introduction

Trois types de réacteurs généraux sont utilisés pour biodiesel Production: Réacteurs à lots, Semi-continu-écoulement réacteurs et flux continu réacteurs.

Le processus de lot est peu coûteux, nécessitant beaucoup moins de capital initial et d'infrastructure Investissement. Il est flexible et permet à l'utilisateur d'accueillir des variations de type d'alimentation, de composition et de la quantité. Les principaux inconvénients du processus de lot comprennent une faible productivité, une variation plus importante de la qualité des produits et une main-d'œuvre et une énergie plus intensives Exigences.

Le semi-continu Le processus est similaire au processus de lot, sauf que le producteur commence par faire réagir un volume plus petit de celui de celui-ci. Le navire tiendra et continue d'ajouter des ingrédients jusqu'à ce que le navire est complet. Ceci Le processus est intensif de main-d'œuvre et pas communément utilisé.

Continu Transestérification Les processus sont préférés sur les processus de lot de la grande capacité production commerciale parce que ces Les processus entraînent une qualité cohérente des produits et des coûts de capital et d'exploitation bas Per unité de produit. Le type le plus courant de flux continu Le réacteur est le réservoir de remaniement continu réacteur. Autres types de Flow continu Les réacteurs sont également utilisés commercialement, y compris des réacteurs à ultrasons et des réacteurs supercritiques Ces Les procédures alternatives peuvent accélérer la réaction Réaction.

Les recherches de l'Université d'Idaho montrent que les réacteurs de mélangeur statique et la distillation réactive pourrait également être utilisé pour biodiesel traitement, mais ces Les processus ne sont pas encore utilisés pour produire biodiesel commercialement.

Réacteurs à lots

Le réacteur à lots peut être simplement un réservoir qui est équipé d'un certain type de agitation. Le réservoir est rempli avec les réactifs du processus (dans cette case huile, alcool et catalyseur), puis l'agitateur est actionné pendant une certaine période de 15 ans. Une fois que le temps requis s'est écoulé, le contenu du réacteur est drainé et en outre traité.

60 gallon biodiesel processeur de lots

La principale caractéristique d'un réacteur de lots est qu'elle commence par n'ayant pas réagi matériau, le fait réagir, puis à un moment ultérieur finit par réagir matériau. Que Est-ce qu'un réacteur de lots contient différents types de matériaux en fonction du moment où on se passe pour regarder ça.

Les réacteurs de lots sont généralement utilisés dans les petits biodiesel production plantes. Un inconvénient des processus de lot est que, pour augmenter la production, il pourrait être nécessaire d'augmenter la taille physique de la plante par une quantité proportionnelle (par Acheter un autre réacteur, pour Exemple). En revanche, quand En utilisant un processus d'écoulement continu, il est généralement possible d'augmenter le capacité de production en augmentant le taux d'alimentation ou en raccourcissant la réaction temps.

Flux continu réacteurs

Le plus commun flux continu Système dans biodiesel la production est laContinu Tank-Tank réacteur (CSTR). À première vue, un CSTR, tel que celui représenté sur la figure 1, semble être identique à un réacteur de lot En fait, souvent le réacteur réel peut être identique, mais des contrôles supplémentaires sont nécessaires pour définir le réacteur dans un flux continu Système. certains flux continu Les plantes peuvent être capables de fonctionner dans le lot ou en continu mode.

Dans un CSTR, les réactifs sont ajoutés en permanence et le produit (mélange de produits chimiques différents, y compris non réagi réactifs) continuellement retiré. Une agitation adéquate est nécessaire pour assurer une composition chimique uniforme et une température. Le flux continu Le processus nécessite généralement des contrôles de processus complexes et une surveillance en ligne du produit Qualité.

Quand A CSTR est exploité en continu à un état stable, idéalement la concentration de tout produit chimique impliqué devrait être approximativement constant n'importe où dans le réacteur et du tout fois. En réalité, cet état idéal est rarement atteint; Ainsi, les ajustements doivent être apportés à des paramètres de fonctionnement pour assurer une réaction complète

parfois plus que un réacteur est utilisé. Dans ce système, environ 80% de l'alcool et du catalyseur sont ajoutés à l'huile dans un première étape CSTR. Ensuite, le flux réagi passe par une étape d'élimination du glycérol avant d'entrer une seconde CSTR. Les 20% restants de l'alcool et du catalyseur sont ajoutés à ce réacteur. Ceci système fournit une réaction très complète avec le potentiel d'utilisation de moins d'alcool que Single-marche Systèmes.

Figure 1: Flux continu biodiesel Réacteur - processus en deux étapes

Ultrasons biodiesel réacteurs

L'échographie est un outil utile pour mélanger des liquides qui ont tendance à séparer. dans biodiesel La production, un mélange adéquat est nécessaire pour créer un contact suffisant entre le légume Huile / Animal graisse et alcool, surtout au début de la réaction. Les ondes ultrasonores provoquent un mélange intense de sorte que la réaction puisse procéder à un taux beaucoup plus rapide.

L'échographie transfère l'énergie en fluide et crée des vibrations violentes, qui forment Cavitation bulles. Alors que les bulles éclatent, une contraction soudaine du fluide se produit et les ingrédients sont mélangés dans la zone des bulles. Une telle action à haute énergie dans le liquide peut considérablement augmenter la réactivité du mélange réactif et raccourcir le temps de réaction sans impliquer de températures élevées En fait, cette réaction peut être réalisée à ou légèrement au-dessus de la température ambiante. Parce que Il n'est pas nécessaire de chauffer le mélange, l'énergie peut être sauvée.

Des recherches ont montré que l'échographie peut être utilisée efficacement dans la production de biodiesel (E.G., Sarma et al., 2008; Hanh et al., 2008; et al. 2009). Le traitement par ultrasons donne des rendements similaires de biodiesel avec un temps de réaction beaucoup raccourci par rapport au réservoir classique Procédure.

L'échographie peut être un bon choix pour les petits producteurs (en hausse de 2 millions de gallons pour la capacité de l'année), qui ne peut avoir besoin que d'une ou deux sondes à ultrasons par réacteur navire. Cependant, l'utilisation d'ultrasons dans un traitement à grande échelle peut être difficile parce que beaucoup de sondes d'échographie serait être nécessaire pour atteindre chaque domaine du réactif Mélange.

Réacteurs supercritiques

traditionnel biodiesel La production nécessite un catalyseur (généralement sodium ou potassium hydroxyde) Pour compléter le Transestériification réaction. Après la réaction, le catalyseur doit être éliminé pour assurer le carburant Qualité. Ceci peut parfois être problématique. À Évitez l'exigence de catalyseur Transestériification peut être atteint dans un sans catalyseur manière en utilisant un "supercritique" Processus.

selon Introduction à la thermodynamique de génie chimique,Un point critique d'un fluide est défini par sa température critique et sa pression critique, "La température la plus élevée et la plus haute pression à laquelle une espèce chimique pure est observée dans vapeur / liquide Equilibrium" (Smith et al., P. 64).

au état supercritique,La limite de phase entre liquide et vapeur commence à disparaître, et la substance a des qualités de liquide et une vapeur

Quand Transestérification se produit pendant l'état supercritique de méthanol (typiquement 300 ° C et 40 MPa / 5800 PSI ou supérieur), l'huile végétale ou la graisse animale se dissout dans le méthanol pour former une seule phase. La réaction se produit alors pour atteindre l'achèvement en quelques minutes sans aucun catalyseurs.

Le processus supercritique tolère l'eau et les acides gras libres dans le système, et la formation de savon courante dans le processus traditionnel est éliminée (Demirbas, 2006; Van Kasteren et Nisworo, 2007; Saka et Isayama, 2009).

Depuis L'état supercritique exige une température et une pression très élevées, le processus peut être cher. Néanmoins, grand biodiesel Les producteurs peuvent trouver ce processus pour être rentable car, depuis La réaction se produit si rapidement, les producteurs peuvent faire une grande quantité avec un réacteur relativement petit et limité espace.

mélangeurs statiques comme biodiesel réacteurs

mélangeurs statiquessont des appareils simples constitués de en forme de spirale parties internes dans une enceinte, telle qu'un tube ou un tuyau, qui favorisent le flux turbulent Flux. Ils N'avez pas de pièces mobiles, sont faciles à utiliser et à entretenir et sont très efficaces pour mélanger des liquides qui ne sont pas facilement miscibles dans des conditions normales

Biodiesel La production d'huiles végétales et d'alcools est limitée initialement par la solubilité de l'alcool dans les huiles végétales (Van Gerpen et Knothe, 2005). Les mélangeurs statiques peuvent être utilisés pour mélanger les réactifs avant ils Entrez le réacteur navire. peut le mélangeur statique elle-même également être utilisé comme réacteur navire? Une étude a été menée à l'Université d'Idaho pour explorer la possibilité d'utiliser un mélangeur statique en tant que Flow continu Réacteur pour biodiesel production ( Thompson et lui, 2007 ).

Les résultats ont montré que le réacteur de mélangeur statique était efficace pour biodiesel production et produits répondant au ASTM D6584 des spécifications ont été obtenues. Comme avec d'autres configurations de réacteurs, la concentration de température et de catalyseur a influencé le produit de produit de manière significative. Les conditions les plus favorables pour une transestion complète Transestérification étaient 60 ° C et 1,5% catalyseur pour 30 minutes. Il est donc réalisable d'utiliser un mélangeur statique seul comme réacteur pour biodiesel préparation des huiles végétales et alcools.

Un processus similaire est parfois utilisé commercialement, mais l'utilisation d'un grand mélangeur statique comme le biodiesel le processeur n'a pas été commercialisé.

Distillation réactive pour biodiesel production

Distillation réactive (RD) est une opération d'unité chimique dans laquelle les réactions chimiques et les séparations de produits se produisent simultanément dans une unité. C'est une alternative efficace à la combinaison classique de réacteur et de séparation unités.

La distillation réactive est un processus chimique courant dans des situations Où La réaction peut inverser elle-même facilement. Le rd La technique supprime les produits de réaction de la zone de réaction, empêchant ainsi la réaction d'inverser et d'améliorer la conversion globale Taux.

un rd Le système se compose de nombreuses chambres avec des ouvertures de l'un à la autre Suivant. Les ingrédients sont ajoutés à la première chambre et le mélange entre chaque chambre successif, la réaction progresse de manière à ce que la dernière chambre, la réaction est complétée. Les colonnes emballées et des plateaux peuvent être utilisées pour le RD applications; Cependant, les colonnes de plateaux sont préférées pour les systèmes de réaction homogènes parce que du plus grand nombre de liquides et la rétention relativement plus longue temps.

Les systèmes de distillation réactifs n'ont pas été utilisés commercialement dans biodiesel production parce que Rd a tendance à être complexe processus. Cependant, la complexité est quelque peu minimisée quand appliqué à biodiesel production pour quelques-uns raisons. La différence entre les températures d'ébullition des esters de méthanol et d'acides gras (biodiesel) est si gros que la séparation de ces Deux ruisseaux deviennent très Facile. Parce que la transestérification La réaction se produit uniquement dans la phase liquide uniquement, le temps de réaction est ensuite établi par la prise de liquide totale et la vitesse d'alimentation des réactifs.

Selon des recherches menées à l'Université d'Idaho parrainée par l'Institut national des technologies de transport avancés (NIATT) (Il et al., 2005, 2006, 2007), le RD Le système de réacteurs a montré trois avantages majeurs sur le lot et traditionnel Flow continu Processus: 1) temps de réaction plus court (10 à 15 min) et productivité unitaire supérieure (7 à 9 gallons Volume de réacteur Gallon Per heure), qui est hautement souhaitable dans la production commerciale Unités; 2) Beaucoup d'excès d'alcool en excès (environ 3.5: 1 molaire), ce qui réduit considérablement l'effort de récupération et d'exploitation en aval de l'alcool coûts; et 3) coûts en capital inférieurs en raison de sa taille plus petite et de la nécessité réduite de récupération de l'alcool Équipement.