Biodiisli tootmine suurepärase protsessi ja kulutõhususega
Ultraheli segamine on suurepärane tehnoloogia väga tõhusaks ja kulutõhusaks biodiisli tootmiseks. Ultraheli kavitatsioon parandab massiülekannet drastiliselt, vähendades seeläbi tootmiskulusid ja töötlemise kestust. Samal ajal võib kasutada halva kvaliteediga õlisid ja rasvu (nt vanaõli) ning parandada biodiisli kvaliteeti. Hielscher Ultrasonics tarnib suure jõudlusega, tugevaid ultraheli segamisreaktoreid mis tahes tootmisskaala jaoks. Loe rohkem, kuidas teie biodiisli tootmine ultrahelitöötlusest kasu saab!
Biodiisli tootmise eelised ultraheli abil
Biodiisel (rasvhappe metüülester, abrev. FAME) on lipiidide tooraine (triglütseriidid, nt taimeõli, kasutatud toiduõlid, loomsed rasvad, vetikaõli) ja alkoholi (metanool, etanool) ümberesterdamisreaktsiooni tulemus, kasutades katalüsaatorit (nt kaaliumhüdroksiid KOH).
Probleem: Tavapärasel biodiislikütuse muundamisel, kasutades tavapärast segamist, põhjustab õli ja alkoholi ümberesterdamisreaktsiooni mõlema reagendi segunematu olemus halva massiülekandekiiruse, mille tulemuseks on ebatõhus biodiislikütuse tootmine. Seda ebatõhusust iseloomustavad pikad reaktsiooniajad, suurem metanooli ja õli molaarsuhe, kõrged katalüsaatorivajadused, kõrged protsessitemperatuurid ja kõrge segamiskiirus. Need tegurid on märkimisväärsed kulutegurid, mis muudavad tavapärase biodiislikütuse tootmise kulukaks protsessiks.
Lahendus: Ultraheli segamine emulgeerib reaktiive väga tõhusal, kiirel ja odaval viisil, nii et õli-metanooli suhet saab parandada, katalüsaatori nõudeid vähendada, reaktsiooniaega ja reaktsioonitemperatuuri alandada. Seeläbi 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 biodiisli tõhusaks tootmiseks.
Teadusuuringud ja tööstusliku biodiisli tootjad kinnitavad, et ultraheli segamine on väga kulutõhus viis biodiislikütuse tootmiseks, isegi kui lähteainena kasutatakse halva kvaliteediga õlisid ja rasvu. Ultraheli protsessi intensiivistamine parandab märkimisväärselt konversioonimäära, vähendades liigse metanooli ja katalüsaatori kasutamist, võimaldades toota biodiislikütust, mis vastab ASTM D6751 ja EN 14212 spetsifikatsioonide kvaliteedistandardile. (vrd Abdullah et al., 2015)

Triglütseriidide ümberesterdamine biodiislikütuseks (FAME), kasutades ultrahelitöötlust, toob kaasa kiirendatud reaktsiooni ja oluliselt suurema efektiivsuse.

Ultraheli biodiisli reaktor UIP2000hdT Protsessi suurema tõhususe saavutamiseks: suurem saagis, parem biodiisli kvaliteet, kiirem töötlemine ja kulude vähendamine.
Ultraheli segamise arvukad eelised biodiisli tootmisel
Ultraheli segamisreaktoreid saab hõlpsasti integreerida igasse uude paigaldusse, samuti paigaldada olemasolevatesse biodiisli tehastesse. Hielscheri ultraheli segisti integreerimine muudab kõik biodiislikütuse rajatised suure jõudlusega tootmisettevõtteks. Lihtne paigaldus, töökindlus ja kasutajasõbralikkus (käitamiseks ei ole vaja eriväljaõpet) võimaldavad uuendada mis tahes rajatist ülitõhusaks biodiislikütuse tehaseks. Allpool esitame teile teaduslikult tõestatud tulemused eeliste kohta, mille on dokumenteerinud sõltumatud kolmandad osapooled. Numbrid tõestavad ultraheli biodiisli segamise paremust mis tahes tavapärase segamistehnika ees.

Vooskeem näitab biodiisli tootmise etappe, sealhulgas ultraheli segamist, et parandada protsessi efektiivsust.
Tõhususe ja kulude võrdlus: ultraheli vs mehaaniline segamine
(2021) esitlevad oma võrdlevas uuringus ultraheli ümberesterdamise eeliseid mehaanilise segamise ees (st terasegisti, tiivik, kõrge nihkega segisti).
Investeerimiskulud: Ultraheli protsessor ja reaktor UIP16000 suudavad toota 192–384 t biodiislikütust / d, mille jalajälg on ainult 1.2m x 0.6m. Võrdluseks võib öelda, et mehaaniliseks segamiseks (MS) on mehaanilise strirrng-protsessi pika reaktsiooniaja tõttu vaja palju suuremat reaktorit, mis põhjustab reaktori kulude olulise suurenemise. (vrd Gholami et al., 2020)
Menetluskulud: Ultraheli biodiisli tootmise töötlemiskulud on 7,7% madalamad kui segamisprotsessil, peamiselt seetõttu, et ultrahelitöötluse protsessi koguinvesteeringud on väiksemad. Kemikaalide (katalüsaator, metanool / alkohol) maksumus on suuruselt kolmas kulutegur nii protsessides, ultrahelitöötluses kui ka mehaanilises segamises. Kuid ultraheli biodiisli muundamiseks on kemikaalikulud oluliselt madalamad kui mehaanilisel segamisel. Kemikaalide kuluosa moodustab ligikaudu 5% biodiislikütuse lõplikust maksumusest. Metanooli, naatriumhüdroksiidi ja fosforhappe väiksema tarbimise tõttu on ultraheli biodiisli protsessi kemikaalide maksumus 2,2% madalam kui mehaanilise segamisprotsessi puhul.
Energiakulud: Ultraheli segamisreaktori tarbitav energia on umbes kolm korda väiksem kui mehaanilise segaja tarbitud energia. See märkimisväärne energiatarbimise vähenemine on intensiivse mikro-segamise ja vähenenud reaktsiooniaja tulemus, mis tuleneb lugematute õõnsuste tootmisest ja kokkuvarisemisest, mis iseloomustavad akustilise / ultraheli kavitatsiooni nähtust (Gholami et al., 2018). Lisaks sellele, võrreldes tavalise segajaga, väheneb ultraheli segamisprotsessi ajal metanooli taaskasutamise ja biodiisli puhastamise etappide energiatarbimine vastavalt 26,5% ja 1,3%. See langus on tingitud metanooli väiksematest kogustest, mis sisenevad nendesse kahte destilleerimiskolonni ultraheli ümberesterdamise protsessis.
Jäätmete kõrvaldamise kulud: Ultraheli kavitatsioonitehnoloogia vähendab märkimisväärselt ka jäätmete kõrvaldamise kulusid. See kulu ultrahelitöötlusprotsessis on umbes viiendik segamisprotsessi kuludest, mis tuleneb jäätmete tekke olulisest vähenemisest reaktori suurema muundamise ja tarbitud alkoholi väiksemate koguste tõttu.
Loe lähemalt kasutatud kohvipaksu õlide ultraheli biodiisli muundamise kohta!
Keskkonnasõbralikkus: Tänu väga suurele üldisele efektiivsusele, vähenenud kemikaalitarbimisele, madalamatele energiavajadustele ja vähenenud jäätmetele on ultraheli biodiisli tootmine oluliselt keskkonnasõbralikum kui tavalised biodiisli tootmisprotsessid.
Järeldus – Ultraheli parandab biodiisli tootmise efektiivsust
Teaduslik hinnang näitab ultraheli segamise selgeid eeliseid tavapärase mehaanilise segamisega biodiisli tootmiseks. Ultraheli biodiisli töötlemise eelised hõlmavad kogu kapitaliinvesteeringut, toote kogumaksumust, nüüdispuhasväärtust ja sisemist tootlust. Leiti, et ultraheli kavitatsiooniprotsessi koguinvesteeringute summa on teistest madalamatest umbes 20,8%. Ultraheli reaktorite kasutamine vähendas toote kulusid 5,2% – kasutades neitsi rapsiõli. Kuna ultrahelitöötlus võimaldab töödelda ka kasutatud õlisid (nt kasutatud toiduõlisid), saab tootmiskulusid veelgi vähendada. (2021) jõuavad järeldusele, et positiivse nüüdispuhasväärtuse tõttu on ultraheli kavitatsiooniprotsess biodiisli tootmiseks parem valik segamistehnoloogiat.
Tehnilisest seisukohast hõlmavad ultraheli kavitatsiooni kõige olulisemad mõjud protsessi olulist efektiivsust ja reaktsiooniaja vähenemist. Paljude vaakummullide moodustumine ja kokkuvarisemine – tuntud kui akustiline / ultraheli kavitatsioon – Vähendage reaktsiooniaega mitmest tunnist segamispaagi reaktoris mõne sekundini ultraheli kavitatsioonireaktoris. See lühike viibeaeg võimaldab biodiisli tootmist väikese jalajäljega läbivoolureaktoris. Ultraheli kavitatsioonireaktor näitab ka kasulikku mõju energia- ja materjalinõuetele, vähendades energiatarbimist peaaegu kolmandikuni segatava paagiga reaktori tarbitavast energiatarbimisest ning metanooli ja katalüsaatori tarbimisest 25%.
Majanduslikust vaatenurgast on ultraheli kavitatsiooniprotsessi koguinvesteering madalam kui mehaanilise segamisprotsessi oma, peamiselt tänu peaaegu 50% ja 11,6% reaktori maksumuse vähenemisele ja metanooli destilleerimiskolonni maksumusele. Ultraheli kavitatsiooniprotsess vähendab ka biodiisli tootmiskulusid, kuna rapsiõli tarbimine väheneb 4%, koguinvesteering on väiksem, kemikaalide tarbimine 2,2% väiksem ja nõuded 23,8% madalamad. Erinevalt mehaaniliselt segatud protsessist on ultraheli töötlemine vastuvõetav investeering tänu oma positiivsele nüüdispuhasväärtusele, lühemale tasuvusajale ja kõrgemale sisemisele tootlusele. Lisaks ultraheli kavitatsiooniprotsessiga seotud tehnilistele majanduslikele eelistele on see keskkonnasõbralikum kui mehaaniline segamisprotsess. Ultraheli kavitatsioon toob kaasa jäätmevoogude vähenemise 80% võrra, mis on tingitud reaktori suuremast muundamisest ja alkoholi tarbimise vähenemisest selles protsessis. (vrd Gholami et al., 2021)

Ultraheli läbivoolureaktor koos 3x 1kW ultrasonikaatorid mudelist 1000hdT biodiislikütuse ülitõhusaks muundamiseks.

Vooskeem näitab ultraheli abil biodiisli protsessi tüüpilist seadistust. Ultraheli reaktori kasutamine parandab biodiisli protsessi efektiivsust drastiliselt.
Kasutage oma valitud katalüsaatorit
Biodiisli ultraheli ümberesterdamise protsess on osutunud tõhusaks, kasutades nii leeliselisi kui ka aluselisi katalüsaatoreid. Näiteks Shinde ja Kaliaguine (2019) võrdlesid ultraheli ja mehhanaalse tera segamise efektiivsust, kasutades erinevaid katalüsaatoreid, nimelt naatriumhüdroksiidi (NaOH), kaaliumhüdroksiidi (KOH), (CH3ONa), tetrametüülammooniumhüdroksiid ja neli guanidiini (propüül-2,3-ditsükloheksüülguanidiin (PCHG), 1,3-ditsükloheksüül-2-n-oktüülguanidiin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametüülguanidiin (TMG), 1,3-difenüülguanidiin (DPG)). Ultraheli segamine (35 ° C juures), nagu on näidatud biodiisli tootmisel, mis paistab silma mehaanilise segamisega (65 ° C juures) suurema saagise ja konversioonimääraga. Massiülekande efektiivsus ultraheli valdkonnas suurendas ümberesterdamisreaktsiooni kiirust võrreldes mehaanilise segamisega. Sonikatsioon ületas kõigi testitud katalüsaatorite mehaanilist segamist. Ümberesterdamisreaktsiooni 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 osutunud huvitavateks altrnatsioonideks biodiisli muundamisel.
(2010) uuris ultraheli abil biodiisli sünteesi palmiõlist, kasutades erinevaid leelismetalloksiidi katalüsaatoreid nagu CaO, BaO ja SrO. Katalüsaatori aktiivsust ultraheli abil biodiisli sünteesil võrreldi traditsioonilise magnetilise segamisprotsessiga ja leiti, et ultraheli protsess näitas 95,2% saagisest, kasutades BaO-d 60-minutilise reaktsiooniaja jooksul, mis muidu võtab tavapärases segamisprotsessis 3–4 tundi. Ultraheli abil ümberesterdamiseks optimaalsetes tingimustes oli vaja 60 minutit, et saavutada 95% saagis võrreldes 2–4 tunniga tavalise segamisega. Samuti suurenesid ultraheliga 60 minutiga saavutatud saagised 5,5% -lt 77,3% -ni, kasutades katalüsaatoritena CaO-d, 48,2% -lt 95,2% -ni, kasutades katalüsaatoritena SrO-d, ja 67,3% -lt 95,2-ni, kasutades katalüsaatoritena BaO-d.

Biodiisli tootmine, kasutades katalüsaatorina erinevaid guanidiinid (3% mol). A) Mehaanilise segamise partiireaktor: (metanool:rapsiõli) 4:1, temperatuur 65ºC; B) Ultraheli partii reaktor: ultrasonikaator UP200St, (metanool: rapsiõli) 4: 1, 60% USA amplituud, temperatuur 35 º C. Ultrahelipõhine segamine ületab mehaanilise segamise kaugelt.
(Uuring ja graafikud: Shinde ja Kaliaguine, 2019)
Suure jõudlusega ultraheli reaktorid suurepärase biodiisli töötlemiseks
Hielscher Ultrasonics pakub suure jõudlusega ultraheli protsessoreid ja reaktoreid paremaks biodiisli tootmiseks, mille tulemuseks on suurem saagikus, parem kvaliteet, vähenenud töötlemisaeg ja madalamad tootmiskulud.
Väikesed ja keskmise suurusega biodiislireaktorid
Väikese ja keskmise suurusega biodiisli tootmiseks kuni 9 tonni tunnis (2900 gal/h) pakub Hielscher teile UIP500hdT (500 vatti), UIP1000hdT (1000 vatti), UIP1500hdT (1500 vatti)ja UIP2000hdT (2000 vatti) Ultraheli kõrge nihkega segisti mudelid. Need neli ultraheli reaktorit on väga kompaktsed, kergesti integreeritavad või retro-sobivad. Need on ehitatud raskeveokite käitamiseks karmides keskkondades. Allpool leiate soovitatavad reaktori seadistused erinevate tootmismäärade jaoks.
tonn / hr
|
Gal/HR
|
|
---|---|---|
1x UIP500hdT (500 vatti) |
0.25 kuni 0,5
|
80 kuni 160
|
1x UIP1000hdT (1000 vatti) |
0.5 kuni 1.0
|
160 kuni 320
|
1x UIP1500hdT (1500 vatti) |
0.75 kuni 1,5
|
240 kuni 480
|
1x UIP2000hdT (2000 vatti) |
1,0 kuni 2,0
|
320 kuni 640
|
2x UIP2000hdT (2000 vatti) |
2,0 kuni 4,0
|
640 kuni 1280
|
4xUIP1500hdT (1500 vatti) |
3,0 kuni 6,0
|
960 kuni 1920
|
6x UIP1500hdT (1500 vatti) |
4,5 kuni 9,0
|
1440 kuni 2880
|
6x UIP2000hdT (2000 vatti) |
6.0 kuni 12.0
|
1920 kuni 3840
|
Väga suure läbilaskevõimega tööstuslikud biodiisli reaktorid
Tööstusliku töötlemise biodiislikütuse tootmisettevõtetele pakub Hielscher UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) ja UIP16000hdT (16kW) ultraheli homogenisaatorid! Need ultraheli protsessorid on mõeldud suure voolukiiruse pidevaks töötlemiseks. UIP4000hdT, UIP6000hdT ja UIP10000 saab integreerida standardsetesse mereveokonteineritesse. Teise võimalusena on kõik neli protsessorimudelit saadaval roostevabast terasest kappides. Püstine paigaldus nõuab minimaalset ruumi. Allpool leiate soovitatavad seadistused tüüpiliste tööstusliku töötlemise määrade jaoks.
tonn / hr
|
Gal/HR
|
1x UIP6000hdT (6000 vatti) |
3,0 kuni 6,0
|
960 kuni 1920
|
---|---|---|
3x UIP4000hdT (4000 vatti) |
6.0 kuni 12.0
|
1920 kuni 3840
|
5x UIP4000hdT (4000 vatti) |
10.0 kuni 20.0
|
3200 kuni 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 vatti) |
9.0 kuni 18.0
|
2880 kuni 5880
|
3x UIP10000 (10 000 vatti) |
15.0 kuni 30.0
|
4800 kuni 9600
|
3x UIP16000hdT (16 000 vatti) |
24,0 kuni 48,0
|
7680 kuni 15360
|
5x UIP16000hdT |
40,0 kuni 80,0
|
12800 kuni 25600
|
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Kirjandus / Viited
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.
Faktid, mida tasub teada
Biodiisli tootmine
Biodiislit toodetakse siis, kui triglütseriidid muundatakse vabaks rasvmetüülestriks (FAME) keemilise reaktsiooni teel, mida nimetatakse ümberesterdamiseks. Triglütseriidid on glütseriidid, milles glütserool on esterdatud pika ahelaga hapetega, mida tuntakse rasvhapetena. Neid rasvhappeid leidub rohkesti taimeõlis ja loomsetes rasvades. Ümberesterdamise reaktsiooni ajal reageerivad lähteaines olevad triglütseriidid (nt taimeõlid, kasutatud toiduõlid või loomsed rasvad) katalüsaatori (nt kaaliumhüdroksiid või naatriumhüdroksiid) juuresolekul primaarse alkoholiga (nt metanooliga). Biodiisli ümberesterdamisreaktsioonis moodustuvad taimeõli või loomse rasva lähteainest alküülestrid. Kuna biodiislit saab toota erinevatest lähteainetest, nagu neitsi taimeõlid, taimeõlijäätmed, kasutatud praadimisõlid, loomsed rasvad, nagu sulatatud rasv ja searasv, võib vabade rasvhapete (FFA) kogus olla väga erinev. Triglütseriidide vabade rasvhapete protsent on oluline tegur, mis mõjutab oluliselt biodiisli tootmisprotsessi ja sellest tulenevat biodiisli kvaliteeti. Suur kogus vabu rasvhappeid võib häirida muundamisprotsessi ja halvendada biodiisli lõplikku 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 lähteained, mis sisaldavad suures koguses FFA-sid, enamasti eeltöötlust ( nn esterdamisreaktsioon), mille käigus FFAd muundatakse estriteks. Ultraheli soodustab nii reaktsioone, ümberesterdamist kui ka esterdamist.
Loe lähemalt ultraheli abil happekatalüüsitud esterdamise ja halbade õlide ja rasvade aluskatalüüsitud ümberesterdamise kohta kvaliteetseks biodiislikütuseks!

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.