Ultraschallreaktoren für die Biodieselproduktion
Ultraschallreaktoren verbessern die chemische Reaktionskinetik des Biodieselumwandlungsprozesses. Dies führt zu einer schnelleren Umesterung, einer höheren Umwandlungsausbeute und spart überschüssiges Methanol und Katalysator. Hielscher stellt Ultraschall-Mischreaktoren für die Produktion von Biodiesel in jedem Maßstab her. Die Ultraschallreaktoren sind kompakt, einfach zu installieren und sehr effizient.
Steigerung und Beschleunigung der Biodieselproduktion durch Leistungsultraschall
Biodiesel ist ein erneuerbarer und sauberer Kraftstoff, der aus Pflanzenölen, tierischen Fetten oder Altspeiseöl hergestellt wird. Er kann durch eine Umesterungsreaktion hergestellt werden, bei der Triglyceride mit Hilfe eines Alkohols und eines Katalysators in Fettsäuremethylester (FAME) umgewandelt werden. Eine Möglichkeit, die Umesterungsreaktion zu beschleunigen, ist der Einsatz von Ultraschallwellen, die die Durchmischung und den Stoffaustausch der Reaktanten verbessern sowie das Aufbrechen der Öltröpfchen und die Dispersion des Katalysators fördern können.
Ein Sonden-Ultraschallgerät, auch Sonotrode genannt, ist ein Gerät, das durch die Vibration eines Titanstabs hochfrequente Schallwellen (in der Regel im Bereich von 20 kHz bis 30 kHz) erzeugt. Die Ultraschallwellen breiten sich in der Flüssigkeit aus und erzeugen Hoch- und Niederdruckzonen, in denen sich Kavitationsblasen bilden und schnell zusammenfallen. Das Kollabieren der Blasen führt zu intensiver lokaler Erwärmung und Abkühlung, hohen Scherkräften und Schockwellen, was die Reaktionsgeschwindigkeit und Effizienz des Umesterungsprozesses erhöhen kann.

Das Ultraschallsystem UIP16000hdT ist in der Lage, 32MMGY Biodiesel zu verarbeiten.
Vorteile der Biodieselproduktion mit Ultraschall
Zu den Vorteilen der Verwendung eines Sonden-Ultraschallgeräts für die Biodieselsynthese gehören:
- Schnellere Reaktionsgeschwindigkeit: Die Ultraschallwellen können den Stoffaustausch der Reaktanten erhöhen und die Umesterungsreaktion beschleunigen, wodurch die Reaktionszeit verkürzt und die Ausbeute an Biodiesel erhöht wird.
- Höhere Ausbeute und Reinheit: Das Ultraschall-Biodieselverfahren verbessert die Dispersion des Katalysators und die Homogenität des Reaktionsgemischs, was zu einer höheren Ausbeute und Reinheit des Biodiesels führt. Mit Hilfe von Ultraschall können Sie auch minderwertige Ausgangsstoffe wie Altspeisefette verwenden und in hochwertigen Biodiesel umwandeln.
- Geringerer Energieverbrauch: Durch den Einsatz von Ultraschall wird der Energiebedarf für das Mischen und Erhitzen des Reaktionsgemischs sowie die benötigte Katalysatormenge reduziert, was zu einem nachhaltigeren und kostengünstigeren Verfahren führt.
- Flexibilität und Skalierbarkeit: Die Sonden-Ultraschallgeräte und -Reaktoren von Hielscher können sowohl für die Produktion von Biodiesel im kleinen als auch im großen Maßstab eingesetzt werden und lassen sich problemlos in bestehende Produktionsprozesse integrieren.
Zusammenfassend bedeutet dies, dass der Einsatz von Hielscher-Ultraschallgeräten und Ultraschallreaktoren für die Biodieselsynthese erhebliche Vorteile in Bezug auf Reaktionsgeschwindigkeit, Ausbeute, Reinheit, Energieverbrauch und Skalierbarkeit bietet, was sie zu einer rentablen Technologie für die nachhaltige Produktion von erneuerbaren Kraftstoffen macht.
Biodiesel-Ultraschallreaktoren senken die Kosten und steigern die Biodieselausbeute
Überschüssiges Methanol und Katalysator sind erhebliche Kostenfaktoren bei der Biodieselproduktion. Hielscher Ultraschallreaktoren nutzen intensive Kavitationsscherkräfte für die Vermischung von Methanol mit Ihrem Ausgangsmaterial. Dadurch entstehen viel kleinere Methanoltropfen, was zu einer besseren Ausnutzung von Methanol und Katalysator führt. Daher werden weniger Überschuss-Methanol und weniger Katalysator benötigt. Darüber hinaus beeinflusst die Kavitation die Reaktionskinetik, was zu einer schnelleren und vollständigeren Umesterung führt.

Die Ultraschallveresterung ist ein Vorbehandlungsschritt, bei dem minderwertiges Ausgangsmaterial mit einem hohem Gehalt an freien Fettsäuren aufwertet, indem freie Fettsäuren zu Estern umgewandelt werden. Im 2. Schritt der Ultraschall-Umesterung werden die Triglyceride in Biodiesel (FAME) umgewandelt.
Kleine und mittelgroße Ultraschall-Biodiesel-Reaktoren
Für kleine und mittelgroße Biodiesel-Produktionsanlagen bis zu 9 Tonnen/Stunde (2900 Gallonen/Stunde) bietet Hielscher den UIP500hdT (500 Watt), UIP1000hdT (1000 Watt), UIP1500hdT (1500 Watt) oder UIP2000hdT (2000 Watt). Diese vier Inline-Ultraschallreaktoren sind sehr kompakt und lassen sich leicht integrieren oder nachrüsten. Sie sind für den Hochleistungsbetrieb in rauen Umgebungen ausgelegt. Nachstehend finden Sie empfohlene Reaktoraufbauten für eine Reihe von Produktionsraten.
Tonnen/Stunde
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Gallonen/Stunde
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1x UIP500hdT |
0,25 bis 0,5
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80 bis 160
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1x UIP1000hdT |
0,5 bis 1,0
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160 bis 320
|
1x UIP1500hdT |
0,75 bis 1,5
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240 bis 480
|
1x UIP2000hdT |
1,0 bis 2,0
|
320 bis 640
|
2x UIP1500hdT |
1,5 bis 3,0
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480 bis 960
|
2x UIP2000hdT |
2,0 bis 4,0
|
640 bis 1280
|
4x UIP1500hdT |
3,0 bis 6,0
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960 bis 1920
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4x UIP2000hdT |
4 bis 8
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1280 bis 2560
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Industrielle Ultraschall-Biodiesel-Reaktoren im großen Maßstab
Für industrielle Biodiesel-Produktionsanlagen bietet Hielscher die UIP4000hdT (4000 Watt), UIP6000hdT (6000 Watt), UIP10000hdT (10000 Watt) und UIP16000hdT (16000 Watt) an. Diese Ultraschall-Homogenisatoren mit Inline-Reaktoren sind für die kontinuierliche Produktion von Biodiesel bei hohen Durchflussraten ausgelegt. Alle vier Ultraschall-Homogenisatoren sind in Edelstahlgehäusen erhältlich. Die vertikale Installation erfordert eine minimale Stellfläche für die Aufstellung oder Nachrüstung. Nachstehend finden Sie empfohlene Aufstellungen für typische industrielle Prouktionsraten.
Tonnen/Stunde
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Gallonen/Stunde
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3x UIP4000hdT |
6,0 bis 12,0
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1920 bis 3840
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5x UIP4000hdT |
10,0 bis 20,0
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3200 bis 6400
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3x UIP10000hdT |
15,0 bis 30,0
|
4800 bis 9600
|
3x UIP16000hdT |
24,0 bis 48,0
|
7680 bis 15360
|
5x UIP16000hdT |
40,0 bis 80,0
|
12800 bis 25600
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Inline-Ultraschallmischung von Öl und Methanol
Ultraschall-Mischreaktoren ersetzen Tankrührwerke und andere Mischer mit dynamischer Scherung. Im Allgemeinen werden die Ultraschall-Biodieselreaktoren zum Mischen von zwei Zufuhrströmen eingesetzt: Öl und Methanol (mit Katalysator). Dazu wird eine Vormischung durch den Inline-Ultraschallreaktor gepumpt, wo die Ultraschallkavitation beide Reagenzien innerhalb von 2 bis 10 Sekunden vermischt und emulgiert. Dies ist ein Inline-Mischverfahren. Wenn das Gemisch den Durchflusszellenreaktor verlässt, trennt sich das Glycerin durch Schwerkraft in weniger als 60 Minuten. Alternativ können Sie die beschallte Mischung nach einigen Minuten Reaktionszeit in eine Zentrifuge führen. Die Inline-Mischung reduziert die Anzahl und das Volumen der verwendeten Tanks im Vergleich zur herkömmlichen Biodieselherstellung. Dies verbessert die Kapitalnutzung.

Die ultraschall-gestützte Veresterung und Umesterung kann als Batch- oder als kontinuierlicher Inline-Prozess betrieben werden. Das Diagramm zeigt den Ultraschall-Inline-Prozess für die Umesterung von Biodiesel (FAME).
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Verwandte Informationen
- Ultraschall-Umesterung von Öl zu Biodiesel
- Auswirkungen der Ultraschallbehandlung auf die Effizienz der Biodieselherstellung
- Die Verwendung von Ultraschallreaktoren in einem kontinuierlichen Biodiesel-Prozess in kleinem Maßstab – Graham Towerton (2007)
- Biodiesel aus Algen mittels Ultraschall
- Biodiesel-Produktionstechnologie
- Analytische Methoden für Biodiesel
- ‚Narrensicherer‘ Weg zur Herstellung von Biodiesel
- Liste der Lieferanten für Tanks und Pumpen für die Biodieselproduktion
Literatur / Literaturhinweise
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- 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.
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- 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

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.