Biodieselproduktion & Biodiesel Konvertering
Når du laver biodiesel, sænker langsom reaktionskinetik og dårlig masseoverførsel din biodieselanlægskapacitet samt dit biodieseludbytte og kvalitet. Hielscher ultralydreaktorer forbedrer transesterificeringskinetikken betydeligt. Derfor kræves lavere overskydende methanol og mindre katalysator til biodieselforarbejdning.
Biodiesel produceres almindeligvis i batchreaktorer ved hjælp af varme og mekanisk blanding som energiinput. Ultralydkavitationel blanding er et effektivt alternativ til at opnå en bedre blanding i kommerciel biodieselbehandling. Ultralydkavitation giver den nødvendige aktiveringsenergi til industriel biodieseltransesterificering.
Ultralyd forbedret transesterificering af biodiesel
Biodieselproduktion involverer typisk en kemisk reaktion kaldet transesterificering, hvor et triglycerid (såsom vegetabilsk olie, animalsk fedt, brugte madolier) reagerer med en alkohol (såsom methanol) i nærværelse af en katalysator til fremstilling af biodiesel (fedtsyremethylestere) og glycerol. Ultralydreaktorer kan bruges til at forbedre transesterificeringsprocessen på flere måder, hvilket fører til flere fordele:
- Forbedret blanding: Ultralydbølger kan skabe kavitationsbobler, der kollapser voldsomt, hvilket forårsager intens blanding og omrøring af reaktionsblandingen. Dette fører til bedre kontakt mellem reaktanterne og katalysatoren, hvilket resulterer i hurtigere og mere fuldstændig transesterificering.
- Accelereret reaktionskinetik: De højenergiforhold, der genereres af ultralydbølger, kan aktivere reaktionen, øge reaktionshastigheden og reducere den reaktionstid, der er nødvendig for at nå et givet konverteringsniveau. Dette kan resultere i højere udbytter og lavere omkostninger.
- Reduceret brug af katalysator: Ultralydreaktorer kan forbedre effektiviteten af katalysatorbrug ved at tilvejebringe mere aktive steder til reaktionen. Det betyder, at der kræves mindre katalysator for at opnå det samme konverteringsniveau, hvilket reducerer omkostninger og miljøpåvirkning.
- Forbedret produktkvalitet: Ultralydreaktorer kan producere biodiesel med lavere indhold af frie fedtsyrer, højere renhed og bedre koldstrømsegenskaber. Dette skyldes den forbedrede blanding og hurtigere reaktionskinetik, som minimerer dannelsen af uønskede biprodukter og urenheder.
Disse fordele ved ultralyd biodiesel forarbejdning gør brugen af en ultralyd reaktor setup meget økonomisk, da brugen af ultralydreaktorer væsentligt forbedrer effektiviteten, hastigheden, og kvaliteten af biodiesel transesterificering. Det betyder sammenfattende, at ultralydbehandling gør transesterificeringen til en mere økonomisk og miljømæssigt bæredygtig proces.
Ultralydblanding forbedrer biodiesel konverteringsfrekvens, øger udbyttet og sparer overskydende methanol og katalysator.
Problemer med konventionel biodieselblanding: Den konventionelle esterificeringsreaktion i batchbehandling har tendens til at være langsom, og faseadskillelse af glycerin er tidskrævende og tager ofte 5 timer eller mere.
Ultralydreaktorer hjælper dig med at fremskynde din biodieselproces og samtidig øge dit biodieseludbytte og kvalitet til lavere behandlingsomkostninger!
Industriel ultralydator UIP2000hdT med flowcelle FC2T500k til inline biodieselesterficering og transesterificering.
Fordelene ved ultralyd biodiesel transesterificering
- Højere biodiesel udbytter på grund af forbedret blanding
- Øget biodiesel kvalitet
- Brug selv den fattigste olie som råmateriale
- Kontinuerlig inline-behandling
- Mindre methanol
- Mindre katalysator
- Tidsbesparende på grund af højhastighedskonvertering
- energibesparende
- enkel og sikker betjening
- Robusthed og lav vedligeholdelse
- Høj ydeevne: 24/7 drift under fuld belastning
"Vi har været meget tilfredse med Hielscher's udstyr og service, og vi har til hensigt at inkludere Hielscher ultralydteknologi i alle vores fremtidige bestræbelser."
Todd Stephens, Tulsa Biobrændstoffer
Ultralyd til biodiesel produktion
Biodiesel produceres ofte i batchreaktorer. Ultralyd biodiesel konvertering giver mulighed for kontinuerlig inline behandling. Ultralydbehandling kan opnå et biodieseludbytte på over 99%. Ultralydreaktorer reducerer behandlingstiden fra den konventionelle 1 til 4 timers batchbehandling til mindre end 30 sekunder. Endnu vigtigere reducerer ultralydbehandling separationstiden fra 5 til 10 timer (ved hjælp af konventionel omrøring) til mindre end 60 minutter. Ultralydbehandlingen hjælper også med at falde til mængden af katalysator, der kræves med op til 50% på grund af den øgede kemiske aktivitet i nærvær af kavitation. Ved brug af ultralydbehandling reduceres mængden af overskydende methanol, der kræves, også. En anden fordel er den resulterende stigning i glycerinets renhed.
Ultralyd biodiesel produktion trin for trin:
- vegetabilsk olie eller animalsk fedt blandes med methanol (som fremstiller methylestere) eller ethanol (for ethylestere) og natrium- eller kaliummethoxid eller -hydroxid
- blandingen opvarmes, fx til temperaturer mellem 45 og 65degC
- Den opvarmede blanding sonikeres inline i 5 til 15 sekunder
- glycerin falder ud eller separeres ved hjælp af centrifuger
- den omdannede biodiesel vaskes med vand
Sonikering udføres oftest ved forhøjet tryk (1 til 3bar, måletryk) ved hjælp af en fødepumpe og en justerbar modtryksventil ved siden af flowcellen.
Industriel biodiesel konvertering behøver ikke meget ultralyd energi. Det faktiske energibehov kan bestemmes på bordplade skala ved hjælp af fx en 1kW ultralydsprocessor såsom UIP1000hdT. Alle resultater fra sådanne bench-top forsøg kan skaleres op lineært og uden problemer. Hvis det er nødvendigt, er ATEX-certificerede ultralydsenheder tilgængelige, såsom EKS UIP1000-Exd.
Hielscher leverer industrielt ultralyd biodiesel behandlingsudstyr, over hele verden. Med ultralydsprocessorer på op til 16kW effekt pr. Enkelt enhed er der ingen grænse i biodieselanlæggets størrelse eller forarbejdningskapacitet.
Omkostninger ved ultralyd biodieselproduktion
Ultralydbehandling er et effektivt middel til at øge reaktionshastigheden og konverteringsfrekvensen i den kommercielle biodieselproduktion. Ultralydsbehandlingsomkostninger skyldes hovedsageligt investeringen i ultralydsudstyr, brugsomkostninger og vedligeholdelse. Den fremragende energieffektivitet af Hielscher ultralydapparater hjælper med at reducere forsyningsomkostningerne og dermed gøre denne proces endnu grønnere. De resulterende omkostninger til ultralydbehandling varierer mellem 0.1ct og 1.0ct per liter (0.4ct til 1.9ct / gallon), når de anvendes i kommerciel skala.
Læs mere om proceseffektivitet og økonomiske fordele ved ultralyd biodiesel produktion!
Ultralyd blanding reducerer det specifikke energiforbrug inbiodiesel fremstilling udkonkurrere hydrodynamiske magnetisk blanding og høj-forskydning mixere langt.
Lille skala ultralyd biodiesel opsætning
Ultralydbehandling kan bruges til omdannelse af olie til biodiesel i enhver skala. Billedet nedenfor viser en lille skala opsætning til behandling af 60-70L (16 til 19 gallon). Dette er den typiske opsætning for indledende undersøgelser og procesdemonstration.
Ultralydesterificering og transesterificering kan køres som batch eller kontinuerlig inline-proces. Dette diagram viser ultralyd batch proces for biodiesel konvertering.
3x 1kW ultralydapparater af modellen 1000hdT med ultralyd gennemstrømningsreaktor med til højeffektiv biodieselkonvertering.
- en ultralydator (fx UIP500hdT eller UIP1000hdT) med booster, sonotrode og flowcelle
- effektmåler til målingskraft og energi
- 80L behandlingstank (plastik, fx HDPE)
- varmeelement (1 til 2 kW)
- 10L katalysator forblandingsbeholder (plast, fx HDPE)
- katalysator premixer (omrører)
- pumpe (centrifuge, mono eller gear) i ca. 10 til 20 l / min ved 1 til 3 barg
- tilbagetryksventil til justering af tryk i flowcellen
- trykmåler til måling af fodertryk
Ultralydreaktorer til overlegen biodieselbehandling
Hielscher Ultrasonics tilbyder højtydende ultralydsprocessorer og reaktorer, som vil forbedre din biodieselproduktion ved højere biodieseludbytter, forbedret biodieselkvalitet, reduceret behandlingstid og lavere produktionsomkostninger.
Små og mellemstore ultralydreaktorer til biodieseltransesterificering
For små og mellemstore biodiesel produktion af op til 9ton / hr (2900 gal / time), Hielscher tilbyder dig UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt), og UIP2000hdT (2000 watt) som ultralyd high-shear mixere med gennemstrømningsreaktorer til pålidelig og effektiv inline biodiesel behandling. Disse fire ultralydreaktorer er meget kompakte, nemme at integrere eller eftermontere. De er bygget til tung drift i barske miljøer. Nedenfor finder du anbefalede reaktoropsætninger til en række produktionshastigheder.
|
ton / time
|
gal / time
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 watt) |
0.25 til 0,5
|
80 til 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 watt) |
0.5 til 1,0
|
160 til 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 watt) |
0.75 til 1,5
|
240 til 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 watt) |
1,0 til 2,0
|
320 til 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 watt) |
2.0 til 4.0
|
640 til 1280
|
| 4XUIP1500hdT (1500 watt) |
3,0 til 6,0
|
960 til 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 watt) |
4,5 til 9,0
|
1440 til 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 watt) |
6,0 til 12,0
|
1920 til 3840
|
Meget store gennemløb industrielle biodiesel reaktorer
Til industriel forarbejdning biodiesel produktionsanlæg Hielscher tilbyder UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW), og UIP16000hdT (16kW) ultralyd homogenisatorer! Disse ultralydsprocessorer er designet til kontinuerlig behandling af høje strømningshastigheder. UIP4000hdT, UIP6000hdT og UIP10000 kan integreres i standard søfragtcontainere. Alternativt fås alle fire processormodeller i kabinetter i rustfrit stål. En opretstående installation kræver minimal plads. Nedenfor finder du anbefalede opsætninger til typiske industrielle forarbejdningshastigheder.
|
ton / time
|
gal / time
|
1x UIP6000hdT (6000 watt) |
3,0 til 6,0
|
960 til 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 watt) |
6,0 til 12,0
|
1920 til 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 watt) |
10,0 til 20,0
|
3200 til 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 watt) |
9.0 til 18.0
|
2880 til 5880
|
| 3x UIP10000 (10.000 watt) |
15,0 til 30,0
|
4800 til 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16.000 watt) |
24,0 til 48,0
|
7680 til 15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 til 80,0
|
12800 til 25600
|
Kontakt os! / Spørg Os!
Den ultralydator UIP16000hdT er i stand til at behandle 32MMGY biodiesel.
Frost & Sullivan Teknologi Innovation of the Year
Hielscher Ultrasonics modtog den prestigefyldte Frost og Sullivan Technology Innovation of the Year Award som anerkendelse af virksomhedens udvikling af ny ultralydteknologi til bio-dieselproduktion.
Klik her for at læse mere om Frost og Sullivan Award for Hielscher Ultrasonics biodiesel reaktorer!
transesterificering – Den kemiske omdannelse af biodiesel
Fremstilling af biodiesel fra vegetabilske olier (f.eks. soja, raps, jatropha, solsikkefrø), alger, animalsk fedt samt madolier involverer basekatalyseret transesterificering af fedtsyrer med methanol eller ethanol for at give de tilsvarende methylestere eller ethylestere. Glycerin er et uundgåeligt biprodukt af denne reaktion.
Vegetabilske olier som animalske fedtstoffer er triglycerider sammensat af tre kæder af fedtsyrer bundet af et glycerinmolekyle. Triglycerider er estere. Estere er syrer, ligesom fedtsyrer, kombineret med en alkohol. Glycerin (= glycerol) er en tung alkohol. I omdannelsesprocessen omdannes triglyceridestere til alkylestere (= biodiesel) under anvendelse af en katalysator (lud) og et alkoholreagens, f.eks. methanol, som giver methylestere biodiesel. Methanol erstatter glycerinet. Denne kemiske omdannelsesproces kaldes transesterificering.
Efter transesterificering vil glycerinen, som er den tungere fase, synke til bunden. Biodiesel, som er den lettere fase, flyder ovenpå og kan adskilles, f.eks. ved hjælp af karafler eller centrifuger.
Biodiesel Forberedelse
Kaliumhydroxid (0,2 til 0,4 kg katalysator) opløses i ca. 8.5L methanol i katalysator forblandingstanken. Dette kræver omrøring af katalysatorforblandingen. Behandlingstanken bliver fyldt med 66L vegetabilsk olie. Olien opvarmes af varmeelementet til 45 til 65degC.
Biodiesel Konvertering
Når katalysatoren er fuldt opløst i methanol, blandes katalysatorblandingen med den opvarmede olie. Pumpen føder blandingen til strømningscellen. Ved hjælp af tilbagetryksventilen justeres trykket til 1 til 3barg (15 til 45psig). Recirkulation gennem ultralyd biodiesel reaktoren skal udføres i ca. 20 minutter. I løbet af denne tid bliver olien omdannet til biodiesel. Derefter slukkes pumpen og ultralydet. Glycerin (tungere fase) adskilles fra biodiesel (lettere fase). Adskillelsen tager ca. 30 til 60 minutter. Når adskillelsen er færdig, kan glycerin drænes.
Biodiesel vask
Da den konverterede biodiesel indeholder urenheder, er vask påkrævet. Til vask blandes vand i biodieselen. Ultralydbehandling kan gavne blandingen af biodiesel med vandet. Dette øger det aktive overfladeareal som følge af dråbestørrelsesreduktionen. Vær opmærksom på, at meget intens sonikering kan reducere vanddråberne til en størrelse, at der dannes en næsten stabil emulsion, der kræver særlige midler (f.eks. Centrifuge), der skal adskilles.
Biodiesel fremstillingsanlæg
Flow-diagrammet nedenfor viser en typisk opsætning for in-line sonikering af olie, methanol og katalysator til omdannelsen til biodiesel.
Ultralydesterificering og transesterificering kan køres som batch eller kontinuerlig inline-proces. Diagrammet viser ultralyd inline proces for biodiesel (FAME) transesterfication.
Kontinuerlig biodieselbehandling og separation
I en opsætning til kontinuerlig biodieselbehandling og kontinuerlig adskillelse blandes den opvarmede olie og katalysatorforblandingen kontinuerligt sammen ved hjælp af justerbare pumper. En inline statisk mixer forbedrer homogeniteten af foderet til ultralydreaktoren. Olie / katalysatorblandingen passerer flowcellen, hvor den udsættes for ultralydkavitation i ca. 5 til 30 sekunder. En modtryksventil bruges til at styre trykket i flowcellen. Den sonikerede blanding kommer ind i reaktorkolonnen på toppen. Reaktorsøjlens volumen er konstrueret til at give ca. 1 times retentionstid i søjlen. I løbet af denne tid afsluttes transesterificeringsreaktionen. Den reagerede glycerin / biodieselblanding pumpes til centrifugen, hvor den adskilles i biodiesel- og glycerinfraktionerne. Efterbehandling involverer genvinding, vask og tørring af methanol og kan også udføres kontinuerligt.
Denne opsætning eliminerer biodieselreaktorbatcher, konventionelle omrørere og store separatortanke.
Biodiesel transesterificering reaktionshastighed
Diagrammerne nedenfor viser typiske resultater af transesterificering af rapsolie (industriel kvalitet) med natriummethoxid (venstre) og kaliumhydroxid (højre). For begge tests blev en kontrolprøve (blå linje) udsat for intens mekanisk blanding. Den røde linje repræsenterer den sonikerede prøve af den identiske formulering med hensyn til volumenforhold, katalysatorkoncentration og temperatur. Den vandrette akse viser tiden efter henholdsvis blanding eller sonikering. Den lodrette akse viser mængden af glycerin, der satte sig i bunden. Dette er et simpelt middel til måling af reaktionshastigheden. I begge diagrammer reagerer den sonikerede prøve (rød) meget hurtigere end kontrolprøven (blå).
Sammenligning af ultralyd (rød graf) vs konventionel blanding (blå graf) til biodieselproduktion – Anvendelse med natriummethoxid (venstre) og kaliumhydroxid (højre) som katalysatorer.
Links til Biodiesel Supplies
Klik her for links til leverandører af pumper og tanke til biodieselindustrien.
Kemiske og sikkerhedsmæssige oplysninger
Læs venligst nedenstående oplysninger omhyggeligt for at forhindre komplikationer og skadelige helbredseffekter.
Biodiesel Kemikalier
Methanol er giftigt. Det kan forårsage nervesvigt som følge af langvarig brug. Det kan også adsorberes af huden. Ved sprøjt i øjnene kan det forårsage blindhed, og methanol kan være dødelig ved indtagelse. Af den grund skal du træffe de nødvendige forholdsregler ved håndtering af methanol. Det anbefales at bruge et godt åndedrætsværn, et forklæde og gummihandsker.
Kaliumhydroxid (KOH) er giftigt og forårsager hudbrænding ved kontakt. God ventilation er nødvendig.
Sørg for, at arbejdsområdet er generøst og grundigt ventileret for at give dampe mulighed for at undslippe. Åndedrætsværn med damppatroner er ikke effektive mod methanol-dampe. Et tilførselsluftsystem (SCBA — Selvforsynet åndedrætsværn) giver bedre beskyttelse mod methanoldampe.
Biodiesel og Gummi Dele
At køre på 100% biodiesel i længere tid kan medføre komplikationer med befugtede gummidele (pumpe, slanger, O-ringe) på motoren. Udskiftning af ståldele eller tung gummi kan eliminere dette problem. Alternativt kan du blande ca. 25% konventionel (fossil) diesel i din biodiesel for at forhindre komplikationer.
Litteratur / Referencer
- 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 fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.