Diesel minyak bumi saat ini merupakan bentuk utama bahan bakar dalam industri transportasi dan logistik, meskipun penggunaannya mengkonsumsi sumber daya minyak mentah yang terbatas dan membahayakan kesehatan manusia dan lingkungan.
Biodiesel, sebagai biofuel terbarukan, biodegradable, dan tidak beracun, adalah bahan bakar alternatif yang menarik yang ramah lingkungan dan dapat digunakan dalam mesin diesel yang ada. Ini memberikan daya dan torsi yang sama dengan diesel minyak bumi, sementara juga memiliki pelumas yang unggul.
Sayangnya, karena rendahnya efisiensi proses pembuatannya, biaya biodiesel tetap tinggi, menghambat implementasinya yang luas.
Produksi biodiesel dicapai melalui proses kimia yang relatif lambat dan mengonsumsi energi, yaitu pertukaran trigliserida - minyak nabati atau lemak hewani.
Proses ini biasanya dilakukan dalam reaktor batch, di mana trigliserida mentah dicampur dengan alkohol (metanol atau etanol) dengan adanya katalis (basa, asam, atau enzim), dipanaskan hingga sekitar 65 derajat, dan diaduk secara mekanis untuk { {1}} jam. Kemudian, produk-produk ini diizinkan untuk fase terpisah untuk 5-10 jam (gliserol yang mengandung alkohol berlebih dan katalis membentuk lapisan bawah, biodiesel membentuk lapisan atas), setelah itu dikumpulkan secara terpisah dan dikenakan pasca-perawatan, biasanya memproduksi Kira -kira 85-87% biodiesel.
Ada banyak ruang untuk perbaikan dalam beberapa aspek proses ini:
1. Laju reaksi rendah.
Reaksi pertukaran ester adalah reaksi yang membatasi transfer massa - itu terjadi pada antarmuka antara minyak mentah dan alkohol, yang hanya sebagian larut. Pengadukan mekanis dapat membantu meningkatkan kontak antara reagen sampai batas tertentu, tetapi reaksinya masih sangat lambat karena pengadukan tidak dapat sepenuhnya mengemulsi dua cairan (membentuk campuran koloid yang stabil) untuk meningkatkan luas permukaan antarmuka di antara mereka.
2. Pemisahan jangka panjang.
Alkohol dan katalis yang berlebihan biasanya digunakan untuk mendorong reaksi pertukaran ester untuk sintesis biodiesel yang seimbang. Namun, dalam langkah -langkah berikut, alkohol berlebihan cenderung melarutkan gliserol dalam biodiesel, yang memperlambat pemisahannya.
3. Pasca perawatan komplikasi.
Biodiesel harus dicuci dengan air untuk menghilangkan katalis residu dan produk sampingan sabun. Alkohol yang tersisa perlu dimurnikan dan didaur ulang. Oleh karena itu, penggunaan alkohol dan katalis yang berlebihan dapat memperumit proses pasca perawatan.
Produksi biodiesel yang dibantu ultrasonik
Reaksi pertukaran ester yang dibantu ultrasonik sangat menguntungkan untuk setiap langkah proses:
1. Laju reaksi tinggi.
USG intensitas tinggi menghasilkan kavitasi akustik, menghasilkan ledakan gelembung vakum yang kuat dan asimetris, menyebabkan gelombang kejut, mikro, gaya geser yang kuat, dan suhu dan tekanan lokal yang ekstrem. Hal ini mengarah pada pencampuran yang sangat efektif, menghasilkan cairan ultrafine yang tidak terlihat atau sebagian, emulsi yang stabil kinetik (nanoemulsi). Oleh karena itu, area antarmuka antara cairan meningkat dengan urutan besarnya, yang sangat mempromosikan reaksi yang membatasi transfer massa, seperti pertukaran ester.
Penelitian telah menunjukkan bahwa waktu reaksi dapat dikurangi dari jam menjadi menit, dan alkali mengkatalisasi pertukaran ester cepat minyak kedelai menggunakan ultrasound, energi, dan bahan bakar.
2. Waktu pemisahan pendek.
Karena kontak yang lebih baik antara minyak mentah dan alkohol yang disebabkan oleh paparan ultrasonik, diperlukan jumlah alkohol yang jauh lebih rendah. Ini mengurangi jumlah alkohol yang tersisa setelah reaksi. Kelarutan gliserol dalam biodiesel yang dimediasi oleh etanol berkurang, dan waktu pemisahan berkurang dari 5-10 jam menjadi sekitar 30 menit.
3. Pasca pemrosesan yang disederhanakan.
Menggunakan kelebihan alkohol yang lebih rendah dapat mengurangi upaya yang diperlukan untuk daur ulang berikutnya. Selain itu, karena efisiensi pencampuran yang lebih tinggi, jumlah katalis yang digunakan dapat dikurangi secara signifikan ({50-60%), menyederhanakan langkah -langkah pencucian biodiesel.
4. Manfaat tambahan.
A) Paparan USG intensitas tinggi dapat memberikan energi aktivasi yang diperlukan untuk reaksi. Oleh karena itu, memanaskan campuran reaksi menjadi kurang penting karena dapat menghemat energi dan upaya.
b) Proses telah bergeser dari batch ke kontinu, sangat meningkatkan skala produksi.
c) Produksi biodiesel dapat ditingkatkan menjadi sekitar 95-99%.
Pentingnya amplitudo suara tinggi
Peningkatan ultrasonik dari produksi biodiesel skala komersial membutuhkan penggunaan prosesor ultrasonik aliran skala industri yang dapat mempertahankan amplitudo getaran tinggi. Amplitudo secara langsung terkait dengan kekuatan gaya geser yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik dan harus dipertahankan pada tingkat yang cukup tinggi untuk pencampuran yang efektif.
Nilai amplitudo serupa telah ditemukan diperlukan untuk menghasilkan nanoemulsi berkualitas tinggi - prasyarat untuk reaksi pertukaran ester transfer massa terbatas.
