Кінетичні та технологічні аспекти одержання бутилолеату в присутності оксидів металів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.04.17

Ключові слова:

бутилолеат, олеїнова кислота, бутан-1-ол, естерифікація, каталізатор, оксиди металів, кінетика

Анотація

Досліджено кінетичні закономірності взаємодії олеїнової кислоти і бутан-1-олу в присутності оксидів цинку, нікелю (ІІ), заліза (ІІ) і міді (ІІ) у стаціонарних умовах. Встановлено, що за температури 383 К найвищу каталітичну активність виявляє оксид цинку, а швидкість реакції естерифікації в присутності інших оксидів металів є нижчою та приблизно однаковою. Показано, що за вмісту 0,25 мас. % гетерогенного каталізатора в реакційній суміші та 7,6–8,0-разового мольного надлишку спирту кінетичне рівняння реакція естерифікації має перший порядок за олеїновою кислотою. Для квазігомогенної кінетичної моделі реакції за умови її каталізу оксидами цинку та нікелю (ІІ) за різної температури визначені ефективні константи швидкості, за якими розраховано енергію активації та передекспоненційний множник. Показано, що квазігомогенна модель реакції між олеїновою кислотою та бутан-1-олом задовільно описує процес естерифікації в нестаціонарних умовах. Розраховані за кінетичними показниками процесу і визначені експериментально значення конверсії олеїнової кислоти в процесі її естерифікації в присутності оксиду цинку та оксиду нікелю (ІІ) за умови відгонки води становили 80,0 і 75,9 та 53,7 і 47,5 % за 360 хв реакції, відповідно. Одержані дані дозволяють розраховувати тривалість реакції одержання бутилолеату, необхідну для досягнення заданої конверсії олеїнової кислоти за відповідних температурних умов. Виявлено, що оксиди цинку та міді (ІІ) під час реакції взаємодіють з олеїновою кислотою з утворенням відповідних солей. За допомогою кондуктометрії встановлено, що електрична провідність реакційної суміші збільшується порівняно з модельною сумішшю реагентів у 6,1 та 1,6 рази за умови каталізу реакції оксидом міді (ІІ) та оксидом цинку, відповідно. Зроблене припущення, що в присутності цих оксидів одночасно відбувається гетерогенно- і гомогенно-каталітична естерифікація олеїнової кислоти бутан-1-олом. Вказано, що одним із лімітуючих чинників застосування оксидів металів як каталізаторів трансетрифікації тригліцеридів нижчими аліфатичними спиртами є вміст вільних жирних кислот в олії.

Посилання

Zubenko S. O., Patrylak L. K. Sposoby oderzhannia butylovykh esteriv zhyrnykh kyslot: sohodennia ta perspektyvy [Methods of obtaining butyl esters of fatty acids: present and prospects]. Kataliz i nаftоkhimia [Catalysis and petrochemistry], 2020, Vol. 29, pp. 11–22, doi: 10.15407/kataliz2020.29.011.

Lilja J., Murzin D., Salmi T., Aumo J., Arvela P.M., Sundell M. Esterification of different acids over heterogeneous and homogeneous catalysts and correlation with the Taft equation. J. Mol. Catalysis A: Chemical, 2002, Vol. 182, pp. 555–563, doi: https://doi.org/10.1016/S1381-1169(01)00495-2" target="_blank">10.1016/S1381-1169(01)00495-2.

Caetano C. S., Guerreiro L., Fonseca I. M., Ramos A. M., Vital J., Castanheiro J. E. Esterification of fatty acids to biodiesel over polymers with sulfonic acid groups. Appl. Catalysis A: General, 2009, Vol. 359, pp. 41–46, doi: https://doi.org/10.1016/j.apcata.2009.02.028" target="_blank">10.1016/j.apcata.2009.02.028

Satyarthi J. K., Srinivas D., Ratnasamy P. Influence of Surface Hydrophobicity on the Esterification of Fatty Acids over Solid Catalysts. Energy Fuels, 2010, Vol. 24, pp. 2154–2161, doi:10.1021/ef1001452.

Laudani C. G., Habulin M., Knez Ž., Della Porta G., Reverchon E. Lipase-catalyzed synthesis of long-chain fatty acid esters in a bench-scale packed bed bioreactor. 14th European Meeting on Supercritical Fluids (18-21 May 2014, Marseille France). Available at: https://www.yumpu.com/en/www.isasf.net (accessed 03.11.2020)

Aafaqi R., Mohamed A. R., Bhatia S. J. Kinetics of esterification of palmitic acid with isopropanol using p-toluene sulfonic acid and zinc ethanoate supported over silica gel as catalysts. Chem. Technol. Biotechnol., 2004, Vol. 79, pp. 1127–1134, doi: 10.1002/jctb.1102.

Martins F. P., Rodrigues F. A., da Silva M. J. Fe2(SO4)3-Catalyzed Levulinic Acid Esterification: Production of Fuel Bioadditives. Energies, 2018, Vol. 11, pp. 1263–1274, doi:10.3390/en11051263.

Cardoso A. L., Neves S. C. G., da Silva M. J. Kinetic Study of Alcoholysis of the Fatty Acids Catalyzed by Tin Chloride(II): An Alternative Catalyst for Biodiesel Production. Energy & Fuels, 2009, Vol. 23, pp. 1718–1722. doi: https://doi.org/10.1021/ef800639h">10.1021/ef800639h.

Melnyk Yu. R., Starchevskyi R. O., Melnyk S. R. Transesteryfikatsiia tryhlitserydiv etanolom u prysutnosti oksydiv metaliv [Transesterification of triglycerides with ethanol in the presence of metal oxides]. Bulletin of the National technical university "KhPI". Series: New solutions in modern technology. Kharkiv: NTU "KhPI", 2019, Vol. 5, no. 1330, pp. 132–138, doi:10.20998/2413-4295.2019.05.17.

Kanda L. R. S., Corazzaa M. L., Zatta L., Wypych F. Kinetics evaluation of the ethyl esterification of long chain fatty acids using commercial montmorillonite K10 as catalyst. Fuel, 2017, Vol. 193, pp. 265–274, doi: 10.1016/j.fuel.2016.12.055.

Soltani S., Rashid U., Nehdi I. A., Al-Resayes S. I. Esterification of Palm Fatty Acid Distillate Using a Sulfonated Mesoporous CuO‐ZnO Mixed Metal Oxide Catalyst, Chem. Eng. & Technol., 2017, Vol. 40, no. 10, pp. 1931–193, doi: 10.1002/ceat.201700138.

Zubir M. I., Chin S. Y. Kinetics of Modified Zirconia-catalyzed Heterogeneous Esterification Reaction for Biodiesel Production. J. Appl. Sc., 2010, Vol. 10, no. 21, pp. 2584–2589, doi: 10.3923/jas.2010.2584.2589.

Jiang Y., Lu J., Sun K., Ma L., Ding J. Esterification of oleic acid with ethanol catalyzed by sulfonated cation exchange resin: Experimental and kinetic studies. Energy Convers. Manag., 2013, Vol. 76, pp. 980–985, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.08.011" target="_blank">10.1016/j.enconman.2013.08.011.

Melnyk Yu., Starchevskyi R., Melnyk S. Transesterification of sunflower oil triglycerides by 1-butanol in the presence of d-metal oxides. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii [Issues of Chemistry and Chemical Technology], 2019, Vol. 4, pp. 95–100, doi: 10.32434/0321-4095-2019-125-4-95-100.

Melnyk Y., Starchevskyi R., Melnyk S. Technological Aspects of Vegetable Oils Transesterication with Ethanol in the Presence of Metal Oxides. Kemija u Indusriji, 2020, Vol. 69, no. 7–8, pp. 365−370, doi: 10.15255/KUI.2019.059.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-30

Як цитувати

Melnyk, S., Starchevskyi, R., Melnyk, Y., Orzhekhovska, O., & Mahorivska, H. (2020). Кінетичні та технологічні аспекти одержання бутилолеату в присутності оксидів металів. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях, (4(6), 114–121. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2020.04.17

Номер

Розділ

Хімічні та харчові технології, екологія