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.

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.

Ogólne informacje o biopaliwie

Utworzone przez admin dnia 22 lutego 2013

Terminem „biopaliwo” określa się wszystkie rodzaje paliw pochodzące ze żródeł odnawialnych. Mogą to być paliwa stałe np. brykiet, ciekłe np. biodiesel, oraz gazowe np. biogaz. W powszechnej opini większość osób mówiąc o „biopaliwie” ma na myśli „biodiesel” tj. paliwo wytwarzane z różnego rodzaju tłuszczy poprzez ich transestryfikację. Aby uniknąć nieścisłości we wszystkich artykułach dotyczących tego paliwa będziemy używać terminu „biodiesel”.

Pod względem chemicznym biodiesel jest estrem metylowym wyższych kwasów tłuszczowych. Na skalę przemysłową produkuje się go z różnych surowców tłuszczowych poprzez proces transestryfikacji. W procesie tym używa się różnych katalizatorów tj. substancji które przyśpieszają ten proces same jednak nie ulegając zużyciu (w rzeczywistości mogą ulegać zużyciu wskutek na przykład ich reakcji z zanieczyszczeniami) . Na niewielką skalę np. w gospodarstwie rolnym biodiesel otrzymuje się przeprowadzając tzw. transestryfikację katalizowaną zasadami np. wodorotlenkiem sodu lub potasu. W dużym uproszczeniu proces ten polega reakcji tłuszczu z alkoholem (najczęściej jest to metanol) w którym jest rozpuszczony katalizator, czyli np. wodorotlenek sodu. Produktami reakcji są estry metylowe kwasów tłuszczowych i gliceryna.

Otrzymane w ten sposób paliwo znacząco różni się od wyjściowego surowca i jest zbliżone swoimi właściwościami do oleju napędowego. Ponadto wykazuje wiele zalet w stosunku do ON niemniej jednak ma też swoje wady. Do zalet biodiesla z pewnością możemy zaliczyć pochodzenie z odnawialnych żródeł oraz biodegradowalność. Paliwo to jest wolne od siarki, nietoksyczne i przyjazne środowisku, posiada też lepsze właściwości smarne niż olej napędowy. Głównymi wadami biodiesla są niższa wartość energetyczna i ograniczone zastosowanie w niskich temperaturach. Nie powinno to jednak nas zniechęcać do jego stosowania ponieważ zyski z niego wynikające w jego zastosowaniu np. w gospodarstwie rolnym są znaczące.