3.4.1: környezet-biodízel üzemanyag szintézise

a biológiai olajok molekuláris szerkezetében és tulajdonságaiban különböznek a kőolajoktól (“normál” dízelüzemanyag).

a közönséges kőolaj dízelüzemanyag egyszerű szénhidrogének keveréke, átlagos kémiai képlete C12H23 (alább látható), de az összetevők körülbelül a c10h20 (dodekán) nak nek c15h28(pentadekán). Ezzel szemben a biológiai olajok “trigliceridek” (“észtereknek” minősülnek), mint például az alább látható gliceril-trilinoleát:

nagy méretük és ennek következtében nagy intermolekuláris vonzerők miatt a biológiai olajok viszkozitása általában túl magas a hagyományos dízelmotorokban való felhasználáshoz. A biológiai olajok szintén kevésbé könnyen égnek, koromosabb lánggal, mint a kőolaj-dízel. A biológiai olajokat hagyományos dízelmotorokban lehet használni, ha előmelegítik viszkozitásuk csökkentése érdekében, de ehhez kiegészítő elektromos fűtőberendezésre van szükség, amíg a motor felmelegszik. Ezekhez a rezonokhoz a bilogikus olajok biodízelként történő felhasználáshoz feldolgozást igényelnek.

a biológiai olaj egy észter, amely egy olyan típusú szerves vegyület, amelynek atomkötése alább látható.

az észter kapcsolat. Az R és R ‘ szén-és hidrogénatomláncokat jelöl. R = -CH3 és R’ = -c18h35o2 az 1.példában szereplő metil-sztearát esetében

glicerin

a biológiai olajok észterkötése akkor jön létre, amikor a glicerin molekula reagál szerves savakkal. A glicerinmolekula 3 szénatomból álló lánccal rendelkezik, mindegyiken an-OH (alkohol) csoport található. Az alábbi ábra azt mutatja, hogy egy szerves alkohol hogyan reagál egy szerves savval. A szerves vegyészek rövidítik a molekuláris struktúrákat-az ábrán látható” cikk-cakk ” vonalak szénláncokat képviselnek, mindegyik “cikk-cakk” vagy “cikk-cakk”atommal. Minden szénnek 4 kötése van, és ha kevesebb, mint 4 látható, akkor feltételezzük, hogy H atomokhoz mennek. Tehát az alkohol C2H5OH (etanol), a sav pedig ecetsav (vagy etánsav, CH3COOH) az ábrán:

mivel a glicerin 3-OH csoportot tartalmaz, 3 hosszú láncú szerves “zsírsav” kapcsolódik a terjedelmes “triglicerid”előállításához.

de ugyanolyan egyszerűen, mint az észterek alkoholokból és savakból készülhetnek, alkoholokat vagy savakat is cserélhetnek. Erős báziskatalizátor, például NaOH jelenlétében a triglicerid reagálhat 3 kis alkoholmolekulával, például metanollal (CH3OH), amelyek helyettesítik a glicerin “gerincét”, így 3 különálló, kisebb molekulatömegű észter keletkezik

gyakran két vagy több termék keveréke képződik. Például, amikor egy növényi olaj reagál metanollal, a savak közül csak egy vagy kettő elmozdulhat a glicerinből, csak 1 vagy 2 Fame-t eredményezve.

C3H5(C18H35O2)3 + NaOH + 2 KH3OH CA3O(C18H35O2)2(OH) + 2 C17H35COOCH3 C3H5(C18H35O2)3 + NaOH + 1 KH3OH CA3O(C18H35O2)(OH)2 + 1 C17H35COOCH3 C3H5(C18H35O2)3 + NaOH + 3 CH3OH, C3H5(OH)3 + 3 C17h35cooch3

általában nagy mennyiségű metanolt és nátrium-hidroxidot adnak hozzá, így a reakció a maximális Fame-mennyiséget eredményezi.

de átészterezés esetén, annak ellenére, hogy a reagensek egyikét sem fogyasztják el teljesen, a termékek mennyisége nem növekszik tovább. Azt mondjuk, hogy egy ilyen reakció nem fejeződik be. Ha termékek keverékét állítják elő, vagy a reakció nem fejeződik be, a reakció hatékonyságát általában a kívánt termék százalékos hozamában értékelik. Az elméleti hozamot úgy számítjuk ki, hogy feltételezzük, hogy az összes korlátozó reagens termékké alakul. A kísérletileg meghatározott terméktömegeket ezután összehasonlítjuk az elméleti hozammal, és százalékban fejezzük ki:

1.példa amikor 100,0 g C3H5(C18H35O2)3 gázt és 15,0 g CH3OH-t összekeverünk NaOH katalizátorral 55 Ca-n, 90,96 g c17h35cooch3 metil-sztearát biodízelt kapunk. Számítsa ki a százalékos hozamot.

megoldás ki kell számolnunk az NH3 elméleti hozamát, és ehhez először fel kell derítenünk, hogy N2 vagy H2 A korlátozó reagens. A kiegyensúlyozott egyenlet

c3h5(C18H35O2)3 + NaOH + 3 CH3OH ~ C3H5(OH)3 + 3 C17H35COOCH3 sztearin + nátrium-hidroxid + 3 CH3OH ~ glicerin + 3 metil-sztearát

a reagensek sztöchiometrikus aránya

most, a két reagens kezdeti mennyisége aés A kezdeti összegek aránya tehátmivel ez az arány kisebb, mint , a CH3OH feleslege van. A sztearin a korlátozó reagens. Ennek megfelelően 0,1122 mol sztearint és 0,3366 mol CH3OH-t kell használnunk (0 helyett.4682 mol CH3OH) to calculate the theoretical yield of C17H35COOCH3 (methyl stearate). We then haveso thatWe can organize these calculations in a table:

The percent yield is then

Transesterification is a classic example of a reaction which does not go to completion.