Introducción

Tres tipos generales de reactores se utilizan para biodiesel Producción: Reactores por lotes, Flujo semi-continuo Reactores, y Flujo continuo Reactores.

El proceso de lotes es barato, lo que requiere mucho menos capital inicial e infraestructura inversión. Es flexible y permite al usuario acomodar variaciones en el tipo de materia prima, la composición y la cantidad. Los principales inconvenientes del proceso por lotes incluyen baja productividad, mayor variación en la calidad del producto y mano de obra más intensiva y energía

El semi-continuo El proceso es similar al proceso de lotes, excepto que el productor comienza haciendo reaccionar un volumen más pequeño que El recipiente se mantendrá y luego continuará agregando ingredientes hasta El recipiente está lleno. Este El proceso es de trabajo intensivo y no comúnmente usado.

continuo transesterificación Los procesos se prefieren sobre los procesos de lotes en gran capacidad Producción comercial Porque estos Los procesos resultan en una calidad de producto consistente y bajos costos de capital y operativos por Unidad de producto. El tipo más común de flujo continuo El reactor es el continuo Stired-Tank Reactor. Otros tipos de flujo continuo Los reactores también se utilizan comercialmente, incluidos los reactores ultrasónicos y los reactores supercríticos. Estos Los procedimientos alternativos pueden acelerar la reacción.

La investigación de la Universidad de Idaho muestra que los reactores de mezcladores estáticos y la destilación reactiva podrían también ser utilizado para biodiesel procesamiento, pero estos Los procesos aún no están acostumbrados a producir biodiesel comercialmente.

Reactores por lotes

El reactor por lotes puede ser simplemente un tanque que está equipado con algún tipo de agitación. El tanque está lleno de los reactivos para el proceso (en este caso, aceite, alcohol y catalizador), y luego el agitador es operado durante algún período de tiempo. Una vez transcurrido el tiempo requerido, los contenidos del reactor se drenan y se procesan más adelante.

60 galones biodiesel procesador por lotes

La característica principal de un reactor por lotes es que comienza con sin reaccionar El material, hace que reaccione, y luego en un momento posterior termina con reaccionar material. Ese es, un reactor por lotes contiene diferentes tipos de material dependiendo de qué hora sucede que se vea it.

Los reactores por lotes se utilizan generalmente en pequeños biodiesel Producción Plantas. Una desventaja de los procesos por lotes es que, para aumentar la producción, podría ser necesario aumentar el tamaño físico de la planta por una cantidad proporcional (por Comprar otro reactor, para Ejemplo). En contraste, cuando Usando un proceso de flujo continuo, generalmente es posible aumentar la planta Capacidad de producción aumentando la velocidad de alimentación o acortando la reacción. Tiempo.

Flujo continuo reactores

El más común Flujo continuo Sistema en biodiesel la producción es lacontinuo SOJADO DE SOJADO Reactor (CSTR). A primera vista, un CSTR, como el que se muestra en la Figura 1, parece ser idéntico a un lote Reactor. De hecho, a menudo el reactor real puede ser el mismo, pero se necesitan controles adicionales para establecer el reactor en un flujo continuo continuo SISTEMA. algunos flujo continuo Las plantas pueden operar en modo lote o continuo

En un CSTR, los reactivos se agregan continuamente y el producto (mezcla de diferentes productos químicos, incluyendo sin reaccionar reactivos) continuamente Retirado. Se requiere una agitación adecuada para garantizar una composición química uniforme y la temperatura. El flujo continuo El proceso generalmente requiere intrincados controles de proceso y monitoreo en línea de calidad.

Cuando A CSTR se opera continuamente en un estado estable, idealmente la concentración de cualquier química involucrada debería ser aproximadamente constante en cualquier parte del reactor y en absoluto Times. En realidad, este estado ideal rara vez se logra; Por lo tanto, deben realizarse ajustes a los parámetros de operación para garantizar la reacción completa.

a veces mas Se usa un reactor. En este sistema, aproximadamente el 80 por ciento del alcohol y el catalizador se agregan al aceite en una primera etapa CSTR. Luego, la corriente reaccionada pasa por un paso de eliminación de glicerol antes de ingresar a un segundo CSTR. El 20 por ciento restante del alcohol y el catalizador se agregan a este reactor. Este El sistema proporciona una reacción muy completa con el potencial de usar menos alcohol que un solo paso Sistemas.

FIGURA 1: Flujo continuo biodiesel Reactor - proceso de dos pasos

ultrasónico biodiesel reactores

El ultrasonido es una herramienta útil para mezclar líquidos que tienden a separarse. en biodiesel La producción, se requiere una mezcla adecuada para crear un contacto suficiente entre el vegetal aceite / animal Grasa y alcohol, especialmente al comienzo de la reacción. Las ondas ultrasónicas causan una mezcla intensa para que la reacción pueda proceder en una tasa mucho más rápida.

El ultrasonido transfiere la energía en el fluido y crea vibraciones violentas, que forman Cavitación Burbujas. A medida que las burbujas se rompen, se produce una contracción repentina del fluido, y los ingredientes se mezclan en el área de las burbujas Dicha acción de alta energía en líquido puede aumentar considerablemente la reactividad de la mezcla reactante y acortar el tiempo de reacción sin implicar temperaturas elevadas. De hecho, esta reacción se puede lograr en o ligeramente por encima de la temperatura ambiente. Porque No hay necesidad de calentar la mezcla, la energía puede estar ahorrada.

La investigación ha demostrado que el ultrasonido se puede utilizar de manera efectiva en la producción de biodiesel (por ejemplo, sarma et al., 2008; hanh et al., 2008; teixeira et al., 2009). El procesamiento de ultrasonido se produce en rendimientos similares de biodiesel con un tiempo de reacción mucho acortado en comparación con el tanque convencional Procedimiento.

El ultrasonido puede ser una buena opción para pequeños productores (hasta 2 millones de galones POR Capacidad de año), que solo pueden necesitar una o dos sondas de ultrasonido por Reactor Buque. Sin embargo, el uso de ultrasonido en el procesamiento a gran escala puede ser un desafío porque Muchas sondas de ultrasonido Se debe ser necesario para llegar a todas las áreas del reactivo Mezcla.

Reactores supercríticos

tradicional biodiesel La producción requiere un catalizador (generalmente sodio o potasio hidróxido) para completar la transesterificación Reacción. Después de la reacción, el catalizador debe ser eliminado para garantizar la calidad del combustible. Este A veces puede ser problemático. A Evite el requisito de catalizador, transesterificación Se puede lograr en un Catalyst-Free Manera utilizando un "supercrítico" proceso.

de acuerdo a Introducción a la termodinámica de ingeniería química,Un punto crítico de un fluido se define por su temperatura crítica y su presión crítica, "la temperatura más alta y la presión más alta a la que se observa una especie química pura que existe en vapor / líquido equilibrio" (Smith y al., P. 64). 64). 64).

en el Estado supercrítico,El límite de fase entre el líquido y el vapor comienza a desaparecer, y la sustancia tiene cualidades tanto de un líquido como de un vapor.

Cuando transesterificación ocurre Durante El estado supercrítico de metanol (típicamente 300 ° C y 40 MPA / 5800 PSI o superior), el aceite vegetal o la grasa animal se disuelve en metanol para formar una sola fase Luego, la reacción ocurre para llegar a la finalización en unos pocos minutos sin ningún tipo de catalizadores.

El proceso supercrítico tolera el agua y los ácidos grasos libres en el sistema, y ​​se elimina la formación de jabón que es común en el proceso tradicional (Demirbas, 2006; camioneta Kasteren y Nisworo, 2007; Saka e Isayama, 2009).

Desde El estado supercrítico exige temperatura y presión muy altas, el proceso puede ser caro. Sin embargo, grande biodiesel Los productores pueden encontrar este proceso para ser rentable porque, desde que La reacción ocurre tan rápidamente, los productores pueden hacer una gran cantidad con un reactor relativamente pequeño y un espacio limitado.

Mezcladores estáticos como Biodiesel reactores

Mezcladores estáticosSon dispositivos simples que consisten en en forma de espiral partes internas dentro de un recinto, como un tubo o tubería, que promueven el flujo turbulento. Ellos No tienen partes móviles, son fáciles de usar y mantener, y son muy efectivas para mezclar líquidos que no son fácilmente miscibles en las condiciones normales

Biodiesel La producción de aceites y alcoholes vegetales está limitada inicialmente por la solubilidad del alcohol en aceites vegetales (furgoneta Gerpen y KNOTHE, 2005). Los mezcladores estáticos se pueden usar para mezclar los reactivos antes ellos Ingrese el reactor Recipiente. puede el mezclador estático en sí mismo También ser utilizado como el reactor Buque? Se realizó un estudio en la Universidad de Idaho para explorar la posibilidad de usar un mezclador estático como un flujo continuo Reactor para biodiesel Producción ( Thompson y él, 2007 ).

Los resultados mostraron que el reactor de mezclador estático fue efectivo para el biodiesel Producción, y productos que cumplen con el ASTM D6584 Se obtuvieron especificaciones. Al igual que con otras configuraciones de reactores, la temperatura y la concentración de catalizadores influyeron significativamente. Las condiciones más favorables para completar transesterificación fueron 60 ° C y 1.5% Catalizador para 30 minutos. Es factible, por lo tanto, usar un mezclador estático solo como reactor para biodiesel Preparación de aceites vegetales y alcoholes.

Un proceso similar a veces se usa comercialmente, pero el uso de un mezclador estático grande como el biodiesel El procesador no ha sido comercializado.

destilación reactiva para biodiesel producción

destilación reactiva (RD) es una operación de unidad química en la que las reacciones químicas y las separaciones del producto ocurren simultáneamente en una unidad Es una alternativa efectiva a la combinación clásica de unidades de reactor y separación

La destilación reactiva es un proceso químico común en situaciones donde La reacción puede revertir en sí mismo fácilmente. El rd La técnica elimina los productos de reacción de la zona de reacción, evitando así la reacción de revertir y mejorar la tasa de conversión general.

An Rd El sistema consta de numerosas cámaras con aberturas de una a la siguiente. Los ingredientes se agregan a la primera cámara, y a medida que la mezcla entra en cada cámara sucesiva, la reacción progresa para que por la última cámara, se complete la reacción. Las columnas empacadas y de la bandeja pueden usarse para el RD RD Aplicaciones; Sin embargo, las columnas de bandeja se prefieren para sistemas de reacción homogéneos porque de la mayor contenga líquida y la retención relativamente más larga. Tiempo.

Los sistemas de destilación reactivos no se han utilizado comercialmente en biodiesel producción porque Rd tiende a ser un complejo proceso. Sin embargo, la complejidad es algo minimizada cuando aplicado a biodiesel Producción por algunas razones. La diferencia entre las temperaturas de ebullición de metanol y ésteres de ácidos grasos (biodiesel) es tan grande que la separación de estos Dos arroyos se vuelven muy fáciles. Porque la transesterificación La reacción ocurre solo en la fase líquida, el tiempo de reacción se establece luego por la posibilidad del líquido total y la velocidad de alimentación de los reactivos

Según la investigación realizada en la Universidad de Idaho patrocinada por el Instituto Nacional de Tecnologías de Transporte Avanzado (NiATT) (Él y al., 2005, 2006, 2007), el RD El sistema de reactores mostró tres ventajas principales sobre el lote y tradicional Flujo continuo Procesos: 1) Tiempo de reacción más corto (10 a 15 min) y mayor unidad de productividad (7 a 9 galones por galón volumen del reactor por por hora), que es altamente deseable en la producción comercial unidades; 2) Requisito de exceso de alcohol mucho más bajo (Aproximadamente 3.5: 1 Molar), lo que reduce en gran medida el esfuerzo de la recuperación de alcohol descendente y el funcionamiento de los costos; y 3) Menores costos de capital debido a su tamaño más pequeño y la necesidad reducida de la recuperación de alcohol Equipo.