Hielscher Ultrasonics
Ще се радваме да обсъдим вашия процес.
Обадете ни се: +49 3328 437-420
Изпратете ни поща: info@hielscher.com

Биодизел чрез ултразвуково подобрена (транс-)естерификация

Биодизелът се синтезира чрез трансестерификация с помощта на основен катализатор. Ако обаче се използва суровина като нискокачествен отпадъчен зеленчук с високо съдържание на свободни мастни киселини, е необходим етап на химическа предварителна обработка на естерификация с помощта на киселинен кататлист. Ултразвукът и неговите сонохимични и сономеханични ефекти допринасят за двата вида реакции и драстично повишават ефективността на преобразуването на биодизела. Производството на ултразвуков биодизел е значително по-бързо от конвенционалния синтез на биодизел, води до по-висок добив и качество на биодизела и спестява реагенти като метанол и катализатор.

Преобразуване на биодизел с помощта на мощен ултразвук

За биодизела естерите на мастните киселини се произвеждат чрез трансестерификация на растителни масла, както и на животински мазнини (напр. лой). По време на реакцията на трансестерификация глицериновият компонент се заменя с друг алкохол, като метанол. Суровините с високо съдържание на свободни мастни киселини, например отпадъчни растителни масла (WVO), изискват предварителна обработка на киселинната естерификация, за да се избегне образуването на сапун. Този процес на киселинна катализа е много бавна реакция, когато се извършва като конвенционален партиден метод. Решението за ускоряване на бавния процес на естерификация е прилагането на мощен ултразвук. Соникацията постига значително подобрение в скоростта на реакцията, преобразуването и добива на биодизел, тъй като сонохимичните ефекти на ултразвука с висока мощност насърчават и засилват киселинната катализа. Ултразвуковата кавитация осигурява сономеханични сили, т.е. смесване с високо срязване, както и сонохимична енергия. И двата вида ултразвуково въздействие (сономеханично и сонохимично) превръщат катализираната от киселина естерификация в бърза реакция, изискваща по-малко катализатор.

Искане за информация




Обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




3x UIP1000hdT ултразвукови апарата за високоефективна трансестерификация на биодизел

Ултразвуковото смесване подобрява скоростта на преобразуване на биодизела, увеличава добива и спестява излишния метанол и катализатор. Снимката показва инсталирането на 3x UIP1000hdT (всяка ултразвукова мощност 1kW) за вградена обработка.

 

В този видео урок ви въвеждаме в науката за това как ултразвуковите биодизелови реактори значително подобряват производството на биодизел. Ултразвуковите биодизелови реактори на Hielscher са утвърдени като мощен инструмент за подобряване на процеса на производство на биодизел и в този урок ние се задълбочаваме в принципа на работа зад него и показваме различни ултразвукови настройки за всеки производствен мащаб. Подобрете производството на биодизел по отношение на ефективността и рентабилността и произвеждайте по-високи добиви на висококачествен биодизел при бързо преобразуване. В същото време ултразвуковите биодизелови реактори позволяват използването на лоши масла като отпадъчни растителни масла или отработени мазнини за готвене и спомагат за пестене на метанол и катализатор, допринасяйки за екологично и устойчиво производство на биодизел.

Производство на биодизел с помощта на Hielscher Sonoreactors за по-голям добив и по-високо качество & Капацитет

Миниатюра на видео

 

Как работи ултразвуковото преобразуване на биодизел?

Ултразвукът между различните фази на трансестерификацията (понякога наричана алкохолизация) и естерификацията се основава на подобряването на смесването, както и на повишен пренос на топлина и маса. Ултразвуковото смесване се основава на принципа на акустична кавитация, която възниква в резултат на имплодиране на вакуумни мехурчета в течността. Акустичната кавитация се характеризира с високи сили на срязване и турбуленции, както и с много високи разлики в налягането и температурата. Тези сили насърчават химическата реакция на трансестерификация / естерификация и засилват преноса на маса и топлина, като по този начин значително подобряват реакцията на преобразуване на биодизела.

Ултразвуковата трансестерификация подобрява преобразуването на биодизела.

Трансестерификацията на триглицеридите в биодизел (FAME) с помощта на ултразвук води до ускорена реакция и значително по-висока ефективност.

Научно и промишлено е доказано, че прилагането на ултразвук по време на преобразуване на биодизел подобрява ефективността на процеса. Подобряването на ефективността на процеса може да се дължи на намалената консумация на енергия и експлоатационните разходи, както и на намалената употреба на алкохол (т.е. метанол), по-малко катализатор и значително съкратено време за реакция. Разходите за енергия за отопление са елиминирани, тъй като няма изискване за външно отопление. Освен това разделянето на фазите между биодизел и глицерол е по-лесно с по-кратко време за разделяне на фазите. Важен фактор за търговската употреба на ултразвук в производството на биодизел е простото мащабиране до всякакъв обем, надеждната и безопасна работа, както и здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване (индустриален стандарт, способен да работи непрекъснато 24/7/365 при пълно натоварване).

Ултразвуков реактор Hielscher за трансестерификация на биодизел с превъзходна ефективност на процеса

Ултразвукова промишлена система с проточна клетка за вградена естерификация и трансестерификация на биодизел.

Схема на процеса, показваща процеса на биодизел в режим на непрекъснат поток. Ултразвукът може значително да подобри естерификацията и трансестерификацията.

Ултразвуковата естерификация и трансестерификация могат да се изпълняват като партиден или непрекъснат вграден процес. Диаграмата показва ултразвуковия вграден процес за трансестерификация на биодизел (FAME).


Таблица на процеса, показваща процеса на биодизел в партиден режим. Ултразвукът може значително да подобри естерификацията и трансестерификацията.

Ултразвуковата естерификация и трансестерификация могат да се изпълняват като партиден или непрекъснат вграден процес. Тази диаграма показва ултразвуковия партиден процес за преобразуване на биодизел.

Искане за информация




Обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




Ултразвуково подпомагано двустепенно преобразуване на биодизел с прилагане на киселинно-катализирани и базови реакционни стъпки

За суровини с високо съдържание на FFA производството на биодизел се извършва като реакция, катализирана с киселина или основа, в двуетапен процес. Ултразвукът допринася за два вида реакции, катализирана от киселина естерификация, както и трансестерификация, катализирана от основата:

Киселинно-катализирана естерификация с помощта на ултразвук

За лечение на излишък от свободни мастни киселини в суровината е необходим процесът на естерификация. Сярната киселина обикновено се използва като киселинен катализатор.

  • Пригответе суровината чрез филтриране и рафиниране от замърсители и вода.
  • Разтворете катализатора, а именно сярна киселина, в метанол. Захранващ поток от катализатор/метанол и суровината през топлообменник и статичен смесител, за да се получи сурова предварителна смес.
  • Предварителната смес от катализатор и суровина отива директно в ултразвуковата реакционна камера, където влизат в сила ултрафиното смесване и сонохимията и свободните мастни киселини се превръщат в биодизел.
  • Накрая обезводнете продукта и го подайте на втория етап – ултразвуковата трансестерификация. Киселинният мокър метанол е готов за повторна употреба след възстановяване, изсушаване и неутрализиране.
  • За суровини с много високо съдържание на FFA може да се наложи настройка за рециркулация, за да се понижи FFA до разумно ниво преди етапа на трансестерификация.

Реакция на естерификация с помощта на киселинен катализатор:
FFA + Естер за алкохол → + вода

Катализирана от основа трансестерификация с помощта на ултразвук

Суровината, която сега има само малки количества FFA, може да се подава директно към етапа на трансестерификация. Най-често като основен катализатор се използва натриев хидроксид или калиев хидроксид (NaOH, KOH).

  • Катализаторът, а именно калиев хидроксид, се разтваря в метанол и се подават потоците катализатор/метанол и предварително обработена суровина през статичен миксер, за да се получи сурова предварителна смес.
  • Подайте предварителната смес директно в ултразвуковата реакционна камера за кавитационно смесване с високо срязване и сонохимична обработка. Продуктите от тази реакция са алкилови естери (т.е. биодизел) и глицерин. Глицеринът може да се отдели чрез утаяване или чрез центрофугиране.
  • Ултразвуково произведеният биодизел е с високо качество и се произвежда бързо, енергийно ефективно и рентабилно, като спестява метанол и катализатор.

Реакция на трансестерификация с помощта на основен катализатор:
Олио / Мазнини + Алкохол → Биодизел + Глицерол

Употреба на метанол & Възстановяване на метанол

Метанолът е ключов компонент при производството на биодизел. Ултразвуковото преобразуване на биодизел позволява значително намалено използване на метанол. Ако сега си мислите "Не ме интересува употребата на метанол, тъй като така или иначе го възстановявам", може да преосмислите и да помислите за прекомерно високите разходи за енергия, които се прилагат за етапа на изпаряване (напр. използване на дестилационна колона), която е необходима за отделяне и рециклиране на метанола.
Метанолът обикновено се отстранява, след като биодизелът и глицеринът са разделени на два слоя, предотвратявайки обръщането на реакцията. След това метанолът се почиства и рециклира обратно в началото на процеса. Произвеждайки биодизел чрез ултразвукова естерификация и трансестерификация, вие можете да намалите драстично употребата на метанол, като по този начин намалите прекомерно високите разходи за енергия за оползотворяване на метанол. Използването на ултразвукови реактори на Hielscher намалява необходимото количество излишък на метанол с до 50%. Моларно съотношение между 1:4 или 1:4,5 (масло: метанол) е достатъчно за повечето суровини, когато се използва ултразвуково смесване по Hielscher.

Таблица на процеса, показваща стъпките за преработка на биодизел. Ултразвукът може значително да подобри естерификацията и трансестерификацията.

Ултразвуковата естерификация е стъпка на предварителна обработка, която намалява нискокачествената суровина с високо съдържание на FFAs в естери. Във 2-ра стъпка на ултразвукова трансестерификация триглицеридите се превръщат в биодизел (FAME).

Искане за информация




Обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




Ултразвукова повишена ефективност на преобразуване на биодизел – научно доказано

Многобройни изследователски групи са изследвали механизма и ефектите от ултразвуковата трансестерификация на биодизела. Например, изследователският екип на Sebayan Darwin демонстрира, че ултразвуковата кавитация увеличава химическата активност и скоростта на реакцията, което води до значително повишено образуване на естери. Ултразвуковата техника намали времето за реакция на трансестерификация до 5 минути – в сравнение с 2 часа за механична обработка при разбъркване. Превръщането на триглицерид (TG) в FAME при ултразвук получава 95,6929% wt с моларно съотношение метанол към масло 6:1 и 1% wt натриев хидроксид като катализатор. (срв. Darwin et al. 2010)

Gholami et al. (2021) демонстрира превъзходната ефективност на ултразвуково подпомаганата трансестерификация на биодизел в сравнение с механичното разбъркване. Поради това изследователският екип сравнява две инсталации за биодизел, базирани на конвенционалното механично разбъркване и ултразвукова кавитация, които са проектирани с помощта на Aspen HYSYS V8.4. Общите инвестиции, разходите за продукти, нетната настояща стойност и вътрешната норма на възвръщаемост бяха използвани за сравняване на двата процеса – ултразвуков и механичен стриротор – един с друг. Общата инвестиция в процеса на ултразвукова кавитация е по-ниска от тази в процеса на механично разбъркване с приблизително 20,8%. В сравнение с конвенционалния процес, използването на ултразвукови реактори също доведе до намаляване на разходите за продукти с 5,2%. Благодарение на положителната нетна настояща стойност и вътрешната норма на възвръщаемост от 18,3%, процесът на ултразвукова кавитация беше по-добър избор. Освен това ултразвуковата кавитация води до значително намаляване както на консумираната енергия, така и на производството на отпадъци. Общата консумация на енергия е намалена с 6,9% при използване на ултразвукова кавитация. Количеството отпадъци, произведени в процеса с помощта на ултразвук, е една пета от това в процеса на механично разбъркване.

Средни и мащабни ултразвукови уреди за преработка на биодизел

Hielscher Ultrasonics’ доставя малки до средни, както и големи промишлени ултразвукови процесори за ефективно производство на биодизел във всякакъв обем. Предлагайки ултразвукова система във всякакъв мащаб, Hielscher може да предложи идеалното решение както за малки производители, така и за големи компании. Ултразвуковото преобразуване на биодизел може да се работи като партиден или като непрекъснат поточни процес. Монтажът и експлоатацията са прости, безопасни и осигуряват надеждно високи мощности с превъзходно качество на биодизела.
По-долу ще намерите препоръчителни настройки на реактора за различни производствени норми.

тон/час
гал/час
1x UIP500hdT
0.25 до 0.5
80 до 160
1x UIP1000hdT
0от .5 до 1.0
160 до 320
1x UIP1500hdT
0.75 до 1.5
240 до 480
2x UIP1000hdT
1,0 до 2,0
320 до 640
2x UIP1500hdT
1,5 до 3,0
480 до 960
4 пъти UIP1500hdT
3,0 до 6,0
960 до 1920 г.
6 пъти UIP1500hdT
4,5 до 9,0
1440 до 2880

Свържете се с нас! / Попитайте ни!

Поискайте повече информация

Моля, използвайте формата по-долу, за да поискате допълнителна информация за ултразвуковите процесори, приложенията и цената. Ще се радваме да обсъдим Вашия процес с Вас и да Ви предложим ултразвукова система, отговаряща на Вашите изисквания!









Моля, обърнете внимание на нашите Политика за поверителност.




Ултразвуковите хомогенизатори с високо срязване се използват в лабораторна, настолна, пилотна и промишлена обработка.

Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален мащаб.



Литература / Препратки


Факти, които си струва да знаете

Производство на биодизел

Биодизелът се получава, когато тригицеридите се превърнат в свободен мастен метилов естер (FAME) чрез химическа реакция, известна като трансестерификация. По време на реакцията на трансестерификация тригилцеридите в растителните масла или животинските мазнини реагират в присъствието на катализатор (напр. калиев хидроксид или натриев хидроксид) с първичен алкохол (напр. метанол). При тази реакция алкиловите естери се образуват от суровината на растително масло или животинска мазнина. Триглицеридите са глицериди, при които глицеролът се естерифицира с дълговерижни киселини, известни като мастни киселини. Тези мастни киселини присъстват в изобилие в растителното масло и животинските мазнини. Тъй като биодизелът може да се произвежда от различни суровини, като необработени растителни масла, отпадъчни растителни масла, използвани масла за пържене, животински мазнини като лой и свинска мас, количеството свободни мастни киселини (FFA) може да варира значително. Процентът на свободните мастни киселини в триглицеридите е решаващ фактор, който влияе драстично върху процеса на производство на биодизел и произтичащото от това качество на биодизела. Голямото количество свободни мастни киселини може да попречи на процеса на преобразуване и да влоши крайното качество на биодизела. Основният проблем е, че свободните мастни киселини (FFA) реагират с алкални катализатори, което води до образуването на сапун. Впоследствие образуването на сапун причинява проблеми с отделянето на глицерина. Поради това суровините, съдържащи големи количества FFA, изискват най-вече предварителна обработка (т.нар. реакция на естерификация), по време на която FFAs се трансформират в естери. Ултразвукът насърчава и двете реакции, трансестерификация и естерификация.

Химическа реакция на естерификация

Естерификацията е процес на комбиниране на органична киселина (RCOOH) с алкохол (ROH) за образуване на естер (RCOOR) и вода.

Използване на метанол при киселинна естерификация

Когато киселинната естерификация се използва за намаляване на FFAs в суровините, непосредствените енергийни нужди са относително ниски. По време на реакцията на естерификация обаче се образува вода – създаване на мокър, кисел метанол, който трябва да бъде неутрализиран, изсушен и възстановен. Този процес на възстановяване на метанол е скъп.
Ако изходните суровини имат 20 до 40 % или дори по-висок процент FFA, може да са необходими няколко стъпки, за да се намалят до приемливи нива. Това означава, че се създава още по-кисел, мокър метанол. След неутрализиране на киселинния метанол, сушенето изисква многоетапна дестилация със значителни скорости на обратен поток, което води до много високо потребление на енергия.

Какви масла се използват за производство на биодизел?

Маслата, използвани за производството на биодизел, включват растителни масла, като соево, рапично (рапично), слънчогледово, палмово масло и масло от отработено кафе, както и животински мазнини като лой и свинска мас. Отработените масла, включително използвано олио за готвене и масла, извлечени от отработено утайка от кафе, също често се използват. Тези масла, съставени главно от триглицериди, се подлагат на трансестерификация с алкохол, за да се получат метилови естери на мастни киселини (FAME), химичните съединения, които образуват биодизел. Соникацията подобрява преобразуването на биодизел на отработените масла чрез подобряване на процеса на трансестерификация чрез прилагане на високоинтензивни ултразвукови вълни. В отработените масла, които често имат примеси и по-високо съдържание на свободни мастни киселини, ултразвукът помага за разграждането на тези примеси и подобрява смесването на реагентите. Това води до по-бързи скорости на реакция, намалено време за реакция и по-високи добиви на биодизел, дори при суровини с по-ниско качество. Уникирането също така позволява намалено използване на катализатор и по-ниска консумация на енергия, което прави превръщането на отработените масла в биодизел по-ефективно и рентабилно.
Прочетете повече как ултразвукът засилва извличането на масла от отработена утайка от кафе и трансестерификацията на тези масла до биодизел!


Високоефективна ултразвук! Продуктовата гама на Hielscher обхваща пълния спектър от компактен лабораторен ултразвуков апарат до настолни ултразвукови системи до напълно индустриални ултразвукови системи.

Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.

Ще се радваме да обсъдим вашия процес.

Нека се свържем.