Ultraskaņas sonoķīmija palīdzēja ražot biodīzeļdegvielu
Naftas dīzeļdegviela šobrīd ir galvenā degvielas forma transporta un loģistikas nozarē, lai gan tā lietošana patērē ierobežotus jēlnaftas resursus un kaitē cilvēku veselībai un videi.
Biodīzeļdegviela kā atjaunojama, bioloģiski noārdāma un netoksiska biodegviela ir pievilcīga alternatīva degviela, kas ir videi draudzīga un kuru var izmantot esošajos dīzeļdzinējos. Tas nodrošina tādu pašu jaudu un griezes momentu kā naftas dīzeļdegvielai, vienlaikus ar augstāku smērvielu.
Diemžēl tā ražošanas procesa zemas efektivitātes dēļ biodīzeļdegvielas izmaksas joprojām ir augstas, kavējot tā plaši izplatīto ieviešanu.
Biodīzeļdegvielas ražošana tiek panākta, izmantojot salīdzinoši lēnu un enerģiju, patērējot ķīmisko procesu, proti, triglicerīdu apmaiņu - augu eļļu vai dzīvnieku taukus.
Šo procesu parasti veic partijas reaktorā, kur neapstrādātos triglicerīdus sajauc ar spirtu (metanolu vai etanolu) katalizatora klātbūtnē (pamatne, skābe vai ferments), uzkarsēts līdz aptuveni 65 grādiem un mehāniski maisa { {1}} stundas. Pēc tam šiem produktiem ir atļauts fāzēt atsevišķi 5-10 stundām (glicerīns, kas satur lieko spirtu, un katalizators veido apakšējo slāni, biodīzeļdegviela veido augšējo slāni), pēc tam tos savāc atsevišķi un tiek pakļauti pēcapstrādei, parasti ražojot pēc apstrādes, parasti ražojot pēc ārstēšanas, parasti ražojot pēc ārstēšanas aptuveni 85-87% biodīzeļdegviela.
Vairākos šī procesa aspektos ir daudz uzlabojumu:
1. Zems reakcijas ātrums.
Esteru apmaiņas reakcija ir reakcija, kas ierobežo masas pārnešanu - tā notiek saskarnē starp neapstrādātu eļļu un spirtu, kas ir tikai daļēji sajaukti. Mehāniskā maisīšana zināmā mērā var palīdzēt uzlabot kontaktu starp reaģentiem, taču reakcija joprojām ir ļoti lēna, jo maisīšana nevar pilnībā emulģēt divus šķidrumus (veidojot stabilu koloidālo maisījumu), lai palielinātu starpfasiālo virsmas laukumu starp tiem.
2. Ilgtermiņa atdalīšana.
Pārmērīgu alkoholu un katalizatoru parasti izmanto, lai vadītu esteru apmaiņas reakciju uz līdzsvarotu biodīzeļdegvielas sintēzi. Tomēr turpmākajos posmos pārmērīgam alkoholam ir tendence izšķīdināt glicerīnu biodīzeļdegvielā, kas palēnina to atdalīšanos.
3. Komplikāciju pēcapstrāde.
Biodīzeļdegviela jāmazgā ar ūdeni, lai noņemtu visus atlikušos katalizatorus un ziepju blakusproduktus. Atlikušais alkohols ir jāattīra un jāizstrādā. Tāpēc pārmērīga alkohola un katalizatoru lietošana var sarežģīt pēcapstrādes procesu.
Biodīzeļdegvielas ultraskaņas veicinātā ražošana
Ultraskaņas atbalstītās esteru apmaiņas reakcijas ir ļoti izdevīgas katram procesa solim:
1. Augsts reakcijas ātrums.
Augstas intensitātes ultraskaņa rada akustisko kavitāciju, kā rezultātā rodas spēcīga un asimetriska vakuuma burbuļu implozija, izraisot trieciena viļņus, mikrojetus, spēcīgus bīdes spēkus un ārkārtēju vietējo temperatūru un spiedienu. Tas noved pie ļoti efektīvas sajaukšanas, kā rezultātā rodas neizteiksmīgi vai daļēji sajaukti ultrafīna, kinētiski stabilu emulsiju (nanoemulsijas) šķidrumi. Tāpēc saskarnes laukums starp šķidrumiem palielinās par lieluma secību, kas ievērojami veicina reakcijas, kas ierobežo masas pārnešanu, piemēram, esteru apmaiņu.
Pētījumi liecina, ka reakcijas laiku var samazināt no stundām līdz minūtēm, un sārmainais katalizēja ātru sojas pupu eļļas esteru apmaiņu izmanto ultraskaņu, enerģiju un degvielu.
2. Īss atdalīšanas laiks.
Sakarā ar labāku kontaktu starp neapstrādāto eļļu un spirtu, ko izraisa ultraskaņas iedarbība, ir nepieciešams daudz mazāks alkohola daudzums. Tas samazina alkohola daudzumu, kas paliek pēc reakcijas. Glicerīna šķīdība biodīzeļdegvielā, ko mediē etanols, samazinās, un atdalīšanas laiks samazinās no 5-10 stundām līdz aptuveni 30 minūtēm.
3. Vienkāršota pēcapstrāde.
Izmantojot mazāku alkohola daudzumu, var samazināt centienus, kas nepieciešami turpmākai pārstrādei. Turklāt lielākas sajaukšanas efektivitātes dēļ izmantotā katalizatora daudzumu var ievērojami samazināt (50-60%), vienkāršojot biodīzeļdegvielas mazgāšanas pakāpes.
4. Papildu ieguvumi.
A) Augstas intensitātes ultraskaņas iedarbība var nodrošināt reakcijai nepieciešamo aktivizācijas enerģiju. Tāpēc reakcijas maisījuma sildīšana kļūst mazāk svarīga, jo tā var ietaupīt enerģiju un pūles.
b) process ir pārgājis no partijas uz nepārtrauktu, ievērojami palielinot ražošanas skalu.
c) Biodīzeļdegvielas ražošanu var palielināt līdz aptuveni 95-99%.
Augstas skaņas amplitūdas nozīme
Komerciālā mēroga biodīzeļdegvielas ražošanas ultraskaņas uzlabošanai ir jāizmanto rūpnieciskā mēroga plūsmas ultraskaņas procesori, kas var uzturēt augstas vibrācijas amplitūdas. Amplitūda ir tieši saistīta ar bīdes spēka stiprumu, ko rada ultraskaņas kavitācija, un tā ir jāuztur pietiekami augstā līmenī efektīvai sajaukšanai.
Ir konstatēts, ka līdzīgas amplitūdas vērtības ir vajadzīgas augstas kvalitātes nanoemulsiju ražošanai - priekšnoteikums ierobežotām masas pārnešanas esteru apmaiņas reakcijām.
