Ultraheli segamine on suurepärane tehnoloogia väga tõhusaks ja kulutõhusaks biodiisli tootmiseks. Ultraheli kavitatsioon parandab massiülekannet drastiliselt, vähendades seeläbi tootmiskulusid ja töötlemise kestust. Samal ajal saab kasutada halva kvaliteediga õlisid ja rasvu (nt vanaõlisid) ning parandada biodiisli kvaliteeti. Hielscheri ultraheli pakub suure jõudlusega ja tugevaid ultraheli segamise reaktoreid mis tahes tootmisskaala jaoks. Loe lähemalt, kuidas teie biodiislikütuse tootmine ultrahelitöötlusest kasu saab!

Biodiisli tootmise eelised ultraheli abil

Biodiislikütus (rasvhapete metüülester, abrev. FAME) on lipiidide tooraine (triglütseriidid, nt taimeõli, kasutatud toiduõlid, loomsed rasvad, vetikate õli) ja alkoholi (metanool, etanool) transesterifitseerimisreaktsiooni tulemus katalüsaatori (nt kaaliumhüdroksiid KOH) abil.
Probleem: Tavapärases biodiisli muundamisel tavapärase segamise abil põhjustab õli ja alkoholi transesterifitseerimisreaktsiooni mõlema reagendi lubamatus halva massiülekandekiiruse, mille tulemuseks on ebaefektiivne biodiisli tootmine. Seda ebaefektiivsust iseloomustavad pikad reaktsiooniajad, kõrgemad metanooli ja õli molaari suhted, kõrged katalüsaatori nõuded, kõrged protsessitemperatuurid ja kõrged segamiskiirused. Need tegurid on märkimisväärsed kulutegurid, mis muudavad tavapärase biodiisli tootmise kulukaks protsessiks.
Lahendus: Ultraheli segamine emulgeerib reagente väga tõhusalt, kiiresti ja odavalt, nii et õli-metanooli suhet saab parandada, katalüsaatori nõudeid vähendada, reaktsiooniaega ja reaktsioonitemperatuuri alandada. Seega säästetakse ressursse (st kemikaale ja energiat) ning aega, vähendatakse töötlemiskulusid, samal ajal kui biodiisli kvaliteet ja tootmise kasumlikkus paranevad märkimisväärselt. Need faktid muudavad ultraheli segamise eelistatud tehnoloogias tõhusa biodiislikütuse tootmiseks.
Uuringud ja tööstuslikud biodiisli tootjad kinnitavad, et ultraheli segamine on väga kulutõhus viis biodiisli tootmiseks, isegi kui lähteainena kasutatakse halva kvaliteediga õlisid ja rasvu. Ultraheli protsessi intensiivistamine parandab oluliselt muundamiskiirust, vähendades liigse metanooli ja katalüsaatori kasutamist, võimaldades toota biodiislit, mis vastab ASTM D6751 ja EN 14212 spetsifikatsioonide kvaliteedistandardile. (vrd Abdullah et al., 2015)

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

Ultraheli segamise arvukad eelised biodiisli tootmisel

Ultraheli segamise reaktoreid saab hõlpsasti integreerida mis tahes uude paigaldusse ja moderniseerida olemasolevatesse biodiislitehastesse. Hielscheri ultraheli segisti integreerimine muudab iga biodiislikütuse rajatise suure jõudlusega tootmisettevõtteks. Lihtne paigaldamine, töökindlus ja kasutajasõbralikkus (ei ole vaja spetsiaalset väljaõpet tööks) võimaldavad uuendada mis tahes rajatist väga tõhusaks biodiislitehaseks. Allpool tutvustame teile sõltumatute kolmandate isikute poolt dokumenteeritud eeliste teaduslikult tõestatud tulemusi. Numbrid tõestavad ultraheli biodiisli segamise paremust mis tahes tavapärase segamistehnikaga.

Vooskeem näitab biodiisli tootmise etappe, sealhulgas ultraheli segamist, et parandada protsessi efektiivsust.

Efektiivsus ja kulude võrdlus: ultraheli vs mehaaniline segamine

Gholami jt (2021) esitavad oma võrdlevas uuringus ultraheli transesterifitseerimise eelised mehaanilise segamise ees (st tera segisti, tiivik, kõrge nihke segisti).
Investeerimiskulud: Ultraheliprotsessor ja reaktor UIP16000 võivad toota 192–384 t biodiislit / d, mille jalajälg on vaid 1,2 m x 0,6 m. Võrdluseks, mehaanilise segamise (MS) jaoks on mehaanilise strirrng protsessi pika reaktsiooniaja tõttu vaja palju suuremat reaktorit, mis põhjustab reaktori maksumuse olulist suurenemist. (vt Gholami jt, 2020)
Töötlemiskulud: Ultraheli biodiislikütuse tootmise töötlemiskulud on 7,7% madalamad kui segamisprotsessi kulud, peamiselt ultrahelitöötlusprotsessi väiksemate koguinvesteeringute tõttu. Kemikaalide (katalüsaator, metanool/alkohol) maksumus on suuruselt kolmas kulujuht nii protsessides, ultrahelitöötluses kui ka mehaanilises segamises. Kuid ultraheli biodiisli muundamise puhul on keemilised kulud oluliselt madalamad kui mehaanilise segamise puhul. Kemikaalide kuluosa moodustab umbes 5% biodiisli lõplikust maksumusest. Metanooli, naatriumhüdroksiidi ja fosforhappe väiksema tarbimise tõttu on ultraheli biodiislikütuse protsessis kemikaalide maksumus 2,2% madalam kui mehaanilise segamisprotsessi puhul.
Energiakulud: Ultraheli segamisreaktori tarbitav energia on umbes kolm korda madalam kui mehaanilise segaja poolt tarbitud energia. See energiatarbimise märkimisväärne vähenemine on tingitud intensiivsest mikrosegamisest ja reaktsiooniaja vähenemisest, mis tuleneb lugematute õõnsuste tootmisest ja kokkuvarisemisest, mis iseloomustavad akustilise / ultraheli kavitatsiooni nähtust (Gholami et al., 2018). Lisaks väheneb võrreldes tavalise segajaga metanooli taaskasutamise ja biodiisli puhastamise etappide energiatarbimine ultraheli segamise käigus vastavalt 26,5% ja 1,3%. See langus on tingitud madalamatest metanooli kogustest, mis sisenevad ultraheli transesterifitseerimisprotsessi nendesse kahte destilleerimiskolonni.
Jäätmete kõrvaldamise kulud: Ultraheli kavitatsioonitehnoloogia vähendab märkimisväärselt ka jäätmete kõrvaldamise kulusid. See ultrahelitöötlusprotsessi maksumus on ligikaudu viiendik segamisprotsessi maksumusest, mis tuleneb jäätmete tootmise olulisest vähenemisest reaktori suurema muundamise ja tarbitud alkoholi väiksemate koguste tõttu.
Keskkonnasõbralikkus: Tänu väga suurele üldisele efektiivsusele, vähenenud keemilisele tarbimisele, madalamatele energiavajadustele ja vähenenud jäätmetele on ultraheli biodiislikütuse tootmine oluliselt keskkonnasõbralikum kui tavalised biodiislikütuse tootmisprotsessid.

Järeldus – Ultraheli parandab biodiisli tootmise efektiivsust

Teaduslik hinnang näitab ultraheli segamise selgeid eeliseid tavalise mehaanilise segamise ees biodiisli tootmiseks. Ultraheli biodiislikütuse töötlemise eelised hõlmavad kogu kapitaliinvesteeringuid, toote kogumaksumust, nüüdispuhasväärtust ja sisemist tootlust. Leiti, et ultraheli kavitatsiooniprotsessi tehtud koguinvesteeringute summa on väiksem kui teistel ligikaudu 20,8%. Ultraheli reaktorite kasutamine vähendas tootekulusid 5,2% võrra – kasutades neitsi rapsiõli. Kuna ultrahelitöötlus võimaldab töödelda ka kasutatud õlisid (nt kasutatud toiduõlisid), saab tootmiskulusid oluliselt vähendada. Gholami jt (2021) jõuavad järeldusele, et positiivse nüüdisväärtuse tõttu on ultraheli kavitatsiooniprotsess biodiisli tootmiseks parem valik segamistehnoloogiat.
Tehnilisest seisukohast hõlmavad ultraheli kavitatsiooni kõige olulisemad mõjud olulist protsessi efektiivsust ja reaktsiooniaja vähenemist. Paljude vaakummullide moodustumine ja kokkuvarisemine – Tuntud kui akustiline / ultraheli kavitatsioon – vähendada reaktsiooniaega mitmelt tunnilt segatud paagi reaktoris mõne sekundini ultraheli kavitatsioonireaktoris. See lühike elamisaeg võimaldab biodiisli tootmist väikese jalajäljega läbivoolureaktoris. Ultraheli kavitatsioonireaktoril on ka kasulik mõju energia- ja materjalivajadustele, vähendades energiatarbimist peaaegu kolmandikuni sellest, mida tarbib segatud paagi reaktor ning metanooli ja katalüsaatori tarbimine 25%.
Majanduslikust seisukohast on ultraheli kavitatsiooniprotsessi koguinvesteering väiksem kui mehaanilise segamisprotsessi koguinvesteering, peamiselt vastavalt reaktori maksumuse ligi 50% ja 11,6% vähenemise ning metanooli destilleerimise kolonni maksumuse tõttu. Ultraheli kavitatsiooniprotsess vähendab ka biodiislikütuse tootmiskulusid, kuna rapsiõli tarbimine väheneb 4%, vähendab koguinvesteeringuid, vähendab kemikaalide tarbimist 2,2% ja vähendab kommunaalteenuste nõudeid 23,8%. Erinevalt mehaaniliselt segatud protsessist on ultraheli töötlemine vastuvõetav investeering tänu oma positiivsele nüüdispuhasväärtusele, lühemale tasuvusajale ja kõrgemale sisemisele tootlusele. Lisaks ultraheli kavitatsiooniprotsessiga seotud tehnomajanduslikule kasule on see keskkonnasõbralikum kui mehaaniline segamisprotsess. Ultraheli kavitatsioon toob kaasa jäätmevoogude 80% vähenemise reaktori suurema muundamise ja alkoholi tarbimise vähenemise tõttu selles protsessis. (vt Gholami jt, 2021)

Kasuta oma valitud katalüsaatorit

Biodiisli ultraheli transesterifitseerimisprotsess on osutunud tõhusaks, kasutades nii leeliselisi kui ka põhilisi katalüsaatoreid. Forinstance, Shinde ja Kaliaguine (2019) võrdlesid ultraheli ja mechnical tera segamise efektiivsust erinevate katalüsaatorite abil, nimelt naatriumhüdroksiidi (NaOH), kaaliumhüdroksiidi (KOH) abil (CH)₃ONa), tetrametüül ammooniumhüdroksiid ja neli guanidiini (propüül-2,3-ditsükloheksüül-guanidiin (PCHG), 1,3-ditsükloheksüül 2 n-oktüül-guanidiin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametüül guanidiin(TMG), 1,3-difenüül-guanidiin (DPG)). Ultraheli segamine (35º juures), nagu on näidatud suurepäraselt biodiislikütuse tootmiseks, mis paistab silma mehaanilise segamisega (65º juures) kõrgema saagikuse ja konversioonimääraga. Massiülekande efektiivsus ultraheliväljas suurendas transesterifitseerimisreaktsiooni kiirust võrreldes mehaanilise segamisega. Ultrahelitöötlus ületas kõigi testitud katalüsaatorite mehaanilise segamise. Transesterifitseerimisreaktsiooni käivitamine ultraheli kavitatsiooniga on energiatõhus ja tööstuslikult elujõuline alternatiiv biodiisli tootmiseks. Lisaks laialdaselt kasutatavatele katalüsaatoritele KOH ja NaOH on mõlemad guanidiini katalüsaatorid, propüül-2,3 ditsükloheksüülguanidiin (PCHG) ja 1,3-ditsükloheksüül 2 n-oktüülguanidiin (DCOG) mõlemad olnud huvitavad altrnatiivid biodiisli muundamiseks.
Mootabadi jt (2010) uurisid ultraheli abil biodiisli sünteesi palmiõlist, kasutades erinevaid leeliselisi metalloksiidi katalüsaatoreid nagu CaO, BaO ja SrO. Katalüsaatori aktiivsust ultraheli abil biodiisli sünteesis võrreldi traditsioonilise magnetilise segamisprotsessiga ja leiti, et ultraheliprotsess näitas 95,2% saagist BaO abil 60 minuti jooksul reaktsiooniaja jooksul, mis muidu võtab tavapärase segamisprotsessi ajal 3–4 h. Ultraheli abil transesterdamiseks optimaalsetes tingimustes oli vaja 60 minutit, et saavutada 95% saagikus võrreldes 2–4 tunniga tavapärase segamisega. Samuti suurenes ultraheliga saavutatud saagikus 60 minuti jooksul 5,5% -lt 77,3% -ni, kasutades CaO-d katalüsaatoritena, 48,2% -lt 95,2% -ni, kasutades SrO-d katalüsaatoritena, ja 67,3% -lt 95,2-ni, kasutades BaO-d katalüsaatoritena.

Biodiisli tootmine, kasutades katalüsaatorina erinevaid guanidiine (3% mol). (A) Mehaaniline segav partiireaktor: (metanool:rapsiõli) 4:1, temperatuur 65ºC; (B) Ultraheli partii reaktor: ultrasonikaator UP200St, (metanool:rapsiõli) 4:1, 60% USA amplituud, temperatuur 35ºC. Ultraheli juhitud segamine ületab kaugelt mehaanilise segamise.
(Uuring ja graafikud: Shinde ja Kaliaguine, 2019)

Suure jõudlusega ultraheli reaktorid suurepärase biodiislikütuse töötlemiseks

Hielscheri ultraheli pakub suure jõudlusega ultraheliprotsessoreid ja reaktoreid biodiisli tootmise parandamiseks, mille tulemuseks on suurem saagikus, parem kvaliteet, lühem töötlemisaeg ja madalamad tootmiskulud.

Väikesed ja keskmise suurusega biodiisli reaktorid

Hielscher pakub teile väikese ja keskmise suurusega biodiislikütuse tootmiseks kuni 9ton / h (2900 gal / h) UIP500hdT (500 vatti), UIP1000hdT (1000 vatti), UIP1500hdT (1500 vatti), ja UIP2000hdT (2000 vatti) ultraheli kõrge nihke segisti mudelid. Need neli ultraheli reaktorit on väga kompaktsed, kergesti integreeritavad või retro-sobivad. Need on ehitatud raskeveokite tööks karmides keskkondades. Allpool leiate soovitatavad reaktori seadistused mitmesuguste tootmismäärade jaoks.

Väga suure läbilaskevõimega tööstuslikud biodiislikütuse reaktorid

Biodiisli tootmisettevõtete tööstuslikuks töötlemiseks pakub Hielscher UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) ja UIP16000hdT (16kW) ultraheli homogenisaatorid! Need ultraheliprotsessorid on mõeldud kõrge voolukiiruse pidevaks töötlemiseks. UIP4000hdT, UIP6000hdT ja UIP10000 saab integreerida standardsetesse merekaubakonteineritesse. Teise võimalusena on kõik neli protsessorimudelit saadaval roostevabast terasest kappides. Püstine paigaldus nõuab minimaalset ruumi. Allpool leiate soovitatavad seadistused tüüpiliste tööstuslike töötlemismäärade jaoks.