Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschallprozessoren für die Biodieselproduktion

Ultraschall beschleunigt die katalytische Umesterung von Pflanzenölen und tierischen Fetten zu Biodiesel. Dies ermöglicht den Wechsel von der klassischen Batchherstellung zur kontinuierlichen Produktion. Ein solcher Wechsel reduziert die Investitionskosten und erhöht die Rentabilität.

Biodiesel wird vorwiegend im Batch-Prozess hergestellt. Wärme und mechanisches Rühren führen dem Prozess Energie zu und unterstützen die Umesterung. Das Mischen mittels Ultraschallkavitation ist eine effektive Alternative für die industrielle Umesterung von Ölen und Fetten zu Biodiesel.

Umesterung (Chemische Umwandlung zu Biodiesel)

Die Herstellung von Biodiesel aus pflanzlichen Ölen, z. B. Rapsöl oder tierischen Fetten, erfolgt durch eine katalytische Umesterung der Fettsäuren mittels Alkohol (Methanol oder Ethanol) in die entsprechenden Methyl- oder Ethylester. Glycerin entsteht als Nebenprodukt dieser chemischen Reaktion.

Pflanzenöle und tierische Fette sind veresterte Fettsäuren. Jeweils drei Fettsäureketten sind an ein Glyzerinmolekül gekoppelt. Bei der Umesterung werden diese drei Fettsäuren unter der Wirkung eines Katalysators, wie z. B. Kalium oder Natrium, durch Methanol oder Ethanol ausgetauscht. Es entstehen drei einzelne Fettsäuremethylester-Moleküle.

Triglyzeride sind Ester; bei diesen Estern handelt es sich wiederum um Säuren, beispielsweise um Fettsäuren, welche mit Alkohol kombiniert sind. Glyzerin (=Glycerol) ist ein schwerer Alkohol. In dem Umwandlungsprozess werden Triglyzeridester in Alkylester (=Biodiesel) verwandelt. Hierbei werden ein Katalysator und ein Alkoholreagent, z. B. Methanol, verwendet, welche Methylesterbiodiesel ergeben. Das Methanol ersetzt das Glyzerin.

Die Glyzerine – die schwerere Phase – sinkt auf den Boden ab. Der Biodiesel – die leichtere Phase – schwimmt oben und kann z. B. mit Dekantern oder Zentrifugen abgetrennt werden. Dieser Umwandlungsprozess wird Umesterung genannt.

Die konventionelle Reaktion der Veresterung im Batchprozess ist relativ langsam, und auch die Phasentrennung des Glyzerins ist zeitaufwendig, sie dauert oft fünf Stunden oder länger.

Der Ultraschallprozess

Tulsa Biofuels

"Wir sind mit dem Equipment und dem Service von Hielscher sehr zufrieden und haben die Hielscher Ultraschall-Technologie in unseren zukünftigen Anlagen zu integrieren."

Todd Stephens, Tulsa Biokraftstoffe

Heusutage wird Biodiesel hauptsächlich in Batchreaktoren hergestellt. Der Einsatz von Ultraschall ermöglicht immer einen kontinuierlichen Inline-Prozess. Durch das Beschallen der Biodieselertrag auf 99% erhöht werden . Ultraschall reduziert die Prozessdauer des konventionellen Batchprozesses, der zwischen 1 und 4 Stunden liegt, auf weniger als 30 Sekunden.

Noch besser ist es, durch die Beschallung der Trennungsdauer von 5 bis 10 Stunden (bei konventionellem Fahren) auf weniger als 60 Minuten reduziert wird. The double bottom according to the calculated the calculated the according the according to the calculated the according the according to the calculating calculating the according to the calculating activity Sonochemie). Durch den Einsatz von Ultraschall sinken auch die Mengen des verbrauchten Alkohols. Ein weiterer Vorteil ist die resultierende Reinheit des Glyzerins.

Der Einsatz von Ultraschall bei der Biodieselproduktion beschränkt sich auf folgende Schritte:

  1. Das pflanzliche Öl oder tierische Fett wird mit Methanol (whole Methylester einsetzt) ​​oder Ethanol (wobei Ethylesterethylester) oder Ethanol- oder Kaliummethoxid oder -hydroxid gemischt.
  2. Die Mischung wird erhitzt, z. B. auf eine Temperatur zwischen 45 und 65 ° C.
  3. Die erhitzte Mischung wird im Inline-Prozess beschallt.
    Durchfluss
    benötigte Energie
    200 bis 750l / h
    1 kW, z. B. UIP1000hd
    800 bis 3000l / h
    4 kW, z. B. 4xUIP1000hd
    3 bis 12m³ / h
    16 kW, z. B. 4xUIP4000
    20 bis 70m³ / h
    96 kW, z. B. 6xUIP16000
    200 bis 700m³ / h
    992 kW, z. B. 62xUIP16000
  4. Das Glyzerin wird vom Biodiesel abgetrennt.
  5. Der umgewälzte Biodiesel wird mit Wasser gewaschen.

Für gewöhnlich wird die Beschallung des Veränderungsprozesses bei einem hohen Druck (1 bis 3 bar, Überdruck) durchgeschaltet, wobei eine Durchflussmenge und ein einstellbares Absperrventil an der Durchflusszelle verwendet werden.

Die Industrielle Biodieselherstellung erfordert nicht viel Ultraschallenergie. Die oben stehende Tabelle zeigt typische Leistungsanforderungen für verschiedene Durchflußraten. Der entsprechende Energiebedarf kann mit einem 1kW Ultraschallprozessor im Technikums-Maßstab Es wird festgelegt. Alle diese im Technikums-Maßstab erhältlichen Ergebnisse können erhalten werden problemlos upgescalt werden. Wenn nötig, so sind auch FM- und ATEX-zertifizierte Ultraschallgeräte, wie z UIP1000-ExdErfüllt.

Hielscher liefert weltweit Ultraschallgeräte für die Industrie. Durch Ultraschallprozessoren mit zu 16kW Leistung je einzelnes Gerät sind der Betriebskapazität und der Prozesskapazität keine Grenzen gesetzt.

Die Kosten des Ultraschalleinsatzes

(Klicken Sie hier für eine größere Ansicht!) Die Gesamtenergieeffizienz ist bei der Beschallung von Flüssigkeiten sehr wichtig. The Efficiency gibt die Energie an, die vom Netzstecker zuletzt auf die Flüssigkeit übertragen wird. Unsere Ultraschallgeräte weisen eine Gesamtenergieeffizienz von mehr als 80% auf.Das Beschallungssystem ist eine effektive Methode, um die Reaktionsgeschwindigkeit und die Umwandlungsrate in Produktionsprozessen zu erhöhnen.

Die Ultraschallprozesskosten ergeben sich aus der Investition in die Ultraschallgeräte, den Betriebkosten und der Instandhaltung. Die außerordentlich hohen Energieeffizienz (Klicken Sie auf die Grafik oben) der Hielscher Ultraschallgeräte trägt dazu bei, die Betriebkosten zu reduzieren und macht den Prozess durch auch grüner. Die Beschallungskosten variieren zwischen 0, 1ct und 1,0ct pro Liter (0,4ct bis 1,9ct / Gallone), wenn Im gewerblichen Maßstab wird eingefügt. Um weitere Informationen über die Prozesskosten beim Einsatz von Ultraschall zu erhalten, klicken Sie bitte hier.

Frost & Sullivan Technology Innovation of the Year

Der Frost & Sullivan European Technology Innovation des Jahres Auszeichnung für Biodiesel-Prozesstechnologien geht an Hielscher Ultrasonics als Anerkennung für die Entwicklung neuerer Ultraschalltechnologie für die Biodieselproduktion.

Hielscher Ultrasonics hat den bekannten und gefrosteten Frost & Sullivan Technology Innovation of the Year Award als Auszeichnung für die Entwicklung neuerer Ultraschalltechnologie für die Biodieselgewinnung erhalten. Klicken Sie hier, um mehr darüber zu lesen.

Fordern Sie weitere Informationen an

Sie sollten das untenstehende Formular ausfüllen, wenn Sie weitere Informationen zum Ultraschalleinsatz bei der Umrüstung von Biodiesel wünschen.









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Ultraschallaufbau für die Biodieselproduktion im kleinen Maßstab

Einzel-Tank-Aufbau für die Biodiesel-Umesterung mit Ultraschall - Die ultraschallgestützte Biodiesel-Umwandlung kann in jedem Fall durchgeführt werden.Ultraschall-Technologie kann in jedem Fall für die Größe von Biodiesel eingestellt werden. Das Bild rechts Klicken Sie hier für eine größere Ansicht! zeigt einen Aufbau im kleinen Maßstab für die Herstellung von 60-70l (16 bis 19 Gallonen). Die Grafik zeigt den typischen Aufbau für anständige Untersuchungen und Prozessdemonstrationen.

Dieser Aufbau setzt sich aus folgenden Bestandteilen zusammen:

  • Einer 500 Watt Oder 1000 Watt Ultraschallgerät (20kHz) mit Booster, Sonotrode und Durchflußzelle
  • Wattmeter für die Messen der Leistung und Energie
  • 80l Prozesstank (aus Plastik, z. B. HDPE)
  • Heizelement (1 bis 2kW)
  • 10l Katalysator-Vormischtank (aus Plastik, z. B. HDPE)
  • Katalysator-Vormischer (Rührer)
  • Pumpe (Zentrifuge, Mono oder Antrieb) 10 bis 20l / min bei 1 bis 3 barg
  • Absperrventil zur Regulierung des Druckes in der Durchflusszelle
  • Manometer für das Messen des Förderdruckes

Vorbereitung

Kaliumhydroxid (0,2 bis 0,4kg, Katalysator) wird in ca. 8,5l Methanol im Katalysator-Vormischtank aufgelöst. Dies ist es notwendig, dass die Katalysator-Vormischung durchgeführt wird. Der Prozesstank wird mit 66l pflanzlichem Öl gefüllt. Das Öl wird durch das Heizelement auf 45 bis 65 ° C erhitzt.

Prozess

Sobald der Katalysator vollständig im Methanol ist, wird die Katalysator-Vormischung in das erhitzte Öl gemischt. Die Pumpe führt die Mischung der Durchflusszelle zu. Durch das Absperrventil wird auf 1 bis 3barg (1 bis 3barg) eingestellt. Die Ultraschall-Rezirkulation 20 Minuten ausgeführt werden. Während diese Zeit wird das Öl in Biodiesel umgewandelt. Dann werden die Pumpe und der Ultraschallprozessor abgeschaltet. Das Glyzerin (= schwere Phase) wird sich vom Biodiesel (= leichte Phase) trennen. Die Trennung dauert ca. 30 bis 60 Minuten. Wenn die Trennung abgeschlossen ist, kann das Glyzerin abgesetzt werden

Waschen

Weil der umgewälzte Biodiesel Verunreinigungen enthält, müssen er gewaschen werden. Für das Wasser wird Wasser in den Biodiesel gemischt. Ultraschall kann das Vermischen des Biodiesels und des Wassers unterstützen. Der Hintergrund der Tröpfchengröße wird die aktive Oberfläche vergrößern (siehe:Emulgier mit Ultraschall). Beachte bitte, dass das intensive Beschallung der Wassertropfen auf einer solchem ​​ist, dass die Menge schnell reduziert werden kann, und dass die Wassermenge auf der Trennschicht (z. B. Zentrifugieren) nützlich sein kann.

Biodiesel-Produktionsstätte

Die unten stehende Grafik zeigt einen typischen Aufbau für das Inline-Beschichten von Öl zur Umrüstung in Biodiesel. Klicken Sie auf die Grafik, um eine größere Ansicht zu erhalten.

Klicken Sie hier für eine größere Ansicht! Flow-Chart zur kontinuierlichen Biodieselproduktion mit Ultraschall für das Mischen - Ultraschallgestützte Umwandlung von Biodiesel kann in jedem beliebigen Maßstab durchgeführt werden.

Kontinuierlicher Prozess und Trennung

In einem Aufbau für das kontinuierliches Beschallen und kontinuierliches Separieren Der Katalysator-Vormischung wird mit einer anderen Pumpe gemischt. Ein statischer Inline-Mischer erhöht die Homogenität des Zuflussstroms zur Ultraschalldurchflusszelle. Die Öl / Katalysator-Mischung fließt durch die Durchflusszelle, wo sie für ca. 5 bis 30 Sekunden Ultraschallkavitation Es ist festgelegt. Ein Absperrventil wird dabei verwendet, um den Druck innerhalb der Durchflusszelle zu regulieren. Die beschallte Mischung trit von oben in die Reaktorsäule ein. Das Volumen der Reaktorsäule wurde so entwickelt, um ca. 1 Stunde Retentionsdauer in der Säule Zu erreichen. Während dieser Zeit vollzieht sich die Umesterungsreaktion vollständig. Die reagierte Biodiesel / Glyzerin-Mischung wird in einer Zentrifuge gepuffert, die der Biodiesel und das Glyzerin abgetrennt wird. In nachgelagerten Prozessen wird der Alkohol entzündet, der Biodiesel gewaschen und getrocknet. Auch dies kann in einem kontinuierlichen Prozess ablaufen.

Dieser Aufbau ermöglicht den Einsatz von Reaktorbatches, konventionellen Rührern und großen Separationsstanks.

Umesterungs-Reaktionsgeschwindigkeit

Die Diagramme zeigen typische Ergebnisse der Umgestaltung von Rapsöl (industrielle Norm) mit Natriummethoxid (Links) und Kaliumhydroxid (rechts). Für beide Tests wurde eine Kontrollprobe (blaue Linie) intensivem mechanischem Mischen unterzogen. Die rote Linie ergibt die Ergebnisse, die mit der Formel gleichlautend sind. Die horizontale Achse markiert die Zeit nach dem Mischen bzw. nach dem Beschallen. Die vertikale Achse gibt das Volumen des Glyzerins an, das sich am Boden absetzt. Dies ist eine einfache Methode, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu messen. In diagram Diagramme zeigen, dass sterben beschallte Sonde Viel Schneller als sterben Kontrollprobe (blau) reagiert.

Biodiesel aus Rapsöl unter Verwendung von Natriummethoxid - Umesterung Geschwindigkeitsdiagramm Biodiesel aus Rapsöl unter Verwendung von Kaliumhydroxid - Umesterung Geschwindigkeitsdiagramm

Links zu Lieferanten der Biodieselindustrie

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Chemische Informationen und Hinweise zur Sicherheit

Sie sollten die untenstehenden Informationen anzeigen, um Unbequemlichkeiten zu vermeiden und zu vermeiden.

Chemikalien

Methanol ist toxisch. Bei anstehendem Gebrauch können Nervensäden auftreten. Es kann auch über die Haut aufgenommen werden. Wenn Methanol in die Augen geht, kann dies zur Erblindung führen. Methanol hat fatale Konsequenzen, wenn es geschluckt wird. Aus diesem Grund sollten Sie alle möglichen Maßnahmen treffen, wenn Sie mit Methanol hantieren. Eine leistungsstarke Lüftung, Schutzkleidung und Gummihandschuhe sind unbedingt zu empfehlen.

Kaliumhydroxid (KOH) ist toxisch und veraltet bei Kontakt mit der Haut Verbrennungen. Zugegeben ist eine gute Belohnung.

Versichern Sie sich, dass Ihr Arbeitsplatz wirklich Platz bietet und gut belüftet ist, so dass die Dämme abziehen können. Kartuschen-Atemschutzgeräte bieten keinen besonderen Schutz vor Methanoldämpfen. Ein unterstütztes Lüftungssystem (SCBA — Freiluftatmungsgerät) bietet besseren Schutz gegen die Methanoldämpfe.

Biodiesel und Bestandteile aus Gummi

Gummiteile (Pumpen, Schläuche, O-Ringe) des Motors, die direkt mit Biodiesel in Kontakt kommen und die längere Zeit zu 100% mit Biodiesel laufen, können Probleme verursachen. Ein Ersetzt durch Stahlteile oder durch Hochleistungs-Gummi kann dieses Problem lösen. Alternativ können Sie auch 25% konventionsellen (fossilen) Biodiesel in Ihren Biodiesel mischen, um diesen Problemen vorzubeugen.

Biodiesel

Biodiesel, also z. B. Rapsmethylester (RME), zählt zu den erneuerbaren und biologisch abbaubaren Treibstoffen. Biodiesel hat gegen rein pflanzliches Öl verschiedene Vorteile auf. Ein Motorenwechsel ist nicht notwendig, und es fallen keine Modifikationen des Kraftstoffsystems an, um einen konventionsellen Dieselmotor mit Biodiesel anzutreiben. Demnach wird Petrodiesel bereits Biodiesel zugesetzt, um die Schmierfähigkeit zu erhöhen Ultraschwefeliger Diesel (ULSD) zu erhöhnen. Dies ist vorteilhaft, Biodiesel ist kein Schwefel mehr enthalten.