introdução

Três tipos gerais de reatores são usados ​​para biodiesel Produção: reatores em lote, fluxo semi-contínuo reatores e fluxo contínuo reatores.

O processo de lote é barato, exigindo muito menos capital inicial e infraestrutura Investimento. É flexível e permite ao usuário acomodar variações no tipo de matéria-prima, composição e quantidade. As principais desvantagens do processo de lote incluem baixa produtividade, maior variação na qualidade do produto e trabalho mais intensivo e energia requisitos.

O semi-contínuo O processo é semelhante ao processo em lote, exceto que o produtor começa reagindo um volume menor do que A embarcação vai conter e depois continua a adicionar ingredientes até O vaso é completo. Isso O processo é intensivo do trabalho e não é comumente usado.

Contínuo Transesterificação Os processos são preferidos sobre processos em lote em grande capacidade Produção comercial Porque estes Os processos resultam em qualidade de produto consistente e baixos custos de capital e operação por unidade de produto. O tipo mais comum de folheto contínuo O reator é o contínuo tanque agitado Reator. outros tipos de folheto contínuo Os reatores também são usados ​​comercialmente, incluindo reatores ultra-sônicos e reatores supercríticos. Estes Procedimentos alternativos podem acelerar a reação

A pesquisa da Universidade de Idaho mostra que os reatores do misturador estático e a destilação reativa poderiam também ser usado para biodiesel processamento, mas estes Os processos ainda não estão acostumados a produzir biodiesel comercialmente.

Reatores em lote

O reator em lote pode ser simplesmente um tanque equipado com algum tipo de agitação. O tanque é preenchido com os reagentes para o processo (em Este caso de caixa, álcool e catalisador), e então o agitador é operado por algum período de tempo. Depois que o tempo necessário tiver decorrido, o conteúdo do reator é drenado e posteriormente processado.

60 galões biodiesel processador de lote

A principal característica de um reator em lote é que começa com não reagido Material, faz com que ele reaja e, em seguida, mais tarde acaba com reagimento de material reagido. Que é, um reator em lote contém diferentes tipos de material, dependendo de que o tempo acontece a olhar

Reatores de lote são geralmente usados ​​em pequenos biodiesel produção plantas. Uma desvantagem dos processos em lote é que, para aumentar a produção, pode ser necessário aumentar o tamanho físico da planta por uma quantidade proporcional (por Comprando outro reator, para exemplo). Em contraste, quando Usando um processo de fluxo contínuo, geralmente é possível aumentar a planta capacidade de produção, aumentando a taxa de alimentação ou encurtando a reação. Tempo.

Fluxo contínuo reatores

O mais comum fluxo contínuo Sistema em Biodiesel A produção é acontínuo tanque agitado Reator (CSTR). À primeira vista, uma CSTR, como a mostrada na Figura 1, parece ser idêntica a um reator de lote De fato, muitas vezes o reator real pode ser o mesmo, mas os controles adicionais são necessários para definir o reator em um fluxo contínuo Sistema. alguns fluxo contínuo As plantas podem ser capazes de operar em lote ou modo contínuo

Em uma CSTR, os reagentes são continuamente adicionados eo produto (mistura de diferentes produtos químicos, incluindo não reagido Reagentes) continuamente retirada. A agitação adequada é necessária para garantir a composição química uniforme e temperatura. O fluxo contínuo O processo normalmente requer controles intrincados de processo e monitoramento on-line do produto Qualidade.

Quando A cstr é operado continuamente em estado estacionário, idealmente a concentração de qualquer produto químico envolvido deveria ser aproximadamente constante em qualquer lugar do reator e em tudo vezes. Na realidade, este estado ideal é raramente alcançado; Assim, os ajustes precisam ser feitos para operar parâmetros para garantir a reação completa

Às vezes mais do que Um reator é usado. Neste sistema, aproximadamente 80% do álcool e catalisador são adicionados ao óleo em uma fase de primeiro estágio Cstr. Então, o fluxo reagido passa por um passo de remoção de glicerol antes de entrar em um segundo cstr. Os restantes 20% do álcool e catalisador são adicionados a este reator. Isso sistema fornece uma reação muito completa com o potencial de usar menos álcool do que Único passo sistemas.

Figura 1: Fluxo contínuo biodiesel Reator - processo de duas etapas

ultrassônico biodiesel reatores

O ultra-som é uma ferramenta útil para misturar líquidos que tendem a se separar. em biodiesel produção, a mistura adequada é necessária para criar um contato suficiente entre o vegetal petróleo / animal gordura e álcool, especialmente no início da reação Ondas ultra-sônicas causam mistura intensa para que a reação possa prosseguir em uma taxa muito mais rápida.

O ultra-som transfere a energia em fluido e cria vibrações violentas, que forma Cavitação Bolhas. À medida que as bolhas explodem, uma contração súbita do fluido ocorre, e os ingredientes são misturados na área das bolhas Tal ação de alta energia no líquido pode aumentar consideravelmente a reatividade da mistura reagente e encurtar o tempo de reação sem envolver elevado temperaturas. De fato, essa reação pode ser alcançada ou ligeiramente acima da temperatura ambiente. Porque Não há necessidade de aquecer a mistura, a energia pode ser salva.

Pesquisas mostrou que a ultrassonografia pode ser efetivamente utilizada na produção de biodiesel (por exemplo, Sama e al., 2008; Hanh e al., 2008; Teixeira e al., 2009). O processamento de ultra-som resulta em rendimentos semelhantes de biodiesel com um tempo de reação muito encurtado em comparação com o convencional agitado-tanque Procedimento.

O ultra-som pode ser uma boa escolha para pequenos produtores (para cima para 2 milhões de galões por capacidade do ano), que só pode precisar de uma ou duas sondas de ultrassonografia por Reator Embarcação. No entanto, o uso de ultrassom em processamento em larga escala pode ser desafiador Porque muitas sondas ultra-som ser necessário para chegar a todas as áreas do reagente mistura.

reatores supercríticos

tradicional biodiesel A produção requer um catalisador (geralmente sódio ou potássio hidróxido) Para completar a transesterificação Reação. Após a reação, o catalisador deve ser removido para garantir o combustível Qualidade. Isso às vezes pode ser problemático. Para . Evite o requisito de catalisador, transesterificação pode ser alcançado em um catalisador livre maneira usando um "supercrítico" Processo.

de acordo com Introdução à Termodinâmica de Engenharia Química,Um ponto crítico de um fluido é definido pela sua temperatura crítica e pressão crítica, "a temperatura mais alta e a maior pressão na qual uma espécie química pura é observada para existir em vapor / Liquid Equilíbrio" (Smith e al., P. 64).

no estado supercrítico,O limite de fase entre líquido e vapor começa a desaparecer, e a substância tem qualidades de líquido e um vapor.

Quando transesterificação ocorre durante O estado supercrítico de metanol (tipicamente 300 ° C e 40 MPA / 5800 PSI ou superior), o óleo vegetal ou a gordura animal dissolve-se em metanol para formar uma única fase A reação então ocorre para atingir a conclusão em poucos minutos sem qualquer catalisadores.

O processo supercrítico tolera água e ácidos graxos livres no sistema, e a formação de sabão que é comum no processo tradicional é eliminada (Demirbas, 2006; van Kasteren e Nisworo, 2007; Saka e Isayama, 2009).

Desde O Estado SuperCrítico exige temperatura e pressão muito alta, o processo pode ser caro. No entanto, grande biodiesel Os produtores podem achar que este processo é rentável porque, desde A reação acontece tão rapidamente, os produtores podem fazer uma grande quantidade com um reator relativamente pequeno e limitado espaço.

misturadores estáticos como biodiesel reatores

misturadores estáticossão dispositivos simples que consistem em em forma de espiral partes internas dentro de um gabinete, como um tubo ou tubo, que promovem o fluxo turbulento. Eles Não têm partes móveis, são fáceis de usar e manter, e são muito eficazes em misturar líquidos que não são prontamente miscíveis em condições normais

Biodiesel A produção de óleos vegetais e álcoois é limitada inicialmente pela solubilidade do álcool em óleos vegetais (van Gerpen e Knothe, 2005). Os misturadores estáticos podem ser usados ​​para misturar os reagentes antes Digite o reator Embarcação. O misturador estático pode também ser usado como o reator Embarcação? Um estudo foi realizado na Universidade de Idaho para explorar a possibilidade de usar um misturador estático como um fluxo contínuo Reator para Biodiesel Produção ( Thompson e ele, 2007 ).

Os resultados mostraram que o reator de misturador estático foi eficaz para biodiesel produção e produtos que atendem a ASTM D6584 especificação foram obtidas. Tal como acontece com outras configurações de reactor, a temperatura e a concentração de catalisador influenciou o rendimento do produto significativamente. As condições mais favoráveis ​​para completa transesterificação foram 60 ° C e 1,5% Catalisador para 30 minutos. É viável, portanto, usar um misturador estático sozinho como o reator para biodiesel preparação de óleos vegetais e Álcoois.

Um processo semelhante é usado comercialmente comercialmente, mas o uso de um grande misturador estático como o biodiesel O processador não foi comercializado.

destilação reativa para biodiesel Produção

destilação reativa (Rd) é uma operação de unidade química em que reações químicas e separações de produtos ocorrem simultaneamente em uma unidade É uma alternativa eficaz à combinação clássica de reator e separação unidades.

A destilação reativa é um processo químico comum em situações Onde A reação pode reverter em si facilmente. O Rd A técnica remove os produtos de reação da zona de reação, evitando assim a reação da reversão, e melhorando a taxa geral de conversão.

um rd O sistema consiste em numerosas câmaras com aberturas de um para o próximo. Os ingredientes são adicionados à primeira câmara, e à medida que a mistura entra em cada câmara sucessiva, a reação progride para que, pela última câmara, a reacção seja concluída. As colunas embaladas e da bandeja podem ser usadas para o Rd Aplicações; No entanto, as colunas de bandeja são preferidas para sistemas de reação homogênea porque do maior resguimento líquido e a retenção relativamente mais longa. Tempo.

sistemas reativos de destilação não foram utilizados comercialmente em biodiesel Produção Porque Rd tende a ser um processo complexo No entanto, a complexidade é um pouco minimizada quando aplicado a biodiesel produção por algumas razões. A diferença entre as temperaturas de ebulição de ésteres de metanol e ácidos graxos (biodiesel) é tão grande que a separação de estes Dois córregos se tornam muito fácil. Porque a transesterificação A reacção ocorre apenas na fase líquida, o tempo de reação é então estabelecido pelo total de holdup líquido e pela taxa de alimentação dos reagentes.

De acordo com a pesquisa realizada na Universidade de Idaho patrocinada pelo Instituto Nacional de Tecnologias Avançadas de Transporte (Niatt) (Ele e al., 2005, 2006, 2007), o Rd sistema de reator mostrou três grandes vantagens sobre o lote e tradicional fluxo contínuo Processos: 1) Tempo de reação mais curto (10 a 15 min) e maior produtividade unitária (7 para 9 galões por Volume do reator galão por hora), que é altamente desejável em produção comercial unidades; 2) Substituição muito menor de álcool em excesso (aproximadamente 3,5: 1 Molar), o que reduz muito o esforço da recuperação de álcool a jusante e operando os custos; e 3) menores custos de capital devido ao seu tamanho menor e a necessidade reduzida de recuperação de álcool equipamentos.