背景：
石油柴油目前是運(yùn)輸和物流業(yè)的主要燃料形式，盡管其使用會(huì)消耗有限的原油資源，并損害人類健康和環(huán)境。而生物柴油作為一種可再生的、可生物降解的、的生物燃料，是一種很有吸引力的環(huán)保替代燃料，可用于現(xiàn)有的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，提供與石油柴油相同的動(dòng)力和扭矩，同時(shí)具有的潤(rùn)滑性。
不幸的是，由于其制造過(guò)程的低效率，生物柴油的成本仍然很高，阻礙了其廣泛使用實(shí)施。生物柴油的生產(chǎn)是通過(guò)一個(gè)相對(duì)緩慢和耗能的化學(xué)過(guò)程，即甘油三酸酯交換-植物油或動(dòng)物脂肪，這個(gè)過(guò)程通常在間歇反應(yīng)器中進(jìn)行。
傳統(tǒng)方法：
1. 低反應(yīng)速率。
酯交換反應(yīng)是一種限制傳質(zhì)的反應(yīng)，它發(fā)生在原料油和醇的界面上，它們只是部分混相。機(jī)械攪拌在一定程度上有助于改善試劑之間的接觸，但反應(yīng)仍然非常緩慢，因?yàn)閿嚢璨荒艹浞?strong>乳化兩種液體(使其形成穩(wěn)定的膠體混合物)，以增加它們之間的界面表面積。
2. 長(zhǎng)時(shí)間的分離。
通常使用過(guò)量的酒精和催化劑來(lái)驅(qū)動(dòng)平衡，合成生物柴油的酯交換反應(yīng)。然而，在接下來(lái)的步驟中，過(guò)量的酒精傾向于溶解生物柴油中的甘油，這減慢了它們的分離。
3.后期處理并發(fā)癥。
生物柴油必須用水清洗，以去除任何殘留的催化劑和副產(chǎn)品。剩下的酒精需要凈化和回收。因此，使用過(guò)量的酒精和催化劑會(huì)使后處理過(guò)程復(fù)雜化。
超聲波技術(shù):
1.高反應(yīng)速率
高強(qiáng)度的超聲波會(huì)產(chǎn)生聲空化，產(chǎn)生強(qiáng)烈的和不對(duì)稱內(nèi)爆的真空氣泡，引起激波、微射流、強(qiáng)剪切力以及及端的局部溫度和壓力。這導(dǎo)致非常有效的混合，導(dǎo)致超細(xì)，動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的乳狀液(納米乳狀液)的不混溶或部分混溶液體。因此，液體之間的界面面積增加了數(shù)量級(jí)，這大大促進(jìn)了限制傳質(zhì)的反應(yīng)，如酯交換。研究表明，反應(yīng)時(shí)間可以從數(shù)小時(shí)減少到數(shù)分鐘。
2.分離時(shí)間短
由于超聲波暴露使原料油和酒精之間有更好的接觸，因此需要的酒精過(guò)量量要低得多。這就減少了反應(yīng)后剩余的酒精量。乙醇介導(dǎo)的甘油在生物柴油中的溶解度降低，分離時(shí)間從5 ~ 10h降低到30min左右。
3.簡(jiǎn)化了后處理
使用較低的過(guò)量酒精可以減少后續(xù)回收所需要的努力。此外，由于混合效率更高，催化劑的用量也可以顯著減少(50 - 60%)，簡(jiǎn)化了生物柴油的洗滌步驟。
4.額外的好處
(1)暴露在高強(qiáng)度超聲波下可提供反應(yīng)所需的活化能。因此，加熱反應(yīng)混合物變得不那么重要，這樣可以節(jié)省能源和精力。
(2)工藝由批量轉(zhuǎn)為連續(xù)，大大提高了生產(chǎn)規(guī)模。
(3)生物柴油產(chǎn)量可提高到95 - 99%左右。
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