RU2425863C2 - Procedure for re-etherification of vegetable oil by alcoholysis - Google Patents

Procedure for re-etherification of vegetable oil by alcoholysis Download PDF

Info

Publication number
RU2425863C2
RU2425863C2 RU2009134566/13A RU2009134566A RU2425863C2 RU 2425863 C2 RU2425863 C2 RU 2425863C2 RU 2009134566/13 A RU2009134566/13 A RU 2009134566/13A RU 2009134566 A RU2009134566 A RU 2009134566A RU 2425863 C2 RU2425863 C2 RU 2425863C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alcoholysis
reaction
vegetable oil
solution
ferro
Prior art date
Application number
RU2009134566/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009134566A (en
Inventor
Станислав Александрович Нагорнов (RU)
Станислав Александрович Нагорнов
Светлана Валерьевна Романцова (RU)
Светлана Валерьевна Романцова
Олег Владимирович Матвеев (RU)
Олег Владимирович Матвеев
Ирина Александровна Рязанцева (RU)
Ирина Александровна Рязанцева
Константин Сергеевич Малахов (RU)
Константин Сергеевич Малахов
Original Assignee
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН) filed Critical Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН)
Priority to RU2009134566/13A priority Critical patent/RU2425863C2/en
Publication of RU2009134566A publication Critical patent/RU2009134566A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2425863C2 publication Critical patent/RU2425863C2/en

Links

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: procedure consists in introduction of vegetable oil and solution of potassium hydroxide in methyl alcohol into reactor with ferro-magnetic particles. Amount of ferro-magnetic particles is 1/5 of reactor volume. Produced mass is subjected to effect of rotating magnetic field generating a vortex layer of ferro-magnetic particles at rate of 15-50 s-1 and value of magnetic induction 0.12-0.15 tesla. Produced mass is settled with separation of upper layer, neutralised with solution of phosphorus acid and flushed with water.
EFFECT: intensified reaction of alcoholysis and, development of efficient continuous process for production of components of bio-diesel fuel.
1 ex

Description

Изобретение относится к способу получения метиловых эфиров высших алифатических кислот из растительных масел по реакции переэтерификации (точнее, алкоголиза) триацилглицеринов растительных масел и может быть использовано для получения компонентов жидкого биодизельного топлива, синтезируемого из возобновляемого сырья растительного происхождения.The invention relates to a method for producing methyl esters of higher aliphatic acids from vegetable oils by the transesterification reaction (more precisely, alcoholysis) of vegetable oil triacylglycerols and can be used to obtain components of liquid biodiesel synthesized from renewable raw materials of plant origin.

Известный способ проведения реакции алкоголиза состоит в смешении подогретого (до 50-80°С) растительного масла и раствора щелочи (катализатор) в спирте. Реакционную массу перемешивают в течение некоторого времени, затем отстаивают до полного расслоения эфирной и глицериновой фаз. Отделяют верхний эфирный слой, нейтрализуют раствором неорганической кислоты, промывают водой (Стопский Н.А. Химия жиров и продуктов переработки жирового сырья: Учеб. / Н.А.Стопский. - М.: Колос, 1992. - 285 с.). Продолжительность реакции и выход целевого продукта алкоголиза зависят от наличия примесей в исходном растительном масле, типа спирта и катализатора, температуры реакционной массы, продолжительности перемешивания. Длительность протекания процесса алкоголиза связана с тем, что компоненты реакционной массы - растительное масло и спирт - представляют собой несмешивающиеся реагенты реакции. На начальной стадии реакционная масса состоит из двух фаз (спиртовой и липидной). Гетерогенные реакции протекают не во всем объеме системы, а только в объеме одной из фаз (в данном случае - липидной) в результате диффузии в нее компонента из другой фазы (спиртовой). Следовательно, кинетику процесса в начале реакции контролирует массопередача реагентов путем диффузии. Сложные эфиры высших алифатических кислот и одноатомных спиртов растворимы как в растительном масле, так и в спирте. При появлении их в реакционной массе они действуют как сорастворитель, поэтому через некоторое время после начала реакции система становится гомогенной и кинетику процесса контролирует химическая реакция (реакция переходит из диффузионной области в кинетическую). Способы усовершенствования реакции алкоголиза могут отличаться типом катализатора (RU 2263660 С2, C07С, 67/03, 69/24, 69/52, C11C 3/10, 19.10.2000), наличием дополнительной стадии промывки реакционной массы глицерином (RU 2127251 С1, C07C 67/03, 69/24, 69/52, 19.01.1994) или дополнительной стадии этерификации свободных жирных кислот (RU 2287519 С2, C07C 67/03, 69/24, 69/52, C11C 3/10, 05.10.2001). Известен способ переэтерификации, согласно которому снижение продолжительности реакции достигается путем введения сложного эфира спирта и высшей алифатической (жирной) кислоты в таком количестве, что в результате образуется однофазная реакционная масса (заявка на изобретение RU 2003128074 А, C11C 3/04, 02.07.2002).A known method of carrying out the alcoholysis reaction is to mix a heated (up to 50-80 ° C) vegetable oil and a solution of alkali (catalyst) in alcohol. The reaction mass is stirred for some time, then defend until complete separation of the ether and glycerol phases. The upper ether layer is separated, neutralized with an inorganic acid solution, washed with water (Stopsky N.A. Chemistry of fats and processed products of fatty raw materials: Textbook / N.A. Stopsky. - M .: Kolos, 1992. - 285 p.). The duration of the reaction and the yield of the target product of alcoholysis depend on the presence of impurities in the starting vegetable oil, such as alcohol and catalyst, the temperature of the reaction mixture, and the duration of mixing. The duration of the process of alcoholysis is due to the fact that the components of the reaction mass - vegetable oil and alcohol - are immiscible reaction reagents. At the initial stage, the reaction mass consists of two phases (alcohol and lipid). Heterogeneous reactions do not occur in the entire volume of the system, but only in the volume of one of the phases (in this case, the lipid) as a result of the diffusion of a component from another phase (alcohol) into it. Therefore, the kinetics of the process at the beginning of the reaction is controlled by the mass transfer of reagents by diffusion. Esters of higher aliphatic acids and monohydric alcohols are soluble in both vegetable oil and alcohol. When they appear in the reaction mass, they act as a co-solvent, therefore, some time after the start of the reaction, the system becomes homogeneous and the kinetics of the process are controlled by the chemical reaction (the reaction passes from the diffusion region to the kinetic). Methods of improving the alcoholysis reaction may differ in the type of catalyst (RU 2263660 C2, C07C, 67/03, 69/24, 69/52, C11C 3/10, 10/19/2000), the presence of an additional stage of washing the reaction mass with glycerol (RU 2127251 C1, C07C 67/03, 69/24, 69/52, 01/19/1994) or an additional stage of esterification of free fatty acids (RU 2287519 C2, C07C 67/03, 69/24, 69/52, C11C 3/10, 10/05/2001) . There is a known method of transesterification, according to which a decrease in the reaction time is achieved by introducing an alcohol ester and a higher aliphatic (fatty) acid in such an amount that a single-phase reaction mass is formed as a result (patent application RU 2003128074 A, C11C 3/04, 07/02/2002) .

Существенными недостатками известных способов являются: длительное время реакции (от 1 ч и более), сложность исполнения, большие энергозатраты (например, в патенте RU 2263660 предлагается нагревать реакционную массу до 135°С, поддерживая давление на уровне 5 бар, при этом степень превращения триацилглицеринов растительных масел не превышает 70%), невозможность осуществления непрерывного процесса. Из-за низкой скорости реакции при проведении реакции алкоголиза используют избыток спирта (до 35% от массы масла или около 9 моль спирта на 1 моль триацилглицеринов масла вместо 3 моль) или довольно значительное количество катализатора (2% и более от массы масла). В настоящее время реакция алкоголиза (чаще с применением метилового спирта - метанолиза) приобретает все большее значение, т.к. метиловые эфиры высших алифатических кислот применяют в качестве альтернативного биодизельного топлива, имеющего лучшие экологические характеристики по сравнению с нефтяным топливом. Производство биодизельного топлива возрастает с каждым годом, поиск путей интенсификации реакции, обуславливающей возможность проведения непрерывного технологического процесса его получения при высоком качестве и меньших затратах реагентов, является актуальной задачей.Significant disadvantages of the known methods are: a long reaction time (from 1 h or more), complexity of execution, high energy consumption (for example, in patent RU 2263660 it is proposed to heat the reaction mass to 135 ° C, maintaining a pressure of 5 bar, while the degree of conversion of triacylglycerols vegetable oils does not exceed 70%), the impossibility of a continuous process. Due to the low reaction rate, an excess of alcohol is used during the alcoholysis reaction (up to 35% by weight of oil or about 9 mol of alcohol per 1 mol of triacylglycerol oil instead of 3 mol) or a rather significant amount of catalyst (2% or more by weight of oil). Currently, the reaction of alcoholysis (often with the use of methyl alcohol - methanolysis) is becoming increasingly important, because methyl esters of higher aliphatic acids are used as an alternative biodiesel fuel having better environmental characteristics compared to petroleum fuels. The production of biodiesel fuel is increasing every year, the search for ways to intensify the reaction, which makes it possible to conduct a continuous technological process of its production with high quality and lower cost of reagents, is an urgent task.

Задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса переэтерификации растительных масел по реакции алкоголиза, приводящая к уменьшению времени алкоголиза на порядок и значительному снижению ресурсов на процесс синтеза.The objective of the present invention is to intensify the process of transesterification of vegetable oils by the reaction of alcoholysis, leading to a decrease in the time of alcoholysis by an order of magnitude and a significant reduction in resources for the synthesis process.

Решение поставленной задачи достигается тем, что алкоголиз проводят при наложении вращающегося электромагнитного поля, создающего вихревой слой ферромагнитных частиц. Присутствие в реакционной массе ферромагнитных частиц в количестве 1/5 части объема реактора, интенсивно движущихся во вращающемся электромагнитном поле и образующих вихревой слой ферромагнитных частиц со скоростью 15-50 с-1 и величиной магнитной индукции 0,12-0,15 тесла, приводит к увеличению дисперсности двухфазной липидно-спиртовой системы и, как следствие, к увеличению площади соприкосновения спиртовой и липидной фаз. Кроме того, при интенсификации перемешивания под действием сил трения уменьшается толщина пограничного слоя, что приводит к увеличению численных значений коэффициента диффузии. После возникновения метиловых эфиров, играющих роль сорастворителя, реакционная масса становится гомогенной и реакция переходит из диффузионной области в кинетическую. Воздействие электромагнитного поля приводит к увеличению энергии реагирующих частиц, что снижает энергию активации реакции алкоголиза и увеличивает его скорость.The solution to this problem is achieved by the fact that alcoholysis is carried out by applying a rotating electromagnetic field that creates a vortex layer of ferromagnetic particles. The presence in the reaction mass of ferromagnetic particles in the amount of 1/5 of the reactor volume, intensively moving in a rotating electromagnetic field and forming a vortex layer of ferromagnetic particles with a speed of 15-50 s -1 and a magnetic induction of 0.12-0.15 Tesla, leads to an increase in the dispersion of the two-phase lipid-alcohol system and, as a consequence, an increase in the area of contact between the alcohol and lipid phases. In addition, with the intensification of mixing under the action of friction, the thickness of the boundary layer decreases, which leads to an increase in the numerical values of the diffusion coefficient. After the emergence of methyl esters, which play the role of a co-solvent, the reaction mass becomes homogeneous and the reaction passes from the diffusion region to the kinetic. Exposure to the electromagnetic field leads to an increase in the energy of the reacting particles, which reduces the activation energy of the alcoholysis reaction and increases its speed.

Интенсификация реакции, обуславливающая снижение энергии активации, позволяет снизить количество используемых для синтеза спирта (до 20% от массы масла) и катализатора (до 1,4% от массы масла).The intensification of the reaction, which leads to a decrease in activation energy, can reduce the amount used for the synthesis of alcohol (up to 20% by weight of oil) and catalyst (up to 1.4% by weight of oil).

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В реактор с ферромагнитными частицами вводят реагирующие вещества: растительное масло и раствор гидроксида калия (катализатора) в метиловом спирте. Реакционную массу подвергают воздействию вращающегося электромагнитного поля. Продолжительность воздействия - 10 секунд.The reacting substances are introduced into the reactor with ferromagnetic particles: vegetable oil and a solution of potassium hydroxide (catalyst) in methyl alcohol. The reaction mass is exposed to a rotating electromagnetic field. Duration of exposure - 10 seconds.

Использован индуктор с тремя обмотками (имевшими одинаковое число витков), оси которых были взаимно сдвинуты на угол 120°. По обмоткам пропускали равные по значениям амплитуд, но сдвинутые на четверть периода (90°) синусоидальные токи, которые возбуждали в обмотках переменное электромагнитное поле. За время одного периода электромагнитное поле индуктора поворачивалось на 360°: происходило непрерывное и равномерное изменение направления магнитного поля во времени. Скорость вращения магнитного поля варьировалась от 15 до 50 с-1, величина магнитной индукции изменялась в пределах от 0,12 до 0,15 тесла. В качестве ферромагнитных частиц использованы стальные цилиндры диаметром 1 мм и длиной от 10 до 15 мм. Ферромагнитные частицы заполняли 1/5 часть объема рабочей камеры.An inductor with three windings (having the same number of turns) was used, the axes of which were mutually shifted by an angle of 120 °. Equal in amplitude values, but shifted by a quarter of the period (90 °) sinusoidal currents, which excited an alternating electromagnetic field in the windings, were passed through the windings. During one period, the electromagnetic field of the inductor was rotated 360 °: there was a continuous and uniform change in the direction of the magnetic field in time. The rotation speed of the magnetic field varied from 15 to 50 s -1 , the magnitude of the magnetic induction varied from 0.12 to 0.15 Tesla. Steel cylinders with a diameter of 1 mm and a length of 10 to 15 mm were used as ferromagnetic particles. Ferromagnetic particles filled 1/5 of the volume of the working chamber.

Сущность предлагаемого способа с наилучшими полученными результатами изложена в следующем примере.The essence of the proposed method with the best results obtained is described in the following example.

ПримерExample

В реактор вводят 100 г рапсового масла, нагретого до температуры 60°С, добавляют раствор 1,4 г гидроксида калия в 20 г метилового спирта; затем реакционную массу подвергают воздействию вращающегося электромагнитного поля (угловая скорость вращения магнитного поля 30 с-1, величина магнитной индукции 0,13 тесла) в течение 10 с. Реакционную массу отстаивают, отделяют верхний эфирный слой, нейтрализуют раствором фосфорной кислоты, промывают водой. Получают смесь компонентов биодизельного топлива (метиловых эфиров высших алифатических кислот) с выходом 99%.100 g of rapeseed oil heated to a temperature of 60 ° C are introduced into the reactor, a solution of 1.4 g of potassium hydroxide in 20 g of methyl alcohol is added; then the reaction mass is exposed to a rotating electromagnetic field (angular velocity of rotation of the magnetic field 30 s -1 , the magnitude of the magnetic induction of 0.13 Tesla) for 10 s. The reaction mass is defended, the upper ether layer is separated, neutralized with a solution of phosphoric acid, washed with water. A mixture of biodiesel components (methyl esters of higher aliphatic acids) is obtained in a yield of 99%.

Использование предлагаемого способа переэтерификации растительных масел позволяет интенсифицировать реакцию алкоголиза и создавать экономичные непрерывные технологии получения компонентов биодизельного топлива.Using the proposed method for transesterification of vegetable oils allows you to intensify the reaction of alcoholysis and create cost-effective continuous technology for the production of biodiesel components.

Claims (1)

Способ переэтерификации растительных масел путем алкоголиза, отличающийся тем, что предусматривает введение в реактор с ферромагнитными частицами растительного масла и раствора гидроксида калия в метиловом спирте, при этом количество ферромагнитных частиц составляет 1/5 части объема реактора, полученную массу подвергают воздействию вращающегося электромагнитного поля, создающего вихревой слой ферромагнитных частиц со скоростью 15-50 с-1 и величиной магнитной индукции 0,12-0,15 Тл, полученную массу отстаивают, отделяют верхний слой, нейтрализуют раствором фосфорной кислоты и промывают водой. A method for transesterification of vegetable oils by alcoholysis, characterized in that it involves the introduction of a vegetable oil and a solution of potassium hydroxide in methyl alcohol into a reactor with ferromagnetic particles, the amount of ferromagnetic particles being 1/5 of the reactor volume, the resulting mass is subjected to a rotating electromagnetic field, which creates a vortex ferromagnetic particles layer at a rate of 15-50 s -1 and the value of magnetic induction 0.12-0.15 T, the resulting mass is settled upper layer was separated, neutrals izuyut phosphoric acid solution and washed with water.
RU2009134566/13A 2009-09-15 2009-09-15 Procedure for re-etherification of vegetable oil by alcoholysis RU2425863C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009134566/13A RU2425863C2 (en) 2009-09-15 2009-09-15 Procedure for re-etherification of vegetable oil by alcoholysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009134566/13A RU2425863C2 (en) 2009-09-15 2009-09-15 Procedure for re-etherification of vegetable oil by alcoholysis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009134566A RU2009134566A (en) 2011-03-20
RU2425863C2 true RU2425863C2 (en) 2011-08-10

Family

ID=44053477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009134566/13A RU2425863C2 (en) 2009-09-15 2009-09-15 Procedure for re-etherification of vegetable oil by alcoholysis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425863C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521343C1 (en) * 2013-03-04 2014-06-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии) Method of vegetable oil re-etherification
RU2661872C1 (en) * 2017-12-26 2018-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method of continuous obtaining plastificators of polyvinyl chloride and apparatus for its implementation
RU2751698C1 (en) * 2020-07-29 2021-07-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН) Method for esterification and transesterification of fat raw materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РИЧАРД О'БРАЙЕН. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение. - СПб.: Профессия, 2007, с.150-152. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521343C1 (en) * 2013-03-04 2014-06-27 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии) Method of vegetable oil re-etherification
RU2661872C1 (en) * 2017-12-26 2018-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" Method of continuous obtaining plastificators of polyvinyl chloride and apparatus for its implementation
RU2751698C1 (en) * 2020-07-29 2021-07-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве" (ФГБНУ ВНИИТиН) Method for esterification and transesterification of fat raw materials

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009134566A (en) 2011-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Okitsu et al. A two-step continuous ultrasound assisted production of biodiesel fuel from waste cooking oils: a practical and economical approach to produce high quality biodiesel fuel
Okitsu et al. Ultrasound-assisted production of biodiesel fuel from vegetable oils in a small scale circulation process
Brahma et al. Biodiesel production from mixed oils: A sustainable approach towards industrial biofuel production
Joshi et al. Intensification of biodiesel production from soybean oil and waste cooking oil in the presence of heterogeneous catalyst using high speed homogenizer
Elkady et al. Production of biodiesel from waste vegetable oil via KM micromixer
Lieu et al. Kinetic study on microwave-assisted esterification of free fatty acids derived from Ceiba pentandra Seed Oil
Thinnakorn et al. Biodiesel production via transesterification of palm olein using sodium phosphate as a heterogeneous catalyst
Kashyap et al. Ultrasound assisted intensified production of biodiesel from sustainable source as karanja oil using interesterification based on heterogeneous catalyst (γ-alumina)
Guo et al. New opportunity for enzymatic modification of fats and oils with industrial potentials
Wang et al. Enzymatic synthesis of fatty acid ethyl esters by utilizing camellia oil soapstocks and diethyl carbonate
Asri et al. Non catalytic transesterification of vegetables oil to biodiesel in sub-and supercritical methanol: A kinetic’s study
Hayyan et al. Esterification of sludge palm oil using trifluoromethanesulfonic acid for preparation of biodiesel fuel
Ullah et al. A detail description on catalytic conversion of waste palm cooking oil into biodiesel and its derivatives: new functionalized ionic liquid process
Zou et al. Optimum process and kinetic study of Jatropha curcas oil pre-esterification in ultrasonical field
Hosseini et al. Biodiesel production in batch tank reactor equipped to helical ribbon-like agitator
RU2425863C2 (en) Procedure for re-etherification of vegetable oil by alcoholysis
Liu et al. Transesterification of waste oil to biodiesel using Brønsted acid ionic liquid as catalyst
Karavalakis et al. Biodiesel production using tetramethyl-and benzyltrimethyl ammonium hydroxides as strong base catalysts
Elsheikh Optimization of novel pyrazolium ionic liquid catalysts for transesterification of bitter apple oil
Supardan et al. Effect of co-solvent addition on glycerolysis of waste cooking oil.
Jachuck et al. Green engineering: continuous production of biodiesel using an alkaline catalyst in an intensified narrow channel reactor
Tang et al. Transesterification of rapeseed oil catalyzed by liquid organic amine in supercritical methanol in a continuous tubular‐flow reactor
Somnuk et al. Feasibility of using ultrasound-assisted biodiesel production from degummed-deacidified mixed crude palm oil using small-scale circulation
Taslim et al. Biodiesel production from ethanolysis of DPO using deep eutectic solvent (DES) based choline chloride–ethylene glycol as co-solvent
Prateepchaikul et al. Design and testing of continuous acid-catalyzed esterification reactor for high free fatty acid mixed crude palm oil

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110916