introduzione

Tre tipi generali di reattori sono usati per Biodiesel Produzione: Reattori batch, flusso semi-continuo Reattori e Flow continuo reattori.

Il processo batch è poco costoso, che richiede molto meno capitale e infrastruttura iniziale, investimenti. È flessibile e consente all'utente di accogliere variazioni nel tipo di feedstock, composizione e quantità. I principali inconvenienti del processo batch comprendono la bassa produttività, una variazione maggiore della qualità del prodotto e il lavoro ed energia più intensibili requisiti.

Il semi-continuo il processo è simile al processo batch tranne che il produttore inizia reagire un volume più piccolo di La nave terrà e poi continua ad aggiungere ingredienti fino a La nave è completa. Questo Il processo è il lavoro intensivo e non comunemente usato.

continuo transesterificazione I processi sono preferiti sui processi batch in capacità di grandi dimensioni Produzione commerciale Perché questi I processi risultano in qualità costante del prodotto e bassi costi di capitale e operativo per Unità di prodotto. Il tipo più comune di flusso continuo Il reattore è il continuo serbatoio di agitazione Reactor. altri tipi di flusso continuo I reattori vengono utilizzati anche commercialmente commercialmente, compresi i reattori ultrasonici e i reattori supercritici Questi Le procedure alternative possono accelerare la reazione. ​​

La ricerca dell'Università di Idaho mostra che i reattori miscelari statici e la distillazione reattiva potrebbe essere utilizzato anche per Biodiesel Elaborazione, ma questi I processi non sono ancora utilizzati per produrre Biodiesel commercialmente.

Reattori batch.

Il reattore batch può essere semplicemente un serbatoio dotato di qualche tipo di agitazione. Il serbatoio è pieno di reagenti per il processo (in questo caso olio, alcool e catalizzatore), e quindi l'agitatore viene utilizzato per un certo periodo di tempo. Dopo che il tempo richiesto è trascorso, il contenuto del reattore è svuotato e ulteriormente elaborato.

60-Gallon Biodiesel Processore batch

La caratteristica principale di un reattore batch è che inizia con non reagito Materiale, provoca reagire, e poi in un secondo momento finisce con reagito materiale. Questo è, un reattore batch contiene diversi tipi di materiale a seconda di quale volta uno accade da guardare IT.

I reattori batch sono generalmente utilizzati in piccolo Biodiesel produzione Piante. Uno svantaggio dei processi batch è che, per aumentare la produzione, potrebbe essere necessario aumentare le dimensioni fisiche dell'impianto da una quantità proporzionale (da Acquisto di un altro reattore, per Esempio). Al contrario, Quando Utilizzando un processo di flusso continuo, di solito è possibile aumentare il Impianto Capacità di produzione aumentando la velocità di avanzamento o accorciando la reazione Tempo.

Flow continuo reattori

Il più comune flusso continuo Sistema in Biodiesel la produzione è The.continuo stivaletto-spostamento Reattore (CSTR). A prima vista un CSTR, come quello mostrato nella figura 1, sembra essere identico a un batch reattore. Infatti, spesso il reattore effettivo potrebbe essere lo stesso, ma sono necessari ulteriori controlli per impostare il reattore in A Flow continuo sistema. alcuni flusso continuo Le piante possono essere in grado di operare in entrambi i lotti o in modalità continua.

In un CSTR, i reagenti vengono continuamente aggiunti e il prodotto (miscela Diverse sostanze chimiche, incluso non reagito reagenti) continuamente ritirato. È necessaria un'agitazione adeguata per garantire una composizione chimica uniforme e temperatura. Il flusso continuo Il processo richiede in genere i controlli intricati del processo e il monitoraggio online del prodotto Qualità.

Quando A CSTR è azionato continuamente a uno stato stazionario, idealmente la concentrazione di qualsiasi sostanza chimica coinvolta dovrebbe essere approssimativamente costante ovunque nel reattore ea tutti Times. In realtà, questo stato ideale è raramente raggiunto; Pertanto, le regolazioni devono essere effettuate ai parametri operativi per garantire la reazione completa

A volte più di Un reattore è usato. In questo sistema, circa l'80% dell'alcool e del catalizzatore vengono aggiunti all'olio in un primo stadio Cstr. Quindi, il flusso reagito passa attraverso una fase di rimozione del glicerolo prima di entrare in un secondo CSTR. Il restante 20 percento dell'alcool e del catalizzatore viene aggiunto a questo reattore. Questo Il sistema fornisce una reazione molto completa con il potenziale di utilizzare meno alcolici Step-step sistemi.

Figura 1: Flow continuo Biodiesel Reattore - Processo in due fasi

Ultrasuoni Biodiesel reattori

L'ultrasuono è uno strumento utile per mescolare liquidi che tendono a separare. in Biodiesel La produzione, è necessaria una miscelazione adeguata per creare un contatto sufficiente tra il verdure olio / animale Grasso e alcool, specialmente all'inizio del Reazione. Le onde ultrasoniche causano miscelazione intensa in modo che la reazione possa procedere in una velocità molto più veloce

Gli ultrasuoni trasferiscono l'energia nel liquido e crea vibrazioni violente, che forma Cavitazione bolle. Mentre le bolle scoppiano, si verifica un'improvvisa contrazione del fluido, e gli ingredienti sono mescolati nell'area delle bolle. Tale azione ad alta energia nel liquido può aumentare notevolmente la reattività della miscela reagente e accorciare il tempo di reazione senza coinvolgere le temperature elevate. In effetti, questa reazione può essere raggiunta a o leggermente al di sopra dell'ambiente temperatura. Perché Non è necessario riscaldare la miscela, l'energia può essere Salvato.

La ricerca ha dimostrato che gli ultrasuoni possono essere utilizzati efficacemente nella produzione di Biodiesel (ad esempio, Sarma et al., 2008; hanh et al., 2008; teixeira et al., 2009). L'elaborazione ad ultrasuoni si traduce in rendimenti simili di Biodiesel con un tempo di reazione molto abbreviato rispetto al convenzionale cisterna mescolata Procedura.

L'ultrasuoni può essere una buona scelta per i piccoli produttori (su a 2 milioni di galloni per Capacità dell'anno), che potrebbe richiedere solo una o due sonde ad ultrasuoni per reattore nave. Tuttavia, l'uso di ultrasuoni in un'elaborazione su larga scala può essere impegnativo perché Molte sonde ad ultrasuoni Sarebbero essere necessario per raggiungere ogni area del reagente miscela.

reattori supercritici

Tradizionale Biodiesel La produzione richiede un catalizzatore (di solito sodio o potassio idrossido) Per completare il transesterificazione Reazione. Dopo la reazione, il catalizzatore deve essere rimosso per garantire il carburante. Qualità. Questo a volte può essere problematico. A Evita il requisito del catalizzatore, transesterificazione può essere raggiunto in A Catalyst-Free modo usando un "supercritico" Processo.

secondo Introduzione alla termodinamica ingegneria chimica,Un punto critico di un fluido è definito dalla sua temperatura critica e dalla pressione critica, "la massima temperatura e la massima pressione al quale si osserva una specie chimica purea in Vapor / liquido equilibrio" (Smith et al., P. 64).

al Stato supercritico,Il limite di fase tra liquido e vapore inizia a scomparire e la sostanza ha qualità sia di un liquido che di un vapore.

Quando transesterificazione si verifica Durante Lo stato supercritico del metanolo (tipicamente 300 ° C e 40 MPa / 5800 PSI o superiore), l'olio vegetale o il grasso animale si dissolve in metanolo per formare una singola fase. La reazione si verifica quindi per raggiungere il completamento in pochi minuti senza alcuna catalizzatore.

Il processo supercritico tollera l'acqua e gli acidi grassi gratuiti nel sistema e la formazione di sapone che è comune nel processo tradizionale è eliminato (Demirbas, 2006; Van Kasteren e Nisworo, 2007; saka e Isayama, 2009).

Dal momento che Lo stato supercritico richiede temperature e pressioni molto elevate, il processo può essere costoso. Ciononostante, grande Biodiesel I produttori possono trovare questo processo per essere conveniente perché, da allora La reazione avviene così rapidamente, i produttori possono fare una grande quantità con un reattore relativamente piccolo e limitato spazio.

Mixer statici come Biodiesel reattori

miscelatori staticisono dispositivi semplici composti da a forma di spirale Parti interne all'interno di un recinto, come un tubo o un tubo, che promuovono turbolenti flusso. Loro Non avere parti mobili, sono facili da usare e mantengono facili da usare e sono molto efficaci a miscelare liquidi che non sono facilmente miscibili in condizioni normali Condizioni.

Biodiesel La produzione di oli vegetali e alcoli è limitato inizialmente dalla solubilità dell'alcool in oli vegetali (Van Gerpen e Knothe, 2005). I miscelatori statici possono essere utilizzati per mescolare i reagenti prima loro Inserisci il reattore nave. può il mixer statico stesso essere usato anche come reattore nave? Uno studio è stato condotto presso l'Università dell'Idaho per esplorare la possibilità di utilizzare un mixer statico come A Flow continuo Reattore per Biodiesel Produzione ( Thompson e lui, 2007 ).

I risultati hanno mostrato che il reattore miscelatore statico era efficace per Biodiesel Produzione e prodotti che soddisfano il ASTM D6584 Le specifiche erano ottenute. Come con altre configurazioni del reattore, la temperatura e la concentrazione del catalizzatore hanno influenzato la resa del prodotto significativamente. Le condizioni più favorevoli per completare transesterificazione erano 60 ° C e 1,5% Catalizzatore per 30 minuti. Pertanto è fattibile, per utilizzare un mixer statico da solo come reattore per Biodiesel preparazione da oli vegetali e alcoli.

Un processo simile viene talvolta usato commercialmente, ma l'uso di un grande mixer statico come Biodiesel Il processore non è stato commercializzato.

Distillazione reattiva per Biodiesel produzione

Distillazione reattiva (RD) è un'operazione di unità chimica in cui si verificano reazioni chimiche e separazioni del prodotto contemporaneamente in una sola unità. È un'alternativa efficace alla combinazione classica di reattore e separazione Unità.

La distillazione reattiva è un processo chimico comune in situazioni dove La reazione può invertire stessa facilmente. Il rd La tecnica rimuove i prodotti di reazione dalla zona di reazione, impedendo così la reazione di invertire, e migliorare la conversione generale tasso.

An rd Il sistema è composto da numerose camere con aperture da uno al Avanti. Gli ingredienti vengono aggiunti alla prima camera, e poiché la miscela entra ogni camera successiva, la reazione progredisce in modo che dall'ultima camera, la reazione è completata. Possono essere utilizzati colonne imballate e vassoi per il rd Applicazioni; Tuttavia, le colonne del vassoio sono preferite per sistemi di reazione omogenea perché della maggiore resistenza liquida e la ritenzione relativamente più lunga Tempo.

I sistemi di distillazione reattivi non sono stati usati commercialmente in Biodiesel Produzione Perché Rd tende ad essere un complesso Processo. Tuttavia, la complessità è in qualche modo ridotta al minimo quando applicato a Biodiesel produzione per alcuni motivi. La differenza tra le temperature bollenti di metanolo e esteri acidi grassi (Biodiesel) è così grande che la separazione di questi Due flussi diventano molto facile. Perché il transesterificazione La reazione avviene solo nella fase del liquido, il tempo di reazione viene quindi stabilito dalla resistenza liquida totale e dalla velocità di alimentazione dei reagenti

Secondo la ricerca condotta all'Università di Idaho sponsorizzata dal National Institute of Advanced Transportation Technologies (NIATT) (Lui Et al., 2005, 2006, 2007), il rd Il sistema di reattore ha mostrato tre principali vantaggi sul lotto e tradizionale flusso continuo Processi: 1) Tempo di reazione più corto (10 a 15 min) e maggiore produttività dell'unità (7 a 9 galloni per Gallon Reactor Volume per ora), che è altamente desiderabile nella produzione commerciale Unità; 2) Obbligo requisito di alcol in eccesso molto più basso (circa 3,5: 1 molare), che riduce notevolmente lo sforzo di recupero di alcool a valle e funzionamento costi; e 3) Bassi costi di capitale dovuti alle sue dimensioni più piccole e alla ridotta necessità di recupero dell'alcool Attrezzature.