Produksi Biodiesel & Konversi Biodiesel
Atasi Keterbatasan Produksi Biodiesel dengan Reaktor Ultrasonik! Kinetika reaksi yang lambat dan perpindahan massa yang buruk dapat secara signifikan mengurangi kapasitas, rendemen, dan kualitas produksi pabrik biodiesel Anda. Reaktor ultrasonik Hielscher mengatasi tantangan ini dengan meningkatkan kinetika transesterifikasi secara substansial. Hasilnya, pemrosesan biodiesel memerlukan lebih sedikit metanol berlebih dan jumlah katalis yang lebih rendah.
Kavitasi Ultrasonik: Solusi Pencampuran yang Unggul
Produksi biodiesel tradisional biasanya menggunakan reaktor batch dengan panas dan pencampuran mekanis sebagai masukan energi. Kavitasi ultrasonik menawarkan alternatif efektif yang menghasilkan pencampuran lebih baik dalam pemrosesan biodiesel komersial. Kavitasi ultrasonik ini menyediakan energi aktivasi yang diperlukan untuk transesterifikasi biodiesel industri.
Keunggulan Utama Transesterifikasi Biodiesel Ultrasonik:
- Tingkat konversi lebih tinggi
- Waktu reaksi lebih singkat
- Kualitas produk lebih baik
- Kemampuan mengonversi minyak limbah menjadi FAME (metil ester asam lemak)
Pencampuran ultrasonik meningkatkan tingkat konversi biodiesel, meningkatkan rendemen, serta menghemat metanol berlebih dan katalis.
Transesterifikasi Biodiesel yang Ditingkatkan secara Ultrasonik
Produksi biodiesel biasanya melibatkan reaksi kimia yang disebut transesterifikasi, yaitu ketika trigliserida (seperti minyak nabati, lemak hewan, atau minyak goreng bekas) bereaksi dengan alkohol (seperti metanol) dengan adanya katalis untuk menghasilkan biodiesel (metil ester asam lemak) dan gliserol. Reaktor ultrasonik dapat digunakan untuk meningkatkan proses transesterifikasi dengan beberapa cara, sehingga memberikan sejumlah manfaat:
- Pencampuran lebih baik: Gelombang ultrasonik dapat menciptakan gelembung kavitasi yang runtuh dengan hebat, sehingga menyebabkan pencampuran dan pengadukan intens pada campuran reaksi. Hal ini meningkatkan kontak antara reaktan dan katalis, sehingga menghasilkan transesterifikasi yang lebih cepat dan lebih tuntas.
- Kinetika reaksi dipercepat: Kondisi berenergi tinggi yang dihasilkan oleh gelombang ultrasonik dapat mengaktifkan reaksi, meningkatkan laju reaksi, dan mengurangi waktu reaksi yang diperlukan untuk mencapai tingkat konversi tertentu. Hal ini dapat menghasilkan rendemen lebih tinggi dan biaya lebih rendah.
- Penggunaan katalis lebih sedikit: Reaktor ultrasonik dapat meningkatkan efisiensi penggunaan katalis dengan menyediakan lebih banyak situs aktif untuk reaksi. Artinya, lebih sedikit katalis diperlukan untuk mencapai tingkat konversi yang sama, sehingga mengurangi biaya dan dampak lingkungan.
- Kualitas produk lebih baik: Reaktor ultrasonik dapat menghasilkan biodiesel dengan kandungan asam lemak bebas lebih rendah, kemurnian lebih tinggi, dan sifat alir pada suhu rendah yang lebih baik. Hal ini disebabkan oleh pencampuran yang lebih baik dan kinetika reaksi yang lebih cepat, yang meminimalkan pembentukan produk samping dan pengotor yang tidak diinginkan.
Keunggulan pemrosesan biodiesel ultrasonik ini menjadikan penggunaan sistem reaktor ultrasonik sangat ekonomis karena penggunaan reaktor ultrasonik secara signifikan meningkatkan efisiensi, kecepatan, dan kualitas transesterifikasi biodiesel. Secara keseluruhan, ini berarti sonikasi menjadikan transesterifikasi sebagai proses yang lebih berkelanjutan secara ekonomi dan lingkungan.
Masalah Pencampuran Biodiesel Konvensional: Reaksi esterifikasi konvensional dalam pemrosesan batch cenderung lambat, dan pemisahan fase gliserin memakan waktu, sering kali membutuhkan 5 jam atau lebih.
Reaktor ultrasonik membantu Anda mempercepat proses biodiesel sekaligus meningkatkan rendemen dan kualitas biodiesel dengan biaya pemrosesan lebih rendah!
Sonikator kelas industri UIP2000hdT dengan sel alir FC2T500k untuk esterifikasi dan transesterifikasi biodiesel secara inline.
Keunggulan Transesterifikasi Biodiesel Ultrasonik
- Rendemen biodiesel lebih tinggi berkat pencampuran yang lebih baik
- Kualitas biodiesel meningkat
- Bahkan minyak berkualitas paling rendah dapat digunakan sebagai bahan baku
- Pemrosesan inline secara kontinu
- Lebih sedikit metanol
- Lebih sedikit katalis
- Hemat waktu berkat konversi berkecepatan tinggi
- Hemat energi
- Pengoperasian sederhana dan aman
- Konstruksi kokoh dan kebutuhan perawatan rendah
- Kinerja tinggi: pengoperasian 24/7 pada beban penuh
Reaktor ultrasonik UIP16000hdT menghasilkan sekitar 32MMGY
“Kami sangat puas dengan peralatan dan layanan Hielscher, dan kami bertekad untuk menyertakan teknologi sonikasi Hielscher dalam semua kegiatan kami di masa mendatang.”
Todd Stephens, Tulsa Biofuels
Ultrasonik untuk Produksi Biodiesel
Biodiesel sering diproduksi dalam reaktor batch. Konversi biodiesel ultrasonik memungkinkan pemrosesan inline secara kontinu. Sonikasi dapat mencapai rendemen biodiesel lebih dari 99%. Reaktor ultrasonik mengurangi waktu pemrosesan dari pemrosesan batch konvensional selama 1 hingga 4 jam menjadi kurang dari 30 detik. Yang lebih penting, sonikasi mengurangi waktu pemisahan dari 5 hingga 10 jam (dengan pengadukan konvensional) menjadi kurang dari 60 menit. Sonikasi juga membantu mengurangi jumlah katalis yang diperlukan hingga 50% karena meningkatnya aktivitas kimia dengan adanya kavitasi. Ketika menggunakan sonikasi, jumlah metanol berlebih yang diperlukan juga berkurang. Manfaat lainnya adalah peningkatan kemurnian gliserin yang dihasilkan.
Tahapan Produksi Biodiesel Ultrasonik:
- minyak nabati atau lemak hewan dicampur dengan metanol (yang menghasilkan metil ester) atau etanol (untuk etil ester) dan metoksida atau hidroksida natrium atau kalium
- campuran dipanaskan, misalnya hingga suhu antara 45 dan 65degC
- campuran yang telah dipanaskan disonikasi secara inline selama 5 hingga 15 detik
- gliserin mengendap atau dipisahkan menggunakan sentrifus
- biodiesel hasil konversi dicuci dengan air
Sonikasi paling sering dilakukan pada tekanan tinggi (1 hingga 3bar, tekanan manometrik) menggunakan pompa umpan dan katup tekanan balik yang dapat disetel di dekat sel alir.
Konversi biodiesel industri tidak memerlukan banyak energi ultrasonik. Kebutuhan energi aktual dapat ditentukan pada skala meja laboratorium menggunakan, misalnya, prosesor ultrasonik 1kW seperti UIP1000hdT. Semua hasil dari uji skala meja laboratorium tersebut dapat ditingkatkan skalanya secara linear tanpa masalah. Jika diperlukan, perangkat ultrasonik bersertifikasi ATEX tersedia, seperti UIP1000-Exd.
Hielscher memasok peralatan pemrosesan biodiesel ultrasonik industri ke seluruh dunia. Dengan prosesor ultrasonik berdaya hingga 16kW per perangkat, tidak ada batasan ukuran pabrik biodiesel atau kapasitas pemrosesan.
Biaya Produksi Biodiesel Ultrasonik
Sonikasi merupakan cara efektif untuk meningkatkan kecepatan reaksi dan tingkat konversi dalam produksi biodiesel komersial. Biaya pemrosesan ultrasonik terutama berasal dari investasi peralatan ultrasonik, biaya utilitas, dan perawatan. Efisiensi energi sonikator Hielscher yang luar biasa membantu mengurangi biaya utilitas dan dengan demikian menjadikan proses ini lebih ramah lingkungan. Biaya sonikasi yang dihasilkan berkisar antara 0,1ct dan 1,0ct per liter (0,4ct hingga 1,9ct/gallon) ketika digunakan pada skala komersial.
Baca lebih lanjut tentang efisiensi proses dan manfaat ekonomi produksi biodiesel ultrasonik!
Pencampuran ultrasonik mengurangi konsumsi energi spesifik dalam produksi biodiesel, jauh mengungguli pencampuran magnetik hidrodinamik dan pencampur bergeser tinggi.
Sistem Biodiesel Ultrasonik Skala Kecil
Sonikasi dapat digunakan untuk mengonversi minyak menjadi biodiesel pada skala apa pun. Gambar di bawah menunjukkan sistem skala kecil untuk pemrosesan 60–70L (16 hingga 19 gallons). Ini merupakan sistem yang umum digunakan untuk studi awal dan demonstrasi proses.
Esterifikasi dan transesterifikasi ultrasonik dapat dijalankan sebagai proses batch atau proses inline kontinu. Diagram ini menunjukkan proses batch ultrasonik untuk konversi biodiesel.
3x sonikator 1kW model 1000hdT dengan reaktor ultrasonik aliran tembus untuk konversi biodiesel yang sangat efisien.
- satu sonikator (misalnya UIP500hdT atau UIP1000hdT) dengan booster, sonotrode, dan sel alir
- meter daya untuk mengukur daya dan energi
- tangki pemrosesan 80L (plastik, misalnya HDPE)
- elemen pemanas (1 hingga 2kW)
- tangki pracampuran katalis 10L (plastik, misalnya HDPE)
- pencampur awal katalis (pengaduk)
- pompa (sentrifugal, mono, atau roda gigi) untuk sekitar 10 hingga 20L/min pada 1 hingga 3 barg
- katup tekanan balik untuk menyetel tekanan dalam sel alir
- manometer untuk mengukur tekanan umpan
Reaktor Ultrasonik untuk Pemrosesan Biodiesel yang Unggul
Hielscher Ultrasonics menawarkan prosesor dan reaktor ultrasonik berkinerja tinggi yang akan meningkatkan produksi biodiesel Anda melalui rendemen biodiesel lebih tinggi, kualitas biodiesel lebih baik, waktu pemrosesan lebih singkat, dan biaya produksi lebih rendah.
Reaktor Ultrasonik Skala Kecil dan Menengah untuk Transesterifikasi Biodiesel
Untuk produksi biodiesel skala kecil dan menengah hingga 9ton/hr (2900 gal/hr), Hielscher menawarkan UIP500hdT (500 watts), UIP1000hdT (1000 watts), UIP1500hdT (1500 watts), dan UIP2000hdT (2000 watts) sebagai pencampur ultrasonik bergeser tinggi dengan reaktor aliran tembus untuk pemrosesan biodiesel inline yang andal dan efisien. Keempat reaktor ultrasonik ini sangat ringkas serta mudah diintegrasikan atau dipasang pada sistem yang sudah ada. Reaktor ini dibuat untuk pengoperasian tugas berat di lingkungan yang keras. Di bawah ini Anda akan menemukan konfigurasi reaktor yang direkomendasikan untuk berbagai laju produksi.
|
ton/hr
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 watts) |
0,25 hingga 0,5
|
80 hingga 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 watts) |
0,5 hingga 1,0
|
160 hingga 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 watts) |
0,75 hingga 1,5
|
240 hingga 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 watts) |
1,0 hingga 2,0
|
320 hingga 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 watts) |
2,0 hingga 4,0
|
640 hingga 1280
|
| 4x UIP1500hdT (1500 watts) |
3,0 hingga 6,0
|
960 hingga 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 watts) |
4,5 hingga 9,0
|
1440 hingga 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 watts) |
6,0 hingga 12,0
|
1920 hingga 3840
|
Reaktor Biodiesel Industri dengan Kapasitas Pemrosesan Sangat Besar
Untuk pabrik produksi biodiesel dengan pemrosesan industri, Hielscher menawarkan homogenizer ultrasonik UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10.000 (10kW), dan UIP16000hdT (16kW)! Prosesor ultrasonik ini dirancang untuk pemrosesan kontinu pada laju alir tinggi. UIP4000hdT, UIP6000hdT, dan UIP10000 dapat diintegrasikan ke dalam kontainer angkutan laut standar. Sebagai alternatif, keempat model prosesor tersedia dalam kabinet baja tahan karat. Pemasangan tegak memerlukan ruang minimal. Di bawah ini Anda akan menemukan konfigurasi yang direkomendasikan untuk laju pemrosesan industri yang umum.
|
ton/hr
|
gal/hr
|
1x UIP6000hdT (6000 watts) |
3,0 hingga 6,0
|
960 hingga 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 watts) |
6,0 hingga 12,0
|
1920 hingga 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 watts) |
10,0 hingga 20,0
|
3200 hingga 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 watts) |
9,0 hingga 18,0
|
2880 hingga 5880
|
| 3x UIP10000 (10.000 watts) |
15,0 hingga 30,0
|
4800 hingga 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16.000 watts) |
24,0 hingga 48,0
|
7680 hingga 15.360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 hingga 80,0
|
12.800 hingga 25.600
|
Hubungi Kami! / Ajukan Pertanyaan kepada Kami!
Sonikator UIP16000hdT mampu memproses 32MMGY biodiesel.
Inovasi Teknologi Tahun Ini dari Frost & Sullivan
Hielscher Ultrasonics menerima Penghargaan Inovasi Teknologi Tahun Ini yang bergengsi dari Frost and Sullivan sebagai pengakuan atas pengembangan teknologi ultrasonik baru oleh perusahaan untuk produksi biodiesel.
Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang Penghargaan Frost and Sullivan untuk reaktor biodiesel Hielscher Ultrasonics!
Transesterifikasi – Konversi Kimia Biodiesel
Produksi biodiesel dari minyak nabati (misalnya kedelai, kanola, jarak pagar, biji bunga matahari), alga, lemak hewan, serta minyak goreng bekas melibatkan transesterifikasi asam lemak dengan metanol atau etanol yang dikatalisis basa untuk menghasilkan metil ester atau etil ester yang sesuai. Gliserin merupakan produk samping yang tak terhindarkan dari reaksi ini.
Minyak nabati maupun lemak hewan merupakan trigliserida yang tersusun atas tiga rantai asam lemak yang diikat oleh satu molekul gliserin. Trigliserida merupakan ester. Ester adalah asam, seperti asam lemak, yang digabungkan dengan alkohol. Gliserin (= gliserol) merupakan alkohol berat. Dalam proses konversi, ester trigliserida diubah menjadi alkil ester (= biodiesel) menggunakan katalis (larutan alkali kaustik) dan reagen alkohol, misalnya metanol, yang menghasilkan biodiesel metil ester. Metanol menggantikan gliserin. Proses konversi kimia ini disebut transesterifikasi.
Setelah transesterifikasi, gliserin, yang merupakan fase lebih berat, akan mengendap ke dasar. Biodiesel, yang merupakan fase lebih ringan, mengapung di atas dan dapat dipisahkan, misalnya dengan dekanter atau sentrifus.
Persiapan Biodiesel
Kalium hidroksida (0,2 hingga 0,4kg, katalis) dilarutkan dalam sekitar 8,5L metanol di tangki pracampuran katalis. Hal ini memerlukan pengadukan pracampuran katalis. Tangki pemrosesan diisi dengan 66L minyak nabati. Minyak dipanaskan oleh elemen pemanas hingga 45 hingga 65degC.
Konversi Biodiesel
Ketika katalis telah sepenuhnya larut dalam metanol, pracampuran katalis dicampur dengan minyak yang telah dipanaskan. Pompa memasok campuran ke sel alir. Dengan katup tekanan balik, tekanan disetel menjadi 1 hingga 3barg (15 hingga 45psig). Resirkulasi melalui reaktor biodiesel ultrasonik harus dilakukan selama sekitar 20 menit. Selama waktu ini, minyak dikonversi menjadi biodiesel. Setelah itu, pompa dan ultrasonik dimatikan. Gliserin (fase lebih berat) akan terpisah dari biodiesel (fase lebih ringan). Pemisahan memerlukan sekitar 30 hingga 60 menit. Setelah pemisahan selesai, gliserin dapat dikeluarkan.
Pencucian Biodiesel
Karena biodiesel hasil konversi mengandung pengotor, pencucian diperlukan. Untuk pencucian, air dicampurkan ke dalam biodiesel. Sonikasi dapat membantu pencampuran biodiesel dengan air. Hal ini meningkatkan luas permukaan aktif sebagai akibat dari berkurangnya ukuran tetesan. Perhatikan bahwa sonikasi yang sangat intens dapat memperkecil tetesan air hingga ukuran yang menyebabkan terbentuknya emulsi yang hampir stabil, sehingga memerlukan cara khusus (misalnya sentrifus) untuk memisahkannya.
Pabrik Produksi Biodiesel
Diagram alir di bawah menunjukkan konfigurasi yang umum untuk sonikasi inline minyak, metanol, dan katalis guna mengonversinya menjadi biodiesel.
Esterifikasi dan transesterifikasi ultrasonik dapat dijalankan sebagai proses batch atau proses inline kontinu. Diagram ini menunjukkan proses inline ultrasonik untuk transesterifikasi biodiesel (FAME).
Pemrosesan dan Pemisahan Biodiesel secara Kontinu
Dalam sistem untuk pemrosesan biodiesel kontinu dan pemisahan kontinu, minyak yang telah dipanaskan dan pracampuran katalis dicampur secara kontinu menggunakan pompa yang dapat disetel. Pencampur statis inline meningkatkan homogenitas umpan ke reaktor ultrasonik. Campuran minyak/katalis melewati sel alir, tempat campuran terpapar kavitasi ultrasonik selama sekitar 5 hingga 30 detik. Katup tekanan balik digunakan untuk mengendalikan tekanan dalam sel alir. Campuran yang telah disonikasi memasuki kolom reaktor dari bagian atas. Volume kolom reaktor dirancang untuk memberikan waktu tinggal sekitar 1 jam dalam kolom. Selama waktu tersebut, reaksi transesterifikasi diselesaikan. Campuran gliserin/biodiesel yang telah bereaksi dipompa ke sentrifus untuk dipisahkan menjadi fraksi biodiesel dan gliserin. Pemrosesan lanjutan melibatkan pemulihan metanol, pencucian, dan pengeringan, serta juga dapat dilakukan secara kontinu.
Sistem ini meniadakan pemrosesan batch dalam reaktor biodiesel, pengaduk konvensional, dan tangki pemisah berukuran besar.
Kecepatan Reaksi Transesterifikasi Biodiesel
Diagram di bawah menunjukkan hasil yang umum dari transesterifikasi minyak rapa (kelas industri) dengan natrium metoksida (kiri) dan kalium hidroksida (kanan). Untuk kedua pengujian, sampel kontrol (garis biru) dikenai pencampuran mekanis intens. Garis merah mewakili sampel yang disonikasi dengan formulasi identik dalam hal rasio volume, konsentrasi katalis, dan suhu. Sumbu horizontal menunjukkan waktu setelah pencampuran atau sonikasi, masing-masing. Sumbu vertikal menunjukkan volume gliserin yang mengendap di dasar. Ini merupakan cara sederhana untuk mengukur kecepatan reaksi. Pada kedua diagram, sampel yang disonikasi (merah) bereaksi jauh lebih cepat daripada sampel kontrol (biru).
Perbandingan pencampuran ultrasonik (grafik merah) dengan pencampuran konvensional (grafik biru) untuk produksi biodiesel – menggunakan natrium metoksida (kiri) dan kalium hidroksida (kanan) sebagai katalis.
Tautan untuk Perlengkapan Biodiesel
Klik di sini untuk tautan ke pemasok pompa dan tangki bagi industri biodiesel.
Informasi Bahan Kimia dan Keselamatan
Bacalah informasi di bawah dengan saksama untuk mencegah komplikasi dan dampak buruk terhadap kesehatan.
Bahan Kimia Biodiesel
Metanol bersifat toksik. Metanol dapat menyebabkan kerusakan saraf akibat penggunaan berkepanjangan. Metanol juga dapat diadsorpsi oleh kulit. Jika terciprat ke mata, metanol dapat menyebabkan kebutaan, dan metanol dapat berakibat fatal jika tertelan. Karena itu, lakukan tindakan pencegahan yang diperlukan saat menangani metanol. Disarankan menggunakan respirator yang baik, celemek, dan sarung tangan karet.
Kalium hidroksida (KOH) bersifat toksik dan menyebabkan luka bakar pada kulit saat terjadi kontak. Ventilasi yang baik diperlukan.
Pastikan ruang kerja memiliki ventilasi yang memadai dan menyeluruh agar uap dapat keluar. Respirator dengan kartrid penyaring uap tidak efektif terhadap uap metanol. Sistem pasokan udara (SCBA – alat bantu pernapasan mandiri) memberikan perlindungan yang lebih baik terhadap uap metanol.
Biodiesel dan Komponen Karet
Pengoperasian dengan 100% biodiesel dalam waktu lama dapat menyebabkan masalah pada komponen karet mesin yang terbasahi bahan bakar (pompa, selang, cincin O). Penggantian dengan komponen baja atau karet untuk tugas berat dapat mengatasi masalah ini. Sebagai alternatif, Anda dapat mencampurkan sekitar 25% diesel konvensional (fosil) ke dalam biodiesel untuk mencegah masalah.
Literatur / Referensi
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari skala laboratorium hingga industri.