Od UCO k bionaftě pomocí ultrazvukových reaktorů

Použitý kuchyňský olej (UCO) se stal jednou z nejatraktivnějších surovin pro udržitelnou výrobu bionafty. Přeměna UCO na bionaftu neboli methylester použitého kuchyňského oleje pomáhá snižovat množství odpadu, snižuje náklady na suroviny a podporuje oběhovější palivové hospodářství. Výrobcům bionafty, kteří hledají efektivní technologii zpracování, nabízejí ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty od společnosti Hielscher výkonné řešení pro intenzifikaci procesů transesterifikace a esterifikace.

Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty Hielscher se široce používají ke zlepšení přeměny levných olejů a tuků na vysoce kvalitní bionaftu. Ultrazvuková kavitace vytváří intenzivní míchání na mikroskopické úrovni, a tím urychluje chemické reakce, zlepšuje přenos hmoty mezi nemísitelnými fázemi a pomáhá výrobcům dosáhnout rychlé, spolehlivé a škálovatelné výroby bionafty.

UCOME – bionafta z odpadních olejů

UCOME označuje methylester použitého kuchyňského oleje. Jde o bionaftu vyráběnou přeměnou odpadních kuchyňských olejů na methylestery mastných kyselin chemickou reakcí s methanolem. Protože UCO je recyklovaná surovina, je UCOME obzvláště atraktivní z ekonomického i environmentálního hlediska.
Ve srovnání s panenskými rostlinnými oleji nabízí UCO jasné nákladové výhody, zároveň však přináší i výzvy při zpracování. Použitý kuchyňský olej často obsahuje:

• Volné mastné kyseliny (FFA)
• Vodu
• Zbytky potravin a nečistoty
• Oxidační produkty
• Proměnlivé složení v závislosti na původu a historii použití

Tyto faktory činí účinnost procesu a výkon reaktoru obzvláště důležitými. Právě zde nabízejí ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty významné výhody.

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.

 

Jak ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty zlepšují přeměnu UCO na UCOME

Tradiční výroba bionafty se často spoléhá na mechanické míchání a teplo, aby se olej, alkohol a katalyzátor dostaly do vzájemného kontaktu. Protože se olej a methanol špatně mísí, mohou konvenční reaktory trpět pomalou rychlostí reakce, neúplnou konverzí, vyšší spotřebou chemikálií a delšími dobami zdržení.
Ultrazvukové reaktory Hielscher využívají vysoce intenzivní ultrazvuk ke generování kavitace v kapalině. Kavitace vytváří mikroskopické zóny míchání s extrémně vysokými smykovými silami. Ty rozbíjejí methanol na velmi jemné kapičky v olejové fázi a vytvářejí mnohem větší mezifázovou plochu pro reakci.

Výsledkem je vysoce intenzifikovaný proces výroby bionafty s důležitými výhodami:

• Rychlejší transesterifikace a esterifikace
• Zlepšená účinnost konverze
• Lepší využití methanolu a katalyzátoru
• Zkrácená reakční doba
• Možnost kontinuálního inline zpracování
• Snadné zvětšení měřítka z pilotního na průmyslovou výrobu

U surovin UCO se zvýšeným obsahem FFA je ultrazvuk obzvláště přínosný, protože zlepšuje jak krok kysele katalyzované esterifikace, tak krok bazicky katalyzované transesterifikace.

Od UCO k bionaftě: přehled procesu

Přeměna použitého kuchyňského oleje na bionaftu obecně zahrnuje několik procesních fází. Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty Hielscher lze v závislosti na kvalitě suroviny integrovat do jednostupňových nebo dvoustupňových procesních uspořádání.

Typický proces přeměny UCO na bionaftu zahrnuje:

• Sběr a skladování použitého kuchyňského oleje
• Filtraci k odstranění pevných látek a částic potravin
• Sušení nebo odvodnění ke snížení obsahu vlhkosti
• Analýzu FFA k určení potřebné reakční cesty
• Esterifikaci volných mastných kyselin při vysokém obsahu FFA
• Transesterifikaci methanolem za vzniku methylesterů
• Separaci bionafty a glycerolu
• Praní nebo suché čištění bionafty
• Finální dočištění k dosažení specifikací kvality paliva

Při vysokém obsahu FFA se často používá esterifikační předúprava, která před hlavním krokem transesterifikace převede volné mastné kyseliny na estery. Ultrazvukové zpracování může urychlit obě fáze a zlepšit celkovou produktivitu závodu. Přečtěte si více o ultrazvukem podporované dvoustupňové přeměně na bionaftu!

Proč se ultrazvukové reaktory Hielscher dobře hodí pro bionaftu UCOME

Ultrazvukové reaktory Hielscher jsou konstruovány pro průmyslové zpracování kapalin a jsou obzvláště účinné v aplikacích výroby bionafty, kde rychlost reakce určuje míchání kapalina-kapalina. Namísto spoléhání se pouze na objemové míchání vytváří ultrazvuk intenzivní lokalizovanou energii přesně tam, kde je potřeba.
To výrobcům přináší několik praktických výhod.

• Vynikající míchání oleje a methanolu
  Jedním z klíčových omezení při výrobě bionafty je špatná mísitelnost oleje a methanolu. Ultrazvukové reaktory Hielscher vytvářejí velmi jemnou emulzi, která výrazně zlepšuje kontakt mezi reaktanty. Lepší kontakt znamená rychlejší reakční kinetiku a vyšší konverzi.
• Vysoký výkon u obtížných surovin
  UCO není jednotná surovina. Jeho obsah vody, hladina FFA a míra kontaminace se mohou lišit od šarže k šarži. Reaktory Hielscher pomáhají tyto odchylky kompenzovat intenzifikací reakčního prostředí, čímž je proces robustnější a přizpůsobivější.
• Kratší doba zdržení
  Protože ultrazvuk urychluje esterifikaci a transesterifikaci, mohou výrobci často dosáhnout cílové konverze za kratší dobu než u konvenčních míchaných systémů. To může snížit požadavky na objem reaktoru a zvýšit propustnost.
• Kontinuální inline provoz
  Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty Hielscher jsou ideální pro kontinuální zpracování. Inline konfigurace reaktorů podporují výrobu v ustáleném stavu s reprodukovatelnou kvalitou, což je velmi cenné pro komerční závody na výrobu bionafty.
• Přímočaré zvětšování měřítka
  Hlavní výhodou technologie Hielscher je lineární zvětšování měřítka. Procesní parametry stanovené v laboratorních nebo pilotních zkouškách lze předvídatelněji přenést na větší výrobní systémy. To snižuje vývojové riziko a zjednodušuje plánování rozšíření.
• Průmyslová spolehlivost
  Systémy Hielscher jsou navrženy pro náročný průmyslový provoz. Pro výrobce bionafty to znamená spolehlivý výkon reaktoru, reprodukovatelné výsledky a kompatibilitu s automatizovanými procesními linkami.
• Výroba bionafty podle ASTM D6751 a EN 14214
  Komerční výrobci bionafty se často zaměřují na specifikace kvality paliva, jako jsou ASTM D6751 a EN 14214. Tyto normy definují kritické vlastnosti včetně obsahu esterů, viskozity, bodu vzplanutí, čísla kyselosti, obsahu vody, oxidační stability, limitů kontaminantů a obsahu glycerinu.

 
Přečtěte si, jak ultrazvukem vyrobená bionafta funguje v dieselových spalovacích motorech!

Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty Hielscher se používají v procesech výroby bionafty navržených k dosažení kvality paliva v souladu s ASTM D6751 a EN 14214. Ve své studii publikované v roce 2020 Bastante-Saez a kolegové prokázali, že bionafta vyrobená z odpadních tuků z kebabu pomocí ultrazvukového reaktoru Hielscher poskytla vysoké výtěžky methylesterů mastných kyselin (FAME). Hodnoty FAME byly vyšší (97,42% w/w pro kuřecí tuk a 96,98 pro hovězí-jehněčí tuk) než minimální prahová hodnota stanovená evropským předpisem EN 14214 (tj. minimálně 96,5% w/w).

 

Bionafta v malém měřítku pro farmy a uživatele mimo rozvodnou síť

V některých zemích nebo regionech jsou předpisy pro bionaftu omezené nebo se u malých soukromých uživatelů nevymáhají. Zemědělci a majitelé strojů mohou vyrábět menší množství bionafty z použitého kuchyňského oleje pro spotřebu na místě v traktorech, generátorech, topidlech nebo jiných zemědělských strojích s dieselovým pohonem.
V těchto případech je cílem často spíše praktická náhrada paliva než certifikovaný komerční prodej. Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty mohou být atraktivní i pro takovou decentralizovanou výrobu, protože nabízejí:

• Rychlé reakční doby
• Efektivní konverzi s kompaktním zařízením
• Dobrou vhodnost pro proměnlivé suroviny z odpadních olejů
• Menší závislost na velkých míchaných nádržích
• Potenciál pro modulární procesní sestavy

Zároveň je důležité jasně uvést, že bionafta nesplňující specifikace nemusí být vhodná pro všechny motory, nemusí splňovat místní právní požadavky a může představovat problémy se skladováním, kompatibilitou materiálů, emisemi nebo zárukou na motor. Tam, kde normy pro bionaftu existují, by palivo mělo být před použitím v regulovaných aplikacích nebo silničních vozidlech odpovídajícím způsobem testováno a vyráběno.

 

Ekonomické výhody ultrazvukové výroby bionafty z UCO

Náklady na surovinu jsou jednou z největších proměnných v ekonomice bionafty. Protože je použitý kuchyňský olej obecně levnější než rafinované rostlinné oleje, nabízí výrazný potenciál úspor nákladů. Tyto úspory však mohou být ztraceny, pokud je proces pomalý, chemicky neefektivní nebo nedokáže zvládnout proměnlivost suroviny.
Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty Hielscher pomáhají chránit ziskovost zlepšením účinnosti reakce a produktivity závodu. Mezi potenciální ekonomické výhody patří:

• Lepší využití levných surovin UCO
• Zvýšená propustnost
• Zkrácená reakční doba
• Nižší energetická náročnost související s mícháním ve srovnání se scénáři neefektivního objemového míchání
• Lepší konzistence procesu
• Snadnější integrace do kontinuálních výrobních linek

Pro výrobce, kteří chtějí rozšířit výrobu bionafty z odpadních olejů, může být tato kombinace flexibility surovin a intenzifikace procesu velmi cenná.

Přeměňujte UCO na bionaftu UCOME efektivně s ultrazvukovými reaktory Hielscher!

Přeměna použitého kuchyňského oleje na UCOME je chytrý způsob, jak vyrábět obnovitelné palivo z odpadu a zároveň zlepšovat udržitelnost a snižovat náklady na suroviny. Protože se UCO často zpracovává obtížněji než panenské oleje, hraje technologie reaktoru zásadní roli při dosahování efektivní a spolehlivé výroby bionafty.
Ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty Hielscher intenzifikují reakci mezi olejem a methanolem prostřednictvím míchání a přenosu hmoty vyvolaných kavitací. To umožňuje rychlejší esterifikaci a transesterifikaci, lepší zvládání proměnlivých surovin UCO a škálovatelnou inline výrobu bionafty.
U komerčních výrobců se ultrazvukové systémy Hielscher používají v procesech výroby bionafty navržených k výrobě paliva splňujícího ASTM D6751 a EN 14214. Zemědělcům a malým uživatelům v zemích bez předpisů pro bionaftu mohou ultrazvukové reaktory rovněž usnadnit kompaktní výrobu menších množství bionafty pro použití v místních strojích, přičemž je třeba mít na paměti, že palivo nesplňující specifikace by mělo být používáno opatrně a v souladu s místními požadavky a kompatibilitou motoru.
Pokud je vaším cílem efektivní výroba UCOME z UCO, nabízejí ultrazvukové reaktory pro výrobu bionafty Hielscher výkonnou a škálovatelnou technologickou platformu pro moderní zpracování bionafty.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje představu o přibližné zpracovatelské kapacitě ultrazvukových reaktorů pro výrobu bionafty Hielscher:

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

Proč je Hielscher silnou volbou pro výrobce bionafty?

Hielscher je uznávaný pro průmyslovou ultrazvukovou technologii navrženou pro reálné procesní aplikace. Při výrobě bionafty poskytují ultrazvukové reaktory Hielscher praktický způsob, jak intenzifikovat přeměnu UCO, zlepšit míchání methanolu s olejem a podpořit efektivní výrobu bionafty z odpadních olejů a tuků.

Mezi hlavní důvody, proč výrobci volí Hielscher, patří:

• Osvědčené odborné znalosti v oblasti ultrazvuku
• Inline konstrukce reaktorů pro kontinuální zpracování bionafty
• Vhodnost pro esterifikaci i transesterifikaci
• Silné možnosti zvětšování měřítka od laboratoře po výrobu
• Robustní zařízení pro průmyslová prostředí
• Efektivní zpracování náročných surovin, jako je použitý kuchyňský olej

Design, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany

Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svými nejvyššími standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí ultrazvukové přístroje Hielscher snadno zvládají.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě vyhovují požadavkům CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

---

---

Literatura / Reference

• 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).