BHUT超声技术用于微藻油的提取和酯交换
背景
生物柴油是一种可再生的家用环保燃料，有可能成为广泛接受的石油柴油替代品。然而，目前由于生产成本过高和原料油供应有限，其广泛实施受到阻碍.
微藻
微藻是少数能满足现有需求的原料油来源之一。然而，的挑战是在将微藻转化为生物柴油之前，从微藻中回收油的成本很高
的方法是机械破坏细胞，然后进行正己烷萃取。这种方法在商业规模上应用时有明显的缺点，因为它涉及到复杂和能源密集的己烷蒸馏步骤。此外，大量的己烷逸出到大气中，造成了空气污染，并造成了巨大的替代成本。一种被称为“原位酯交换”的方法可以消除生物柴油生产过程中的油脂提取和精制步骤。取而代之的是，将油直接提取成甲醇（或乙醇），并在催化剂的作用下进行酯交换并转化为生物柴油。在包括微藻在内的各种含油材料上进行了原位酯交换反应，取得了令人满意的结果。此外，实验室研究表明，微藻油的原位酯交换反应有利于将反应混合物暴露在超声波下.
超声波提取与酯交换
生物柴油的生产包括两个过程：油脂提取和酯交换，这两个过程都被高振幅超声波大大加速。超声波产生的声空化极大地促进了溶剂通过细胞壁的进入，促进了油脂的提取。它还提供了非常有效的油和醇的混合，加快了相转移限制的酯交换反应。这些效应是由于超声空化的机械作用而产生的，超声空化产生剧烈不对称的内爆气泡，并导致微射流刺穿细胞壁.
为什么选择ism 超声技术?
实验室研究表明，为了使超声介导的萃取和酯交换大化，需要高超声振幅，峰间70-120微米（小于，微米）。然而，传统的高功率超声波技术迫使所有过程要么在小规模和高振幅下运行，要么在大范围和低振幅下运行，不允许在工业规模上实现高振幅。因此，扩大传统超声波系统的规模总是与降低超声振幅、降低产生的剪切力和牺牲工艺效率有关.
industrial sonomechanics，llc.（ism）通过开发杠铃角成功地克服了上述限制™ 超声波技术（bhut），允许构建工业超声系统，能够在的超声波下工作
振幅（高达约200微米）。集成杠铃角的输出端面积和由此产生的系统生产率比任何在高振幅下运行的常规超声波设备高10倍以上。因此，任何实验室研究都可以直接在工业规模上实施，而无需降低超声波振幅或改变任何其他优化工艺参数.
ism进行的评估实验
为了评价超声波微藻油工业化生产的可行性，ism进行了一系列评价实验。所有实验都是在批处理模式下进行的，并使用ism 1200w台式超声波系统bsp-1200
传统 和 barbell horn探头设置
该系统由一个超声波发生器、一个压电换能器和一个输出端直径为15.7mm的传统会聚超声变幅杆或一个探头直径为35mm的杠铃角组成。两种装置的超声暴露周期均为3分钟。提供超声振幅是相同的-70微米。然而，由于杠铃角的直径是2.23倍，它的输出面积是5倍，因此，在相同的时间内，这个探头可以处理5倍多的材料.
这项比较是为了证明杠铃角的能力，以直接扩大实验室进程。以干微藻为原料。提取和酯交换培养基为干乙醇.
其他提取方法
此外，使用高速实验室搅拌器进行机械均匀化实验。以干微藻为原料。提取和酯交换培养基为干乙醇。这个实验的曝光周期也是3分钟。.
通过标准实验室提取和酯交换技术（自动索氏提取/酯交换）建立收率基线（如下所示为99%）。这些技术虽然很长，但提供了接近可能的产量，因此，在与其他方法进行比较时非常有用.
萃取实验结果
如下图所示，与高速搅拌相比，高振幅超声辅助提取的产率更高，甚至比繁琐的自动索氏提取（实验室技术）更有效.
在同一溶剂中可以进行两次萃取循环，而不会降低工艺效率（数据以绿色显示）.
使用杠铃角可以将超声提取过程放大五倍，而且效率没有任何损失.
原位酯交换实验结果
高振幅超声辅助原位酯交换反应也比高速搅拌和实验室技术更有效。
使用杠铃角可以将超声波原位酯交换过程放大五倍，而不会降低效率.
结论
上述数据表明，高强度超声波处理可提供非常高的提取和原位酯交换效率，这大大超过了机械均匀化，甚至比繁琐的标准实验室技术更有效。数据还表明，通过在酯交换之前运行多个提取循环，在每个循环结束时过滤掉用过的藻类并用新鲜的材料替换，实际上可以在不损失提取效率的情况下重新使用酒精。在次萃取循环中，当混合物中形成足够浓度的油时，可加入催化剂以启动酯交换反应.
此外，我们已经证明了我们使用bhut直接放大超声过程的能力，在这种情况下，与传统的超声技术相比，提取率和原位酯交换率提高了大约5倍
在所描述的评价实验中，没有尝试系统的工艺条件优化（超声振幅、压力、暴露时间等）。为了能够计算该方法的能量平衡并评估其商业潜力，必须进行优化
能源效率估算
微藻油原位酯交换反应的工业化实施之前，应进行全面的流动实验室研究，以优化所有工艺参数和评估能量平衡。关键的超声波曝光参数是超声振幅、静压和曝光时间。一旦这些条件建立，bhut将允许在不改变任何已确定参数的情况下，从实验室直接扩大到工业规模，但超声波反应器容积和相关的总液体处理能力除外。.
根据我们以往类似工艺的经验，对于原位酯交换，我们估计通过我们的3000w工业超声波系统isp-3000的流速为10升/分钟（l/min）。如果工作液混合物含有约20%的微藻，其中约50%按重量计被提取并转化为生物柴油，则系统相对于最终产品的总生产率约为1 l/min.
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微藻
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超声波提取与酯交换
生物柴油的生产包括两个过程：油脂提取和酯交换，这两个过程都被高振幅超声波大大加速。超声波产生的声空化极大地促进了溶剂通过细胞壁的进入，促进了油脂的提取。它还提供了非常有效的油和醇的混合，加快了相转移限制的酯交换反应。这些效应是由于超声空化的机械作用而产生的，超声空化产生剧烈不对称的内爆气泡，并导致微射流刺穿细胞壁.
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此外，使用高速实验室搅拌器进行机械均匀化实验。以干微藻为原料。提取和酯交换培养基为干乙醇。这个实验的曝光周期也是3分钟。.
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