バイオディーゼル（BDF)反応の使用メタノールや触媒量を少しは考察しましょう！！

無題 #化学
本日、県立の某工業高校の教師と生徒さんの訪問を受け、BDFの反応がうまく進行しないなどの質問を受けました。
課題研究でバイオディーゼル（BDF）作りにトライしていると言うことでした。
是非、エコ（ECO）燃料作りで頑張って頂きたいと思います。
 
そこで、気になった点（反応が進まない間違い）が幾つかありました。初歩的な間違いだと思いますので、
BDFのExpertは無視してください。
 
１）メタノール量は１０％（対油脂に対して）で、触媒量を変えつつ反応テストを行っているが、反応があまり進行しなし、グリセリン生成もすくない。
ーーアルカリ触媒量以前に、まずエステル交換反応（量論）的にも、油（脂）１モルに対して、３モルのメタノールが必要です。
この関係は、容積で換算すると油に対して、油脂の種類にもよりますが、概略、容積割合で１２．５％となります。
これは、理論的な最低値です。
 
通常は、前に説明したと思いますが、BDF反応促進、及び出きるだけ逆反応（BDFが油脂に戻る）を抑える為に、（温度や圧力、生成グリセリン量などにもよりますが、）先ずはメタノール量（モル数）を増やす手段が、通常は取られています。
通常BDFの論文等では、油脂１モルに対して、メタノール６モルが標準的で、この場合は容積割合は油脂の２５％ですが、少ない場合は４．５モル（１８．８％）、或いは多い場合は９モル（３７％）で行う場合もあります。多く使えば、メタノール回収費の増大や、メタノール無回収であれば、メタノール費用増大になりますが、反応はそれだけスムーズに進みます。メタノール使用量の上限はありません。１００％でも、２００％でもOKです。
我々は、１９～２０％で、Two－Step反応で行っています。
 
２）アルカリ触媒を苛性ソーダと水酸化カリウム両方で反応テストしているが、同じ量のアルカリ触媒を使っている。
ーーまず使用する触媒の絶対量を適正なものにする必要があります（滴定などで、測定し）。
次に、仮に、油脂１Lに対して水酸化カリウム（KOH)を１０ｇ加えた場合が最適条件だったとすると、
では苛性ソーダ（NaOH)に切り替えた場合の使用量は幾らとなるでしょうか？？
先ず前提条件として、使用苛性ソーダの純度は（ほぼ）１００％、水酸化カリウムの製品純度は９４％とします（純度は製造メーカーに確認して下さい）。
また、原料の廃油（WVO)の滴定液に用いた水酸化カリウム純度も９４％同一と仮定しましょう。
異なれば、純度補正をします。
 
この場合の苛性ソーダ量は６．７ｇ（６．７１４ｇ）が正解です。
この様に、使用アルカリ触媒の種類によって、最適な使用量を変える必要がありますが、皆さんはどうでしょうか？？
変えているけど山勘ですか？？それとも、。。。
 
先ず、前述の水酸化カリウムが仮に、１０ｇが最適だとすると、
どうしてこの様な結論に至ったのでしょうか？
 
より正しくは、いろいろ量を変えて、実反応結果の分析を行う必要があり、毎回テスト・ミニ・バッチ・テストを行うところもある様ですが、
 
殆どは、そこまでは行わず滴定法で酸価（AV)値を測定して、そこからある公式で計算しています（有料のソフトもあるそうです）。
 
滴定液を反応用水酸化カリウムと同じ純度の試薬（純度９４％の水酸化カリウム溶液、１Lに対して１ｇの水酸化カリウム）を使用したとすると、
AV値は２．５５（より正しくは２．５５３）であった筈です。
触媒として、常時苛性ソーダを使用する場合は、苛性ソーダベースのAV値を滴定で求めることができ、この方法でも可能です。
この場合はAV=1.71＠NaOHとなります。
 
AV値の定義は、純度１００％の水酸化カリウムですので、正規のAV=2.40となります。
 
この数値は酸化があまり進んでいない、比較的良い廃油です。
因みに、我々の使用している廃油はAV値＝５程度、グリセリン前処理をするとAV値は２．５程度に低下しますので、
この場合はそれぞれ、水酸化カリウムは１２．４５ｇ、９．９５ｇが正解です。
 
同様に、苛性ソーダを現在使用しているので、この場合の私の使用している公式では、
上記は、同様に苛性ソーダ量は８．３５７ｇ、６．６７９ｇとなります。
 
皆さんは、正解が得られましたか　？
計算の公式は、あえて出していませんが、
ほぼ上記例題から、リバース・エンジニアリング（？）で導きだせるはずです。
 
尚、メタノールは反応と言う点では、メタノール使用量の上限はありません。
むしろ反応が進みますが、一方
 
アルカリ触媒の場合は、弊害となります。
量が多いと石鹸分の生成が増えてしまいますし、少い場合は十分反応が進行しません。
更に、BDFや分離グリセリン中に、多量のアルカリ触媒が残留し、これらの除去が大変です。
精製工程を水洗処理の場合も、Dry-Processの場合も共通です。
誤差の目安は、前述の数値の前後５％程度です。
１０％もずれると、これらの弊害が目立ちますので、
触媒量の計算法と秤の計量精度には、充分なご注意を！！
 
他にも、訪問者の質問や間違い・誤解がありましたが、この２点だけにしておきます。。。
 
では、また。
Joe.H
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