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.

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

 

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.

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.