SUBSKRYBUJ KANAŁ RSS

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.

O transestryfikacji

Utworzone przez admin dnia 25 lutego 2013

Transestryfikacja jak sama nazwa wskazuje oznacza przeestryfikowanie, czyli zamianę jednych estrów w inne. W  reakcji tej tłuszcze które są estrami glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych łączą się z alkoholem (zwykle metanolem) dając jako produkty estry alkilowe kwasów tłuszczowych i wolny glicerol. Ogólne równanie tej reakcji jest następujące:

Ze stechiometrii tej reakcji wynika że do otrzymania 3 moli estrów metylowych potrzeba zużyć 1 mol tłuszczu i 3 mole metanolu. Stosunek molowy metanolu do tłuszczu wynosi więc 3 : 1. Należy jednak zwrócić uwagę, że reakcja ta jest odwracalna o czym informuje nas podwójna strzałka w równaniu reakcji. Oznacza to że w miarę jak będzie przybywać produktów, zaczną one ze sobą reagować tworząc z powrotem substraty. Gdy szybkości obu procesów się wyrównają ustali się pewien stan równowagi, w którym ilości reagentów nie będą się zmieniać w czasie, co da złudne wrażenie że reakcja stanęła.

Wydajność reakcji w tych warunkach jest zbyt mała i konieczne jest przesunięcie stanu równowagi w kierunku powstawania produktów. Można to zrobić na przykład zwiększając ilość metanolu, co zgodnie z regułą przekory spowoduje przesunięcie stanu równowagi w prawą stronę. Badania wykazały, że optymalny stosunek molowy metanolu do tłuszczu wynosi 6 : 1, co oznacza, że musimy użyć dwa razy więcej metanolu niż wynikałoby to z zapisu reakcji.
Transestryfikację katalizuje bardzo wiele związków, jednak w domowej produkcji na niewielką skalę praktyczne znaczenie mają tylko wodorotlenek sodu i potasu. Użycie tych substancji jako katalizatorów wyznacza pewne normy jakościowe surowcom których używamy do produkcji. Mianowicie tłuszcz powinien charakteryzować się jak najmniejszą zawartością wody i wolnych kwasów tłuszczowych. Reagują one bowiem z wodorotlenkiem tworząc mydła wg równania:

Obniżają w ten sposób ilość katalizatora a powstające mydła utrudniają oddzielanie się gliceryny od fazy estrowej. Woda natomiast może reagować z tłuszczem powodując jego hydrolizę , co zwiększa ilość wolnych kwasów tłuszczowych.

Poza tym woda hamuje bezpośrednio proces transestryfikacji co ma swoje podłoże w mechaniźmie tej reakcji. Nie zachodzi ona w rzeczywistości jednoetapowo jak przedstawia rys.1 ale składa się z trzech etapów. Z tych względów także użyty alkohol powinien być bezwodny. Stężenie katalizatora nie może być zbyt małe z uwagi, że wodorotlenek może reagować z wolnymi kwasami tłuszczowymi, tworząc mydło jak również zbyt duże co mogłoby prowadzić do saponifikacji (zmydlania) tłuszczu. Z reguły powinno się ono zawierać w przedziale 0.5 – 2% w stosunku do masy tłuszczu.

Metanol wykazuje niewielką rozpuszczalność w tłuszczach, dlatego po wymieszaniu reagentów otrzymujemy układ dwufazowy: metanol z katalizatorem – tłuszcz. W takiej sytuacji reakcja zachodzi tylko na granicy pomiędzy dwoma fazami a jej szybkość uwarunkowana jest dyfuzją reagentów do tej granicy. Dlatego aby zwiększyć szybkość reakcji i skrócić jej czas konieczne jest intensywne mieszanie składników, dzięki któremu powierzchnia pomiędzy dwoma fazami zwiększa się wskutek powstawania emulsji.. Po zakończeniu reakcji nasz pierwotny dwufazowy układ metanol tłuszcz zmienia się inny układ, także dwufazowy: estry metylowe – gliceryna. Fazy te rozdzielają się samoczynnie na skutek sił grawitacji; gliceryna opada na dno naczynia reakcyjnego natomiast faza estrowa tworzy się na górze.

Na szybkość transestryfikacji bardzo duży wpływ ma również temperatura. Podwyższenie temperatury obniża lepkość składników dzięki czemu zwiększa się szybkość procesu i skraca czas jego trwania. Temperatura reagentów nie powinna być wyższa od temperatury wrzenia użytego alkoholu z uwagi na silne parowanie. Wiele prac wskazuje że w przypadku metanolizy optymalna temperatura procesu wynosi 60°C. Pozostaje to w zgodzie z ogólną zasadą, że transestryfikację powinno się prowadzić w temperaturze zbliżonej do temperatury wrzenia użytego alkoholu.

Na podstawie powyższych informacji możemy zestawić standardowe warunki prowadzenia transestryfikacji w poniższej tabelce:

Tłuszcz FFA (wolne kwasy tłuszczowe) < 2.5%
Alkohol Zwykle metanol (musi być bezwodny)
Stosunek molowy alk/tł 6:1 (ok 240 g metanolu na 1l oleju)
Katalizator NaOH lub KOH, 1% masy tłuszczu
Temperatura ok. 60°C
Mieszanie ok 600 obr/min
Czas reakcji ok. 1godz.