ปัจจุบันน้ำมันดีเซลปิโตรเลียมเป็นรูปแบบหลักของเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมการขนส่งและโลจิสติกส์แม้ว่าการใช้งานจะใช้ทรัพยากรน้ำมันดิบที่ จำกัด และเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม
ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและปลอดสารพิษเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกที่น่าดึงดูดซึ่งเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและสามารถใช้ในเครื่องยนต์ดีเซลที่มีอยู่ มันให้พลังงานและแรงบิดเท่ากันกับน้ำมันดีเซลปิโตรเลียมในขณะที่ยังมีการหล่อลื่นที่เหนือกว่า
น่าเสียดายเนื่องจากกระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพต่ำต้นทุนไบโอดีเซลยังคงสูงซึ่งขัดขวางการใช้งานอย่างกว้างขวาง
การผลิตไบโอดีเซลทำได้ผ่านกระบวนการทางเคมีที่ค่อนข้างช้าและพลังงานคือการแลกเปลี่ยนไตรกลีเซอไรด์ - น้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์
กระบวนการนี้มักจะดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์ซึ่งไตรกลีเซอไรด์ดิบผสมกับแอลกอฮอล์ (เมทานอลหรือเอทานอล) ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา (ฐานกรดหรือเอนไซม์) ให้ความร้อนประมาณ 65 องศาและกวนกลไกสำหรับ { {1}} ชั่วโมง จากนั้นผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะได้รับอนุญาตให้แยกเฟสสำหรับ 5-10 ชั่วโมง (กลีเซอรอลที่มีแอลกอฮอล์ส่วนเกินและตัวเร่งปฏิกิริยาจะสร้างชั้นล่างรูปทรงไบโอดีเซลจะสร้างชั้นบนสุด) หลังจากที่พวกเขาถูกรวบรวมแยกต่างหาก ประมาณ 85-87% ไบโอดีเซล
มีพื้นที่มากมายสำหรับการปรับปรุงในหลาย ๆ ด้านของกระบวนการนี้:
1. อัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ำ
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเอสเตอร์เป็นปฏิกิริยาที่ จำกัด การถ่ายโอนมวล - เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำมันดิบและแอลกอฮอล์ซึ่งเป็นเพียงบางส่วนเท่านั้น การกวนเชิงกลสามารถช่วยปรับปรุงการสัมผัสระหว่างรีเอเจนต์ในระดับหนึ่ง แต่ปฏิกิริยายังคงช้ามากเนื่องจากการกวนไม่สามารถอิมัลซิมิวให้ของเหลวทั้งสองได้อย่างเต็มที่
2. การแยกระยะยาว
โดยทั่วไปแล้วแอลกอฮอล์และตัวเร่งปฏิกิริยาที่มากเกินไปมักใช้ในการขับเคลื่อนปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเอสเตอร์สำหรับการสังเคราะห์ไบโอดีเซลที่สมดุล อย่างไรก็ตามในขั้นตอนต่อไปนี้แอลกอฮอล์มากเกินไปมีแนวโน้มที่จะละลายกลีเซอรอลในไบโอดีเซลซึ่งทำให้การแยกของพวกเขาช้าลง
3. หลังการรักษาภาวะแทรกซ้อน
ไบโอดีเซลจะต้องล้างด้วยน้ำเพื่อกำจัดตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตกค้างและผลพลอยได้จากสบู่ แอลกอฮอล์ที่เหลือจะต้องบริสุทธิ์และรีไซเคิล ดังนั้นการใช้แอลกอฮอล์และตัวเร่งปฏิกิริยามากเกินไปสามารถทำให้กระบวนการหลังการรักษาซับซ้อนขึ้น
การผลิตไบโอดีเซลช่วยอัลตราโซนิก
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเอสเตอร์ช่วยอัลตราโซนิกมีประโยชน์อย่างมากสำหรับแต่ละขั้นตอนกระบวนการ:
1. อัตราการเกิดปฏิกิริยาสูง
อัลตร้าซาวด์ที่มีความเข้มสูงสร้างการเกิดโพรงอากาศแบบอะคูสติกส่งผลให้เกิดการระเบิดอย่างรุนแรงและไม่สมมาตรของฟองสบู่สูญญากาศทำให้เกิดคลื่นกระแทก microjets แรงเฉือนที่แข็งแกร่งและอุณหภูมิและแรงกดดันในท้องถิ่น สิ่งนี้นำไปสู่การผสมที่มีประสิทธิภาพสูงส่งผลให้เกิดของเหลวที่ไม่สามารถมองเห็นได้หรือบางส่วนของ ultrafine อิมัลชันที่มีความเสถียรทางจลนพลศาสตร์ (นาโนอิมัลชัน) ดังนั้นพื้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามลำดับความสำคัญซึ่งส่งเสริมปฏิกิริยาที่ จำกัด การถ่ายโอนมวลเช่นการแลกเปลี่ยนเอสเตอร์
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเวลาตอบสนองสามารถลดลงได้จากชั่วโมงเป็นนาทีและอัลคาไลน์เร่งการแลกเปลี่ยนเอสเตอร์อย่างรวดเร็วของน้ำมันถั่วเหลืองใช้อัลตร้าซาวด์พลังงานและเชื้อเพลิง
2. เวลาแยกสั้น
เนื่องจากการสัมผัสที่ดีขึ้นระหว่างน้ำมันดิบและแอลกอฮอล์ที่เกิดจากการสัมผัสอัลตราโซนิกจึงจำเป็นต้องใช้แอลกอฮอล์ในปริมาณที่ต่ำกว่ามาก สิ่งนี้จะช่วยลดปริมาณแอลกอฮอล์ที่เหลืออยู่หลังจากปฏิกิริยา ความสามารถในการละลายของกลีเซอรอลในไบโอดีเซลที่เป็นสื่อกลางโดยเอทานอลลดลงและเวลาการแยกลดลงจาก 5-10 ชั่วโมงเป็นประมาณ 30 นาที
3. การประมวลผลแบบง่ายๆ
การใช้แอลกอฮอล์ส่วนเกินที่ต่ำกว่าสามารถลดความพยายามที่จำเป็นสำหรับการรีไซเคิลครั้งต่อไป นอกจากนี้เนื่องจากประสิทธิภาพการผสมที่สูงขึ้นปริมาณของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้สามารถลดลงได้อย่างมีนัยสำคัญ (50-60%) ทำให้ขั้นตอนการซักของไบโอดีเซลง่ายขึ้น
4. ผลประโยชน์เพิ่มเติม
A) การสัมผัสกับอัลตร้าซาวด์ความเข้มสูงสามารถให้พลังงานกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยา ดังนั้นการให้ความร้อนส่วนผสมของปฏิกิริยาจึงมีความสำคัญน้อยลงเนื่องจากสามารถประหยัดพลังงานและความพยายามได้
b) กระบวนการเปลี่ยนจากแบทช์เป็นต่อเนื่องเพิ่มระดับการผลิตอย่างมาก
c) การผลิตไบโอดีเซลสามารถเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 95-99%
ความสำคัญของแอมพลิจูดเสียงสูง
การเพิ่มประสิทธิภาพอัลตราโซนิกของการผลิตไบโอดีเซลระดับเชิงพาณิชย์ต้องใช้โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกการไหลของอุตสาหกรรมในระดับอุตสาหกรรมที่สามารถรักษาแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนสูง แอมพลิจูดเกี่ยวข้องโดยตรงกับความแข็งแรงของแรงเฉือนที่เกิดจากการเกิดโพรงอัลตราโซนิกและจะต้องได้รับการดูแลในระดับสูงเพียงพอสำหรับการผสมที่มีประสิทธิภาพ
ค่าแอมพลิจูดที่คล้ายกันนั้นมีความจำเป็นสำหรับการผลิตนาโนที่มีคุณภาพสูงซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเอสเตอร์การถ่ายโอนมวล จำกัด
