksek basınç, içinde bulunduğu saf kimyasal türlerin bulunduğu buhar / sıvı denge " (Smith et al., S. 64).

içinde süperkritik durum,Sıvı ve buhar arasındaki faz sınırı ortadan kalkmaya başlar ve madde hem sıvının hem de A buharının nitelikleri var.

Ne zaman Transferification oluşur metanolün süperkritik durumu (tipik olarak 300 ° C ve 40 MPA / 5800 PSI veya daha yüksek), bitkisel yağ veya hayvan yağı, tek bir aşamayı oluşturmak için metanolde çözünür. Reaksiyon daha sonra herhangi bir katalizör olmadan birkaç dakika içinde tamamlanmaya ulaşmak için gerçekleşir.

Süperkritik işlem, sistemin su ve serbest yağ asitlerini tolere eder ve geleneksel işlemde yaygın olan sabun oluşumu ortadan kaldırılır (Demirbas, 2006; Van Kasteren ve Nisworo, 2007; Saka ve İsayama, 2009).

Satıcı Süperkritik durum çok yüksek sıcaklık ve basınç gerektirir, işlem olabilir pahalı olabilir. Yine de, Büyük Biyodizel Üreticiler bu süreci düşük maliyetli olarak bulabilirler çünkü Reaksiyon o kadar çabuk gerçekleşir, üreticiler nispeten küçük bir reaktör ve sınırlı boşlukla büyük miktarda yapabilir.

statik karıştırıcılar Biyodizel reaktörler

statik karıştırıcılar Spiral şekilli Türbülançları teşvik eden bir tüp veya boru gibi bir mahfaza içindeki iç parçalar. Akışı. Onlar Hareketli parçalar yok, kullanımı ve korunması kolaydır ve normal koşullar altında kolayca karışmayan sıvıların karıştırılmasında çok etkilidir.

Biyodizel Bitkisel yağlardan ve alkollerden üretimi, başlangıçta bitkisel yağlarda alkolün çözünürlüğü ile sınırlıdır (Van Gerpen ve Knothe, 2005). Statik karıştırıcılar, daha önce reaktanları karıştırmak için kullanılabilir Bunlar Reaktörü girin Gemi. statik karıştırıcı kendisi ayrıca reaktör olarak da kullanılabilir Gemi? IDAHO Üniversitesi'nde, A'da statik bir karıştırıcı kullanma olasılığını keşfetmek için bir çalışma yapıldı. Sürekli akış Reaktör Biyodizel Üretim ( Thompson ve O, 2007 ).

Sonuçlar statik karıştırıcı reaktörünün etkili olduğunu göstermiştir biyodizel Üretim ve Toplantı Ürünleri ASTM D6584 Özellikler Elde edildi. Diğer reaktör konfigürasyonlarında olduğu gibi, sıcaklık ve katalizör konsantrasyonu ürün verimini etkiledi önemli. Komple için en uygun koşullar Transesterification 60 ° C ve % 1.5 30 için katalizör dakika. Bu nedenle, reaktör olarak tek başına statik bir karıştırıcı kullanmak mümkündür. Biyodizel Bitkisel yağlardan hazırlanır ve alkoller.

Benzer bir işlem bazen ticari olarak kullanılıyor, ancak büyük bir statik karıştırıcının kullanılması Biyodizel işlemci olmadı ticarileştirildi.

için reaktif damıtma biyodizel üretim

reaktif damıtma (RD) Kimyasal reaksiyonların ve ürün ayırmalarının aynı anda birinde aynı anda gerçekleştiği bir kimyasal birim çalışmasıdır. Birimde. Klasik reaktör ve ayırma kombinasyonuna etkili bir alternatiftir. Birimler.

Reaktif damıtma durumlarda ortak bir kimyasal işlemdir. Nerede Reaksiyon nasıl ters olabilir Kolayca. The rd Teknik reaksiyon ürünlerini reaksiyon bölgesinden çıkarır, böylece reaksiyonun tersine çevrilmesini önler ve genel dönüşümün iyileştirilmesini önler Hızı.

A RD Sistem, bir diğerine açık olan açıklıklara sahip çok sayıda odadan oluşur. Malzemeler birinci odaya eklenir ve karışım her ardışık odaya girerken, reaksiyon, son hazneye göre, reaksiyon tamamlandı. Hem paketlenmiş hem de tepsi sütunları rd Uygulamalar; Bununla birlikte, homojen reaksiyon sistemleri için tepsi sütunları tercih edilir. Çünkü daha büyük sıvı tutma ve nispeten daha uzun tutma zaman.

reaktif damıtma sistemleri ticari olarak kullanılmamıştır Biyodizel Üretim Çünkü RD karmaşık olma eğilimindedir. Süreç. Bununla birlikte, karmaşıklık biraz en aza indirilir uygulanır Biyodizel Birkaç Sebepler için üretim. Metanol ve yağ asidi esterlerinin kaynar sıcaklıkları arasındaki fark (biyodizel) Bunlar Bunlar Bunlar İki akarsu çok kolay. Çünkü Transesterification Reaksiyon sadece sıvı fazda meydana gelir, reaksiyon süresi daha sonra toplam sıvı tutma ile kurulur ve the reaktanların besleme hızı.

İdaho Üniversitesi'nde yapılan araştırmalara göre, Ulusal Gelişmiş Ulaşım Enstitüsü Enstitüsü'nün Sponsoru (Niatt) (HE et al., 2005, 2006, 2007), rd Reaktör sistemi, parti ve geleneksel üzerinde üç ana avantaj gösterdi Sürekli akış İşlemler: 1) Daha kısa reaksiyon süresi (10 15 Min) ve daha yüksek birim üretkenlik (7 9 Galon'a Galon Reaktör Hacmi Ticari Üretimde Son derece Arzu Edilen Galon Reaktör Hacmi Birimler; 2) çok daha düşük fazla alkol gereksinimi (yaklaşık olarak 3.5: 1 Molar), bu da aşağı akışlı alkol geri kazanımı ve işletme çalışmasının çabalarını büyük ölçüde azaltır. Maliyetler; ve 3) daha küçük büyüklüğü ve alkol geri kazanımı için azaltılmış ihtiyacı nedeniyle daha düşük sermaye maliyetleri Ekipman