Kasutatud toiduõlist biodiislini ultraheli reaktorite abil

Kasutatud toiduõli (UCO) on muutunud üheks atraktiivseimaks toorainks säästva biodiislikütuse tootmisel. UCO muundamine biodiislikütuseks ehk kasutatud toiduõli metüülestriks aitab vähendada jäätmeid, langetab tooraine kulusid ja toetab ringlussevõtul põhinevamat kütusemajandust. Biodiislitootjatele, kes otsivad tõhusat töötlemistehnoloogiat, pakuvad Hielscheri ultraheli biodiislireaktorid võimsa lahenduse transesterdamis- ja esterdamisprotsesside intensiivistamiseks.

Hielscheri ultraheli biodiislireaktoreid kasutatakse laialdaselt odavate õlide ja rasvade muundamise parandamiseks kvaliteetseks biodiislikütuseks. Tekitades mikroskoopilisel tasandil intensiivset segunemist, kiirendab ultraheli kavitatsioon keemilisi reaktsioone, parandab massiülekannet mittesegunevate faaside vahel ning aitab tootjatel saavutada kiire, usaldusväärse ja skaleeritava biodiislitootmise.

UCOME – biodiislikütus jäätmeõlidest

UCOME tähendab kasutatud toiduõli metüülestrit (used cooking oil methyl ester). See on biodiislikütus, mida toodetakse jäätmetoiduõlide muundamisel rasvhapete metüülestriteks keemilise reaktsiooni teel metanooliga. Kuna UCO on taaskasutatud tooraine, on UCOME eriti atraktiivne nii majanduslikust kui ka keskkonnaalasest vaatenurgast.
Võrreldes neitsilike taimeõlidega pakub UCO selgeid kulueeliseid, kuid toob kaasa ka töötlemisprobleeme. Kasutatud toiduõli sisaldab sageli:

• vabu rasvhappeid (FFA)
• vett
• toidujääke ja lisandeid
• oksüdatsiooniprodukte
• muutuvat koostist, mis sõltub allikast ja kasutusajaloost

Need tegurid muudavad protsessi tõhususe ja reaktori jõudluse eriti oluliseks. Siin pakuvad ultraheli biodiislireaktorid olulisi eeliseid.

Selles õppevideos tutvustame teaduslikke põhimõtteid, mille alusel ultrahelireaktorid biodiisli tootmist märkimisväärselt parandavad. Hielscher biodiisli ultrahelireaktorid on end tõestanud tõhusa vahendina biodiisli tootmisprotsessi täiustamisel. Selles õppevideos käsitleme nende tööpõhimõtet ja näitame erinevaid ultraheliseadmete konfiguratsioone igas tootmismahus kasutamiseks. Muutke biodiisli tootmine tõhusamaks ja kulusäästlikumaks ning saavutage kiire muundamisega kvaliteetse biodiisli suurem saagis. Ühtlasi võimaldavad biodiisli ultrahelireaktorid kasutada madala kvaliteediga õlisid, näiteks taimeõlijäätmeid või kasutatud toidurasvu, ning aitavad säästa metanooli ja katalüsaatorit, toetades keskkonnasõbralikku ja kestlikku biodiisli tootmist.

 

Kuidas ultraheli biodiislireaktorid parandavad UCO muundamist UCOME-ks

Traditsiooniline biodiislitootmine tugineb sageli mehaanilisele segamisele ja kuumutamisele, et viia õli, alkohol ja katalüsaator omavahel kontakti. Kuna õli ja metanool ei segune hästi, võivad tavapärased reaktorid kannatada aeglaste reaktsioonikiiruste, mittetäieliku muundumise, suurema kemikaalitarbimise ja pikemate viibeaegade all.
Hielscheri ultraheli reaktorid kasutavad kõrge intensiivsusega ultraheli, et tekitada vedelikus kavitatsiooni. Kavitatsioon tekitab mikroskoopilisi segunemistsoone äärmiselt suurte nihkejõududega. See purustab metanooli õlifaasis väga peenikesteks tilkadeks ja loob reaktsiooniks palju suurema faasidevahelise pinna.

Tulemuseks on tugevalt intensiivistatud biodiislitootmise protsess oluliste eelistega:

• kiirem transesterdamine ja esterdamine
• parem muundamise efektiivsus
• metanooli ja katalüsaatori parem kasutus
• lühem reaktsiooniaeg
• pideva inline-töötluse võimalus
• lihtne skaleerimine pilootmastaabist tööstuslikule tootmisele

Kõrgenenud FFA sisaldusega UCO toorainete puhul on ultraheli eriti kasulik, sest see tõhustab nii happe-katalüüsitud esterdamise kui ka aluse-katalüüsitud transesterdamise etappe.

Kasutatud toiduõlist biodiislini: protsessi ülevaade

Kasutatud toiduõli muundamine biodiislikütuseks hõlmab üldjuhul mitut protsessietappi. Hielscheri ultraheli biodiislireaktoreid saab tooraine kvaliteedist sõltuvalt integreerida ühe- või kaheetapilistesse protsessilahendustesse.

Tüüpiline UCO biodiislikütuseks muundamise protsess hõlmab järgmist:

• kasutatud toiduõli kogumine ja ladustamine
• filtreerimine tahkete osakeste ja toiduosakeste eemaldamiseks
• kuivatamine või veeärastus niiskusesisalduse vähendamiseks
• FFA analüüs vajaliku reaktsiooniraja määramiseks
• vabade rasvhapete esterdamine, kui FFA sisaldus on kõrge
• transesterdamine metanooliga metüülestrite moodustamiseks
• biodiislikütuse ja glütserooli eraldamine
• biodiislikütuse pesemine või kuivpuhastus
• lõppviimistlus kütusekvaliteedi spetsifikatsioonide saavutamiseks

Kui esinevad kõrged FFA sisaldused, kasutatakse sageli esterdamise eeltöötlust, et muundada vabad rasvhapped estriteks enne põhilist transesterdamisetappi. Ultraheli töötlus võib kiirendada mõlemat etappi ja parandada tehase üldist tootlikkust. Lugege lähemalt ultraheli abil toetatud kaheastmelise biodiislikütuse konversiooni kohta!

Miks sobivad Hielscheri ultraheli reaktorid UCOME biodiislikütuse tootmiseks hästi

Hielscheri ultraheli reaktorid on välja töötatud tööstuslikuks vedelike töötluseks ja on eriti tõhusad biodiislikütuse rakendustes, kus reaktsioonikiirust määrab vedelik-vedelik segamine. Selle asemel, et tugineda ainult massi segamisele, tekitab ultraheli intensiivse lokaalse energia täpselt seal, kus seda vaja on.
See annab tootjatele mitmeid praktilisi eeliseid.

• Õli ja metanooli suurepärane segunemine
  Üks biodiislikütuse tootmise peamisi piiranguid on õli ja metanooli halb segunevus. Hielscheri ultraheli reaktorid tekitavad väga peene emulsiooni, mis parandab oluliselt reagentide omavahelist kontakti. Parem kontakt tähendab kiiremat reaktsioonikineetikat ja suuremat konversiooni.
• Kõrge jõudlus keeruliste toorainetega
  UCO ei ole ühtlane tooraine. Selle veesisaldus, vabade rasvhapete (FFA) tase ja saastatuse määr võivad partiiti erineda. Hielscheri reaktorid aitavad neid kõikumisi tasakaalustada, intensiivistades reaktsioonikeskkonda, mis muudab protsessi töökindlamaks ja kohanemisvõimelisemaks.
• Lühem viibeaeg
  Kuna ultraheli kiirendab esterdamist ja transesterdamist, saavutavad tootjad sihtkonversiooni sageli lühema ajaga kui tavapäraste segamissüsteemidega. See võib vähendada reaktori mahu vajadust ja suurendada läbilaskevõimet.
• Pidev in-line töötlus
  Hielscheri ultraheli biodiislireaktorid sobivad ideaalselt pidevaks töötluseks. In-line reaktorikonfiguratsioonid toetavad statsionaarset tootmist reprodutseeritava kvaliteediga, mis on äärmiselt väärtuslik kommertsbiodiisli tehastele.
• Lihtne skaleerimine
  Hielscheri tehnoloogia suur eelis on lineaarne skaleerimine. Laboris või pilootkatsetes kindlaks tehtud protsessiparameetreid saab suuremahulistele tootmissüsteemidele üle kanda ennustatavamalt. See vähendab arendusriski ja lihtsustab laiendamise planeerimist.
• Tööstuslik töökindlus
  Hielscheri süsteemid on loodud nõudlikuks tööstuslikuks kasutuseks. Biodiislikütuse tootjatele tähendab see usaldusväärset reaktori jõudlust, reprodutseeritavaid tulemusi ja ühilduvust automatiseeritud protsessiliinidega.
• Biodiislikütuse tootmine vastavalt standarditele ASTM D6751 ja EN 14214
  Kommertsbiodiisli tootjad seavad sageli eesmärgiks kütuse kvaliteedinõuded, nagu ASTM D6751 ja EN 14214. Need standardid määratlevad kriitilised omadused, sealhulgas estrisisalduse, viskoossuse, leekpunkti, happearvu, veesisalduse, oksüdatsioonikindluse, lisandite piirnormid ja glütseriinisisalduse.

 
Lugege, kuidas ultraheli abil toodetud biodiislikütus töötab diiselmootorites!

Hielscheri ultraheli biodiislireaktoreid kasutatakse biodiislikütuse tootmisprotsessides, mis on kavandatud saavutama standarditele ASTM D6751 ja EN 14214 vastava kütusekvaliteedi. Oma 2020. aastal avaldatud uuringus näitasid Bastante-Saez ja kolleegid, et kebabijäätmete rasvadest Hielscheri ultraheli reaktoriga toodetud biodiisel andis kõrge rasvhapete metüülestrite (FAME) saagise. FAME sisaldus oli kõrgem (97,42% w/w kanarasva puhul ja 96,98 veise-lamba rasva puhul) kui Euroopa määrusega EN 14214 kehtestatud alammäär (st minimaalselt 96,5% w/w).

 

Väikesemahuline biodiislikütus farmidele ja võrguvälistele kasutajatele

Mõnes riigis või piirkonnas on biodiislikütuse eeskirjad väikeste eraisikutest kasutajate jaoks piiratud või neid ei jõustata. Põllumehed ja seadmeomanikud võivad toota väiksemaid koguseid biodiislikütust kasutatud toiduõlist kohapealseks tarbimiseks traktorites, generaatorites, küttekehades või muudes diiselmootoriga põllumajandusseadmetes.
Selliste juhtumite puhul on eesmärk sageli praktiline kütuse asendamine, mitte sertifitseeritud kommertsmüük. Ultraheli biodiislireaktorid võivad olla atraktiivsed ka sellise detsentraliseeritud tootmise jaoks, kuna need pakuvad:

• Kiireid reaktsiooniaegu
• Tõhusat konversiooni kompaktse varustusega
• Head sobivust muutuva koostisega jäätmeõli toorainetele
• Väiksemat sõltuvust suurtest segamismahutitest
• Võimalust modulaarseteks töötlusseadistusteks

Samal on oluline selgelt välja tuua, et nõuetele mittevastav biodiisel ei pruugi sobida kõigile mootoritele, ei pruugi vastata kohalikele õiguslikele nõuetele ning võib põhjustada probleeme hoiustamisel, materjalide ühilduvuses, heitmetes või mootori garantiis. Kui biodiisli standardid kehtivad, tuleks kütust enne reguleeritud rakendustes või maanteesõidukites kasutamist vastavalt sellele testida ja toota.

 

Ultraheli biodiislitootmise majanduslikud eelised kasutatud toiduõlist (UCO)

Tooraine maksumus on biodiisli majanduses üks suurimaid muutujaid. Kuna kasutatud toiduõli on üldiselt odavam kui rafineeritud taimeõlid, pakub see suurt kokkuhoiupotentsiaali. Need säästud võivad aga kaduda, kui protsess on aeglane, keemiliselt ebaefektiivne või ei suuda toime tulla tooraine varieeruvusega.
Hielscher ultraheli biodiislireaktorid aitavad kaitsta kasumlikkust, parandades reaktsiooni efektiivsust ja tehase tootlikkust. Võimalike majanduslike eeliste hulka kuuluvad:

• Odavate UCO toorainete parem ärakasutamine
• Suurem läbilaskevõime
• Lühem reaktsiooniaeg
• Madalam segamisega seotud energiavajadus võrreldes ebaefektiivse mahtsegamise stsenaariumidega
• Parem protsessi stabiilsus
• Lihtsam integreerimine pidevatesse tootmisliinidesse

Tootjatele, kes soovivad jäätmeõlil põhinevat biodiislitootmist laiendada, võib selline tooraine paindlikkuse ja protsessi intensiivistamise kombinatsioon olla väga väärtuslik.

Muundage UCO UCOME biodiislikütuseks tõhusalt Hielscheri ultraheli reaktoritega!

Kasutatud toiduõli muundamine UCOME-ks on nutikas viis luua jäätmetest taastuvkütust, parandades samal ajal jätkusuutlikkust ja vähendades tooraine kulusid. Kuna UCO-d on sageli keerulisem töödelda kui neitsiõlisid, mängib reaktoritehnoloogia olulist rolli tõhusa ja usaldusväärse biodiislitootmise saavutamisel.
Hielscher ultraheli biodiislireaktorid intensiivistavad õli ja metanooli vahelist reaktsiooni kavitatsioonil põhineva segamise ja massiülekande kaudu. See võimaldab kiiremat esterdamist ja transesterdamist, muutlike UCO toorainete paremat käsitlemist ning biodiisli skaleeritavat in-line tootmist.
Kommertstootjate jaoks kasutatakse Hielscheri ultraheli süsteeme biodiislitootmisprotsessides, mis on mõeldud standarditele ASTM D6751 ja EN 14214 vastava kütuse tootmiseks. Põllumajandustootjatele ja väikekasutajatele riikides, kus biodiisli reguleeringuid ei ole, saavad ultraheli reaktorid toetada ka väiksemate biodiislikoguste kompaktset tootmist kohaliku seadmekasutuse jaoks, tunnistades samas, et nõuetele mittevastavat kütust tuleks kasutada ettevaatlikult ning kooskõlas kohalike nõuete ja mootori ühilduvusega.
Kui teie eesmärk on tõhus UCO-st UCOME tootmine, pakuvad Hielscher ultraheli biodiislireaktorid võimsa ja skaleeritava tehnoloogiaplatvormi kaasaegseks biodiislitöötluseks.

Allolev tabel annab ülevaate Hielscher ultraheli biodiislireaktorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Vooluhulk	Võimsus
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Miks on Hielscher biodiislitootjatele tugev valik?

Hielscher on tuntud tööstusliku ultraheli tehnoloogia poolest, mis on loodud päris protsessirakendusteks. Biodiislitootmises pakuvad Hielscher ultraheli reaktorid praktilist viisi UCO konversiooni intensiivistamiseks, metanooli ja õli segamise parandamiseks ning biodiisli tõhusa tootmise toetamiseks jäätmeõlidest ja -rasvadest.

Peamised põhjused, miks tootjad Hielscheri valivad, on järgmised:

• Tõestatud ultraheli alane ekspertiis
• In-line reaktorilahendused pidevaks biodiislitöötluseks
• Sobivus esterdamiseks ja transesterdamiseks
• Tugev skaleerimistee laborist tootmiseni
• Töökindlad seadmed tööstuskeskkondadesse
• Keerukate toorainete, nagu kasutatud toiduõli, tõhus töötlemine

Disain, tootmine ja konsulteerimine – kvaliteet, mis on valmistatud Saksamaal

Hielscheri ultrahelisondid on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne käsitsemine võimaldavad meie ultrahelisondide sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrahelisondid tulevad raskete tingimuste ja nõudlike keskkondadega hõlpsasti toime.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ning pöörab erilist tähelepanu tipptasemel tehnoloogiat ja kasutajasõbralikkust pakkuvatele suure jõudlusega ultrahelisondidele. Loomulikult vastavad Hielscheri ultrahelisondid CE-nõuetele ning UL-i, CSA ja RoHs-i nõuetele.

---

---

Kirjandus / viited

• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences ; Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).