SUBSKRYBUJ KANAŁ RSS

Transestryfikacja tłuszczów etanolem

Utworzone przez admin dnia 28 maja 2014

Wiele osób pewnie zastanawiało się , czy do procesu transestryfikacji można by użyć alkoholu etylowego zamiast metanolu. Odpowiedź brzmi: tak, jak najbardziej. Należy tylko pamiętać, że podobnie jak metanol, musi być on koniecznie bezwodny. Nawet niewielkie ilość wody zawartej w alkoholu hamują katalityczne działanie wodorotlenku sodu, a tym samym transestryfikacja tłuszczu jest drastycznie spowolniona. Z tego samego powodu również zawartość wody w tłuszczu powinna być jak najnższa.

Alkohol etylowy pod względem chemicznym jest bardzo podobny do alkoholu metylowego. Używanie go do produkcji biodiesla ma zarówno zalety jak i wady.

Największą jego zaletą jest oczywiście nietoksyczność. Nie musimy stosować aż takich środków ostrożności jak przy obchodzeniu się z metanolem. Drugim plusem etanolu jest naturalne pochodzenie. W przeciwieństwie do metanolu który jest otrzymywany z syntezy chemicznej, znaczne ilości etanolu otrzymuje się przez fermentację cukrów, która jest procesem naturalnym, katalizowanym przez enzymy zawarte w drożdzach. Dlatego o paliwie otrzymanym przez etanolizę (transestryfikację z wykorzystaniem etanolu) możemy powiedzieć, że jest całkowicie „bio” w przeciwieństwie do metyloestrów, które są wytworzone z użyciem syntetycznego alkoholu.

Transestryfikacja tłuszczu etanolem ma też pewne wady. Prowadzimy ją w wyższej temperaturze – równej 75ºC. W niższych temperaturach jest procesem znacznie powolniejszym niż metanoliza, ale wraz ze wzrostem temperatury różnice w szybkości obu reakcji się zmniejszają. Ponadto emulsje które się tworzą podczas etanolizy są bardziej stabilne co komplikuje w pewnym stopniu sedymentację fazy glicerynowej. W przypadku metanolizy, emulsje te szybko rozdzielają się na dwie fazy: dolną – glicerynową i górną – estrową.

Biodiesel z oleju posmażalniczego

Utworzone przez admin dnia 24 maja 2014

Dzisiaj omówimy sobie kolejny sposób na produkcję biodiesla z gorszej jakości surowca – oleju posmażalniczego. Ponieważ jest on odpadem w różnych restauracjach, można go nabyć bo bardzo atrakcyjnej cenie (lub całkowicie za darmo). Podczas smażenia, olej hydrolizuje (reaguje z wodą) tworząc wolne kwasy tłuszczowe, dlatego takie oleje charakteryzują się podwyższoną liczbą kwasową – do 10%. Taka zawartość wolnych kwasów tłuszczowych praktycznie uniemożliwia użycie zasad jako katalizatorów transestryfikacji.

Dlatego w przemyśle transestryfikację takich surowców prowadzi się dwuetapowo. Najpierw, przy użyciu mocnych kwasów nieorganiczych jako katalizatora , przekształceniu w estry ulegają wolne kwasy tłuszczowe. W drugim etapie, wolny od FFA półprodukt ulega dalszej – zasadowej transestryfikacji.

W warunkach domowych produkcja biodiesla w ten sposób nie miałaby żadnego sensu. Po pierwsze transestryfikację katalizowaną kwasami prowadzi się w dużo wyższej temperaturze i jest ona procesem znacznie powolniejszym od transestryfikacji z użyciem zasad jako katalizatorów (trwa kilka godzin). Po drugie kwasy używane jako katalizatory to substancje silnie żrące i niebezpieczne. Obchodzenie się z nimi przez osoby nie mające doświadczenia byłoby co najmniej ryzykowne.

Pozostaje nam więc zneutralizować wolne kwasy tłuszczowe metodą opisaną tutaj. Wcześniej należy odfiltrować cząstki stałe zawarte w oleju. Proces transestryfikacji zneutralizowanego oleju prowadzimy w standardowych warunkach:

  • stosunek molowy metanolu do tłuszczu – 6 : 1
  • ilość NaOH – 1% masy tłuszczu
  • temperatura ok. – 60 º C
  • mieszanie ok. – 600 obr/min
  • czas reakcji – 1 godzina

Podczas neutralizacji tracimy wprawdzie część masy oleju, która ulega przemianie w mydła, ale olej uzyskany tą metodą z powodzeniem można używać do produkcji biodiesla z wykorzystaniem zasadowych katalizatorów.

Biodiesel – trzy sposoby na wyznaczenie gęstości

Utworzone przez admin dnia 20 maja 2014

Gęstość jest jedną z niewielu wielkości jakie możemy zbadać dla biodiesla w warunkach domowych. Dzisiaj pokażę Wam trzy proste sposoby, które umożliwiają nam jej szybkie wyznaczenie.

  1. Za pomocą wagi

Pomiar polega na zważeniu znanej objętości biodiesla, a gęstość oblicza się ze znanego wzoru d = m/V. Użyta waga powinna mieć dokładność odczytu przynajmniej do 0,01g . Polecam wagi WTB200 lub WTB2000 firmy Radwag. Są to profesjonalne wagi dostępne w przyzwoitej cenie.

  1. Przy pomocy U – rurki.

Do u – rurki wypełnionej częściowo wodą dolewamy biodiesla tak by można było dokładnie określić wysokości h1 i h2. Gęstość biodiesla obliczamy ze wzoru:

dbiodiesla = h2 · dwody / h1

  1. Przy pomocy areometru.

Bardzo szybki pomiar i dość dokładny. Wystarczy zanurzyć areometr w naczyniu z biodieslem i odczytać gęstość ze skali

Jak obliczyć ilość metanolu potrzebnego do transestryfikacji?

Utworzone przez admin dnia 18 maja 2014

Najczęściej ilość metanolu potrzebną do przeestryfikowania danej ilości tłuszczu lub oleju roślinnego, podaje się jako stosunek molowy metanolu do tłuszczu np. 6:1. Aby więc obliczyć ile potrzebujemy metanolu, musimy znać masę molową użytego tłuszczu. Pamiętajmy, że naturalne tłuszcze są estrami glicerolu i różnych kwasów tłuszczowych, dlatego różne cząsteczki tłuszczu mają różne masy cząsteczkowe. W tym wypadku mówimy o średniej masie molowej danego tłuszczu a do jej obliczenia musimy znać udział różnych kwasów tłuszczowych w budowie cząsteczek.

Masę cząsteczkową pojedynczego kwasu tłuszczowego można zapisać wzorem:

M cz = 14.027C-2.016d+31.9988

gdzie:

C – liczba atomów węgla
d – liczba wiązań podwójnych

Średnią masę cząsteczkową mieszaniny różnych kwasów tłuszczowych obliczymy prz użyciu wzoru na średnią ważoną:

M cz(śr) = %k 1 · M mol(1) +%k 2 · M mol(2) + … + %k i · M mol(i) /100%

A średnią masę cząsteczkową tłuszczu zawierającego te kwasy wzorem:

Mcz. tł. = 3 * średnia masa cząsteczkowa kwasów tłuszczowych + 38.049

gdzie:

38,049 to masa cząsteczkowa szkieletu glicerynowego

 

Średnia masa molowa liczbowo równa się średniej masię cząsteczkowej i wyraża się w [g/mol]

Teraz dzieląc masę naszego tłuszczu przez jego średnią masę molową, otrzymamy liczbę moli cząsteczek tłuszczu. Ponieważ liczba moli metanolu powinna być w naszym przypadku 6 razy większa, masa metanolu potrzebna do transestryfikacji będzie równa:

m MeOH = 6 · liczba moli cząsteczek tłuszczu · M mol metanolu

A jego objętość policzymy ze wzoru:

V = m MeOH / d

gdzie d to gęstość metanolu

Reaktor do biodiesla

Utworzone przez admin dnia 12 kwietnia 2014

Proces transestryfikacji jest stosunkowo prosty i jeśli nie wytwarzamy biodiesla regularnie w większych ilościach nie potrzebujemy do tego specjalnego sprzętu. Możemy więc trzymać się powiedzenia by „ nie wyciągać armaty do ptaka” i cały proces przeprowadzić np. w większym słoiku.

Ale jeśli dysponujemy sporymi ilościami taniego oleju pożytecznie by było, gdybyśmy posiadali specjalne urządzenie do produkcji biodiesla tzw. „reaktor”.

Pozwoliłby nam przeprowadzić proces w odpowiednich warunkach i znacznie ułatwiłby całą robotę.

Urządzenia takie dostępne są po różnych cenach np. na Allegro. Moim zdaniem, konstrukcyjnie mają „przerost formy nad treścią” stąd ich nie za niska cena. W pełni użyteczne urządzenie można bez problemów skonstruować w domu a jego koszt powinien się zamknąć w 1tys. zł. Urządzenie powinno zapewniać właściwe warunki procesu dlatego powinno posiadać:

  • zbiornik reakcyjny z lejkowatym dnem – ułatwi to oddzielenie gliceryny od estrów (powinien być odporny na biodiesel, wodorotlenek i temperaturę, najprościej będzie go zrobić z blachy nierdzewnej)
  • mieszadło
  • zawór umożliwiający spuszczenie gliceryny i biodiesla
  • termoregulator – zapewni stałą temperaturę procesu
  • pompę obiegowa np. c.o.  – zapewni obieg wody grzewczej
  • grzałkę
  • ok. 3m gumowego węża

 

Produkcja biodiesla z nierafinowanego oleju rzepakowego cz.3

Utworzone przez admin dnia 10 kwietnia 2014

W poprzednim artykule otrzymaliśmy biodiesel, używając takiej nadwyżki katalizatora aby po przereagowaniu z wolnymi kwasami tłuszczowymi obecnymi w nierafinowanym oleju, pozostała w układzie jego docelowa ilość. Tamta metoda miała jednak istotną wadę. Mianowicie, powstawały w niej mydła które niekorzystnie wpływają na rozdział frakcji glicerynowej od biodiesla. Dlatego teraz problem wolnych kwasów tłuszczowych rozwiążemy w inny sposób – poprzez ich neutralizację.

Mamy zamiar usunąć wolne kwasy tłuszczowe z oleju poprzez ich zmydlenie rozcieńczonym roztworem wodorotlenku sodu.

Metoda jest następująca:

Do 100g nierafinowanego oleju dodajemy ok. 12g 10 – procentowego roztworu wodorotlenku sodu. Mieszaninę ogrzewamy do ok. 50ºC i intensywnie mieszamy przez 30 min. Następnie pozostawiamy mieszaninę do „odstania” przez 12 h.

Po tym czasie faza wodna opada na dno a na górze gromadzi się olej, praktycznie całkowicie pozbawiony wolnych kwasów tłuszczowych. Dodatkową zaletą metody jest to, że mydła które tworzą się z wolnych kwasów tłuszczowych opadając na dół „zabierają” ze sobą inne zanieczyszenia obecne w surowym oleju min. barwniki, substancje zapachowe czy drobne nierozpuszczalne cząstki. Po neutralizacji olej traci charakterystyczny intensywny zapach a barwą bardziej przypomina olej rafinowany niż wyjściowy surowiec.

Oczyszczony w ten sposób olej idealnie nadaje się do produkcji biodiesla i co ważne, w kolejnych porcjach produkcyjnych używamy oleju o takiej samej, praktycznie zerowej liczbie kwasowej, co pozwala nam przypuszczać, że otrzymany w kolejnych porcjach biodiesel będzie cechował się dobrymi i powtarzalnymi właściwościami.

Produkcja biodiesla z nierafinowanego oleju rzepakowego cz.2

Utworzone przez admin dnia 3 kwietnia 2014

W tym artykule zajmiemy się otrzymywaniem biodiesla z nierafinowanego oleju rzepakowego, używając nadmiaru katalizatora do zobojętnienia wolnych kwasów tłuszczowych.

Nasz tok postępowania jest następujący: chcemy wyznaczyć ile jest FFA ( wolne kwasy tłuszczowe – free fatty acids) w oleju i na tej podstawie wyznaczyć ile potrzeba dodatkowego wodorotlenku do ich zobojętnienia.

Ilość wolnych kwasów tłuszczowych w oleju określa tzw. liczba kwasowa.

Wyznaczymy ją  miareczkując odważkę tłuszczu mianowanym roztworem KOH w następujący sposób:

  • odważamy ok. 2g oleju
  • do kolbki (erlenmejerki) nalewamy ok.25ml mieszaninę alkoholu etylowego i eteru dietylowego (w stosunku 1 : 1)
  • podgrzewamy mieszaninę na łazni wodnej i rozpuszczamy w niej olej
  • dodajemy kilka kropel fenoloftaleiny
  • miareczkujemy 0,1 molowym roztworem KOH do różowego zabarwienia roztworu, utrzymującego się ok. 1 minuty.

Liczbę kwasową obliczymy z poniższego wzoru:

LK = cKOH · M · V/ 10M [%]

gdzie

cKOH – stężenie molowe roztworu KOH
M – średnia masa cząsteczkowa wolnych kwasów tłuszczowych ( 282g/mol)
V – objętość roztworu KOH zuzytego do miareczkowania
m – masa naważki

Jeśli na przykład wyszło nam że LK naszego oleju wynosi  2 % oznacza to, że w 1 litrze oleju jest 0,02 · 915 = 18,3 g  (ponieważ gęstość oleju = ok. 915g/litr) kwasów tłuszczowych do zobojętnienia których musimy zużyć 3,64 g  katalizatora. Zakładając więc, że chcemy użyć 1% katalizatora (względem masy oleju) , całkowita ilość katalizatora będzie równa 915 · 1% + 3,64g =  12,79 g.

Jak widać wyznaczenie ilości FFA w oleju nie jest jakimś nadzwyczaj trudnym zadaniem, ale nie obejdzie się tutaj bez szkła i odczynników. W dodatku eter dietylowy ma właściwości narkotyczne i nasenne, jest skrajnie łatwopalny i ma bardzo, bardzo odurzający zapach.

Można nie przeprowadzać oznaczenia FFA i stosować taki nadmiar katalizatora aby zneutralizował przypuszczalną ilość FFA obecnych w oleju. Jednak należy pamiętać, że ilość wolnych kwasów tłuszczowych w różnych porcjach oleju może być zmienna, dlatego w tym przypadku ilość katalizatora w kolejnych „ porcjach produkcyjnych” będzie różna i powtarzalność nie będzie zachowana.

W dodatku z góry zgadzamy się że w procesie powstaną mydła, które działając jak emulgator utrudniają rozdział frakcji glicerynowej od estrowej, co jest główną wadą metody.

W następnym artykule problem wolnych kwasów tłuszczowych rozwiążemy w inny sposób – poprzez ich wcześniejszą neutralizację.

Produkcja biodiesla z nierafinowanego oleju rzepakowego

Utworzone przez admin dnia 1 kwietnia 2014

Jakiego oleju lepiej używać do produkcji biopaliwa, rafinowanego czy nie? Zapewne większość odpowiedziałaby że rafinowanego. I to jest prawdą. Jednak ze względu na jego cenę musimy, a raczej chcemy produkować biodiesel z tańszych, a zarazem gorszych jakościowo surowców. I właśnie w tym artykule opiszę jak postępować w przypadku, gdy do produkcji biodiesla użyjemy nierafinowanego oleju rzepakowego.

Na początek skupmy się na naszym oleju i zastanówmy się czym różni się od oleju ze sklepu. Widzimy, że ma inny kolor, intensywny charakterystyczny zapach i smak. Lecz dla nas nie to jest najistotnejsze. Dla nas najważniejsze jest to, że olej ten zawiera pewną ilość wolnych kwasów tłuszczowych, które są niepożądane w naszym procesie produkcji.

Po pierwsze kwasy te reagują z wodorotlenkiem sodu tworząc mydła. Obniżają w ten sposób ilość katalizatora co spowalnia całą reakcję. Po drugie wytworzone mydła utrudniają rozdzielenie się gliceryny od biopaliwa. Z tych względów musimy tak prowadzić proces produkcji aby zniwelować lub przynajmniej zminimalizować niekorzystny wpływ tych kwasów.

I tutaj możemy pójść dwiema drogami:
Pierwsza to użycie odpowiednio większej ilości katalizatora, tak aby po przereagowaniu z kwasami tłuszczowymi w układzie pozostała jego docelowa ilość. W metodzie tej należy wyznaczyć kwasowość oleju i na tej podstawie obliczyć o ile więcej kataliatora musimy użyć. Wadą tej metody jest powstawanie mydeł które utrudniają rozdział faz ( biopaliwa od gliceryny).

Druga droga, którą moim zdaniem warto wybrać to pozbycie się wolnych kwasów tłuszczowych przez ich neutralizację. Zaletą tej metody jest to, że w otrzymanym oleju praktycznie wogóle nie ma wolnych kwasów tłuszczowych, dlatego proces transestryfikacji możemy prowadzić tak, jakbyśmy używali oleju rafinowanego. Ponadto podczas neutralizacji olej ulega oczyszczeniu z innych związków w nim występujących oraz traci charakterystyczny zapach. Dzięki temu uzyskane biopaliwo z pewnością będzie lepszej jakości od tego uzyskanego pierwszym sposobem.

Szczegółowy opis obu metod pojawi się wkrótce w następnych częściach artykułu.

Biodiesel z garażu… czyli jak zrobić własne paliwo do silników Diesla

Utworzone przez admin dnia 1 marca 2013

Produkcja biopaliwa z różnego rodzaju tłuszczy jest procesem bardzo prostym i możliwym do wykonania w warunkach domowych. Nie trzeba przy tym posiadać jakiegoś specjalistycznego sprzętu i wyrafinowanej wiedzy. Więc jeśli chcesz obniżyć koszty podróży swoim samochodem czy napędzać biopaliwem ciągniki rolnicze, wystarczy, że przerobisz posiadany olej roślinny (lub tłuszcz zwierzęcy) na biodiesel stosując się do instrukcji podanej w tym artykule.

Biopaliwo będziemy produkować metodą zasadowej transestryfikacji. W tej metodzie olej roślinny (niech to będzie w naszym przypadku łatwo dostępny olej rzepakowy) ulegnie przemianie w estry metylowe kwasów tłuszczowych, które mają podobne właściwości do oleju napędowego i mogą
z powodzeniem służyć jako paliwo do silników z zapłonem samoczynnym (diesla).

Do wyprodukowania 1 litra biopaliwa potrzebujemy:

  • rafinowany olej roślinny ( np. rzepakowy) – 1 l
  • alkohol metylowy – 200 ml
  • wodorotlenek sodu lub potasu – 10 g

Jeżeli mamy już przygotowane wszystkie składniki następnym krokiem jest sporządzenie tzw. “mieszanki katalitycznej”. W praktyce oznacza to tyle, że musimy rozpuścić wodorotlenek sodu, który służy nam jako katalizator, w przygotowanym alkoholu metylowym. Następnie, olej rzepakowy podgrzewamy do temperatury ok. 60ºC.

Kolejny krok to przelanie mieszanki katalitycznej do oleju. W tym momencie zachodzi już reakcja transestryfikacji, ale ponieważ mieszanka katalityczna nie rozpuszcza się w oleju reakcja zachodzi tylko na ”styku” pomiędzy mieszanką i olejem. Aby przyspieszyć reakcję musimy intensywnie mieszać składniki przez ok. 1 godz. Po tym czasie reakcja jest praktycznie zakończona i w efekcie otrzymujemy nasze biopaliwo.

Niestety, to nie jest jeszcze koniec całego procesu, ponieważ obok biopaliwa produktem transestryfikacji jest także gliceryna, która oddzieli się samoczynnie od biopaliwa pod wpływem grawitacji. Dlatego bezpośrednio po zakończeniu mieszania musimy pozostawić na ok. 24 godz. mieszankę do odstania. Gdy cała gliceryna opadnie na dno naczynia zlewamy biopaliwo do innego pojemnika. Należy je jeszcze przepłukać wodą, przynajmniej trzykrotnie aby pozbyć się zanieczyszczeń występujących w oleju jak i tworzących sie w czasie transestryfikacji a pozostałe w biopaliwie niewielkie ilości wody można usunąć przez ogrzewanie.

W ten sposób uzyskaliśmy w pełni użyteczne paliwo, które z powodzeniem może zastępować olej napędowy w napędzaniu pojazdów z silnikiem Diesla.

Zwróć jednak uwagę, że do produkcji biopaliwa użyliśmy oleju rafinowanego, co bez wątpienia ułatwia cały proces, lecz jest ekonomicznie nieopłacalne. Przecież chciałbyś na biopaliwie zaoszczędzić… Dlatego potraktuj ten wpis jako doświadczenie pokazowe, mające na celu przybliżyć Ci sposób w jaki prowadzi się transestryfikację, a w następnych wpisach zajmiemy się produkcją biopaliwa z gorszych jakościowo tłuszczy.

Makuch rzepakowy – cenne biopaliwo

Utworzone przez admin dnia 28 lutego 2013

Nad bezodpadową technologią produkcji biopaliwa rzepakowego na potrzeby indywidualnego gospodarstwa rolnego pracuje Krzysztof Ciunel z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej.

Jest on jednym z wyróżnionych w IV edycji programu stypendialnego „InnoDoktorant – stypendia dla doktorantów”. Zamierza produkować tanie medium do kolektorów słonecznych oraz przyjazne środowisku paliwo do kotłów – z makuchów rzepakowych.

Krzysztof Ciunel opracowuje efektywną metodę zagospodarowania odpadów z procesu produkcji estrów metylowych oleju rzepakowego – makuchów rzepakowych, powstających w czasie tłoczenia oleju, oraz fazy glicerynowej, będącej odpadem z procesu estryfikacji.

Makuch rzepakowy powstaje w procesie przerobu nasion rzepaku, podczas pozyskiwania oleju metodą wytłaczania na zimno. To produkt uboczny, zwany inaczej wytłokami rzepakowymi. Makuch stał się popularny w związku ze zwiększonym zapotrzebowaniem na biopaliwa oraz zmianą technologii produkcji olejów spożywczych – zaniechuje się technik chemicznych. Może też stanowić cenną paszę dla zwierząt, w tym dla drobiu.

Projekt innodoktoranta zakłada wykorzystanie fazy glicerynowej do produkcji taniego medium grzewczego do kolektorów słonecznych oraz wykorzystanie makuchów rzepakowych w roli taniego, przyjaznego środowisku paliwa do zasilania kotłów grzewczych opalanych biomasą. Promotorem pracy jest dr hab. Ewa Klugmann-Radziemska.

Oferta Krzysztofa Ciunela adresowana jest do przedsiębiorstw zajmujących się produkcją biopaliw i biokomponentów, indywidualnych producentów biopaliwa, a także indywidualnych użytkowników kotłów opalanych biomasą oraz kolektorów słonecznych

Badacz przewiduje współpracę partnerską z sektorami biznesu oraz nauki. Jego zdaniem projektowana koncepcja chemiczna mogłaby zostać wykorzystana do budowy oraz wprowadzenia na rynek zautomatyzowanej instalacji do produkcji estrów metylowych oleju rzepakowego na własne potrzeby producenta.

Stypendysta uważa, że wyniki jego pracy mogłyby zostać wdrożone w przedsiębiorstwie zajmującym się wytwarzaniem elementów instalacji produkcyjnej lub produkującym instalacje kolektorów słonecznych, a także wśród użytkowników kotłów grzewczych zasilanych biomasą. Końcowym odbiorcą projektowanej technologii jest sektor rolnictwa.

Krzysztof Ciunel podkreśla, że działania mające na celu tworzenie innowacyjnych produktów dla rolnictwa wpisują się w Regionalną Strategię Innowacji dla Województwa Pomorskiego – wsparcie rozwoju obszarów wiejskich poprzez innowacje.

Projekt „InnoDoktorant – stypendia dla doktorantów” realizuje samorząd województwa pomorskiego. Stypendia przyznawane są w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki finansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego, budżetu państwa oraz budżetów samorządów województw.