HEAL DSpace

Παραγωγή βιοντίζελ από φυτικά έλαια με χρήση ετερογενών καταλυτών

DSpace/Manakin Repository

Show simple item record

dc.contributor.advisor Παπαγιαννάκος, Νικόλαος el
dc.contributor.author Μπαράκος, Νικόλαος Κ. el
dc.contributor.author Barakos, Nikolaos K. en
dc.date.accessioned 2014-02-26T11:27:59Z
dc.date.available 2014-02-26T11:27:59Z
dc.date.copyright 2012-09-28 -
dc.date.issued 2014-02-26
dc.date.submitted 2012-09-28 -
dc.identifier.uri http://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/8827
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.907
dc.description 162 σ. el
dc.description.abstract Η ανάγκη για χρήση εναλλακτικών και ανανεώσιμων καυσίμων έναντι του πετρελαίου και των προϊόντων του έχει αρχίσει να παίζει έναν σημαντικό ρόλο στον ανεπτυγμένο κόσμο, τόσο για περιβαλλοντικούς όσο και για οικονομικούς και διαχειριστικούς λόγους. Ένα υποσχόμενο βιοκαύσιμο, παραπλήσιο και άριστο υποκατάστατο του συμβατικού ντίζελ, είναι το βιοντίζελ, το οποίο προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που περιέχουν τριγλυκερίδια, δηλαδή από την ελαιούχο βιομάζα, όπως είναι τα φυτικά έλαια και τα ζωικά λίπη. Το βιοντίζελ θεωρείται ως το πλέον διαδεδομένο υγρό βιοκαύσιμο, το οποίο έχει παρόμοιες φυσικοχημικές ιδιότητες με το συμβατικό πετρελαϊκό ντίζελ και είναι πλήρως συμβατό και αναμίξιμο με αυτό σε οποιαδήποτε αναλογία. Έτσι, θεωρείται ως ένα άριστο υποκατάστατο του συμβατικού ντίζελ και μπορεί να χρησιμοποιείται τόσο αυτούσιο όσο και σε διάφορες αναλογίες σε μίγματα με αυτό στις ήδη υπάρχουσες πετρελαιομηχανές. Η χρήση του έχει θετική επίδραση στις εκπομπές καυσαερίων από τους ντιζελοκινητήρες και βελτιώνει τη λιπαντικότητα του βαθειά αποθειωμένου ντίζελ. Η καύση του δεν αυξάνει το επίπεδο του CO2 στην ατμόσφαιρα. Η ενέργεια που παράγεται από την καύση του είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή του. Οι πρώτες ύλες μπορούν να παραχθούν σε τοπικό επίπεδο, ενισχύοντας την οικονομία δημιουργώντας ευκαιρίες για νέες επενδύσεις και θέσεις εργασίας. Νέες ή υπάρχουσες καλλιέργειες μπορούν να χαρακτηριστούν ως ενεργειακές, υποστηρίζοντας έτσι την αγροτική παραγωγή στην Ελλάδα. Το βιοντίζελ παράγεται μέσω της μετεστεροποίησης των τριγλυκεριδίων. Ως αλκοόλη χρησιμοποιείται συνήθως η μεθανόλη, λόγω του χαμηλού κόστους και των φυσικών και χημικών πλεονεκτημάτων που διαθέτει. Η αντίδραση καταλύεται από βάσεις, οξέα και ένζυμα και πραγματοποιείται σε χαμηλές ή υψηλές θερμοκρασίες. Οι συμβατικές διεργασίες εφαρμογής της αντίδρασης μετεστεροποίησης βασίζονται συνήθως στη χρήση βασικών ομογενών καταλυτών, όπως το NaOH, το KOH και το CH3ONa. Παρόλο που η αντίδραση, με τη χρήση βασικού ομογενούς καταλύτη, ολοκληρώνεται σε σύντομο χρονικό διάστημα (~1 h) και σε χαμηλές θερμοκρασίες (65 ± 5οC) και πιέσεις (~1 bar), υπάρχουν προβλήματα στην εφαρμογή της που σχετίζονται με την ποιότητα και την καθαρότητα των πρώτων υλών. Η βασική ομογενής κατάλυση απαιτεί ως πρώτες ύλες φυτικά έλαια και ζωικά λίπη απαλλαγμένα από υγρασία (<0,05% κ.β.) και ελεύθερα λιπαρά οξέα (<0,5% κ.β.). Η χρήση πρώτων υλών με υψηλότερες συγκεντρώσεις υγρασίας και οξύτητας έχει ως συνέπεια την εμφάνιση προβλημάτων που σχετίζονται με το σχηματισμό σαπώνων μέσω της ανεπιθύμητης αντίδρασης της σαπωνοποίησης των ελεύθερων λιπαρών οξέων από τον βασικό καταλύτη. Η αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του κόστους παραγωγής του βιοντίζελ. Επίσης, η διαδικασία καθαρισμού της γλυκερίνης που προκύπτει ως παρα-προϊόν της αντίδρασης, για την παραγωγή γλυκερίνης υψηλής αξίας, είναι δαπανηρή σε σχέση με την συνεχώς μειούμενη τιμή της γλυκερίνης. Η αντίδραση της μετεστεροποίησης καταλύεται επίσης και από οξέα, όπως το H2SO4. Οι όξινοι ομογενείς καταλύτες δεν επηρεάζονται από την παρουσία ελεύθερων λιπαρών οξέων στην πρώτη ύλη και καταφέρνουν να ολοκληρώνουν την αντίδραση, αλλά με μικρότερους ρυθμούς αντίδρασης. Επίσης, οι όξινοι ομογενείς καταλύτες αντιμετωπίζουν προβλήματα που σχετίζονται με τη διάβρωση που προκαλούν στον μηχανολογικό εξοπλισμό. Το προϊόν (βιοντίζελ) πρέπει να καθαριστεί από τα υπολείμματα του όξινου καταλύτη, τα οποία είναι εξαιρετικά διαβρωτικά για τον κινητήρα και ρυπογόνα για το περιβάλλον εάν καούν μαζί με το καύσιμο. Για τους παραπάνω λόγους η όξινη ομογενής κατάλυση δεν προτείνεται πλέον για βιομηχανικές εφαρμογές. Για την παραγωγή βιοντίζελ χωρίς τα παραπάνω προβλήματα γίνονται προσπάθειες ανάπτυξης νέων, οικονομικά αποδοτικών και ευέλικτων διεργασιών παραγωγής βιοντίζελ με τη χρήση νέων στερεών ετερογενών καταλυτών. Το αντικείμενο της διατριβής είναι η ανάπτυξη τέτοιων διεργασιών παραγωγής βιοντίζελ. Ο στόχος της διατριβής ήταν η σημαντική μείωση του κόστους παραγωγής βιοντίζελ με τη βελτίωση, βελτιστοποίηση και ανάπτυξη χημικών διεργασιών που θα μπορούν καταρχήν να μετατρέπουν υπολειμματική και απόβλητη, χαμηλού ή και αρνητικού κόστους, ελαιούχο βιομάζα σε βιοντίζελ και επιπλέον να είναι φιλικές προς το περιβάλλον, με χαμηλές απαιτήσεις σε ενέργεια και όσο το δυνατόν πιο συμβατές με τον όρο «βιοκαύσιμα». Μία νέα διεργασία βασίστηκε στη χρήση ενός τυπικού βασικού ετερογενούς καταλύτη στον οποίο δόθηκε η ονομασία HAS, εφαρμόζοντας τη μέθοδο της μετεστεροποίησης των τριγλυκεριδίων κυρίως φυτικών ελαίων, ραφιναρισμένων και όξινων, χρησιμοποιημένων ελαίων (τηγανελαίων), αποβλήτων ελαίων, αλλά και αποβλήτων ζωικών λιπών. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε αντιδραστήρα πλήρους ανάδευσης διαλείποντος έργου υψηλών πιέσεων, σε θερμοκρασίες 170 - 210oC. Ως αλκοόλη χρησιμοποιήθηκε μεθανόλη αναλυτικής καθαρότητας (99%), σε μοριακή αναλογία μεθανόλης/ελαίου ίση με 6:1. Η συγκέντρωσή του καταλύτη διατηρήθηκε στο 1% κ.β. της αρχικής ποσότητας του ελαίου. Ως πρώτες ύλες χρησιμοποιήθηκαν διάφορα φυτικά έλαια, όπως βαμβακέλαιο οξύτητας 0,15% κ.β. και εργαστηριακά παραγόμενο όξινο βαμβακέλαιο υψηλής οξύτητας (9,5% κ.β.), αλλά και ζωικά λίπη. Η επίδραση των ελεύθερων λιπαρών οξέων και του νερού στη λειτουργία του καταλύτη ελέγχθηκε με εργαστηριακά παραγόμενο όξινο βαμβακέλαιο πολύ υψηλής οξύτητας (43% κ.β.) και περιεκτικότητας σε Η2Ο (3,5% κ.β.). Για την προσομοίωση των πειραματικών δεδομένων χρησιμοποιήθηκε επιτυχώς ένα θεωρητικό μοντέλο τεχνικής κινητικής. Ο εν λόγω βασικός ετερογενής καταλύτης καταλύει επιτυχώς την αντίδραση της μετεστεροποίησης, τόσο σε ραφιναρισμένο όσο και σε όξινο φυτικό έλαιο. Παρατηρήθηκε πλήρης μετατροπή των τριγλυκεριδίων σε χρόνο μικρότερο των τριών (3) ωρών και σημαντική μείωση της οξύτητας του ελαίου (άρα καταλύει και την αντίδραση της εστεροποίησης) η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις έφτασε στο 1% κ.β. Η δράση του δεν επηρεάζεται από την παρουσία ελεύθερων λιπαρών οξέων και νερού στην πρώτη ύλη, ακόμα και σε μεγάλες συγκεντρώσεις. Μάλιστα, ο συγκεκριμένος βασικός ετερογενής καταλύτης λειτουργεί συνεργικά με την οξύτητα της πρώτης ύλης. Δηλαδή, η δράση του όχι μόνο δεν αναστέλλεται από την παρουσία των ελεύθερων λιπαρών οξέων, όπως συμβαίνει με όλους τους άλλους βασικούς ετερογενείς καταλύτες που αναφέρει η βιβλιογραφία, ιδιαίτερα όταν η οξύτητα είναι πολύ υψηλή, αλλά αντίθετα ενισχύεται από αυτή. Όλες οι σταθερές ρυθμού παρουσίασαν μία μείωση με τη θερμοκρασία. Ενδεικτικά, η σταθερά ρυθμού της μετεστεροποίησης των τριγλυκεριδίων στο όξινο βαμβακέλαιο είχε τιμές 16,35x10-04 kg2 mol-1 min-1 gcat-1 στους 200οC και 3,57x10-04 kg2 mol-1 min-1 gcat-1 στους 170οC. Από τις τιμές των σταθερών ρυθμού υπολογίστηκε μία ενέργεια ενεργοποίησης ίση με 79 kJ/mol για τα τριγλυκερίδια, 81 kJ/mol για τα διγλυκερίδια και 105 kJ/mol για τα μονογλυκερίδια. Για την αντίδραση της εστεροποίησης των ελεύθερων λιπαρών οξέων υπολογίσθηκε ενέργεια ενεργοποίησης της τάξης των 90 kJ/mol. Μετά το τέλος της αντίδρασης (διάρκειας 9 h) το τελικό προϊόν ήταν ένα μίγμα μεθυλεστέρων (βιοντίζελ) και σε ποσοστό 15% κ.β. διγλυκεριδίων, μονογλυκεριδίων και ελεύθερων λιπαρών οξέων. Δηλαδή, η αντίδραση είναι ποσοτική μόνο ως προς την κατανάλωση των τριγλυκεριδίων. Στο τελικό μίγμα μετρήθηκαν αξιοσημείωτες ποσότητες διγλυκεριδίων (1,7% κ.β.), μονογλυκεριδίων (10,5% κ.β.) και ελεύθερων λιπαρών οξέων (2,63% κ.β.), με αποτέλεσμα το τελικό προϊόν να περιέχει περίπου 85% κ.β. βιοντίζελ. Για την επίτευξη υψηλών αποδόσεων σε μεθυλεστέρες και την παραγωγή βιοντίζελ προδιαγραφών πραγματοποιήθηκε μετατόπιση της θέσης της χημικής ισορροπίας της αντίδρασης με δύο διαδοχικές απομακρύνσεις της γλυκερινικής στοιβάδας και προσθήκη νέας ποσότητας μεθανόλης μετά από κάθε απομάκρυνση. Αποτέλεσμα των απομακρύνσεων αυτών ήταν ένα τελικό προϊόν με 0,2% κ.β. σε διγλυκερίδια, 1,9% κ.β. σε μονογλυκερίδια, 1% κ.β. σε ελεύθερα λιπαρά οξέα και 96,6% κ.β. σε μεθυλεστέρες. Η επίδραση του νερού στη συμπεριφορά του καταλύτη ελέγχθηκε με όξινο βαμβακέλαιο πολύ υψηλής οξύτητας (43% κ.β.) και υγρασίας (3,5% κ.β.). Και στην περίπτωση αυτή παρατηρήθηκε πλήρης μετατροπή των τριγλυκεριδίων σε διάστημα μικρότερο των τριών (3) ωρών, ενώ η οξύτητα του ελαίου μειώθηκε σημαντικά και έφτασε στο 1% κ.β. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής αναπτύχθηκε με επιτυχία η χρήση του βασικού ετερογενούς καταλύτη HAS για τη μετεστεροποίηση κυρίως αποβλήτων ελαίων κακής ποιότητας (όξινων ελαίων με σημαντική περιεκτικότητα σε νερό). Σε συνδυασμό με τη διεργασία αυτή αναπτύχθηκε και η θερμική μετεστεροποίηση σε υψηλές θερμοκρασίες απουσία καταλύτη. Τα κύρια πλεονεκτήματα των δύο αυτών διεργασιών είναι ο καλύτερος διαχωρισμός των προϊόντων, η μετατροπή σε βιοντίζελ όξινων ελαίων με σημαντική περιεκτικότητα σε ελεύθερα λιπαρά οξέα και νερό, χωρίς οποιαδήποτε προεπεξεργασία της πρώτης ύλης και χωρίς τη δημιουργία ανεπιθύμητων παραπροϊόντων. Επίσης, τόσο οι μεθυλεστέρες όσο και η γλυκερίνη παράγονται σε κατάσταση υψηλής καθαρότητας. Μία άλλη νέα διεργασία παραγωγής βιοντίζελ, που εξετάσθηκε, βασίστηκε στη χρήση ενός ειδικού ενζύμου ως βιοκαταλύτη, της λιπάσης Β του μικροοργανισμού Candida Antarctica, εφαρμόζοντας τη μέθοδο της μετεστεροποίησης των τριγλυκεριδίων. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ειδική διάταξη, με τη λιπάση Β ακινητοποιημένη και σε ποσοστό 4% κ.β. της αρχικής ποσότητας του ελαίου, σε θερμοκρασίες 35 – 40οC και με διάφορες αναλογίες μεθανόλης / ελαίου, χωρίς τη χρήση οργανικού διαλύτη ή την προσθήκη νερού. Στα πειράματα μελετήθηκε η επίδραση της αναλογίας μεθανόλης/ελαίου στην αντίδραση μετεστεροποίησης, καθώς και η επίδραση της προεπεξεργασίας του ενζύμου με μεθυλεστέρες και βαμβακέλαιο στη δραστικότητά του. Από τα πειράματα αυτά διαπιστώθηκε πως όταν η στοιχειομετρική μοριακή αναλογία μεθανόλης/ελαίου (3:1) προστίθεται τμηματικά σε 3 ισόποσες δόσεις (1/1 + 1/1 + 1/1) στις 0, 10 και 14 ώρες, τότε η μετατροπή των τριγλυκεριδίων μετά από συνολικά 48 ώρες αντίδρασης ξεπερνούσε το 98% και το ποσοστό των μεθυλεστέρων άγγιζε το 95% κ.β.. Επίσης, πραγματοποιήθηκε προσπάθεια εξήγησης του ενζυμικού μηχανισμού για τις αντιδράσεις των 3 σταδίων, λαμβάνοντας υπόψη τον μηχανισμό ping pong Bi Bi, καθώς και της ανάπτυξης ενός κινητικού μοντέλου που θα προσομοιώνει κινητικά τα πειραματικά αποτελέσματα, το οποίο στηρίζεται σε 3 αμφίδρομες αντιδράσεις, παρέχοντας 6 κινητικές σταθερές. Τα κύρια πλεονεκτήματα της διεργασίας αυτής είναι η χρήση μεθανόλης σε στοιχειομετρικές αναλογίες, η αντίδραση σε χαμηλές θερμοκρασίες, η παραγωγή προϊόντων υψηλής καθαρότητας κ.ά.. Τα πιο σημαντικά μειονεκτήματα είναι η υψηλή τιμή του ενζύμου και γενικά των ενζύμων και η απαίτηση χρήσης εξευγενισμένων ελαίων για την αποφυγή της αποδραστικοποίησης του βιοκαταλύτη. Για την ανάλυση των μονογλυκεριδίων, διγλυκεριδίων και τριγλυκεριδίων αναπτύχθηκε η μέθοδος της αέριας χρωματογραφίας. Παράλληλα, κατασκευάστηκε και αναπτύχθηκε πιλοτική μονάδα παραγωγής βιοντίζελ, δυναμικότητας 150 lt/day, καθώς και αναλυτικό εργαστήριο προσδιορισμού ιδιοτήτων του παραγόμενου βιοντίζελ, στα πλαίσια του πρώτου ερευνητικού προγράμματος κάθετης παραγωγής βιοντίζελ στη χώρα μας, με ανάδοχο του έργου τον καθηγητή κ. Ν. Παπαγιαννάκο, το οποίο αφορούσε στην ανάπτυξη νέων χημικών διεργασιών για την παραγωγή ελληνικού βιοντίζελ από βιομάζα και τις χρήσεις του στην ελληνική αγορά. el
dc.description.abstract The ever increasing need for using alternative and renewable fuels instead of petroleum cuts, like diesel, in transportation is based on very important environmental, economical and strategic reasons. A promising biofuel, similar and excellent substitute for conventional diesel, is biodiesel. Biodiesel derives from renewable energy sources that contain triglycerides, such as vegetable oils and animal fats. Biodiesel is considered as the most common liquid biofuel that has similar physicochemical properties with the conventional petroleum diesel and is completely compatible and miscible with it in any proportion. Thus, biodiesel is considered as an excellent substitute of conventional diesel and it can be used both as it is and in various proportions in mixtures with diesel in existing diesel engines. Its use has positive effect on exhaust gas emissions derived from the diesel engines and also improves the lubricity of deeply desulfurized diesel. Its combustion does not increase the level of CO2 in the atmosphere. The produced energy by its combustion is greater than the energy required for its production. The raw materials can be produced locally, strengthening this way the economy, creating opportunities for new investments and jobs. New or existing crops can be characterized as energy crops, supporting this way the agricultural production in Greece. Biodiesel is produced through the transesterification of triglycerides. Methanol is usually used as alcohol because of its low cost and its chemical and physical advantages. Transesterification reaction is catalyzed from bases, oxides and enzymes at low or high temperatures The conventional processes of the transesterification reaction are usually based on the use of basic homogeneous catalysts, such as NaOH, KOH and CH3ONa. Although the reaction, using basic homogeneous catalyst, is completed in short time (~ 1 h) and at low temperatures (65 ± 5°C) and pressure (~ 1 bar), there are exist problems in her application related to the quality and the purity of raw materials. Basic homogeneous catalysis requires feedstock, free of moisture (<0.05 wt%) and free fatty acids (<0.5 wt%), vegetable oils and animal fats. Using raw materials with higher moisture and acidity concentrations result to problems associated with the formation of soaps through the reverse reaction of saponification of free fatty acids from the basic catalyst. Addressing these problems has led to an increase in biodiesel production costs. Also, the glycerin, derived as a by-product, cleaning process, in order to produce high quality glycerol, is expensive in relation to the decreasing price of glycerol. Transesterification reaction is also catalyzed by acids, such as H2SO4. The acidic homogeneous catalysts are not affected by the presence of free fatty acids in the feedstock and they complete the reaction, even with lower reaction rates. Also, acidic homogeneous catalysts have problems associated with the corrosion of the equipment. The product (biodiesel) should be cleaned from the acidic catalyst residues, which are highly corrosive to the engine and pollutant for the environment if they are burned together with the fuel. For these reasons the acidic homogeneous catalysis is not recommended for industrial applications. In order to produce biodiesel without these problems, efforts have begun in order to develop new, cost-effective and flexible processes of biodiesel production using new solid heterogeneous catalysts. The object of this study is to develop biodiesel production process. The aim of this study is the significant reduction in biodiesel production cost with enhancement, optimization and development chemical processes that can, in principle, to convert residual and waste, low or even negative cost, oily biomass into biodiesel and moreover been environmentally friendly, with low energy requirements and as compatible as possible with the term "biofuels". A new process based on the use of a typical basic heterogeneous catalyst, which was named HAS, applying the method of transesterification of triglycerides mainly vegetable oils, refined and acidic, used oils, waste oils and waste animal fats. The experiments were realized in a high pressure, continuous stirring, batch reactor, at temperatures ranges of 170 – 210oC. Analytical grade methanol (99%) was uses as an alcohol, in a molar ratio methanol/oil equal to 6:1. The catalyst concentration was maintained at 1 wt% of the initial oil mass. As raw materials, various vegetable oils were used, such as cottonseed oil with acidity 0,15 wt%, laboratory produced acid cottonseed oil with high acidity (9,5 wt%) and also animal fats. The effect of free fatty acids and water in the operation of the catalyst was tested with laboratory produced extra high acidy (43 wt%) and H2O content (3,5 wt%) cottonseed oil. A technical kinetic model was used successfully to simulate the experimental data. This basic heterogeneous catalyst catalyzes with success both refined and acid vegetable oil transesterification reaction. There was shown complete conversion of triglycerides in less than three (3) hours and a significant reduction of the acidity (hence catalyzes the esterification reaction) which in some cases reached to 1 wt%. His action is not affected by the presence of free fatty acids and water in the raw material, even at high concentrations. Indeed, this basic heterogeneous catalyst functions synergistically with the acidity of the feedstock. Namely, his effect is not only inhibited by the presence of free fatty acids, as it happens with all other basic heterogeneous catalysts mentioned in the bibliography, particularly when the acidity is very high, but instead is strengthened by this. All rate constants showed a decrease with temperature. Indicatively, the rate constant of the transesterification of triglycerides in acidic cottonseed oil had values 16,35 x10-4 kg2 mol-1 min-1 g cat-1 at 200oC and 3,57 x10-4 kg2 mol-1 min-1 gcat-1 at 170oC. From the values of rate constants calculated an activation energy equal to 79 kJ/mol for triglycerides, 81 kJ/mol for the diglycerides and 105 kJ/mol for monoglycerides. For the reaction of esterification of free fatty acids calculated activation energy of about 90 kJ/mol. After the end of the reaction (9 h duration) the final product was a mixture of methyl esters (biodiesel) and 15% wt diglycerides, monoglycerides and free fatty acids. Namely, the reaction is quantitative only to the consumption of triglycerides. In the final mixture (were) measured significant quantities of diglycerides (1,7 wt%), monoglycerides (10,5 wt%) and free fatty acids (2,63 wt%), resulting in the final product containing about 85 wt% of biodiesel. To achieve higher yields of methyl esters and to product biodiesel with specifications was relised shift of place of the chemical equilibrium of the reaction with two successive removals of glycerin layer and with the addition of new quantity of methanol after each removal. The result of these removals was a final product with 0,2 wt% of diglycerides, 1,9 wt% monoglycerides, 1 wt% in free fatty acids and 96,6 wt % methyl esters. The effect of water in catalyst performance was tested in high acidity (43 wt. %) and humidity (3.5 wt %) cottonseed oil. Also in this case, a complete conversion of triglycerides in less than three (3) hours, there was shown, while the acidity of the oil was significantly decreased to 1 wt%. As part of doctoral thesis there was successfully developed the use of the basic heterogeneous catalyst HAS for the transesterification of mainly waste oils of poor quality (acid oils with significant water content). In conjunction with this process there was developed and the thermal transesterification at high temperatures absence of a catalyst. The main advantages of these two processes are the better separation of the final products, the conversion of acid oils, with a significant content in free fatty acids and water, into biodiesel, without any pretreatment of the raw material and without producing undesirable byproducts. Also, both the methyl esters and glycerol produced in a high purity. Another novel process for producing biodiesel, examined, based on the use of a specific enzyme as biocatalyst, of lipase B of the microorganism Candida Antarctica, applying the method of the transesterification of triglycerides. The experiments were performed in a special arrangement with the immobilized lipase B and 4% by weight the initial amount of the oil, at temperatures 35 – 40oC and with various ratios of methanol/oil, without using organic solvent or the addition of water. In the experiments, there was studied both the influence of methanol/oil ratio into transesterification reaction, and the effect of pretreatment of the enzyme with methyl and cottonseed oil in activity. From these experiments it was realised that when the stoichiometric molar ratio methanol/oil (3:1) was added partially in 3 divided doses (1/1 + 1/1 + 1/1) at 0, 10 and 14 hours, the conversion of triglycerides after 48 hours total reaction exceeded the 98% and the percentage of methyl esters touched upon 95 wt%. Also took effort to explain the mechanism of enzyme reactions of 3 stages, taking into account the mechanism ping pong Bi Bi, and the development of a kinetic model that simulates walking experimental results, based on 3-way reactions, yielding 6 kinetic constants. The main advantages of this process are the use of methanol in stoichiometric proportions, the reaction at low temperatures, the production of high purity etc. The most important disadvantage is the high price of the enzyme and the enzyme and generally requires the use of refined oil to prevent the deactivation of biocatalyst. Gas chromatography method was developed for the analysis of monoglycerides, diglycerides and triglycerides. Moreover, it was manufactured and developed a pilot biodiesel unit with capacity of 150 lt/day, analytical laboratory to determine properties of the produced biodiesel, in the frames of the first research program of vertical biodiesel production in our country, with contractor of work professor Mr N. Papayannako, which involved in the development of new chemical processes for the production of biodiesel from Greek biomass and uses in the Greek market. en
dc.description.statementofresponsibility Νικόλαος Κ. Μπαράκος el
dc.language.iso el en
dc.rights ETDFree-policy.xml en
dc.subject Βιοντίζελ - Μεθυλεστέρες el
dc.subject Φυτικά έλαια el
dc.subject Ετερογενείς καταλύτες el
dc.subject Τριγλυκερίδια el
dc.subject Μετεστεροποίηση el
dc.subject Αέρια χρωματογραφία el
dc.subject Λιπάσες el
dc.subject Υδροταλσίτες el
dc.subject Biodiesel - Methylesters en
dc.subject Vegetable oils en
dc.subject Heterogeneous catalysts en
dc.subject Τriglycerides en
dc.subject Τransesterification en
dc.subject Lipase en
dc.subject Ηydrotalcites en
dc.title Παραγωγή βιοντίζελ από φυτικά έλαια με χρήση ετερογενών καταλυτών el
dc.title.alternative Biodiesel production from vegetable oils using heterogeneous catalysts en
dc.type doctoralThesis el (en)
dc.date.accepted 2012-07-15 -
dc.date.modified 2012-09-28 -
dc.contributor.advisorcommitteemember Ανδρουτσόπουλος, Γεώργιος el
dc.contributor.advisorcommitteemember Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος el
dc.contributor.committeemember Παπαγιαννάκος, Νικόλαος el
dc.contributor.committeemember Ανδρουτσόπουλος, Γεώργιος el
dc.contributor.committeemember Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος el
dc.contributor.committeemember Γρηγοροπούλου, Ελένη el
dc.contributor.committeemember Κέκος, Δημήτριος el
dc.contributor.committeemember Ρακόπουλος, Κωνσταντίνος el
dc.contributor.committeemember Χριστακόπουλος, Π. el
dc.contributor.department Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών el
dc.date.recordmanipulation.recordcreated 2014-02-26 -
dc.date.recordmanipulation.recordmodified 2014-02-26 -


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record