Pilot-laitteiston rakentaminen ja käyttöönotto biodieselin valmistusta varten

Abstract

Metropolia Ammattikorkeakoulu Insinöörityön tiivistelmä

Tekijä Tarvo Jaatinen Otsikko Pilot-laitteiston rakentaminen ja käyttöönotto biodieselin valmistusta varten

Sivumäärä 51 Aika 2.12.2009

Koulutusohjelma kemiantekniikan koulutusohjelma Tutkinto insinööri (AMK) Ohjaaja lehtori Seppo Lahti Ohjaava opettaja yliopettaja Pekka Lehtonen

Insinöörityössä rakennettiin ja koekäytettiin pilot-laitteisto, jonka avulla voidaan valmistaa kasviöljystä biodieseliä vaihtoesteröintireaktion avulla. Nyt manuaalisesti toimiva laitteisto on prototyyppi myöhemmin rakennettavasta täysin automaattisesta laitteistosta, jonka avulla biodieselin valmistus tapahtuu täysin tietokoneen ohjaamana.

Laitteisto koostuu kolmesta eri säiliöstä, joista ensimmäisessä tapahtuu vaihtoesteröintireaktio rypsiöljyn, metanolin ja emäskatalyytin välillä. Reaktiosäiliössä lämmitetään reaktion lähtöaineiden seos 60 °C:seen sekoituksen ollessa päällä. Reaktiotuotteina saadaan biodieseliä ja glyserolia.

Toinen säiliö on biodieselin pesusäiliö, jossa biodieseliä pestään vedellä vesisumun ja kuplituksen avulla. Vesisumu leviää tasaisesti biodieselin pinnalle ja painuu säiliön pohjalle absorboiden samalla veteen liukenevia epäpuhtauksia. Toinen pesuvaihe suoritetaan kuplituksen avulla, jossa pumpataan ilmaa lasiputkeen, jonka päässä on huokoista keraamista materiaalia. Lasiputki on sijoitettu säiliön pohjalle, jolloin syntyneet ilmakuplat nousevat biodieselin pinnalle kuljettaen mukanaan vettä, joka absorboi epäpuhtauksia biodieselistä.

Koeajojen tarkoituksena oli optimoida tarvittavat reaktio- ja pesuolosuhteet, jotta reaktiotuotteena saadaan mahdollisimman puhdasta ja hyvälaatuista biodieseliä. Samalla kerättiin tietoja automatisoidun laitteiston rakentamista varten.

Saatuja biodieselnäytteitä analysoitiin kaasukromatografi-massaspektometrillä ja pommikalorimetrillä. Suoritettujen analyysien tulosten perusteella todettiin, että biodieselin valmistus on mahdollista koekäytetyllä laitteistolla.

Hakusanat biodiesel, kasviöljy, vaihtoesteröinti, pilot-laitteisto, optimointi

Helsinki Metropolia University of Applied Sciences Abstract

Author Tarvo Jaatinen Title Building and trial run of pilot equipment for producing biodiesel

Number of Pages 51 Date December 2, 2009

Degree Programme Chemical Engineering Degree Bachelor of Engineering Instructor Seppo Lahti, Lecturer Supervisor Pekka Lehtonen, Principal lecturer

In this thesis project pilot equipment for producing biodiesel out of vegetable oil through transesterification was constructed and tested. The equipment will form the basis for a fully automated system that enables computer controlled biodiesel production.

The equipment consists of three containers. The first one is for transesterification between rapeseed oil, methanol and sodium hydroxide. In the reaction container, the chemicals were heated to 60 °C while mixing. The reaction products are biodiesel and glycerol.

The second container is a washing container. A nozzle creates water fog that spreads evenly on the surface of the biodiesel and while sinking, absorbs impurities. The second washing process uses bubble washing. A pump blows air into a glass tube with porous ceramic end piece. The tube is located at the bottom of the container. The bubbles rise into surface of the solution carrying water that absorbs water soluble impurities from the biodiesel phase.

The purpose of the trial runs was to optimize the reaction conditions and the washing process to get as high-quality biodiesel as possible. Another purpose was to get information for developing more automated equipment.

Samples of the produced biodiesel were analysed using a gas chromatograph-mass spectometer and a bomb calorimeter. Based on the analyses, it was confirmed that high quality biodiesel was possible to produce with the constructed equipment.

Keywords biodiesel, vegetable oil, transesterification, pilot equipment, optimization