Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty

Ultrazvukové reaktory zlepšují kinetiku chemických reakcí v procesu konverze bionafty. To vede k rychlejší transesterifikaci a vyššímu výtěžku konverze a šetří přebytečný methanol a katalyzátor. Hielscher vyrábí ultrazvukové míchací reaktory pro výrobu bionafty v jakémkoli měřítku. Ultrazvukové reaktory jsou kompaktní, snadno se instalují a jsou velmi účinné.

Výroba bionafty zvýšená a urychlená výkonovým ultrazvukem

Bionafta je obnovitelné a čistě spalující palivo vyráběné z rostlinných olejů, živočišných tuků nebo odpadního kuchyňského oleje. Lze ji vyrábět transesterifikační reakcí, při níž se triglyceridy pomocí alkoholu a katalyzátoru přeměňují na methylestery mastných kyselin (FAME). Jedním ze způsobů, jak transesterifikační reakci urychlit, je použití ultrazvukových vln, které mohou zlepšit míchání a přenos hmoty mezi reaktanty a rovněž podpořit rozbíjení olejových kapek a dispergaci katalyzátoru.
Sonikátor sondového typu, známý také jako sonotroda, je zařízení, které generuje vysokofrekvenční zvukové vlny (typicky v rozsahu 20 kHz až 30 kHz) rozkmitáním titanové tyče. Ultrazvukové vlny se šíří kapalinou a vytvářejí zóny vysokého a nízkého tlaku, což způsobuje rychlý vznik a kolaps kavitačních bublin. Kolaps bublin vyvolává intenzivní lokální ohřev a ochlazení, vysoké smykové síly a rázové vlny, které mohou zvýšit reakční rychlost a účinnost transesterifikačního procesu.

V tomto videonávodu vám představíme vědecké principy, díky nimž ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty výrazně zlepšují její výrobu. Ultrazvukové reaktory Hielscher pro výrobu bionafty se osvědčily jako účinný nástroj ke zdokonalení výrobního procesu. V tomto návodu podrobně vysvětlíme princip jejich fungování a ukážeme různá ultrazvuková uspořádání pro jakékoli měřítko výroby. Zvyšte účinnost a hospodárnost výroby bionafty a dosahujte vyšších výtěžků vysoce kvalitní bionafty při rychlé konverzi. Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty zároveň umožňují využívat méně kvalitní oleje, například odpadní rostlinné oleje nebo použité tuky na vaření, a pomáhají snižovat spotřebu methanolu a katalyzátoru, čímž přispívají k ekologické a udržitelné výrobě bionafty.

Výhody ultrazvukové výroby bionafty

Mezi výhody použití sonikátoru sondového typu pro syntézu bionafty patří:

Vyšší reakční rychlost: Ultrazvukové vlny mohou zvýšit přenos hmoty mezi reaktanty a urychlit transesterifikační reakci, čímž se zkracuje reakční doba a zvyšuje výtěžek bionafty.
Vyšší výtěžek a čistota: Ultrazvukový proces výroby bionafty zlepšuje dispergaci katalyzátoru a homogenitu reakční směsi, což vede k vyššímu výtěžku a čistotě bionafty.
Levná surovina: Díky ultrazvuku můžete použít surovinu té nejnižší kvality – například odpadní kuchyňské oleje, odpadní živočišné tuky a nejedlé oleje – a přeměnit ji na vysoce kvalitní bionaftu. Přečtěte si více!
Nižší spotřeba energie: Použití sonikace snižuje energii potřebnou k míchání a ohřevu reakční směsi i potřebné množství katalyzátoru, což vede k udržitelnějšímu a nákladově efektivnějšímu procesu. Přečtěte si více!
Flexibilita a škálovatelnost: Sonikátory sondového typu a reaktory Hielscher lze použít pro maloobjemovou i velkoobjemovou výrobu bionafty a lze je snadno začlenit do stávajících výrobních procesů.

Souhrnně to znamená, že použití sonikátorů a ultrazvukových reaktorů Hielscher pro syntézu bionafty nabízí významné výhody z hlediska reakční rychlosti, výtěžku, čistoty, spotřeby energie a škálovatelnosti, což z něj činí ziskovou technologii pro udržitelnou výrobu obnovitelných paliv.

Ultrazvukové reaktory pro bionaftu snižují náklady a zvyšují výtěžek bionafty

Ultrazvuková emulgace využívá intenzivní kavitační smyk ultrazvukových homogenizátorů v ultrazvukových průtokových reaktorech Přebytečný methanol a katalyzátor jsou významnými nákladovými faktory při výrobě bionafty. Ultrazvukové reaktory Hielscher využívají k míchání methanolu s vaší surovinou intenzivní kavitační smyk. Díky tomu získáte mnohem menší kapky methanolu, což vede k lepšímu využití methanolu a katalyzátoru. Proto je zapotřebí méně přebytečného methanolu a méně katalyzátoru. Kavitace navíc ovlivňuje reakční kinetiku, což vede k rychlejší a úplnější transesterifikaci.

Použití ultrazvukových reaktorů pro výrobu bionafty se doporučuje pro výrobní kapacity nad 0,25 tuny bionafty za hodinu. Hielscher nabízí ultrazvukové reaktory s kapacitou až 16 tun/hodinu (5100 galonů/hodinu) na reaktor. Pro dosažení požadované procesní kapacity můžete kombinovat více reaktorů. Další reaktory můžete přidat později, až budete rozšiřovat výrobní kapacitu. Rádi vám doporučíme nejvhodnější sestavu reaktorů pro bionaftu pro uspořádání vašeho závodu a pro vaši procesní kapacitu.

Ultrazvukové reaktory pro bionaftu v malém a středním měřítku

Pro malé a středně velké systémy výroby bionafty s kapacitou až 9 tun/hodinu (2900 galonů/hodinu) vám Hielscher nabízí UIP500hdT (500 wattů), UIP1000hdT (1000 wattů), UIP1500hdT (1500 wattů) nebo UIP2000hdT (2000 wattů). Tyto čtyři ultrazvukové průtokové reaktory jsou velmi kompaktní a snadno se integrují nebo dodatečně instalují. Jsou konstruovány pro náročný provoz v drsném prostředí. Níže naleznete doporučené sestavy reaktorů pro řadu výrobních výkonů.

	tun/hodinu	galonů/hodinu
1x UIP500hdT	0,25 až 0,5	80 až 160
1x UIP1000hdT	0,5 až 1,0	160 až 320
1x UIP1500hdT	0,75 až 1,5	240 až 480
1x UIP2000hdT	1,0 až 2,0	320 až 640
2x UIP1500hdT	1,5 až 3,0	480 až 960
2x UIP2000hdT	2,0 až 4,0	640 až 1280
4x UIP1500hdT	3,0 až 6,0	960 až 1920
4x UIP2000hdT	4 až 8	1280 až 2560

Plně průmyslové ultrazvukové reaktory pro bionaftu

Pro průmyslové závody na výrobu bionafty nabízí Hielscher UIP4000hdT (4000 wattů), UIP6000hdT (6000 wattů), UIP10000hdT (10 000 wattů) a UIP16000hdT (16 000 wattů). Tyto ultrazvukové homogenizátory s průtokovými reaktory jsou navrženy pro kontinuální výrobu bionafty při vysokých průtocích. Všechny čtyři ultrazvukové homogenizátory jsou k dispozici ve skříních z nerezové oceli. Vertikální instalace vyžaduje minimální podlahovou plochu pro instalaci nebo dodatečnou montáž. Níže naleznete doporučené sestavy pro typické průmyslové zpracovatelské výkony.

	tun/hodinu	galonů/hodinu
3x UIP4000hdT	6,0 až 12,0	1920 až 3840
5x UIP4000hdT	10,0 až 20,0	3200 až 6400
3x UIP10000hdT	15,0 až 30,0	4800 až 9600
3x UIP16000hdT	24,0 až 48,0	7680 až 15 360
5x UIP16000hdT	40,0 až 80,0	12 800 až 25 600

Průtokové ultrazvukové míchání oleje a methanolu

Ultrazvukové míchací reaktory nahrazují míchadla v nádržích a další dynamické smykové mísiče. Ultrazvukové reaktory pro bionaftu se zpravidla instalují k míchání dvou vstupních proudů: oleje a methanolu (s katalyzátorem). Za tímto účelem se hrubá předsměs čerpá ultrazvukovým průtokovým reaktorem, kde ultrazvuková kavitace během 2 až 10 sekund promíchá a emulguje obě reakční složky. Jedná se o průtokový (inline) proces míchání. Po výstupu směsi z reaktoru s průtokovou celou se glycerin oddělí gravitačně za méně než 60 minut. Alternativně můžete sonikovanou směs po několika minutách reakční doby přivádět do odstředivky. Průtokové míchání snižuje počet a objem používaných nádrží ve srovnání s konvenčním vsádkovým zpracováním. Tím se zlepšuje využití kapitálu.

Procesní diagram znázorňující proces výroby bionafty v kontinuálním průtokovém režimu. Ultrazvuk může výrazně zlepšit esterifikaci a transesterifikaci.

Ultrazvukovou esterifikaci a transesterifikaci lze provádět jako vsádkový nebo kontinuální průtokový proces. Diagram znázorňuje ultrazvukový průtokový proces transesterifikace pro bionaftu (FAME).

Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!

Související témata

Literatura / Reference

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.
Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrason Sonochem. 2010 Jun; 17(5): 839-44.
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.
Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
Hielscher Ultrasonics: Ultrasonic Mixing for Biodiesel Production

Často kladené otázky

Jaké suroviny lze použít pro výrobu bionafty?

Mezi suroviny pro výrobu bionafty patří rafinované rostlinné oleje, nejedlé oleje, odpadní rostlinné oleje, odpadní kuchyňské oleje, použité fritovací tuky, živočišné tuky, jako je lůj, a některé rybí oleje, pokud lze jejich triglyceridy nebo volné mastné kyseliny přeměnit na estery bionafty. Sonikace pomáhá tím, že zintenzivňuje míchání mezi nemísitelnými fázemi oleje a alkoholu, díky čemuž jsou i nízkojakostní a proměnlivé suroviny vhodnější pro účinnou transesterifikaci.

Jaké jsou výzvy při použití nekvalitních surovin pro transesterifikaci bionafty?

Hlavními výzvami nekvalitních surovin při transesterifikaci bionafty jsou proměnlivé složení, kontaminace, obsah vody, degradované lipidy, vyšší viskozita a obtížnější fázové chování, které mohou snižovat účinnost konverze, podporovat tvorbu mýdel a zpomalovat separaci bionafty a glycerolu. Sonikace pomáhá tato omezení překonat zlepšením přenosu tepla a hmoty prostřednictvím kavitace a urychlením reakční kinetiky v obtížných systémech surovin. Zjistěte, jak sonikace pozitivně ovlivňuje transesterifikaci nekvalitních surovin na vysoce kvalitní bionaftu!

Jaké jsou hlavní nákladové faktory při zpracování bionafty?

Hlavními nákladovými faktory při zpracování bionafty jsou náklady na surovinu, spotřeba methanolu a katalyzátoru, energetická náročnost, reakční doba, náročnost separace a čištění a celková kapacita závodu, přičemž surovina obvykle představuje největší nákladovou složku. Sonikace pomáhá snižovat náklady na zpracování zkrácením reakční doby, zlepšením konverze a urychlením fázové separace, což může snížit spotřebu energie a zvýšit kapacitu. Přečtěte si více o nákladově a energeticky efektivní výrobě bionafty pomocí ultrazvukových reaktorů!