Ovlivňování transesterifikace řepkového oleje a následné separace reakční směsi

Ing. Jiří Kwiecien

Disertační práce

Influences on teh transesterification of rapeseed oil and subsequent reaction mixture separation

Anotace:

V této práci byly zkoumány chemické a fyzikální faktory ovlivnující technologii výroby bionafty (methylesteru vyšších mastných kyselin). Testovaný zpusob prípravy bionafty se skládá z nekolika technologických kroku: transesterifikacní reakce repkového oleje methanolem za bázické katalýzy hydroxidem draselným, neutralizace zbytkového katalyzátoru, oddestilování prebytecného methanolu za sníženého tlaku, úpravy reakcní smesi pred separací fází a vlastní samovolné separace získaných fází v gravitacním poli. V první cásti této práce byly zkoumány vlivy kvality oleju na transesterifikacní reakci. Do oleju byla umele dodávána kyselina olejová, aby simulovala vzrustající císlo kyselosti oleje. Poté byla do reakcní smesi pridávána voda a menilo se množství katalyzátoru. Získávaná data byla statisticky vyhodnocována a výsledkem jsou lineární a kvadratické modely chování popisující kvalitu a kvantitu získaných produktu. Zkoumána byla také rychlost zmýdelnovací reakce katalyzátoru s estery behem transesterifikacní reakce a vytvoren byl jednoduchý matematický model. Další cást je venována aplikaci oxidu uhlicitého na neutralizaci katalyzátoru a následné demethanolizaci. Duraz byl kladen na popis chemických deju pri demethanolizaci a potenciální schopnosti uhlicitanu draselného katalyzovat zpetnou reakci za vzniku výchozích látek. Tretí cást se zabývá merením a možnými postupy pri matematickém popisu sedimentace glycerolové fáze v prostredí esterové fáze. Použity byly statistické modely s analogií z reakcní kinetiky a mechanistické modely s predpokládanými distribucními funkcemi cástic. Studovány byly i vlivy nekterých podmínek prípravy reakcní smesi na hodnoty parametru uvažovaných distribucních funkcí a jiných parametru modelu. Poslední cást je venována vlivu experimentálních podmínek pred separací (prídavek vody, teplota, intenzita míchání,. . .) na kvalitu fází. Pro vyhodnocení byly použity vícenásobné lineární modely a identifikovány byly nejvýznamnejší vlivy.

Abstract:

In this work, chemical and physical factors which affect the technology of biodiesel (methyl esters of higher fatty acids) production were studied. The used biodiesel preparation method consists of several technological steps: the transesterification reaction of rapeseed oil with methanol under alkaline catalysis of potassium hydroxide, the neutralization of the catalyst rest followed by low pressure distillation of the excess of methanol, treatment of the reaction mixture prior to the separation and finally the spontaneous separation of phases in the gravity field. In the first part of this work, some aspects of the oil quality, related to the transesterification, were studied. The oil was mixed with oleic acid to simulate the increasing acid number of the oil. Then, some doses of water were added into the reaction mixture and amount of catalyst was also changed. The obtained data was statistically evaluated. The result is a set of linear and quadratic models, which can describe influences of both parameters (amounts of water and catalyst) on the products quality and quantity. The reaction rate of the saponification reaction was also studied and a simple mathematical model for obtained data was created. Next part is focused on the use of carbon dioxide for the catalyst neutralization and on the demethanolization step. The attention was paid to chemical processes during the demethanolization and potential ability of potassium carbonate to catalyse the reverse reaction to initial compounds. The third part is dealing with measurement and potential description of sedimentation of the glycerol phase in the environment of the ester phase. Some statistical models on the reaction kinetics basis and mechanistic models with proposed distribution functions of the glycerol phase particles were developed. It was studied, how the conditions of the reaction mixture preparation can affect parameters of distribution functions and other model parameters. The last part is focused on the destription of separation quality, which was influenced by experimental conditions before the sedimentation (addition of water, temperature, intensity of stirring,. . .). Data was evaluated by multiple linear regression and the most significant parameters were described.

Klíčová slova

bionafta, repkový, olej, separace, sedimentace, matematické, modelování, ovlivnení, transesterifikace, demethanolizace, oxid, uhlicitý

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 8. 2010

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 9. 2010

Univerzita Pardubice

Fakulta chemicko-technologická

Doktorský studijní program / obor:
Fyzikální chemie / Fyzikální chemie