Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Procesadores de ultrasonidos para la producción de biodiésel

Cuando se fabrica biodiesel, la cinética de reacción lenta y la transferencia de masa deficiente están reduciendo la capacidad de la planta de biodiesel y el rendimiento y la calidad del biodiesel. Los reactores ultrasónicos de Hielscher mejoran significativamente la cinética de transesterificación. Por lo tanto, se requiere un menor exceso de metanol y menos catalizador para el procesamiento de biodiesel.

El biodiesel es comúnmente producidos en reactores por lotes utilizando calor y mezclas mecánicas como fuente de energía. Mezcla cavitacional ultrasónica es un alternativa eficaz significa lograr una mejor mezcla en el procesamiento comercial de biodiesel. La cavitación ultrasónica proporciona la energía de activación necesaria para la transesterificación industrial del biodiesel.

Transesterificación (conversión química a biodiesel)

Fabricación de biodiésel a partir de aceites vegetales (por ejemplo, soja, canola, jatrofa, semillas de girasol o aceite de oliva). algas) o grasas animales, implica la base catalizada transesterificación de ácidos grasos con metanol o etanol para dar los correspondientes ésteres metílicos o ésteres etílicos. La glicerina es un subproducto inevitable de esta reacción.

Los aceites vegetales como las grasas animales son triglicéridos compuestos de tres cadenas de ácidos grasos unidos por una molécula de glicerina. Los triglicéridos son ésteres. Los ésteres son ácidos, como los ácidos grasos, combinados con un alcohol. La glicerina (= glicerol) es un alcohol fuerte. En el proceso de conversión, los ésteres de triglicéridos se convierten en ésteres alquílicos (= biodiesel) utilizando un catalizador (lejía) y un reactivo de alcohol, por ejemplo, metanol, que produce ésteres metílicos biodiesel. El metanol sustituye a la glicerina.

La glicerina – la fase más pesada – se hundirá hasta el fondo. Biodiesel – la fase más ligera – flota en la parte superior y puede separarse, por ejemplo, mediante decantadores o centrifugadoras. Este proceso de conversión se llama transesterificación.

La reacción de esterificación convencional en el procesamiento por lotes tiende a ser lentoy la separación de fases de la glicerina requiere mucho tiempo, a menudo 5 horas o más.

Ultrasonidos para el procesamiento de biodiesel

Tulsa Biocombustibles_Fabricante

"Estamos muy satisfechos con el equipo y el servicio de Hielscher y tenemos toda la intención de incluir la tecnología de ultrasonido de Hielscher en todos nuestros esfuerzos futuros".

Todd Stephens, Tulsa Biocombustibles

Hoy en día, el biodiesel se produce principalmente en reactores discontinuos. El procesamiento ultrasónico del biodiesel permite el procesamiento continuo en línea. La ultrasonido puede lograr una rendimiento de biodiesel superior al 99%.. Reactores ultrasónicos reducir el tiempo de procesamiento desde el procesamiento por lotes convencional de 1 a 4 horas hasta menos de 30 segundos. Más importante aún, la ultrasonicación reduce el tiempo de separación de 5 a 10 horas (utilizando agitación convencional) a menos de 60 minutos. La ultrasonicación también ayuda a disminuir la cantidad de catalizador requerido hasta en un 50% debido al aumento de la actividad química en presencia de cavitación (ver también Sonoquímica). Cuando se utiliza la ultrasonicación, también se reduce la cantidad de exceso de metanol requerido. Otro beneficio es el aumento resultante en la pureza de la glicerina.

El procesamiento ultrasónico del biodiesel implica los siguientes pasos:

  1. el aceite vegetal o la grasa animal se mezcla con el metanol (que produce ésteres metílicos) o el etanol (para los ésteres etílicos) y el meóxido o hidróxido de sodio o de potasio
  2. la mezcla se calienta, por ejemplo, a temperaturas entre 45 y 65degC
  3. la mezcla calentada está siendo sonicado en línea de 5 a 15 segundos
  4. la glicerina se retira o se separa mediante centrífugas
  5. el biodiésel convertido se lava con agua

Más comúnmente, la sonicación es realizado a una presión elevada (1 a 3 bares, presión manométrica) mediante una bomba de alimentación y una válvula de contrapresión ajustable junto a la celda de flujo.

Procesamiento industrial de biodiesel no necesita mucha energía ultrasónica. La tabla anterior muestra los requisitos de potencia típicos para varios caudales. La necesidad real de energía puede determinarse mediante un Procesador ultrasónico de 1kW en báscula de sobremesa. Todos los resultados de estos ensayos de sobremesa pueden ser escalar fácilmente. Si es necesario, se dispone de dispositivos ultrasónicos certificados FM y ATEX, tales como el UIP1000-Exd.

Hielscher suministra equipos industriales de procesamiento ultrasónico de biodiesel en todo el mundo. Con procesadores ultrasónicos de hasta 16kW de potencia por dispositivo individualno hay límite en el tamaño de la planta de biodiésel ni en su capacidad de procesamiento.

Costos de la fabricación de biodiesel ultrasónico

La eficiencia energética general es importante cuando se fabrica biodiesel. La eficiencia describe la cantidad de energía que se transmite desde el enchufe a la mezcla de aceite/metanol. Nuestros reactores ultrasónicos tienen una eficiencia total de más del 80%.La ultrasonido es un medio eficaz para aumentar la velocidad de reacción y tasa de conversión en el procesamiento comercial de biodiesel. Los costes de procesamiento por ultrasonidos se derivan principalmente de la inversión
para equipos de ultrasonidos, costos de servicios públicos y mantenimiento. Los más destacados eficiencia energética (haga clic en el gráfico a la derecha) de los equipos de ultrasonidos de Hielscher ayuda a reducir los costes de los servicios públicos y de este modo hacer que este proceso sea aún más ecológico. Los costes resultantes de la ultrasonicación varían entre 0.1ct y 1.0ct por litro (0.4ct a 1.9ct/galón) cuando utilizado en escala comercial. Para obtener más información sobre los costos de procesamiento de ultrasonidos, haga clic en aquí.

Escarcha & Innovación tecnológica del año de Sullivan

La Escarcha & El premio Sullivan European Technology Innovation of the Year Award en tecnologías de procesamiento de biodiésel se concede a Hielscher Ultrasonics en reconocimiento al desarrollo de una nueva tecnología de ultrasonidos para la producción de biodiésel.

Hielscher Ultrasonics recibió el prestigioso premio Frost & Premio Sullivan a la Innovación Tecnológica del Año en reconocimiento al desarrollo de la empresa de la nueva tecnología de ultrasonidos para la producción de biodiesel. Haga clic aquí para leer más.

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Configuración de ultrasonido a pequeña escala para biodiesel

Configuración de un solo tanque para la transesterificación ultrasónica de biodiesel - La conversión ultrasónica de biodiesel se puede realizar en cualquier escala.La ultrasonicación puede utilizarse para la conversión de aceite en biodiesel a cualquier escala. La imagen de la derecha (Haga clic para ampliar la imagen!) muestra una configuración a pequeña escala para el procesamiento de 60-70L (16 a 19 galones). Esta es la configuración típica para los estudios iniciales y la demostración del proceso.

Esta configuración consta de las siguientes partes:

  • uno 500 W o 1.000 vatios dispositivo ultrasónico (20kHz) con booster, sonotrodo y celda de flujo
  • medidor de potencia para la medición de potencia y energía
  • Tanque de procesamiento de 80L (plástico, p.ej. HDPE)
  • Elemento calefactor (1 a 2kW)
  • Depósito de premezcla de catalizador de 10 litros (plástico, p. ej. HDPE)
  • premezclador de catalizador (agitador)
  • bomba (centrífuga, mono o de engranaje) de aprox. 10 a 20L/min a 1 a 3 barcazas
  • Válvula de contrapresión para ajustar la presión en la celda de flujo
  • manómetro para medir la presión de alimentación

Preparación

El hidróxido de potasio (0,2 a 0,4 kg, catalizador) se disuelve en aproximadamente 8,5 L de metanol en el tanque de premezcla del catalizador. Esto requiere la agitación de la premezcla del catalizador. El tanque de procesamiento se está llenando con aceite vegetal de 66L. El aceite es calentado por el elemento calefactor a 45 a 65 grados centígrados.

Procesamiento

Cuando el catalizador se disuelve completamente en el metanol, la premezcla del catalizador se mezcla con el aceite caliente. La bomba alimenta la mezcla a la celda de flujo. Por medio de la válvula de contrapresión, la presión se ajusta de 1 a 3 barg (15 a 45 psig). La recirculación a través del reactor ultrasónico de biodiesel debe realizarse durante unos 20 minutos. Durante este tiempo, el aceite se está convirtiendo en biodiesel. Después de esto, la bomba y el ultrasonido se apagan. La glicerina (fase más pesada) se separará del biodiesel (fase más ligera). La separación dura aprox. 30 a 60 minutos. Una vez terminada la separación, se puede drenar la glicerina.

Lavado de Biodiesel

Como el biodiesel convertido contiene impurezas, es necesario lavarlo. Para el lavado, el agua se mezcla con el biodiesel. La ultrasonicación puede beneficiar la mezcla del biodiesel con el agua. Esto aumenta el área de superficie activa como resultado de la reducción del tamaño de las gotas (véase: Emulsificación por ultrasonidos). Por favor, tenga en cuenta que una sonicación muy intensa puede reducir las gotas de agua a un tamaño, que se está formando una emulsión casi estable que requerirá medios especiales (por ejemplo, centrífuga) para ser separada.

Planta de fabricación de biodiesel

El siguiente diagrama de flujo muestra una configuración típica para la sonicación en línea de aceite para la conversión en biodiesel. Haga clic en el gráfico para tener una vista más amplia.

Haga clic para ampliar la imagen! Diagrama de Flujo de Procesamiento Continuo de Biodiesel Usando Mezcla Cavitacional Ultrasónica - La conversión ultrasónica de biodiesel puede ser realizada en cualquier escala.

Procesamiento y Separación Continua de Biodiesel

En una configuración para el procesamiento continuo de biodiesel y separación continuaEl aceite caliente y la premezcla del catalizador se mezclan continuamente mediante bombas ajustables. Un mezclador estático en línea mejora la homogeneidad de la alimentación al reactor ultrasónico. La mezcla de aceite/catalizador pasa por la celda de flujo, donde está siendo expuesta a ultrasonidos. cavitación durante aprox. 5 a 30 segundos. Una válvula de contrapresión se utiliza para controlar la presión en la celda de flujo. La mezcla sonada entra en la columna del reactor en la parte superior. El volumen de la columna del reactor está diseñado para dar aprox. Tiempo de retención de 1 hora en la columna. Durante ese tiempo, el se completa la reacción de transesterificación. La mezcla de glicerina/biodiésel reaccionada se bombea a la centrifugadora donde se separa en las fracciones de biodiésel y glicerina. El posprocesamiento implica la recuperación, el lavado y el secado del metanol y también puede realizarse de forma continua.

Esta configuración elimina los lotes del reactor de biodieselagitadores convencionales y grandes depósitos separadores.

Velocidad de reacción de transesterificación del biodiesel

Los siguientes diagramas muestran los resultados típicos de la transesterificación del aceite de colza (grado industrial) con metoxido de sodio (izquierda) y hidróxido de potasio (derecha). Para ambas pruebas, una muestra de control (línea azul) fue expuesta a una intensa mezcla mecánica. La línea roja representa la muestra sonada de la misma formulación con respecto a la relación de volumen, la concentración del catalizador y la temperatura. El eje horizontal muestra el tiempo después de la mezcla o de la sonicación, respectivamente. El eje vertical muestra el volumen de glicerina que se depositó en el fondo. Este es un medio sencillo para medir la velocidad de reacción. En ambos diagramas, el muestra sonicada (rojo) reacciona mucho más rápido que el muestra de control (azul).

Biodiesel a partir de aceite de colza utilizando metoxido de sodio - Diagrama de velocidad de transesterificación Biodiesel de aceite de colza con hidróxido de potasio - Diagrama de velocidad de transesterificación

Enlaces para Suministros de Biodiesel

Haga clic aquí para ver los enlaces a los proveedores de bombas y depósitos para la industria del biodiesel.

Información sobre productos químicos y seguridad

Por favor, lea atentamente la siguiente información para prevenir complicaciones y efectos adversos para la salud.

Productos químicos para biodiesel

El metanol es tóxico. Puede causar deterioro de los nervios como resultado de un uso prolongado. También puede ser absorbido por la piel. Si se salpica en los ojos puede causar ceguera y el metanol puede ser mortal cuando se ingiere. Por esta razón, tome las precauciones necesarias al manipular metanol. Se recomienda usar un buen respirador, un delantal y guantes de goma.

El hidróxido de potasio (KOH) es tóxico y causa quemaduras en la piel al contacto. Se requiere una buena ventilación.

Asegúrese de que el espacio de trabajo esté generosa y completamente ventilado para permitir que los humos escapen. Los respiradores de cartucho de vapor no son efectivos contra los vapores de metanol. Un sistema de suministro de aire (SCBA — ) proporciona una mejor protección contra los vapores de metanol.

Piezas de Biodiesel y Caucho

El funcionamiento con biodiesel 100% durante más tiempo puede causar complicaciones en las partes de goma mojadas (bomba, mangueras, juntas tóricas) del motor. El reemplazo por piezas de acero o caucho de alta resistencia puede eliminar este problema. Alternativamente, puede mezclar aproximadamente un 25% de diesel convencional (fósil) en su biodiesel para evitar complicaciones.

Biodiésel

El biodiesel, como el éster metílico de colza (RME) es un combustible renovable y biodegradable. El biodiesel tiene varias ventajas en comparación con el aceite vegetal puro (SVO). No requiere conversión del motor ni modificación del sistema de combustible para hacer funcionar el biodiesel en motores diesel convencionales. El biodiesel se agrega comúnmente al petrodiesel que se vende hoy en día en las bombas para aumentar la lubricidad de la gasolina pura. Diesel ultra bajo en azufre (ULSD)lo cual es ventajoso ya que el biodiesel casi no tiene contenido de azufre.