Biodiisel ultraheliga täiustatud (trans)esterdamise kaudu

Biodiislit sünteesitakse ümberesterdamise teel, kasutades baaskatalüsaatorit. Kui aga kasutatakse toorainet, näiteks kõrge vaba rasvhapete sisaldusega madala kvaliteediklassi köögiviljajäätmeid, on vaja esterdamise keemilist eeltöötlusetappi happekatalüüstiga. Ultraheli ja selle sonokeemiline ja sonomehaaniline toime aitavad kaasa mõlemale reaktsioonitüübile ja suurendavad biodiisli muundamise tõhusust dramaatiliselt. Ultraheli biodiisli tootmine on oluliselt kiirem kui tavaline biodiisli süntees, mille tulemuseks on suurem biodiisli saagis ja kvaliteet ning säästab reaktiive nagu metanool ja katalüsaator.

Biodiisli teisendamine Power Ultrasound abil

Biodiisli puhul toodetakse rasvhapete estreid taimeõlide ja loomsete rasvade (nt sulatatud rasv) ümberesterdamisel. Ümberesterdamisreaktsiooni ajal asendatakse glütserooli komponent teise alkoholiga, näiteks metanooliga. Suure vabade rasvhapete sisaldusega lähteained, nt taimeõlijäätmed, vajavad seebi moodustumise vältimiseks happe esterdamise eeltöötlemist. See happekatalüüsi protsess on väga aeglane reaktsioon, kui see viiakse läbi tavapärase partii meetodina. Aeglase esterdamisprotsessi kiirendamise lahendus on võimsuse ultraheli rakendamine. Ultrahelitöötlusega saavutatakse reaktsiooni kiiruse, muundumise ja biodiisli saagise märkimisväärne paranemine, kuna suure võimsusega ultraheli sonokeemilised mõjud soodustavad ja intensiivistavad happekatalüüsi. Ultraheli kavitatsioon annab sonomehaanilisi jõude, st kõrge nihke segamist, samuti sonokeemilist energiat. Need mõlemad ultraheli mõju tüübid (sonomehaanilised ja sonokeemilised) muudavad happekatalüüsitud esterdamise kiireks reaktsiooniks, mis nõuab vähem katalüsaatorit.

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

Ultraheli segamine parandab biodiisli muundamise kiirust, suurendab saagikust ja säästab liigset metanooli ja katalüsaatorit. Pildil on näha 3x paigaldamine UIP1000hdT (iga 1kW ultraheli võimsus) inline töötlemiseks.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Triglütseriidide ümberesterdamine biodiislikütuseks (FAME) ultrahelitöötluse abil põhjustab kiirendatud reaktsiooni ja oluliselt suuremat efektiivsust.

Kuidas ultraheli biodiisli muundamine toimib?

Ultraheliuurustus ümberesterdamise erinevate faaside vahel (mõnikord nimetatakse seda ka alkoholüüsiks ) ja esterdamine põhineb segamise suurendamisel, samuti suurenenud soojuse ja massi ülekandel. Ultraheli segamine põhineb akustilise kavitatsiooni põhimõttel, mis tekib vedelikus vaakummullide kokkukuhvamise tulemusena. Akustilist kavitatsiooni iseloomustavad kõrge nihkejõud ja turbulentsid, samuti väga kõrge rõhu ja temperatuuri diferentsiaalid. Need jõud soodustavad ümberesterdamise / esterdamise keemilist reaktsiooni ning intensiivistavad massi ja soojusülekannet, parandades seeläbi oluliselt biodiisli muundamise reaktsiooni.
Ultraheli kasutamine biodiisli muundamise ajal on teaduslikult ja tööstuslikult tõestatud, et parandada protsessi tõhusust. Protsessi tõhususe paranemise põhjuseks võib pidada energiatarbimise ja tegevuskulude vähenemist ning alkoholi (st metanooli), väiksema katalüsaatori ja oluliselt lühendatud reaktsiooniaja vähenemist. Kütte energiakulud kõrvaldatakse, kuna välise kütte nõue puudub. Lisaks on biodiisli ja glütserooli faasi eraldamine lihtsam lühema faasi eraldusajaga. Oluline tegur ultraheli kaubanduslikuks kasutamiseks biodiisli tootmisel on lihtne skaala mis tahes mahuni, usaldusväärne ja ohutu töö, samuti ultraheli seadmete töökindlus ja usaldusväärsus (tööstuslik standard, mis suudab pidevalt töötada 24/ 7 / 365 täiskoormuse all).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

Ultraheli tööstussüsteem voolurakuga inline biodiisli esterdamiseks ja ümberesterdamiseks.

Process chart showing the biodiesel process in continuous flow mode. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Ultraheli esterdamist ja ümberesterdamist saab käivitada partiina või pideva tekstisisese protsessina. Diagramm näitab biodiisli (FAME) transesterfication ultraheli inline protsessi.


Process chart showing the biodiesel process in batch mode. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Ultraheli esterdamist ja ümberesterdamist saab käivitada partiina või pideva tekstisisese protsessina. See diagramm näitab biodiisli muundamise ultraheli partii protsessi.

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheliga toetatud kaheastmeline biodiisli muundamine happe- ja alusekatalüüsitud reaktsiooni sammude rakendamine

Suure FFA sisaldusega lähteainete puhul toimub biodiisli tootmine happelise või baaskatalüüsitud reaktsioonina kaheetapilises protsessis. Ultraheli aitab kaasa kahte tüüpi reaktsioonile, happekatalüüsitud esterdamisele ja alusekatalüüsitud ümberesterdamisele:

Happega katalüseeritud esterdamine ultraheli abil

Vabade rasvhapete liigse töötlemiseks lähteaines on vaja esterdamisprotsessi. Väävelhapet kasutatakse tavaliselt happekatalüsaatorina.

  • Lähteaine valmistamine saasteainetest ja veest filtreerimise ja rafineerimise teel.
  • Katalüsaator, nimelt väävelhape, lahustatakse metanoolis. Katalüsaatori/ metanooli söödavoog ja lähteaine läbi soojusvaheti ja staatilise segisti, et saada toores eelsegu.
  • Katalüsaatori ja lähteaine eelsegu läheb otse ultraheli reaktsioonikambrisse, kus jõustub ülipeene segamine ja sonokeemia ning vabad rasvhapped muundatakse biodiislikütuseks.
  • Lõpuks dewater toode ja toita seda kaks teist etappi - ultraheli ümberesterdamine. Happeline märg metanool on pärast taaskasutamist, kuivatamist ja neutraliseerimist valmis taaskasutamiseks.
  • Väga kõrge lähteaineid sisaldava FFA puhul võib olla vaja retsirkulatsiooni seadistust, et alandada FFA mõistlikule tasemele enne ümberesterdamise etappi.

Esterdamisreaktsioon happekatalüsaatoriga:
FFA + alkohol → Ester + vesi

Base-Katalüseeritud ümberesterdamine ultraheli abil

Lähteainet, millel on nüüd vaid väikesed fta-d, saab otse ümberesterdamise etappi toita. Kõige sagedamini kasutatakse baaskatalüsaatorina naatriumhüdroksiidi või kaaliumhüdroksiidi (NaOH, KOH).

  • Katalüsaator, nimelt kaaliumhüdroksiid, lahustatakse metanoolis ning söötke katalüsaatori/ metanooli ja eeltöötluse lähteaine vood staatilise segisti kaudu, et saada toores eelsegu.
  • Söötke eelsegu otse ultraheli reaktsioonikambrisse kavitatsiooniliseks kõrge nihke segamiseks ja sonokeemiliseks töötlemiseks. Selle reaktsiooni saadused on alküülestrid (st biodiislikütus) ja glütseriin. Glütseriini saab eraldada settimise või tsentrifuugimise teel.
  • Ultraheli toodetud biodiisel on kvaliteetne ja toodetud kiiresti, energiatõhus ja kulutõhus, säästes metanooli ja katalüsaatorit.

Ümberesterdamisreaktsioon baaskatalüsaatori abil:
Õli / rasv + alkohol → biodiisel + glütserool

Metanooli kasutamine & Metanooli taastumine

Metanool on biodiisli tootmisel võtmekomponent. Ultraheliga juhitav biodiisli muundamine võimaldab oluliselt vähendada metanooli kasutamist. Kui te praegu mõtlete" Ma ei hooli oma metanooli kasutamisest, kuna ma saan selle ikkagi tagasi", võite uuesti mõelda ja kaaluda aurustumise etapile (nt destilleerimiskolonni kasutamine) mõjutavat ülemäärast kõrget energiakulu, mis on vajalik metanooli eraldamiseks ja ringlussevõtuks.
Metanool eemaldatakse tavaliselt pärast biodiisli ja glütseriini eraldamist kaheks kihiks, vältides reaktsiooni pöördumist. Seejärel puhastatakse metanool ja võetakse ringlusse tagasi protsessi algusesse. Biodiisli tootmine ultrahelipõhise esterdamise ja ümberesterdamise kaudu on teil võimalik vähendada oma metanooli kasutamist dramaatiliselt, vähendades seeläbi metanooli taastumiseks suuri energiakulusid. Hielscheri ultraheli reaktorite kasutamine vähendab vajalikku kogust liigset metanooli kuni 50%. Hielscheri ultraheli segamise kasutamisel piisab molaarsuhtest vahemikus 1:4 või 1:4,5 (õli : metanool).

Process chart showing the biodiesel processing steps. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Ultraheli esterdamine on eeltöötluse etapp, mis vähendas madala kvaliteediga lähteaineid kõrge FFAde estriteks. Ultraheli ümberesterdamise teises etapis muundatakse triglütseriidid biodiislikütuseks (FAME).

Infonõue




Pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultraheli suurenenud biodiisli konversiooni efektiivsus – Teaduslikult tõestatud

Arvukad teadlaste rühmad on uurinud biodiisli ultraheli ümberesterdamise mehhanismi ja mõju. Näiteks sebayan Darwini uurimisrühm näitas, et ultraheli kavitatsioon suurendas keemilist aktiivsust ja reaktsioonikiirust, mille tulemuseks oli oluliselt suurenenud estri moodustumine. Ultraheli tehnika vähendas ümberesterdamise reaktsiooni aega 5 minutini – võrreldes 2 tunniga mehaanilise segamise puhul. Triglütseriidide (TG) muundamine FAME-ks ultraheliuuringu käigus saadi 95,6929%wt metanooli ja õli molaarsuhtega 6:1 ja 1%wt naatriumhüdroksiidi katalüsaatorina. (vrd Darwin et al. 2010)

Gholami et al. (2021) näitas ultraheli abil biodiisli ümberesterdamise paremat efektiivsust võrreldes mehaanilise agitatsiooniga. Seetõttu võrdles uurimisrühm kahte biodiislitehast, mis põhinesid tavapärasel mehaanilisel segamisel ja ultraheli kavitatsioonil, mis olid kavandatud Aspen HYSYS V8.4 abil. Nende kahe protsessi võrdlemiseks kasutati koguinvesteeringuid, toodete kulusid, nüüdispuhasväärtust ja sisemist tasuvusmäära. – ultrasonikaator ja mehaaniline strirrer – üksteisega. Kogu investeering ultraheli kavitatsiooniprotsessi oli väiksem kui mehaanilise segamisprotsessi puhul umbes 20,8%. Võrreldes tavapärase protsessiga põhjustas ultraheli reaktorite kasutamine ka toodete kulude vähendamise 5,2%. Positiivse nüüdispuhasväärtuse ja sisemise 18,3% tootluse tõttu oli ultraheli kavitatsiooniprotsess parem valik. Veelgi enam, ultraheli kavitatsioon tõi kaasa nii tarbitud energia kui ka jäätmete tootmise olulise vähenemise. Üldine energiatarbimine vähenes ultraheli kavitatsiooni kasutamisel 6,9%. Ultraheli abil toodetud jäätmete kogus oli viiendik sellest mehaanilises segamisprotsessis.

Keskmise suurusega ja suuremahulised ultrasonikaatorid biodiisli töötlemiseks

Hielscher ULTRASONICS’ tarnib väikese kuni keskmise suurusega, samuti suuremahulisi tööstuslikke ultraheli protsessoreid biodiisli tõhusaks tootmiseks mis tahes mahus. Pakkudes ultraheli süsteemi mis tahes ulatuses, võib Hielscher pakkuda ideaalset lahendust nii väiketootjatele kui ka suurettevõtetele. Ultraheli biodiisli muundamist saab kasutada partiina või pideva tekstisisese protsessina. Paigaldamine ja kasutamine on lihtne, ohutu ja annab usaldusväärselt kõrge kvaliteediga biodiislikütuse.
Allpool leiate soovitatavad reaktori seadistused erinevate tootmismäärade jaoks.

tonni / hr
gal / hr
1x UIP500hdT
025 kuni 0,5
80 kuni 160
1x UIP1000hdT
0.5 kuni 1.0
160 kuni 320
1x UIP1500hdT
00,75 kuni 1,5
240 kuni 480
2x UIP1000hdT
1.0 kuni 2.0
320 kuni 640
2x UIP1500hdT
1,5 kuni 3,0
480 kuni 960
4x UIP1500hdT
3,0 kuni 6,0
960-1920
6x UIP1500hdT
4,5 kuni 9,0
1440 kuni 2880

Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!

Küsige lisateavet

Palun kasutage allolevat vormi, et küsida lisateavet ultraheli protsessorite, rakenduste ja hinna kohta. Meil on hea meel arutada teie protsessi teiega ja pakkuda teile ultraheli süsteem, mis vastab teie vajadustele!









Palun pange tähele, et meie Privaatsuspoliitika.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.



Kirjandus/viited


Faktid Tasub teada

Biodiisli tootmine

Biodiislit toodetakse siis, kui trigycerides muundatakse vabaks rasvmetüülestriks (FAME) keemilise reaktsiooni abil, mida nimetatakse ümberesterdamiseks. Ümberesterdamise reaktsiooni ajal reageerivad triglütseriidid taimeõlides või loomsetes rasvades katalüsaatori (nt kaaliumhüdroksiid või naatriumhüdroksiid) juuresolekul esmase alkoholiga (nt metanool). Selles reaktsioonis moodustuvad alküülestrid taimeõli või loomse rasva lähteainest. Triglütseriidid on glütseriidid, milles glütserool on esterdatud pika ahelaga hapetega, mida tuntakse rasvhapetena. Neid rasvhappeid leidub rohkesti taimeõlis ja loomsetes rasvades. Kuna biodiislit saab toota erinevatest lähteainetest, nagu neitsitaimeõlid, taimeõlijäätmed, kasutatud praadimisõlid, loomsed rasvad, nagu sulatatud rasv ja searasv, võib vabade rasvhapete (FFAde) kogus suuresti erineda. Triglütseriidide vabade rasvhapete protsent on oluline tegur, mis mõjutab oluliselt biodiisli tootmisprotsessi ja sellest tulenevat biodiisli kvaliteeti. Suur hulk vabu rasvhappeid võib häirida muundamisprotsessi ja halvendada lõplikku biodiisli kvaliteeti. Peamine probleem on see, et vabad rasvhapped (FFAd) reageerivad leeliskatalüsaatoritega, mille tulemuseks on seebi moodustumine. Seebi moodustumine põhjustab hiljem glütserooli eraldamise probleeme. Seetõttu vajavad suurel hulgal FFAsid sisaldavad lähteained enamasti eeltöötlust ( nn esterdamisreaktsioon), mille käigus FTA-d muundatakse estriteks. Ultraheli soodustab nii reaktsioone, ümberesterdamist kui ka esterdamist.

Esterdamise keemiline reaktsioon

Esterdamine on orgaanilise happe (RCOOH) kombineerimine alkoholiga (ROH), et moodustada ester (RCOOR) ja vesi.

Metanooli kasutamine happelises esterdamisel

Kui happe esterdamist kasutatakse FFAde vähendamiseks lähteainetes, on kohesed energiavajadused suhteliselt väikesed. Kuid vesi tekib esterdamisreaktsiooni ajal. – niiske happelise metanooli tekitamine, mis tuleb neutraliseerida, kuivatada ja taaskasutada. See metanooli taaskasutamise protsess on kallis.
Kui lähteainete osakaal on 20–40 % või isegi suurem, võib nende vastuvõetava tasemeni viimiseks osutuda vajalikuks mitu astet. See tähendab, et luuakse veelgi happelisem niiske metanool. Pärast happelise metanooli neutraliseerimist nõuab kuivatamine mitmeastmelist destilleerimist märkimisväärse tagasivoolukiirusega, mille tulemuseks on väga suur energiakasutus.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid Lab et tööstuslik suurus.