От UCO до биодизел с ултразвукови реактори

Използваното олио за готвене (UCO) се превърна в една от най-привлекателните суровини за устойчиво производство на биодизел. Превръщането на UCO в биодизел, или метилов естер от използвано олио за готвене, помага за намаляване на отпадъците, понижава разходите за суровини и подпомага по-кръгова икономика на горивата. За производителите на биодизел, които търсят ефективна технология за преработка, ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher предлагат мощно решение за интензифициране на процесите на трансестерификация и естерификация.

Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher се използват широко за подобряване на превръщането на евтини масла и мазнини във висококачествен биодизел. Като създава интензивно смесване на микроскопично ниво, ултразвуковата кавитация ускорява химичните реакции, подобрява масообмена между несмесващи се фази и помага на производителите да постигнат бързо, надеждно и мащабируемо производство на биодизел.

UCOME – биодизел от отпадъчни масла

UCOME означава метилов естер от използвано олио за готвене. Това е биодизелово гориво, получено чрез превръщане на отпадъчни масла за готвене в метилови естери на мастни киселини посредством химична реакция с метанол. Тъй като UCO е рециклирана суровина, UCOME е особено привлекателен както от икономическа, така и от екологична гледна точка.
В сравнение с първичните растителни масла UCO предлага явни предимства по отношение на разходите, но създава и предизвикателства при преработката. Използваното олио за готвене често съдържа:

• Свободни мастни киселини (FFA)
• Вода
• Хранителни остатъци и замърсители
• Продукти на окисление
• Променлив състав в зависимост от източника и историята на употреба

Тези фактори правят ефективността на процеса и работните характеристики на реактора особено важни. Именно тук ултразвуковите реактори за биодизел предлагат значителни предимства.

 

В този видеоурок Ви запознаваме с научните принципи, благодарение на които ултразвуковите реактори за биодизел значително подобряват производството му. Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher са утвърдено мощно средство за подобряване на производствения процес, а в този урок разглеждаме принципа им на действие и показваме различни ултразвукови конфигурации за всеки производствен мащаб. Повишете ефективността и икономичността на производството на биодизел и постигнете по-високи добиви на висококачествен биодизел чрез бързо преобразуване. Същевременно ултразвуковите реактори за биодизел позволяват използването на нискокачествени масла, като отпадъчни растителни масла или отработени мазнини за готвене, и спомагат за икономията на метанол и катализатор, като допринасят за екологично и устойчиво производство на биодизел.

 

Как ултразвуковите реактори за биодизел подобряват превръщането на UCO в UCOME

Традиционното производство на биодизел често разчита на механично разбъркване и нагряване, за да осигури контакт между маслото, алкохола и катализатора. Тъй като маслото и метанолът не се смесват добре, при конвенционалните реактори могат да възникнат проблеми с ниска скорост на реакцията, непълно превръщане, по-висок разход на химикали и по-дълго време на престой.
Ултразвуковите реактори на Hielscher използват ултразвук с висок интензитет, за да генерират кавитация в течността. Кавитацията създава микроскопични зони на смесване с изключително големи сили на срязване. Това раздробява метанола на много фини капчици в маслената фаза и създава много по-голяма междуфазна повърхност за реакцията.

Резултатът е силно интензифициран процес за производство на биодизел с важни предимства:

• По-бърза трансестерификация и естерификация
• Подобрена ефективност на превръщането
• По-добро използване на метанола и катализатора
• Намалено време за реакция
• Възможност за непрекъсната обработка в поточна линия
• Лесно мащабиране от пилотно до промишлено производство

При суровини UCO с повишено съдържание на FFA ултразвукът е особено полезен, тъй като подобрява както етапа на естерификация с киселинен катализатор, така и етапа на трансестерификация с основен катализатор.

От UCO до биодизел: преглед на процеса

Превръщането на използваното олио за готвене в биодизел обикновено включва няколко технологични етапа. Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher могат да бъдат интегрирани в едноетапни или двуетапни технологични схеми в зависимост от качеството на суровината.

Типичният процес за превръщане на UCO в биодизел включва:

• Събиране и съхранение на използвано олио за готвене
• Филтриране за отстраняване на твърди вещества и хранителни частици
• Сушене или обезводняване за намаляване на съдържанието на влага
• Анализ на FFA за определяне на необходимия реакционен път
• Естерификация на свободните мастни киселини при високо съдържание на FFA
• Трансестерификация с метанол за образуване на метилови естери
• Разделяне на биодизела и глицерола
• Промиване или сухо пречистване на биодизела
• Окончателно доочистване за постигане на спецификациите за качество на горивото

При наличие на високи нива на FFA често се използва предварителна обработка чрез естерификация, за да се превърнат свободните мастни киселини в естери преди основния етап на трансестерификация. Ултразвуковата обработка може да ускори и двата етапа и да подобри общата производителност на инсталацията. Прочетете повече за двуетапното превръщане в биодизел с помощта на ултразвук!

Защо ултразвуковите реактори на Hielscher са подходящи за биодизел UCOME

Ултразвуковите реактори на Hielscher са разработени за промишлена обработка на течности и са особено ефективни при приложения за производство на биодизел, при които смесването на течни фази определя скоростта на реакцията. Вместо да разчита само на разбъркване на целия обем, ултразвукът създава интензивна локализирана енергия точно там, където е необходима.
Това осигурява на производителите няколко практически предимства.

• Отлично смесване на масло и метанол
  Едно от основните ограничения при производството на биодизел е слабата смесимост на маслото и метанола. Ултразвуковите реактори на Hielscher създават много фина емулсия, която значително подобрява контакта между реагентите. По-добрият контакт означава по-бърза реакционна кинетика и по-висока степен на превръщане.
• Висока производителност при трудни за преработка суровини
  UCO не е еднородна суровина. Съдържанието на вода, нивото на FFA и степента на замърсяване могат да варират от партида до партида. Реакторите на Hielscher помагат за компенсиране на тези вариации чрез интензифициране на реакционната среда, като правят процеса по-устойчив и адаптивен.
• По-кратко време на престой
  Тъй като ултразвукът ускорява естерификацията и трансестерификацията, производителите често могат да постигнат целевата степен на превръщане за по-кратко време, отколкото с конвенционални системи с разбъркване. Това може да намали необходимия обем на реактора и да увеличи производителността.
• Непрекъсната работа в поточна линия
  Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher са идеални за непрекъсната обработка. Конфигурациите с реактори в поточна линия поддържат производство в стационарен режим с възпроизводимо качество, което е изключително ценно за търговските инсталации за биодизел.
• Лесно мащабиране
  Основно предимство на технологията на Hielscher е линейното мащабиране. Параметрите на процеса, установени при лабораторни или пилотни изпитвания, могат да бъдат пренесени към по-големи производствени системи с по-голяма предвидимост. Това намалява риска при разработването и опростява планирането на разширяването.
• Надеждност в промишлени условия
  Системите на Hielscher са проектирани за взискателни промишлени условия на работа. За производителите на биодизел това означава надеждна работа на реактора, възпроизводими резултати и съвместимост с автоматизирани технологични линии.
• Производство на биодизел съгласно ASTM D6751 и EN 14214
  Търговските производители на биодизел често се стремят да изпълнят спецификации за качество на горивото като ASTM D6751 и EN 14214. Тези стандарти определят критични свойства, включително съдържание на естери, вискозитет, температура на възпламеняване, киселинно число, съдържание на вода, окислителна стабилност, пределни стойности за замърсителите и нива на глицерин.

 
Прочетете как произведеният чрез ултразвук биодизел работи в дизелови двигатели с вътрешно горене!

Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher се използват в процеси за производство на биодизел, предназначени да постигнат качество на горивото в съответствие с ASTM D6751 и EN 14214. В своето проучване, публикувано през 2020, Bastante-Saez и колеги показват, че биодизелът, произведен от отпадъчни мазнини от кебап с помощта на ултразвуков реактор на Hielscher, дава високи добиви на метилови естери на мастни киселини (FAME). Стойностите на FAME са по-високи (97,42% w/w за пилешка мазнина и 96,98 за говеждо-агнешка мазнина) от минималния праг, установен от европейския нормативен документ EN 14214 (т.е. минимум 96,5% w/w).

 

 

Производство на биодизел в малък мащаб за ферми и потребители извън електрическата мрежа

В някои държави или региони нормативните изисквания за биодизел са ограничени или не се прилагат спрямо малки частни потребители. Земеделските стопани и собствениците на оборудване могат да произвеждат по-малки количества биодизел от използвано олио за готвене за потребление на място в трактори, генератори, отоплителни уреди или друго земеделско оборудване, задвижвано с дизелово гориво.
В тези случаи целта често е практическо заместване на горивото, а не сертифицирана търговска продажба. Ултразвуковите реактори за биодизел могат да бъдат привлекателни и за такова децентрализирано производство, тъй като предлагат:

• Кратки времена за реакция
• Ефективно превръщане с компактно оборудване
• Добра пригодност за отпадъчни маслени суровини с променливи характеристики
• Намалена зависимост от големи резервоари с разбъркване
• Възможност за модулни конфигурации за преработка

Същевременно е важно ясно да се посочи, че биодизелът, който не отговаря на спецификациите, може да не е подходящ за всички двигатели, може да не съответства на местните законови изисквания и може да създаде проблеми със съхранението, съвместимостта с материалите, емисиите или гаранцията на двигателя. Когато съществуват стандарти за биодизел, горивото трябва да бъде изпитано и произведено в съответствие с тях преди употреба в регулирани приложения или пътни превозни средства.

 

 

Икономически предимства на ултразвуковото производство на биодизел от UCO

Разходите за суровини са една от най-значимите променливи в икономиката на производството на биодизел. Тъй като използваното олио за готвене обикновено е по-евтино от рафинираните растителни масла, то предлага значителен потенциал за икономии. Тези икономии обаче могат да бъдат загубени, ако процесът е бавен, химически неефективен или не може да се справи с променливите характеристики на суровината.
Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher помагат за запазване на рентабилността чрез подобряване на ефективността на реакцията и производителността на инсталацията. Потенциалните икономически предимства включват:

• По-добро оползотворяване на евтини суровини UCO
• Повишена производителност
• Намалено време за реакция
• По-ниско потребление на енергия за смесване в сравнение със случаи на неефективно разбъркване на целия обем
• Подобрено постоянство на процеса
• По-лесно интегриране в непрекъснати производствени линии

За производителите, които се стремят да увеличат мащаба на производството на биодизел от отпадъчни масла, тази комбинация от гъвкавост по отношение на суровините и интензифициране на процеса може да бъде изключително ценна.

Превръщайте ефективно UCO в биодизел UCOME с ултразвуковите реактори на Hielscher!

Превръщането на използваното олио за готвене в UCOME е разумен начин за получаване на възобновяемо гориво от отпадъци, като същевременно се подобрява устойчивостта и се намаляват разходите за суровини. Тъй като UCO често се преработва по-трудно от първичните масла, реакторната технология играе решаваща роля за постигане на ефективно и надеждно производство на биодизел.
Ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher интензифицират реакцията между маслото и метанола чрез смесване и масообмен, предизвикани от кавитация. Това позволява по-бърза естерификация и трансестерификация, по-добра преработка на суровини UCO с променливи характеристики и мащабируемо производство на биодизел в поточна линия.
При търговските производители ултразвуковите системи на Hielscher се използват в процеси за производство на биодизел, предназначени да произвеждат гориво, отговарящо на ASTM D6751 и EN 14214. За земеделските стопани и малките потребители в държави без нормативни изисквания за биодизел ултразвуковите реактори могат също да подпомогнат производството на по-малки количества биодизел с компактни системи за използване в местно оборудване, като се отчита, че горивото, което не отговаря на спецификациите, трябва да се използва предпазливо и в съответствие с местните изисквания и съвместимостта на двигателя.
Ако целта ви е ефективно производство на UCOME от UCO, ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher предлагат мощна и мащабируема технологична платформа за съвременно производство на биодизел.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за преработка на ултразвуковите реактори за биодизел на Hielscher:

Дебит	Мощност
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Защо Hielscher е добър избор за производителите на биодизел?

Hielscher е признат за своята промишлена ултразвукова технология, разработена за реални технологични приложения. При производството на биодизел ултразвуковите реактори на Hielscher предоставят практически начин за интензифициране на превръщането на UCO, подобряване на смесването на метанола и маслото и подпомагане на ефективното производство на биодизел от отпадъчни масла и мазнини.

Основните причини производителите да избират Hielscher включват:

• Доказана експертиза в ултразвуковите технологии
• Реактори за поточни линии за непрекъснато производство на биодизел
• Пригодност за естерификация и трансестерификация
• Надежден подход за мащабиране от лабораторията до производството
• Здраво оборудване за промишлени условия
• Ефективна преработка на трудни суровини като използвано олио за готвене

Проектиране, производство и консултиране – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни работни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителни ултразвукови апарати с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher съответстват на CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

---

---

Литература / Източници

• 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).