Výroba bionafty & Biodiesel konverze
Když vyrábíte bionaftu, pomalá kinetika reakce a špatný přenos hmoty snižují kapacitu zařízení na výrobu bionafty, stejně jako výtěžek a kvalitu bionafty. Hielscher ultrazvukové reaktory výrazně zlepšují kinetiku transesterifikace. Proto je pro zpracování bionafty zapotřebí nižší přebytek metanolu a méně katalyzátoru.
Bionafta se běžně vyrábí v dávkových reaktorech pomocí tepla a mechanického míchání jako energetického vstupu. Ultrazvukové kavitační míchání je účinnou alternativou k dosažení lepšího míchání při komerčním zpracování bionafty. Ultrazvuková kavitace poskytuje potřebnou aktivační energii pro průmyslovou transesterifikaci bionafty.
Ultrazvukové míchání zlepšuje rychlost konverze bionafty, zvyšuje výnos a šetří přebytečný methanol a katalyzátor.
Ultrazvukem vylepšená transesterifikace bionafty
Výroba bionafty obvykle zahrnuje chemickou reakci nazývanou transesterifikace, při které triglyceridy (jako je rostlinný olej, živočišný tuk, použité oleje na vaření) reagují s alkoholem (jako je methanol) v přítomnosti katalyzátoru za vzniku bionafty (methylestery mastných kyselin) a glycerolu. Ultrazvukové reaktory mohou být použity ke zlepšení procesu transesterifikace několika způsoby, což vede k několika výhodám:
- Vylepšené míchání: Ultrazvukové vlny mohou vytvářet kavitační bubliny, které se prudce zhroutí, což způsobuje intenzivní míchání a míchání reakční směsi. To vede k lepšímu kontaktu mezi reaktanty a katalyzátorem, což vede k rychlejší a úplnější transesterifikaci.
- Zrychlená reakční kinetika: Podmínky s vysokou energií generované ultrazvukovými vlnami mohou aktivovat reakci, zvýšit rychlost reakce a zkrátit reakční dobu potřebnou k dosažení dané úrovně konverze. To může vést k vyšším výnosům a nižším nákladům.
- Snížené využití katalyzátoru: Ultrazvukové reaktory mohou zlepšit účinnost použití katalyzátoru tím, že poskytují více aktivních míst pro reakci. To znamená, že k dosažení stejné úrovně přeměny, snížení nákladů a dopadu na životní prostředí je zapotřebí méně katalyzátoru.
- Zlepšená kvalita výrobků: Ultrazvukové reaktory mohou vyrábět bionaftu s nižším obsahem volných mastných kyselin, vyšší čistotou a lepšími vlastnostmi studeného toku. To je způsobeno zlepšeným mícháním a rychlejší kinetikou reakce, která minimalizuje tvorbu nežádoucích vedlejších produktů a nečistot.
Tyto výhody ultrazvukového zpracování bionafty činí použití ultrazvukového reaktoru nastavení vysoce ekonomické, protože použití ultrazvukových reaktorů výrazně zlepšuje účinnost, rychlost a kvalitu transesterifikace bionafty. To v souhrnu znamená, že ultrazvuku mění transesterifikaci na ekonomicky a ekologicky udržitelnější proces.
Problémy konvenčního míchání bionafty: Konvenční esterifikační reakce v dávkovém zpracování má tendenci být pomalá a fázová separace glycerinu je časově náročná, často trvá 5 hodin nebo déle.
Ultrazvukové reaktory vám pomohou urychlit proces bionafty a současně zvýšit výtěžnost a kvalitu bionafty při nižších nákladech na zpracování!
Průmyslový ultrasonicator UIP2000hdT s průtokovou buňkou FC2T500k pro inline esterifikaci a transesterifikaci bionafty.
Výhody ultrazvukové transesterifikace bionafty
- Vyšší výtěžek bionafty díky lepšímu míchání
- Zvýšená kvalita bionafty
- Používejte i ten nejchudší olej jako vstupní surovinu
- Kontinuální inline zpracování
- Méně metanolu
- méně Catalyst
- Úspora času díky vysokorychlostní konverzi
- úspora energie
- jednoduchý a bezpečný provoz
- Robustnost a nízká údržba
- Vysoký výkon: provoz 24/7 při plném zatížení
„Byli jsme velmi spokojeni s vybavením a servis Hielscher a máme v úmyslu včetně ultrazvuku Hielscher technologií ve všech našich budoucích úsilí.“
Todd Stephens, Tulsa Biopaliva
Ultrazvuk pro výrobu bionafty
Bionafta se často vyrábí v dávkových reaktorech. Ultrazvuková konverze bionafty umožňuje nepřetržité zpracování inline. Ultrazvuku lze dosáhnout výtěžku bionafty přesahující 99%. Ultrazvukové reaktory zkracují dobu zpracování z konvenčního 1 až 4 hodinového dávkového zpracování na méně než 30 sekund. Ještě důležitější je, že ultrazvuku snižuje dobu separace z 5 na 10 hodin (při použití konvenčního míchání) na méně než 60 minut. Ultrazvuku také pomáhá snížit množství požadovaného katalyzátoru až o 50% v důsledku zvýšené chemické aktivity v přítomnosti kavitace. Při použití ultrazvuku se také sníží množství přebytečného metanolu. Dalším přínosem je výsledné zvýšení čistoty glycerinu.
Ultrazvuková výroba bionafty krok za krokem:
- rostlinný olej nebo živočišný tuk se smísí s methanolem (což činí methylestery) nebo ethanol (pro ethylestery) a sodný nebo draselný nebo hydroxid
- směs se zahřeje, např. na teploty mezi 45 a 65degC
- Vyhřívaná směs je sonikována inline po dobu 5 až 15 sekund
- glycerin vypadne nebo je oddělena pomocí odstředivek
- převedený bionafta se promyje vodou
Nejčastěji se sonikace provádí při zvýšeném tlaku (1 až 3bar, manometrický tlak) pomocí napájecího čerpadla a nastavitelného protitlakového ventilu vedle průtokové buňky.
Průmyslová konverze bionafty nepotřebuje mnoho ultrazvukové energie. Skutečná potřeba energie může být stanovena v benchtop měřítku pomocí např. 1kW ultrazvukového procesoru, jako je UIP1000hdT. Všechny výsledky z těchto zkušebních zkoušek lze škálovat lineárně a bez problémů. V případě potřeby jsou k dispozici ultrazvukové přístroje s certifikací ATEX, jako jsou UIP1000-Exd,
Hielscher dodává průmyslové ultrazvukové zařízení na zpracování bionafty po celém světě. S ultrazvukovými procesory až do výkonu 16kW na jedno zařízení neexistuje žádný limit ve velikosti zařízení na výrobu bionafty nebo zpracovatelské kapacitě.
Náklady na Ultrasonic Biodiesel Manufacturing
Ultrazvuku je účinným prostředkem ke zvýšení rychlosti reakce a míry konverze v komerční výrobě bionafty. Náklady na ultrazvukové zpracování vyplývají především z investic do ultrazvukového zařízení, nákladů na služby a údržbu. Vynikající energetická účinnost Hielscher ultrasonicators pomáhá snížit náklady na služby a tím učinit tento proces ještě zelenější. Výsledné náklady na ultrazvuku se pohybují mezi 0,1 ct a 1,0 ct na litr (0,4 ct až 1,9 ct / galon) při použití v komerčním měřítku.
Přečtěte si více o účinnosti procesu a ekonomických výhodách ultrazvukové výroby bionafty!
Ultrazvukové míchání snižuje specifickou spotřebu energie při výrobě bionafty, která zdaleka překonává hydrodynamické magnetické míchání a smykové mixéry s vysokým smykem.
Malé měřítko ultrazvukové bionafty nastavení
Ultrazvuku lze použít pro konverzi oleje na bionaftu v jakémkoli měřítku. Obrázek níže ukazuje nastavení v malém měřítku pro zpracování 60-70L (16 až 19 galonů). Toto je typické nastavení pro počáteční studie a demonstraci procesů.
Ultrazvuková esterifikace a transesterifikace mohou být spuštěny jako dávkový nebo kontinuální inline proces. Tento graf ukazuje ultrazvukový dávkový proces pro konverzi bionafty.
3x 1kW ultrasonicators modelu 1000hdT s ultrazvukovým průtokovým reaktorem s vysoce účinnou konverzí bionafty.
- jeden ultrasonicator (např. UIP500hdT nebo UIP1000hdT) s boosterem, sonotrodou a průtokovou buňkou
- měřič výkonu pro dávkovací síly a energie
- Zpracování nádrž 80L (plasty, např. HDPE)
- topné těleso (1 až 2 kW)
- 10L katalyzátor premix nádrž (plasty, např. HDPE)
- Katalyzátor směšovač (míchadlo)
- čerpadlo (odstředivky, mono nebo ozubené kolo) cca. 10 až 20L / min při 1 až 3 barg
- zpětný ventil pro nastavení tlaku v průtokové cele
- tlakoměr pro měření tlaku krmiva
Ultrazvukové reaktory pro vynikající zpracování bionafty
Hielscher Ultrasonics nabízí vysoce výkonné ultrazvukové procesory a reaktory, které zlepší výrobu bionafty o vyšší výnosy bionafty, lepší kvalitu bionafty, zkrácení doby zpracování a nižší výrobní náklady.
Malé a střední ultrazvukové reaktory pro transesterifikaci bionafty
Pro výrobu bionafty malých a středních rozměrů až do 9 tun / hod (2900 gal / hod) vám Hielscher nabízí UIP500hdT (500 wattů), UIP1000hdT (1000 wattů), UIP1500hdT (1500 wattů) a UIP2000hdT (2000 wattů) jako ultrazvukové vysokosmykové míchačky s průtokovými reaktory pro spolehlivé a efektivní zpracování inline bionafty. Tyto čtyři ultrazvukové reaktory jsou velmi kompaktní, snadno integrovatelné nebo dodatečně namontovatelné. Jsou konstruovány pro náročný provoz v náročných prostředích. Níže naleznete doporučené nastavení reaktorů pro různé rychlosti výroby.
|
tun / hod
|
gal / hod
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 W) |
00,25 až 0,5
|
80 až 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 wattů) |
0.5 až 1.0
|
160 až 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 W) |
0.75 až 1.5
|
240 až 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 wattů) |
1,0 až 2,0
|
320 až 640
|
| 2 x UIP2000hdT (2000 wattů) |
2,0 až 4,0
|
640 až 1280
|
| 4 airbagUIP1500hdT (1500 W) |
3,0 až 6,0
|
960 až 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 W) |
4,5 až 9,0
|
1440 až 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 wattů) |
6,0-12,0
|
1920 až 3840
|
Průmyslové bionaftové reaktory s velmi velkým výkonem
Pro průmyslové zpracování bionafty výrobní závody Hielscher nabízí UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW), a UIP16000hdT (16kW) ultrazvukové homogenizéry! Tyto ultrazvukové procesory jsou určeny pro nepřetržité zpracování vysokých průtoků. UIP4000hdT, UIP6000hdT a UIP10000 lze integrovat do standardních námořních nákladních kontejnerů. Alternativně jsou všechny čtyři modely procesorů k dispozici ve skříních z nerezové oceli. Svislá instalace vyžaduje minimální prostor. Níže naleznete doporučená nastavení pro typické rychlosti průmyslového zpracování.
|
tun / hod
|
gal / hod
|
1x UIP6000hdT (6000 wattů) |
3,0 až 6,0
|
960 až 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 W) |
6,0-12,0
|
1920 až 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 W) |
10,0-20,0
|
3200-6.400
|
3x UIP6000hdT (6000 wattů) |
9,0 až 18,0
|
2880 až 5880
|
| 3x UIP10000 (10 000 wattů) |
15,0-30,0
|
4.800 - 9.600
|
| 3x UIP16000hdT (16 000 wattů) |
24,0-48,0
|
7.680 - 15.360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0-80,0
|
12800 - 25.600
|
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!
The ultrasonicator UIP16000hdT je schopen zpracovat bionaftu 32MMGY.
Mráz & Sullivan Technology Inovace roku
Hielscher Ultrasonics obdržel prestižní cenu Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year Award jako uznání vývoje nové ultrazvukové technologie pro výrobu bionafty.
Klikněte zde a dozvíte se více o Frost and Sullivan Award pro Hielscher Ultrasonics bionaftové reaktory!
transesterifikace – Chemická přeměna bionafty
Výroba bionafty z rostlinných olejů (např. sóji, řepky, jatrophy, slunečnicových semen), řas, živočišných tuků a odpadních kuchyňských olejů zahrnuje transesterifikaci mastných kyselin katalyzovanou na bázi methanolem nebo ethanolem za vzniku odpovídajících methylesterů nebo ethylesterů. Glycerin je nevyhnutelným vedlejším produktem této reakce.
Rostlinné oleje jako živočišné tuky jsou triglyceridy složené ze tří řetězců mastných kyselin vázaných molekulou glycerinu. Triglyceridy jsou estery. Estery jsou kyseliny, jako mastné kyseliny, kombinované s alkoholem. Glycerin (= glycerol) je těžký alkohol. V procesu přeměny se triglyceridové estery přeměňují na alkylestery (= bionafta) za použití katalyzátoru (louhu) a alkoholového činidla, např. methanolu, který poskytuje methylestery bionafty. Metanol nahrazuje glycerin. Tento proces chemické přeměny se nazývá transesterifikace.
Po transesterifikaci glycerin, což je těžší fáze, klesne na dno. Bionafta, která je lehčí fází, plave nahoře a může být oddělena např. dekantéry nebo odstředivkami.
Bionafta příprava
Hydroxid draselný (0,2 až 0,4 kg, katalyzátor) se rozpustí do cca. 8.5L methanol v katalytické tanku pro předběžnou směs. To vyžaduje míchání katalyzátoru premixu. Zpracování nádrž je naplněna 66L rostlinného oleje. Olej je ohříván topným tělesem na 45 až 65degC.
Biodiesel konverze
Pokud se katalyzátor zcela rozpustí v methanolu se katalyzátor premix mísí s rozpáleném oleji. Čerpadlo přivádí směs do průtokové kyvety. Prostřednictvím zpětného ventilu, tlak se upraví na 1 až 3barg (15 až 45psig). Recirkulace přes ultrazvukový bionafty reaktor by měl po dobu přibl. 20 minut. Během této doby, je olej přeměněn na bionaftu. Poté se čerpadlo a ultrazvuk jsou vypnuty. Glycerin (těžší fáze) bude oddělené od bionafty (lehčí fáze). Separace trvá cca. 30 až 60 minut. Je-li oddělování dokončena, glycerin může být vypuštěn.
bionafta Mytí
Vzhledem k tomu, že převedená bionafta obsahuje nečistoty, je nutné promývání. Pro praní se voda přimíchá do bionafty. Ultrazvuku může těžit z míchání bionafty s vodou. Tím se zvětší aktivní plocha v důsledku zmenšení velikosti kapiček. Vezměte prosím v úvahu, že velmi intenzivní sonikace může snížit kapky vody na velikost, že se vytváří téměř stabilní emulze, která bude vyžadovat speciální prostředky (např. odstředivku), které mají být odděleny.
Biodiesel Výrobní závod
Níže uvedený vývojový diagram ukazuje typické nastavení pro in-line sonikaci oleje, methanolu a katalyzátoru pro konverzi na bionaftu.
Ultrazvuková esterifikace a transesterifikace mohou být spuštěny jako dávkový nebo kontinuální inline proces. Graf ukazuje ultrazvukový inline proces pro transesterfikaci bionafty (FAME).
Kontinuální Biodiesel Processing a separace
V nastavení pro kontinuální zpracování bionafty a kontinuální separaci se ohřátý olej a katalyzátorový premix kontinuálně mísí pomocí nastavitelných čerpadel. Inline statický směšovač zlepšuje homogenitu přívodu do ultrazvukového reaktoru. Směs oleje / katalyzátoru prochází průtokovou buňkou, kde je vystavena ultrazvukové kavitaci po dobu přibližně 5 až 30 sekund. K řízení tlaku v průtokové cele se používá protitlakový ventil. Sonikovaná směs vstupuje do sloupce reaktoru nahoře. Objem reaktorové kolony je navržen tak, aby v koloně byl retenční čas cca 1 hodina. Během této doby je transesterifikační reakce dokončena. Zreagovaná směs glycerin a bionafta se čerpá do odstředivky, kde se rozdělí na bionaftu a glycerinovou frakci. Následné zpracování zahrnuje regeneraci metanolu, praní a sušení a může být také prováděno nepřetržitě.
Toto nastavení eliminuje šarže reaktoru na bionaftu, konvenční míchadla a velké separační nádrže.
Bionafta Transesterifikace rychlost reakce
Níže uvedené diagramy ukazují typické výsledky transesterifikace řepkového oleje (průmyslové kvality) s metoxidem sodným (vlevo) a hydroxidem draselným (vpravo). U obou testů byl kontrolní vzorek (modrá čára) vystaven intenzivnímu mechanickému míchání. Červená čára představuje sonikovaný vzorek identické formulace s ohledem na objemový poměr, koncentraci katalyzátoru a teplotu. Vodorovná osa ukazuje čas po míchání nebo sonikaci. Svislá osa ukazuje objem glycerinu, který se usadil na dně. Jedná se o jednoduchý způsob měření reakční rychlosti. V obou diagramech reaguje sonikovaný vzorek (červená) mnohem rychleji než kontrolní vzorek (modrý).
Srovnání ultrazvuku (červený graf) vs konvenční míchání (modrý graf) pro výrobu bionafty – použití s methoxidem sodným (vlevo) a hydroxidem draselným (vpravo) jako katalyzátory.
Odkazy pro výrobu bionafty a zahradu
Klikněte zde pro odkazy na dodavatele čerpadel a nádrží pro výrobu bionafty průmysl.
Chemické a bezpečnostní informace
Přečtěte si prosím níže uvedené informace pečlivě, aby se zabránilo komplikacím a nepříznivé účinky na zdraví.
bionafty Chemicals
Methanol je toxický. To může způsobit poškození nervů v důsledku dlouhodobého používání. To může být absorbovány kůží, taky. Jestliže je vstříknuta do očí, může způsobit oslepnutí a Metanol může být fatální, pokud požití. Z tohoto důvodu se při manipulaci s Methanol učinit nezbytná opatření. Doporučuje se použít dobrý respirátor, zástěru a gumové rukavice.
hydroxid draselný (KOH) je toxický a způsobuje kožní popálení při kontaktu. je nutná dobrá ventilace.
Ujistěte se, že pracovní prostor je velkoryse a důkladně větrány, aby výpary uniknout. Par kazeta respirátory nejsou účinné proti methanolu výpary. Systém s přívodem vzduchu (skládající — Self-dýchací přístroj), poskytuje lepší ochranu proti methanolu par.
Biodiesel a pryžové díly
Běh na 100% bionafty po delší dobu, může způsobit komplikace na smáčených pryžové díly (čerpadla, hadice, O-kroužky) motoru. Nahrazení ocelových dílů nebo těžká guma může odstranit tento problém. Případně můžete kombinovat cca. 25% konvenční (fosilní) diesel do bionafty se předešlo komplikacím.
Literatura / Reference
- 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 vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.