Biodizel istehsalında enerji səmərəliliyi və metanola qənaət
Sonikasiya bir-biri ilə qarışmayan yağ və metanol fazaları arasında intensiv mikroqarışdırma və sürətli kütlə ötürülməsi yaratmaq üçün ultrasəs kavitasiyasından istifadə edən, enerjiyə qənaət edən qarışdırma texnologiyasıdır. Biodizelin emalında bu təsir reaksiya müddətini kəskin şəkildə qısaldır – saatlardan saniyələrə qədər – və daha aşağı temperaturlarda, daha az metanol və katalizator istifadəsi ilə səmərəli transesterifikasiyaya imkan verir. Sonikasiya özü enerjiyə qənaət edən emal texnologiyası olmaqla yanaşı, metanol və katalizatora tələbatı azaldır, enerji itkilərini minimuma endirir və metanolun distillə yolu ilə geri qazanılmasına ehtiyacı azaldır. Bu da sonikasiyanı ənənəvi mexaniki qarışdırmaya yüksək dərəcədə effektiv və dayanıqlı alternativ edir.
Biodizel istehsalında prosesin intensivləşdirilməsi vasitəsi kimi sonikasiya
Biodizel istehsalında transesterifikasiya prosesi zamanı yağ və spirtin qarışdırılması üçün ənənəvi olaraq mexaniki pərli qarışdırıcılardan istifadə olunur. Lakin bu üsulda bir-biri ilə qarışmayan fazalar arasında fazalararası təmas zəif olur. Bu isə uzun reaksiya müddətlərinə, böyük miqdarda artıq metanola və həm qarışdırma, həm də sonradan metanolun distillə yolu ilə geri qazanılması zamanı əhəmiyyətli enerji itkilərinə səbəb olur.
Hielscher Ultrasonics GmbH tərəfindən işlənib hazırlanmış ultrasəs kavitasiyası texnologiyasının tətbiqi prosesin səmərəliliyini əsaslı şəkildə artırmışdır. Ultrasəs reaktorları maye fazada mikroskopik kavitasiya qabarcıqları yaradan intensiv akustik enerji tətbiq edir. Bu qabarcıqların içəriyə doğru çökməsi lokal yüksək temperatur sahələri, intensiv mikroqarışdırma və yüksək kütlə ötürülməsi sürətləri yaradır, mülayim şəraitdə sürətli transesterifikasiyaya imkan verir.
Hielscher şirkətinin 16.000 vatt gücündə güclü UIP16000hdT sonikator modeli səmərəli və enerjiyə qənaət edən biodizel istehsalı üçün axın hüceyrəsi ilə.
Ultrasəs kavitasiyası və mexaniki qarışdırmanın müqayisəsi
1. Reaksiyanın səmərəliliyi və qarışdırma effektivliyi
Ultrasəs kavitasiyası (UC) və mexaniki qarışdırma (MS) reaktorlarının müqayisəli texniki-iqtisadi qiymətləndirilməsində (Gholami et al., 2021):
Ultrasəs reaktoru 5–15 saniyə ərzində 99% çevrilmə səmərəliliyinə nail olmuşdur,
mexaniki qarışdırılan reaktorda isə 95% çevrilmə səmərəliliyinə çatmaq üçün ~80 dəqiqə tələb olunmuşdur.
Bu böyük sürətlənmə Hielscher reaktorlarının yaratdığı akustik mikroaxınlar və kavitasiyanın səbəb olduğu emulsiyalaşma nəticəsində baş verir. Bu mexanizmlər spirtin yağda incə dispersiyalarını yaradır, fazalararası səthin sahəsini xeyli artırır və kütlə ötürülməsinə müqaviməti minimuma endirir.
Üstün qarışdırma effektivliyi metanolun buxarlanmasının qarşısını almaq və həllolmanı qorumaq üçün çox vaxt daha yüksək təzyiqlər (~4 bar) tələb edən ənənəvi proseslərlə müqayisədə, daha aşağı temperaturlarda (45–60°C) və orta təzyiqlərdə (~3 bar) transesterifikasiyaya imkan verir.
Ultrasəslə qarışdırma biodizel istehsalında xüsusi enerji sərfini azaldır və hidrodinamik maqnit qarışdırmasını və yüksək kəsmə təsirli qarışdırıcıları xeyli üstələyir.
2. Enerji sərfi və reaktorun konstruksiyası
Hielscher şirkətinin axınlı ultrasəs sistemləri (məsələn, UIP1500hdT, UIP16000hdT) istehsal olunan biodizel üçün cəmi ~3 kJ/L xüsusi enerji tələbatı ilə yüksək güc sıxlığı təmin edir. 50.000 t/y istehsal gücünə malik biodizel zavodunun texniki-iqtisadi modelində mexaniki qarışdırmadan ultrasəs kavitasiyasına keçid zamanı prosesin ümumi enerji tələbatı 6,9% azalmışdır.
Ayrı-ayrı proses qurğuları üzrə bölgü:
| Proses qurğusu | Enerji (MJ/h): MS → US | Azalma |
|---|---|---|
| Transesterifikasiya reaktoru | 116,6 → 32,4 | ~72% daha az |
| Metanolun geri qazanılması kolonu | 3480 → 2557 | ~26% daha az |
| Prosesin ümumi enerjisi | 14.746 → 13.732 | 6,9% daha az |
Əsas qənaət transesterifikasiya müddətinin kəskin azalması hesabına əldə edilir. Bu, daha kiçik reaktor həcmlərinə və daha aşağı qızdırma tələbatına imkan verir. UIP16000hdT kimi Hielscher reaktorlarının yığcam axınlı konstruksiyası gündə 384 t-a qədər biodizel istehsal edə bilər və böyük qarışdırılan çənlərin həcmdən səmərəsiz istifadəsi olmadan, modulların qruplaşdırılması yolu ilə istehsal miqyasının artırılmasına imkan verir.
UIP1000hdT ultrasəs reaktoru yağların və piylərin biodizelə daha səmərəli çevrilməsi üçün.
Metanola qənaət və geri qazanılma üçün enerji sərfinin azaldılması
Ultrasəs emalının enerji baxımından üstünlüyünə mühüm töhfə verən amil metanoldan istifadənin optimallaşdırılmasıdır.
Ənənəvi mexaniki qarışdırma reaksiyanı irəli aparmaq üçün metanolun yağa mol nisbətinin 6:1 olmasını tələb edir. Bu, sonradan çox enerji tələb edən buxarlandırma və ya distillə yolu ilə geri qazanılmalı olan böyük miqdarda artıq metanol yaradır.
Hielscher şirkətinin ultrasəs kavitasiyası texnologiyası isə metanolun yağa nisbəti cəmi 4–4,5:1 olduqda demək olar ki, tam çevrilməyə nail olur. Spirt xammalının bu 25% azalması xammal xərclərini azaltmaqla yanaşı, minlərlə litr metanolu buxarlandırmaq və kondensasiya etmək ehtiyacını da aradan qaldırır, metanolun geri qazanılması kolonunda buxar sərfini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
Bundan əlavə, metanol və katalizatora daha aşağı tələbat yan məhsulların əmələ gəlməsini minimuma endirir və sonrakı təmizləməni sadələşdirir. Bu, fazaların daha təmiz ayrılmasına və qələvi tullantı sularının yaranmasının azalmasına kömək edir.
“Biodizel istehsalında metanolun geri qazanılması mərhələsi çox enerji tələb edir, çünki hər kiloqram metanolun buxarlanması üçün təxminən 1100 kJ gizli istilik tələb olunur – buna görə də artıq metanoldan istifadə distillə zamanı istilik enerjisi sərfinin əsas səbəblərindən biridir.”
Ultrasəs üsulu ilk 1,5 dəqiqə ərzində təxminən 75% çevrilməyə çatır və 6 dəqiqədən sonra təxminən 90% çevrilmə səviyyəsində sabitləşir.
Ənənəvi üsul daha yavaş çevrilmə sürəti göstərir və 8 dəqiqədən sonra yalnız təxminən 40% çevrilməyə çatır.
İqtisadi və ekoloji nəticələr
Gholami et al. (2021) tərəfindən təqdim edilən texniki-iqtisadi model aşağıdakıları göstərmişdir:
- Ümumi investisiya xərci təxminən 21% azalmışdır,
- Məhsulun bir tonuna düşən xərc təxminən 5% azalmışdır,
- Tullantıların yaranması mexaniki qarışdırmada yaranan miqdarın beşdə birinə endirilmişdir,
- Daxili gəlirlilik norması (IRR) müsbət xalis cari dəyər (NPV) ilə 18,3%-ə yüksəlmişdir, ənənəvi proses isə iqtisadi cəhətdən səmərəsiz olaraq qalmışdır.
Ekoloji baxımdan artıq metanolun azaldılması uçucu üzvi birləşmələrin emissiyalarını birbaşa azaldır və istilik enerjisindən istifadəni aşağı salır. Bu, ultrasəslə biodizel istehsalını ekoloji istehsal məqsədlərinə uyğunlaşdırır.
Ultrasəs biodizel reaktorunun üstünlüklərinə ümumi baxış
(müqayisəli tədqiqatın nəticələri, bax: Gholami et al., 2021)
| Parametr | Mexaniki qarışdırma | Hielscher sonikatorları |
|---|---|---|
| Reaksiya müddəti | 80 min | 5–15 s |
| Metanolun yağa nisbəti | 6:1 | 4,5:1 |
| Prosesin ümumi enerjisi | 14.746 → 13.732 | Ümumilikdə 6,9% azalma |
| Katalizatorun əlavə edilmə miqdarı | 1,0 wt% | 0,75 wt% |
| Reaktorun enerjisi | 116,6 MJ/h | 32,4 MJ/h |
| Ümumi enerji | 14.746 MJ/h | 13.732 MJ/h |
| Tullantıların yaranması | 100% baza səviyyəsi | Baza səviyyəsinin 20%-i |
| Çevrilmə səmərəliliyi | 95% | 99% |
Biodizel istehsalı üçün sonoreaktor
Yüksək səmərəli ultrasəs biodizel reaktorları
Hielscher Ultrasonics tərəfindən layihələndirilmiş ultrasəs biodizel reaktorları sürətli və bərabər transesterifikasiya ilə yanaşı, enerji və materiallara əhəmiyyətli qənaət də təmin edir. Artıq metanol istifadəsinin azalması – və bunun nəticəsində yüksək temperaturlu geri qazanılma mərhələlərinin aradan qaldırılması – dayanıqlılıq baxımından böyük üstünlük təşkil edir.
Modullar vasitəsilə istehsal miqyasının artırılması, aşağı texniki xidmət tələbatı və heterogen katalizatorlarla uyğunluqla birlikdə Hielscher sonikatorları enerjiyə qənaət edən və təmiz biodizel istehsalı texnologiyası üçün etalon müəyyən edir.
Hielscher Ultrasonics biodizel texnologiyasının üstünlükləri haqqında daha ətraflı oxuyun!
Aşağıdakı cədvəl Hielscher ultrasəs biodizel reaktorlarının təxmini emal gücü haqqında təsəvvür yaradır:
|
Həcm sərfi
|
Güc
|
|---|---|
|
20 – 100L/hr
|
|
|
80 – 400L/hr
|
|
|
0,3 – 1,5m³/hr
|
|
|
2 – 10m³/hr
|
|
|
20 – 100m³/hr
|
Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət
Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan idarəetmə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə problemsiz inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitdə və yüksək tələblər qoyan mühitlərdə asanlıqla işləyir.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiya və istifadə rahatlığı ilə seçilən yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.
Ultrasəslə qarışdırma səmərəlilik baxımından mexaniki pərli qarışdırıcıları üstələyir.
- yüksək səmərəlilik
- ən müasir texnologiya
- etibarlılıq və möhkəmlik
- prosesə dəqiq nəzarət
- partiyalar üzrə və axın xəttində emal
- istənilən həcm üçün
- ağıllı proqram təminatı
- asan və təhlükəsiz idarəetmə
- az texniki xidmət tələbatı
- CIP (yerində təmizləmə)
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Tez-tez verilən suallar
Dayanıqlı yanacaqlar nədir?
Dayanıqlı yanacaqlar biokütlə, tullantılar və ya tutulan karbon kimi bərpa olunan resurslardan əldə edilən, minimum xalis istixana qazı emissiyaları ilə istehsal olunan və mövcud enerji infrastrukturu ilə uyğun gələn enerji daşıyıcılarıdır.
Biodizel enerji baxımından səmərəli yanacaqdırmı?
Biodizel enerji baxımından səmərəli yanacaqdır, çünki onun istehsalı və istifadəsi əlverişli enerji balansı təmin edir. Həyat dövrü ərzində əldə edilən enerji adətən onun sintezi üçün tələb olunan fosil enerji girişindən 3–5 dəfə çox olur, xüsusilə ultrasəs emalı kimi prosesin intensivləşdirilməsi üsullarından istifadə edildikdə.
Məlumat mərkəzlərinin sayının artması enerji qiymətlərinə necə təsir edir?
Məlumat mərkəzlərinin sayının artması qlobal elektrik enerjisi tələbatını yüksəldir və elektrik şəbəkələrinə düşən yükü artırır. Bu da enerjinin topdansatış qiymətlərinə təsir edir və aşağı karbon emissiyalı elektrik istehsalına və şəbəkənin çevikliyinə ehtiyacı daha da artırır. Buna görə də enerji sərfini və emal xərclərini azaltmaq üçün ultrasəs emalı kimi enerjiyə qənaət edən qarışdırma texnologiyasından getdikcə daha çox istifadə olunacaq.
Biodizelin üstünlüyü nədir?
Biodizelin əsas üstünlüyü onun bərpa olunan olması və karbon neytrallığıdır, çünki o, bioloji lipidlərdən alınır və mövcud dizel mühərrikləri ilə uyğunluğunu qoruyaraq neft mənşəli dizelə nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə daha az bərk hissəcik, kükürd oksidləri və yanmamış karbohidrogenlər buraxır.
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma tətbiqləri, dispersiyalaşdırma, emulsiyalaşdırma və ekstraksiya üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.