Published October 30, 2023
| Version v1
Publication
Open
Esterification of Oleic Acid for Biodiesel Production Using a Semibatch Atomization Apparatus
Creators
- 1. Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Description
Although biodiesel production is undoubtedly a mature technology, there are still ways to improve it, especially through process intensification. The present study investigated the esterification of oleic acid with ethanol for biodiesel production in a nonconventional atomization reactor. The effects of the oleic acid flow rate (1.3, 2.6, and 3.9 g/min), atomization pressure (50, 100, and 150 kPa), and temperature (323, 333, and 343 K) were evaluated by a complete factorial experimental design. The size of droplets was determined by computational image processing. A mathematical model was also developed to describe the conversion of oleic acid to ethyl ester as a function of molar concentration of components and operating conditions of the reactor. A hybrid estimation of parameters (pre-exponential factor, activation energy, and equilibrium and solubility constants) was performed using particle swarm optimization followed by the Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno method. The Pareto analysis has shown that the increase in temperature in the reactor and the increase in atomization pressure have improved the conversion of oleic acid. Higher pressure values in the atomization nozzle led to the generation of small oleic acid droplets, which accelerated reagent consumption during the reaction. On the other hand, conversion values were reduced by increasing the oleic acid flow rate. The highest conversion of oleic acid (86.7%) was obtained under the following reaction conditions: temperature of 343 K, atomization pressure of 150 kPa, oleic acid flow rate equal to 1.3 g/min using 0.7% sulfuric acid (mol of sulfuric acid/mol of oleic acid), and 2 h of reaction time. The simulations showed that esterification is governed by temperature, but it is possible to observe that the atomization pressure affects more conversion of oleic acid under a low temperature (<323 K).
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
على الرغم من أن إنتاج الديزل الحيوي هو بلا شك تقنية ناضجة، إلا أنه لا تزال هناك طرق لتحسينها، خاصة من خلال تكثيف العملية. بحثت هذه الدراسة في استرة حمض الأوليك مع الإيثانول لإنتاج الديزل الحيوي في مفاعل الانحلال غير التقليدي. تم تقييم تأثيرات معدل تدفق حمض الأوليك (1.3 و 2.6 و 3.9 جم/دقيقة) وضغط الانحلال (50 و 100 و 150 كيلو باسكال) ودرجة الحرارة (323 و 333 و 343 كلفن) من خلال تصميم تجريبي عاملي كامل. تم تحديد حجم القطرات من خلال معالجة الصور الحسابية. كما تم تطوير نموذج رياضي لوصف تحويل حمض الأوليك إلى إستر الإيثيل كدالة للتركيز المولي للمكونات وظروف تشغيل المفاعل. تم إجراء تقدير هجين للمعلمات (عامل ما قبل الأسي، وطاقة التنشيط، وثوابت التوازن والذوبان) باستخدام تحسين سرب الجسيمات متبوعًا بطريقة Broyden - Fletcher - Goldfarb - Shanno. أظهر تحليل باريتو أن الزيادة في درجة الحرارة في المفاعل والزيادة في ضغط الانحلال قد حسنت تحويل حمض الأوليك. أدت قيم الضغط الأعلى في فوهة الانحلال إلى توليد قطرات صغيرة من حمض الأوليك، مما أدى إلى تسريع استهلاك الكاشف أثناء التفاعل. من ناحية أخرى، تم تقليل قيم التحويل عن طريق زيادة معدل تدفق حمض الأوليك. تم الحصول على أعلى تحويل لحمض الأوليك (86.7 ٪) في ظل ظروف التفاعل التالية: درجة حرارة 343 كلفن، وضغط الانحلال 150 كيلو باسكال، ومعدل تدفق حمض الأوليك يساوي 1.3 جم/دقيقة باستخدام 0.7 ٪ حمض الكبريتيك (مول من حمض الكبريتيك/مول من حمض الأوليك)، و 2 ساعة من وقت التفاعل. أظهرت عمليات المحاكاة أن الأسترة تحكمها درجة الحرارة، ولكن من الممكن ملاحظة أن ضغط الانحلال يؤثر على المزيد من تحويل حمض الأوليك تحت درجة حرارة منخفضة (<323 كلفن).Translated Description (French)
Bien que la production de biodiesel soit sans aucun doute une technologie mature, il existe encore des moyens de l'améliorer, notamment par l'intensification des processus. La présente étude a étudié l'estérification de l'acide oléique avec de l'éthanol pour la production de biodiesel dans un réacteur d'atomisation non conventionnel. Les effets du débit d'acide oléique (1,3, 2,6 et 3,9 g/min), de la pression d'atomisation (50, 100 et 150 kPa) et de la température (323, 333 et 343 K) ont été évalués par un plan expérimental factoriel complet. La taille des gouttelettes a été déterminée par traitement informatique de l'image. Un modèle mathématique a également été développé pour décrire la conversion de l'acide oléique en ester éthylique en fonction de la concentration molaire des composants et des conditions de fonctionnement du réacteur. Une estimation hybride des paramètres (facteur pré-exponentiel, énergie d'activation et constantes d'équilibre et de solubilité) a été réalisée en utilisant l'optimisation des essaims de particules suivie de la méthode de Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno. L'analyse de Pareto a montré que l'augmentation de la température dans le réacteur et l'augmentation de la pression d'atomisation ont amélioré la conversion de l'acide oléique. Des valeurs de pression plus élevées dans la buse d'atomisation ont conduit à la génération de petites gouttelettes d'acide oléique, ce qui a accéléré la consommation de réactif pendant la réaction. D'autre part, les valeurs de conversion ont été réduites en augmentant le débit d'acide oléique. La conversion la plus élevée en acide oléique (86,7 %) a été obtenue dans les conditions réactionnelles suivantes : température de 343 K, pression d'atomisation de 150 kPa, débit d'acide oléique égal à 1,3 g/min en utilisant 0,7 % d'acide sulfurique (mole d'acide sulfurique/mole d'acide oléique), et 2 h de temps de réaction. Les simulations ont montré que l'estérification est régie par la température, mais il est possible d'observer que la pression d'atomisation affecte davantage la conversion de l'acide oléique à basse température (<323 K).Translated Description (Spanish)
Aunque la producción de biodiesel es, sin duda, una tecnología madura, todavía hay formas de mejorarla, especialmente a través de la intensificación del proceso. El presente estudio investigó la esterificación de ácido oleico con etanol para la producción de biodiesel en un reactor de atomización no convencional. Los efectos del caudal de ácido oleico (1.3, 2.6 y 3.9 g/min), la presión de atomización (50, 100 y 150 kPa) y la temperatura (323, 333 y 343 K) se evaluaron mediante un diseño experimental factorial completo. El tamaño de las gotitas se determinó mediante procesamiento computacional de imágenes. También se desarrolló un modelo matemático para describir la conversión de ácido oleico en éster etílico en función de la concentración molar de los componentes y las condiciones de funcionamiento del reactor. Se realizó una estimación híbrida de parámetros (factor preexponencial, energía de activación y constantes de equilibrio y solubilidad) utilizando la optimización de enjambres de partículas seguida del método Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno. El análisis de Pareto ha demostrado que el aumento de la temperatura en el reactor y el aumento de la presión de atomización han mejorado la conversión de ácido oleico. Los valores de presión más altos en la boquilla de atomización condujeron a la generación de pequeñas gotas de ácido oleico, lo que aceleró el consumo de reactivo durante la reacción. Por otro lado, los valores de conversión se redujeron al aumentar la velocidad de flujo de ácido oleico. La conversión más alta de ácido oleico (86.7%) se obtuvo bajo las siguientes condiciones de reacción: temperatura de 343 K, presión de atomización de 150 kPa, velocidad de flujo de ácido oleico igual a 1.3 g/min usando ácido sulfúrico al 0.7% (mol de ácido sulfúrico/mol de ácido oleico) y 2 h de tiempo de reacción. Las simulaciones mostraron que la esterificación se rige por la temperatura, pero es posible observar que la presión de atomización afecta más la conversión de ácido oleico a baja temperatura (<323 K).Files
6957812.pdf.pdf
Files
(4.5 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e6cfc5ebf9dc0f001b400d1bed07cbf5
|
4.5 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استرة حمض الأوليك لإنتاج الديزل الحيوي باستخدام جهاز الانحلال شبه الدفعي
- Translated title (French)
- Estérification de l'acide oléique pour la production de biodiesel à l'aide d'un appareil d'atomisation semi-match
- Translated title (Spanish)
- Esterificación de ácido oleico para la producción de biodiésel utilizando un aparato de atomización semidiscontinuo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4388015723
- DOI
- 10.1155/2023/6957812
References
- https://openalex.org/W1968464440
- https://openalex.org/W1969792997
- https://openalex.org/W1971555194
- https://openalex.org/W1973785748
- https://openalex.org/W1987224767
- https://openalex.org/W1987835571
- https://openalex.org/W1993537552
- https://openalex.org/W1994221765
- https://openalex.org/W1994577409
- https://openalex.org/W1996320447
- https://openalex.org/W1997780179
- https://openalex.org/W2005356898
- https://openalex.org/W2005508058
- https://openalex.org/W2011783280
- https://openalex.org/W2014063491
- https://openalex.org/W2018603347
- https://openalex.org/W2030421209
- https://openalex.org/W2033301200
- https://openalex.org/W2059473510
- https://openalex.org/W2073597805
- https://openalex.org/W2079405019
- https://openalex.org/W2136323922
- https://openalex.org/W2153029525
- https://openalex.org/W2163204614
- https://openalex.org/W2169798844
- https://openalex.org/W2171208595
- https://openalex.org/W2319237953
- https://openalex.org/W2324098986
- https://openalex.org/W2331078871
- https://openalex.org/W2575797461
- https://openalex.org/W2792944292
- https://openalex.org/W2793970844
- https://openalex.org/W2803084860
- https://openalex.org/W2885865783
- https://openalex.org/W2887365649
- https://openalex.org/W2954082612
- https://openalex.org/W2958698203
- https://openalex.org/W2984308345
- https://openalex.org/W2986844658
- https://openalex.org/W3011458900
- https://openalex.org/W3015636315
- https://openalex.org/W3081651496
- https://openalex.org/W3213666848
- https://openalex.org/W4205424745
- https://openalex.org/W4223977456
- https://openalex.org/W4283119823
- https://openalex.org/W4291145645