من UCO إلى الديزل الحيوي باستخدام مفاعلات الموجات فوق الصوتية

أصبح زيت الطهي المستعمل (UCO) أحد أكثر المواد الأولية جاذبية لإنتاج الديزل الحيوي بصورة مستدامة. ويساعد تحويل UCO إلى الديزل الحيوي، أو إستر الميثيل لزيت الطهي المستعمل، على تقليل النفايات وخفض تكاليف المواد الخام ودعم اقتصاد وقود أكثر دائرية. وبالنسبة إلى منتجي الديزل الحيوي الذين يبحثون عن تقنية معالجة فعالة، توفر مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher حلاً قوياً لتكثيف عمليتي الأسترة التبادلية والأسترة.

تُستخدم مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher على نطاق واسع لتحسين تحويل الزيوت والدهون منخفضة التكلفة إلى ديزل حيوي عالي الجودة. ومن خلال إحداث خلط مكثف على المستوى المجهري، يسرّع التجويف بالموجات فوق الصوتية التفاعلات الكيميائية، ويحسّن انتقال الكتلة بين الأطوار غير القابلة للامتزاج، ويساعد المنتجين على تصنيع الديزل الحيوي بسرعة وموثوقية مع إمكانية توسيع نطاق الإنتاج.

UCOME – الديزل الحيوي من الزيوت المستعملة

يرمز UCOME إلى إستر الميثيل لزيت الطهي المستعمل. وهو وقود ديزل حيوي يُنتَج بتحويل زيوت الطهي المستعملة إلى إسترات ميثيل الأحماض الدهنية عبر تفاعل كيميائي مع الميثانول. ولأن UCO مادة أولية معاد تدويرها، فإن UCOME جذاب بوجه خاص من المنظورين الاقتصادي والبيئي.
وبالمقارنة مع الزيوت النباتية البكر، يوفر UCO مزايا واضحة من حيث التكلفة، ولكنه يطرح أيضاً تحديات في المعالجة. فكثيراً ما يحتوي زيت الطهي المستعمل على:

• أحماض دهنية حرة (FFA)
• ماء
• بقايا طعام وملوثات
• نواتج أكسدة
• تركيب متغير تبعاً للمصدر وسجل الاستخدام

تجعل هذه العوامل كفاءة العملية وأداء المفاعل مهمين بوجه خاص. وهنا توفر مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية مزايا كبيرة.

 

نعرّفكم في هذا الفيديو التعليمي بالأسس العلمية لكيفية تحسين مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية لإنتاج الديزل الحيوي بدرجة كبيرة. أثبتت مفاعلات Hielscher للديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية فعاليتها كأداة قوية لتحسين عملية إنتاج الديزل الحيوي، ونستعرض في هذا الشرح مبدأ عملها ونعرض تجهيزات مختلفة بالموجات فوق الصوتية تناسب أي حجم إنتاج. حسّنوا كفاءة إنتاج الديزل الحيوي وفعاليته من حيث التكلفة، وحققوا مردودًا أعلى من الديزل الحيوي عالي الجودة بعملية تحويل سريعة. وفي الوقت نفسه، تتيح مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية استخدام زيوت منخفضة الجودة، مثل الزيوت النباتية المستعملة أو دهون الطهي المستهلكة، وتساعد على توفير الميثانول والمحفّز، مما يسهم في تصنيع الديزل الحيوي بطريقة صديقة للبيئة ومستدامة.

 

كيف تحسّن مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية تحويل UCO إلى UCOME

يعتمد إنتاج الديزل الحيوي التقليدي غالباً على التحريك الميكانيكي والحرارة لجعل الزيت والكحول والمحفز تتلامس. ولأن الزيت والميثانول لا يمتزجان جيداً، فقد تعاني المفاعلات التقليدية من بطء معدلات التفاعل وعدم اكتمال التحويل وارتفاع استهلاك المواد الكيميائية وطول أزمنة المكوث.
تستخدم مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية موجات فوق صوتية عالية الشدة لتوليد التجويف في السائل. ويُنتج التجويف مناطق خلط مجهرية ذات قوى قص شديدة الارتفاع. ويؤدي ذلك إلى تجزئة الميثانول إلى قطيرات دقيقة جداً داخل الطور الزيتي، ويُنشئ مساحة بينية أكبر بكثير للتفاعل.

والنتيجة هي عملية إنتاج ديزل حيوي مكثفة بدرجة كبيرة، مع فوائد مهمة:

• أسترة تبادلية وأسترة أسرع
• تحسين كفاءة التحويل
• استخدام أفضل للميثانول والمحفز
• تقليل زمن التفاعل
• إمكانية المعالجة المستمرة ضمن خط الإنتاج
• سهولة توسيع النطاق من الإنتاج التجريبي إلى الإنتاج الصناعي

بالنسبة إلى المواد الأولية من UCO ذات المحتوى المرتفع من FFA، تكون الموجات فوق الصوتية مفيدة بوجه خاص لأنها تعزز كلاً من خطوة الأسترة المحفزة بالأحماض وخطوة الأسترة التبادلية المحفزة بالقواعد.

من UCO إلى الديزل الحيوي: نظرة عامة على العملية

يتضمن تحويل زيت الطهي المستعمل إلى ديزل حيوي عموماً عدة مراحل معالجة. ويمكن دمج مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في تصاميم عمليات من خطوة واحدة أو خطوتين، تبعاً لجودة المواد الأولية.

تشمل العملية النموذجية لتحويل UCO إلى ديزل حيوي:

• جمع زيت الطهي المستعمل وتخزينه
• الترشيح لإزالة المواد الصلبة وجسيمات الطعام
• التجفيف أو نزع الماء لتقليل محتوى الرطوبة
• تحليل FFA لتحديد مسار التفاعل المطلوب
• أسترة الأحماض الدهنية الحرة عندما يكون محتوى FFA مرتفعاً
• الأسترة التبادلية باستخدام الميثانول لتكوين إسترات الميثيل
• فصل الديزل الحيوي والغليسرول
• غسل الديزل الحيوي أو تنقيته بالطريقة الجافة
• التنقية النهائية للوصول إلى مواصفات جودة الوقود

عند وجود مستويات مرتفعة من FFA، تُستخدم غالباً معالجة أولية بالأسترة لتحويل الأحماض الدهنية الحرة إلى إسترات قبل خطوة الأسترة التبادلية الرئيسية. ويمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية تسريع المرحلتين وتحسين الإنتاجية الإجمالية للمصنع. اقرأ المزيد عن تحويل الديزل الحيوي على مرحلتين بمساعدة الموجات فوق الصوتية!

لماذا تُعد مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية مناسبة تماماً لديزل UCOME الحيوي

صُممت مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية لمعالجة السوائل صناعياً، وهي فعالة بوجه خاص في تطبيقات الديزل الحيوي التي يتحكم فيها الخلط بين سائلين في سرعة التفاعل. وبدلاً من الاعتماد على تحريك كامل الحجم وحده، تولّد الموجات فوق الصوتية طاقة موضعية مكثفة في المكان الذي تُحتاج فيه تحديداً.
وهذا يمنح المنتجين عدة مزايا عملية.

• خلط ممتاز للزيت والميثانول
  تُعد محدودية قابلية امتزاج الزيت والميثانول أحد القيود الرئيسية في إنتاج الديزل الحيوي. وتُنشئ مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية مستحلباً دقيقاً جداً، مما يحسّن بدرجة كبيرة التلامس بين المتفاعلات. ويعني التلامس الأفضل حركية تفاعل أسرع ودرجة تحويل أعلى.
• أداء عالٍ مع المواد الأولية صعبة المعالجة
  لا يُعد UCO مادة خام متجانسة. فقد يختلف محتواه من الماء ومستوى FFA وعبء الملوثات فيه من دفعة إلى أخرى. وتساعد مفاعلات Hielscher على التعويض عن هذه الاختلافات بتكثيف بيئة التفاعل، مما يجعل العملية أكثر متانة وقابلية للتكيف.
• زمن مكوث أقصر
  لأن الموجات فوق الصوتية تسرّع الأسترة والأسترة التبادلية، يستطيع المنتجون غالباً تحقيق التحويل المستهدف في وقت أقل مقارنة بالأنظمة التقليدية المزودة بالتحريك. ويمكن لذلك تقليل متطلبات حجم المفاعل وزيادة معدل الإنتاج.
• تشغيل مستمر ضمن خط الإنتاج
  تُعد مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مثالية للمعالجة المستمرة. وتدعم تكوينات المفاعلات المدمجة ضمن خط الإنتاج الإنتاج في الحالة المستقرة بجودة قابلة للتكرار، وهو أمر ذو قيمة كبيرة لمصانع الديزل الحيوي التجارية.
• توسيع النطاق بسهولة
  تُعد إمكانية توسيع النطاق بصورة خطية ميزة رئيسية لتقنية Hielscher. ويمكن نقل معلمات العملية المحددة في التجارب المختبرية أو التجريبية إلى أنظمة إنتاج أكبر بدرجة أعلى من قابلية التنبؤ. وهذا يقلل مخاطر التطوير ويبسّط تخطيط التوسع.
• موثوقية صناعية
  صُممت أنظمة Hielscher للعمل الصناعي المتطلب. وبالنسبة إلى منتجي الديزل الحيوي، يعني ذلك أداءً موثوقاً للمفاعل ونتائج قابلة للتكرار وتوافقاً مع خطوط المعالجة المؤتمتة.
• إنتاج الديزل الحيوي وفق ASTM D6751 وEN 14214
  يستهدف منتجو الديزل الحيوي التجاريون غالباً مواصفات جودة الوقود مثل ASTM D6751 وEN 14214. وتحدد هذه المعايير خصائص أساسية تشمل محتوى الإسترات واللزوجة ونقطة الوميض والعدد الحمضي ومحتوى الماء وثبات الأكسدة وحدود الملوثات ومستويات الغليسرين.

 
اقرأ كيف يعمل الديزل الحيوي المُنتَج بالموجات فوق الصوتية في محركات الاحتراق العاملة بالديزل!

تُستخدم مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في عمليات إنتاج الديزل الحيوي المصممة لتحقيق جودة وقود متوافقة مع ASTM D6751 وEN 14214. وفي دراستهم المنشورة في 2020، أثبت Bastante-Saez وزملاؤه أن الديزل الحيوي المُنتَج من دهون مخلفات الكباب باستخدام مفاعل Hielscher بالموجات فوق الصوتية أعطى مردوداً مرتفعاً من إسترات ميثيل الأحماض الدهنية (FAME). وكانت قيم FAME أعلى (97.42% w/w لدهن الدجاج و96.98 لدهن البقر والضأن) من الحد الأدنى الذي تحدده اللائحة الأوروبية EN 14214 (أي 96.5% w/w كحد أدنى).

 

 

الديزل الحيوي على نطاق صغير للمزارع والمستخدمين غير المتصلين بشبكة الكهرباء

في بعض البلدان أو المناطق، تكون لوائح الديزل الحيوي محدودة أو لا تُطبَّق على المستخدمين الخاصين على نطاق صغير. وقد ينتج المزارعون ومالكو المعدات كميات أصغر من الديزل الحيوي من زيت الطهي المستعمل للاستهلاك في الموقع في الجرارات أو المولدات أو أجهزة التدفئة أو غيرها من المعدات الزراعية العاملة بالديزل.
وفي هذه الحالات، يكون الهدف غالباً إحلال الوقود عملياً بدلاً من البيع التجاري المعتمد. وقد تكون مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية جذابة أيضاً لهذا الإنتاج اللامركزي لأنها توفر:

• أزمنة تفاعل قصيرة
• تحويلاً فعالاً باستخدام معدات مدمجة
• ملاءمة جيدة للمواد الأولية المتغيرة من الزيوت المستعملة
• تقليل الاعتماد على خزانات التحريك الكبيرة
• إمكانية إنشاء تجهيزات معالجة مكوّنة من وحدات

وفي الوقت نفسه، من المهم توضيح أن الديزل الحيوي غير المطابق للمواصفات قد لا يكون مناسباً لجميع المحركات، وقد لا يمتثل للمتطلبات القانونية المحلية، وقد يطرح مشكلات تتعلق بالتخزين أو توافق المواد أو الانبعاثات أو ضمان المحرك. وحيثما توجد معايير للديزل الحيوي، ينبغي اختبار الوقود وإنتاجه وفقاً لها قبل استخدامه في التطبيقات الخاضعة للتنظيم أو المركبات المخصصة للسير على الطرق.

 

 

المزايا الاقتصادية لإنتاج الديزل الحيوي من UCO بالموجات فوق الصوتية

تُعد تكلفة المواد الأولية أحد أكبر المتغيرات في اقتصاديات الديزل الحيوي. ولأن زيت الطهي المستعمل أقل تكلفة عموماً من الزيوت النباتية المكررة، فإنه يوفر إمكانية كبيرة لتوفير التكاليف. ومع ذلك، قد تضيع هذه الوفورات إذا كانت العملية بطيئة أو غير فعالة كيميائياً أو غير قادرة على التعامل مع تباين المواد الأولية.
تساعد مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher على الحفاظ على الربحية بتحسين كفاءة التفاعل وإنتاجية المصنع. وتشمل المزايا الاقتصادية المحتملة:

• استفادة أفضل من المواد الأولية منخفضة التكلفة من UCO
• زيادة معدل الإنتاج
• تقليل زمن التفاعل
• انخفاض الطلب على الطاقة المرتبط بالخلط مقارنة بحالات تحريك كامل الحجم غير الفعالة
• تحسين اتساق العملية
• سهولة أكبر في الدمج ضمن خطوط الإنتاج المستمرة

بالنسبة إلى المنتجين الذين يهدفون إلى توسيع نطاق إنتاج الديزل الحيوي من الزيوت المستعملة، يمكن لهذا الجمع بين المرونة في المواد الأولية وتكثيف العملية أن يكون ذا قيمة كبيرة.

حوّل UCO إلى ديزل UCOME الحيوي بكفاءة باستخدام مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية!

يُعد تحويل زيت الطهي المستعمل إلى UCOME طريقة ذكية لإنتاج وقود متجدد من النفايات مع تحسين الاستدامة وخفض تكاليف المواد الأولية. ولأن معالجة UCO تكون غالباً أصعب من معالجة الزيوت البكر، تؤدي تقنية المفاعلات دوراً حاسماً في تحقيق إنتاج فعال وموثوق للديزل الحيوي.
تكثّف مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher التفاعل بين الزيت والميثانول من خلال الخلط وانتقال الكتلة الناتجين عن التجويف. ويتيح ذلك أسترة وأسترة تبادلية أسرع، وتعاملاً أفضل مع المواد الأولية المتغيرة من UCO، وإنتاجاً للديزل الحيوي ضمن خط الإنتاج مع إمكانية توسيع النطاق.
بالنسبة إلى المنتجين التجاريين، تُستخدم أنظمة Hielscher بالموجات فوق الصوتية في عمليات إنتاج الديزل الحيوي المصممة لإنتاج وقود يستوفي ASTM D6751 وEN 14214. وبالنسبة إلى المزارعين والمستخدمين على نطاق صغير في البلدان التي لا توجد فيها لوائح للديزل الحيوي، يمكن لمفاعلات الموجات فوق الصوتية أيضاً دعم إنتاج كميات أصغر من الديزل الحيوي بتجهيزات مدمجة لاستخدامها في المعدات المحلية، مع مراعاة ضرورة استخدام الوقود غير المطابق للمواصفات بحذر ووفقاً للمتطلبات المحلية وتوافق المحرك.
إذا كان هدفك هو التحويل الفعال من UCO إلى UCOME، فإن مفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher توفر منصة تقنية قوية وقابلة لتوسيع النطاق لمعالجة الديزل الحيوي الحديثة.

يعطيك الجدول أدناه مؤشراً على قدرة المعالجة التقريبية لمفاعلات الديزل الحيوي بالموجات فوق الصوتية من Hielscher:

معدل التدفق	القدرة
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0.3 – 1.5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

لماذا تُعد Hielscher خياراً قوياً لمنتجي الديزل الحيوي؟

تشتهر Hielscher بتقنية الموجات فوق الصوتية الصناعية المصممة لتطبيقات المعالجة الفعلية. وفي إنتاج الديزل الحيوي، توفر مفاعلات Hielscher بالموجات فوق الصوتية مساراً عملياً لتكثيف تحويل UCO وتحسين خلط الميثانول والزيت ودعم الإنتاج الفعال للديزل الحيوي من الزيوت المستعملة والدهون.

تشمل الأسباب الرئيسية لاختيار المنتجين Hielscher:

• خبرة مثبتة في الموجات فوق الصوتية
• تصاميم مفاعلات ضمن خط الإنتاج لمعالجة الديزل الحيوي بصورة مستمرة
• الملاءمة للأسترة والأسترة التبادلية
• مسار قوي لتوسيع النطاق من المختبر إلى الإنتاج
• معدات متينة للبيئات الصناعية
• معالجة فعالة للمواد الأولية صعبة المعالجة مثل زيت الطهي المستعمل

التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة مصنوعة في ألمانيا

تشتهر أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بأعلى معايير الجودة والتصميم. وتتيح المتانة وسهولة التشغيل دمج أجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية بسلاسة في المنشآت الصناعية. وتتعامل أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات المتطلبة.

Hielscher Ultrasonics شركة حاصلة على شهادة ISO، وتولي اهتماماً خاصاً لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. وبالطبع، تتوافق أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مع CE وتستوفي متطلبات UL وCSA وRoHs.

---

---

المؤلفات / المراجع

• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences ; Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).