تولید بیودیزل & تبدیل بیودیزل
هنگامی که بیودیزل می سازید، سینتیک واکنش آهسته و انتقال جرم ضعیف، ظرفیت کارخانه بیودیزل و همچنین عملکرد و کیفیت بیودیزل شما را کاهش می دهد. راکتورهای مافوق صوت Hielscher سینتیک ترانس استریفیکاسیون را به طور قابل توجهی بهبود می بخشند. بنابراین متانول اضافی کمتر و کاتالیزور کمتری برای فرآوری بیودیزل مورد نیاز است.
بیودیزل معمولا در راکتورهای دسته ای با استفاده از گرما و اختلاط مکانیکی به عنوان ورودی انرژی تولید می شود. اختلاط حفره ای اولتراسونیک یک جایگزین موثر برای دستیابی به اختلاط بهتر در پردازش بیودیزل تجاری است. کاویتاسیون اولتراسونیک انرژی فعال سازی لازم را برای ترانس استریفیکاسیون بیودیزل صنعتی فراهم می کند.
فراصوت بهبود ترانس استریفیکاسیون بیودیزل
تولید بیودیزل معمولا شامل یک واکنش شیمیایی به نام ترانس استریفیکاسیون است که در آن یک تری گلیسیرید (مانند روغن نباتی، چربی حیوانی، روغن های پخت و پز مصرف شده) با یک الکل (مانند متانول) در حضور یک کاتالیزور برای تولید بیودیزل (متیل استرهای اسید چرب) و گلیسرول واکنش می دهد. راکتورهای اولتراسونیک را می توان برای افزایش فرآیند ترانس استریفیکاسیون به روش های مختلفی استفاده کرد که منجر به چندین مزیت می شود:
- اختلاط بهبود یافته: امواج اولتراسونیک می توانند حباب های کاویتاسیون ایجاد کنند که به شدت فرو می ریزند و باعث اختلاط شدید و تحریک مخلوط واکنش می شوند. این منجر به تماس بهتر بین واکنش دهنده ها و کاتالیزور می شود و در نتیجه ترانس استریفیکاسیون سریعتر و کامل تر می شود.
- سینتیک واکنش تسریع شده: شرایط انرژی بالا تولید شده توسط امواج اولتراسونیک می تواند واکنش را فعال کند، سرعت واکنش را افزایش دهد و زمان واکنش مورد نیاز برای رسیدن به سطح معینی از تبدیل را کاهش دهد. این می تواند منجر به بازده بالاتر و هزینه های کمتر شود.
- کاهش استفاده از کاتالیزور: راکتورهای اولتراسونیک می توانند با ارائه مکان های فعال تر برای واکنش، کارایی استفاده از کاتالیزور را بهبود بخشند. این بدان معنی است که کاتالیزور کمتری برای دستیابی به همان سطح تبدیل، کاهش هزینه ها و اثرات زیست محیطی مورد نیاز است.
- بهبود کیفیت محصول: راکتورهای اولتراسونیک می توانند بیودیزل با محتوای اسیدهای چرب آزاد کمتر، خلوص بالاتر و خواص جریان سرد بهتر تولید کنند. این به دلیل اختلاط بهبود یافته و سینتیک واکنش سریعتر است که تشکیل محصولات جانبی و ناخالصی های ناخواسته را به حداقل می رساند.
این مزایای پردازش بیودیزل اولتراسونیک باعث می شود که استفاده از راه اندازی راکتور اولتراسوند بسیار مقرون به صرفه باشد زیرا استفاده از راکتورهای مافوق صوت به طور قابل توجهی کارایی، سرعت و کیفیت ترانس استریفیکاسیون بیودیزل را بهبود می بخشد. این به طور خلاصه به این معنی است که سونوگرافی ترانس استریفیکاسیون را به یک فرآیند پایدار تر از نظر اقتصادی و زیست محیطی تبدیل می کند.
مشکلات اختلاط بیودیزل معمولی: واکنش استریفیکاسیون معمولی در پردازش دسته ای کند است و جداسازی فاز گلیسیرین زمان بر است و اغلب 5 ساعت یا بیشتر طول می کشد.
راکتورهای اولتراسونیک به شما کمک می کنند تا فرآیند بیودیزل خود را تسریع کنید و به طور همزمان عملکرد بیودیزل و کیفیت خود را با هزینه های پردازش پایین تر افزایش دهید!
مزایای استفاده از ترانس استریفیکاسیون بیودیزل التراسونیک
- بازده بیودیزل بالاتر به دلیل بهبود اختلاط
- افزایش کیفیت بیودیزل
- حتی از فقیرترین نفت به عنوان ماده اولیه استفاده کنید
- پردازش درون خطی مداوم
- متانول کمتر
- کاتالیزور کمتر
- صرفه جویی در زمان به دلیل تبدیل با سرعت بالا
- صرفه جویی در انرژی
- عملکرد ساده و ایمن
- استحکام و نگهداری کم
- عملکرد بالا: عملکرد 24/7 تحت بار کامل
"ما با تجهیزات و خدمات Hielscher بسیار خوشحال بوده ایم و ما هر قصد از جمله فن آوری اولتراسونیک Hielscher در تمام تلاش های آینده ما را داریم."
تاد استفنز، سوخت های زیستی تولسا
اولتراسونیک برای تولید بیودیزل
بیودیزل اغلب در راکتورهای دسته ای تولید می شود. تبدیل بیودیزل اولتراسونیک اجازه می دهد تا برای پردازش مداوم درون خطی. اولتراسونیک می تواند عملکرد بیودیزل بیش از 99٪ را به دست آورد. راکتورهای اولتراسونیک زمان پردازش را از پردازش دسته ای معمولی 1 تا 4 ساعته به کمتر از 30 ثانیه کاهش می دهند. مهمتر از همه، سونوگرافی زمان جداسازی را از 5 به 10 ساعت کاهش می دهد (با استفاده از تحریک معمولی) به کمتر از 60 دقیقه. امواج فراصوت همچنین کمک به کاهش به مقدار کاتالیزور مورد نیاز تا 50٪ با توجه به افزایش فعالیت شیمیایی در حضور حفره ها. هنگام استفاده از امواج فراصوت مقدار متانول اضافی مورد نیاز نیز کاهش می یابد. مزیت دیگر افزایش خلوص گلیسیرین است.
تولید بیودیزل اولتراسونیک گام به گام:
- روغن نباتی یا چربی حیوانی با متانول (که متیل استرها را می سازد) یا اتانول (برای اتیل استرها) و متوکسید سدیم یا پتاسیم یا هیدروکسید مخلوط می شود
- مخلوط گرم می شود، به عنوان مثال در دمای بین 45 تا 65 درجه سانتیگراد
- مخلوط گرم شده به مدت 5 تا 15 ثانیه به صورت درون خطی فراصوت می شود
- گلیسیرین با استفاده از سانتریفیوژها خارج می شود یا جدا می شود
- بیودیزل تبدیل شده با آب شسته می شود
معمولا ، فراصوت در فشار بالا (1 تا 3 بار ، فشار سنج) با استفاده از یک پمپ تغذیه و یک شیر فشار برگشتی قابل تنظیم در کنار سلول جریان انجام می شود.
تبدیل بیودیزل صنعتی به انرژی اولتراسونیک زیادی نیاز ندارد. انرژی مورد نیاز واقعی را می توان در مقیاس رومیزی با استفاده از مثال ، یک پردازنده اولتراسونیک 1 کیلو وات مانند UIP1000hdT تعیین کرد. تمام نتایج حاصل از چنین کارآزمایی های نیمکت بالا را می توان به صورت خطی و بدون هیچ مشکلی افزایش داد. در صورت لزوم، دستگاه های اولتراسونیک دارای گواهی ATEX در دسترس هستند، مانند UIP1000-Exd.
Hielscher تجهیزات پردازش بیودیزل اولتراسونیک صنعتی را در سراسر جهان تامین می کند. با پردازنده های اولتراسونیک تا توان 16 کیلو وات در هر دستگاه ، هیچ محدودیتی در اندازه کارخانه بیودیزل یا ظرفیت پردازش وجود ندارد.
هزینه های تولید بیودیزل التراسونیک
امواج فراصوت یک وسیله موثر برای افزایش سرعت واکنش و نرخ تبدیل در تولید بیودیزل تجاری است. هزینه های پردازش اولتراسونیک عمدتا ناشی از سرمایه گذاری برای تجهیزات اولتراسونیک، هزینه های آب و برق و تعمیر و نگهداری است. بهره وری انرژی برجسته از مافوق صوت Hielscher کمک می کند تا به کاهش هزینه های ابزار و توسط این به این فرایند حتی سبزتر. هزینه های حاصل برای سونوگرافی بین 0.1ct و 1.0ct در هر لیتر (0.4ct تا 1.9ct / گالن) در مقیاس تجاری متفاوت است.
اطلاعات بیشتر در مورد بهره وری فرآیند و مزایای اقتصادی تولید بیودیزل مافوق صوت!
راه اندازی بیودیزل اولتراسونیک در مقیاس کوچک
امواج فراصوت را می توان برای تبدیل روغن به بیودیزل در هر مقیاس استفاده می شود. تصویر زیر یک تنظیم در مقیاس کوچک برای پردازش 60-70 لیتر (16 تا 19 گالن) را نشان می دهد. این یک راه اندازی معمولی برای مطالعات اولیه و نمایش فرآیند است.
- یک ultrasonicator (به عنوان مثال، UIP500hdT یا UIP1000hdT) با تقویت کننده، sonotrode و سلول جریان
- کنتور برق برای اندازه گیری قدرت و انرژی
- مخزن پردازش 80 لیتری (پلاستیک، به عنوان مثال HDPE)
- عنصر گرمایش (1 تا 2 کیلو وات)
- مخزن پیش مخلوط کاتالیزور 10 لیتری (پلاستیک، به عنوان مثال HDPE)
- پیش میکسر کاتالیزور (همزن)
- پمپ (سانتریفیوژ، مونو یا دنده) برای تقریبا 10 تا 20 لیتر در دقیقه در 1 تا 3 بار
- شیر فشار برگشتی برای تنظیم فشار در سلول جریان
- فشار سنج برای اندازه گیری فشار خوراک
راکتورهای التراسونیک برای پردازش بیودیزل برتر
Hielscher مافوق صوت ارائه می دهد پردازنده های اولتراسونیک با کارایی بالا و راکتورها، که تولید بیودیزل خود را با بازده بیودیزل بالاتر بهبود، بهبود کیفیت بیودیزل، کاهش زمان پردازش و هزینه های تولید پایین تر.
راکتورهای اولتراسونیک در مقیاس کوچک و متوسط برای ترانس استریفیکاسیون بیودیزل
برای تولید بیودیزل کوچک و متوسط تا 9 تن در ساعت (2900 گال در ساعت) ، Hielscher به شما ارائه می دهد UIP500hdT (500 وات) ، UIP1000hdT (1000 وات) ، UIP1500hdT (1500 وات) و UIP2000hdT (2000 وات) به عنوان میکسرهای مافوق صوت با برش بالا با راکتورهای جریان برای پردازش بیودیزل درون خطی قابل اعتماد و کارآمد. این چهار راکتور اولتراسونیک بسیار جمع و جور ، به راحتی قابل ادغام یا یکپارچهسازی با سیستمعامل هستند. آنها برای عملیات سنگین در محیط های سخت ساخته شده اند. در زیر تنظیمات راکتور توصیه شده برای طیف وسیعی از نرخ های تولید را مشاهده خواهید کرد.
تن در ساعت
|
گال/ساعت
|
|
---|---|---|
1 برابر UIP500hdT (500 وات) |
0.25 تا 0.5
|
80 تا 160
|
1 برابر UIP1000hdT (1000 وات) |
0.5 تا 1.0
|
160 تا 320
|
1 برابر UIP1500hdT (1500 وات) |
0.75 تا 1.5
|
240 تا 480
|
1 برابر UIP2000hdT (2000 وات) |
1.0 تا 2.0
|
320 تا 640
|
2 برابر UIP2000hdT (2000 وات) |
2.0 تا 4.0
|
640 تا 1280
|
4 برابرUIP1500hdT (1500 وات) |
3.0 تا 6.0
|
960 تا 1920
|
6 برابر UIP1500hdT (1500 وات) |
4.5 تا 9.0
|
1440 تا 2880
|
6 برابر UIP2000hdT (2000 وات) |
6.0 تا 12.0
|
1920 تا 3840
|
راکتورهای بیودیزل صنعتی با توان بسیار بزرگ
برای کارخانه های تولید بیودیزل پردازش صنعتی Hielscher ارائه می دهد UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW), و UIP16000hdT (16kW) هموژنایزرهای مافوق صوت! این پردازنده های اولتراسونیک برای پردازش مداوم سرعت جریان بالا طراحی شده اند. UIP4000hdT، UIP6000hdT و UIP10000 را می توان در کانتینرهای حمل و نقل دریایی استاندارد ادغام کرد. از طرف دیگر، هر چهار مدل پردازنده در کابینت های فولادی ضد زنگ موجود هستند. نصب عمودی به حداقل فضا نیاز دارد. در زیر تنظیمات توصیه شده برای نرخ های پردازش صنعتی معمولی را مشاهده می کنید.
تن در ساعت
|
گال/ساعت
|
1 برابر UIP6000hdT (6000 وات) |
3.0 تا 6.0
|
960 تا 1920
|
---|---|---|
3 برابر UIP4000hdT (4000 وات) |
6.0 تا 12.0
|
1920 تا 3840
|
5 برابر UIP4000hdT (4000 وات) |
10.0 تا 20.0
|
3200 تا 6400
|
3 برابر UIP6000hdT (6000 وات) |
9.0 تا 18.0
|
2880 تا 5880
|
3 برابر UIP10000 (10000 وات) |
15.0 تا 30.0
|
4800 تا 9600
|
3 برابر UIP16000hdT (16000 وات) |
24.0 تا 48.0
|
7680 تا 15360
|
5 برابر UIP16000hdT |
40.0 تا 80.0
|
12800 تا 25600
|
تماس با ما! / از ما بپرسید!
فراست & نوآوری فناوری سالیوان سال
Hielscher Ultrasonics جایزه معتبر Frost و Sullivan فناوری نوآوری سال را به رسمیت شناختن توسعه این شرکت از فناوری جدید اولتراسونیک برای تولید بیودیزل دریافت کرد.
اینجا را کلیک کنید برای مطالعه بیشتر در مورد جایزه فراست و سالیوان برای راکتورهای بیودیزل مافوق صوت Hielscher!
ترانس استریفیکاسیون – تبدیل شیمیایی بیودیزل
تولید بیودیزل از روغن های گیاهی (به عنوان مثال سویا، کلزا، جاتروفا، تخمه آفتابگردان)، جلبک ها، چربی های حیوانی و همچنین روغن های پخت و پز زباله، شامل ترانس استریفیکاسیون اسیدهای چرب با کاتالیز پایه با متانول یا اتانول برای دادن متیل استرها یا اتیل استرهای مربوطه است. گلیسیرین محصول جانبی اجتناب ناپذیر این واکنش است.
روغن های گیاهی به عنوان چربی های حیوانی تری گلیسیرید هستند که از سه زنجیره اسیدهای چرب تشکیل شده اند که توسط یک مولکول گلیسیرین متصل شده اند. تری گلیسیرید استر هستند. استرها اسیدهایی مانند اسیدهای چرب هستند که با الکل ترکیب می شوند. گلیسیرین (= گلیسرول) یک الکل سنگین است. در فرآیند تبدیل، استرهای تری گلیسیرید با استفاده از یک کاتالیزور (لیم) و یک معرف الکل، به عنوان مثال متانول، که بیودیزل متیل استرها تولید می کند، به استرهای آلکیل (= بیودیزل) تبدیل می شوند. متانول جایگزین گلیسیرین می شود. این فرآیند تبدیل شیمیایی ترانس استریفیکاسیون نامیده می شود.
پس از ترانس استریفیکاسیون، گلیسیرین که فاز سنگین تر است، به پایین فرو می رود. بیودیزل که فاز سبک تر است، در بالا شناور است و می تواند از هم جدا شود، به عنوان مثال توسط دکانترها یا سانتریفیوژها.
آماده سازی بیودیزل
هیدروکسید پتاسیم (0.2 تا 0.4 کیلوگرم، کاتالیزور) در مخزن پیش مخلوط کاتالیزور در حدود 8.5 لیتر متانول حل می شود. این نیاز به هم زدن پیش مخلوط کاتالیزور دارد. مخزن فرآوری با روغن نباتی 66 لیتری پر می شود. روغن توسط عنصر گرمایش تا 45 تا 65 درجه سانتیگراد گرم می شود.
تبدیل بیودیزل
هنگامی که کاتالیزور به طور کامل در متانول حل شد، پیش مخلوط کاتالیزور با روغن گرم شده مخلوط می شود. پمپ مخلوط را به سلول جریان تغذیه می کند. با استفاده از شیر فشار برگشتی، فشار به 1 تا 3barg (15 تا 45psig) تنظیم می شود. گردش مجدد از طریق راکتور بیودیزل اولتراسونیک باید تقریبا 20 دقیقه انجام شود. در این مدت، روغن به بیودیزل تبدیل می شود. پس از این، پمپ و سونوگرافی خاموش می شوند. گلیسیرین (فاز سنگین تر) از بیودیزل (فاز سبک تر) جدا می شود. جداسازی تقریبا 30 تا 60 دقیقه طول می کشد. پس از اتمام جداسازی، گلیسیرین را می توان تخلیه کرد.
شستشوی بیودیزل
از آنجایی که بیودیزل تبدیل شده حاوی ناخالصی ها است، شستشو مورد نیاز است. برای شستشو ، آب با بیودیزل مخلوط می شود. امواج فراصوت می تواند مخلوط کردن بیودیزل با آب بهره مند. این باعث افزایش سطح فعال در نتیجه کاهش اندازه قطرات می شود. لطفا در نظر بگیرید، که فراصوت بسیار شدید ممکن است قطرات آب را به اندازه کاهش دهد، که یک امولسیون تقریبا پایدار در حال شکل گیری است که نیاز به وسایل خاصی (به عنوان مثال سانتریفیوژ) برای جدا شدن دارد.
کارخانه تولید بیودیزل
نمودار جریان زیر یک تنظیم معمولی برای فراصوت در خط نفت، متانول و کاتالیزور برای تبدیل به بیودیزل را نشان می دهد.
پردازش و جداسازی مداوم بیودیزل
در یک تنظیم برای پردازش مداوم بیودیزل و جداسازی مداوم، روغن گرم شده و پیش مخلوط کاتالیزور به طور مداوم با استفاده از پمپ های قابل تنظیم با هم مخلوط می شوند. میکسر استاتیک درون خطی همگنی خوراک راکتور اولتراسونیک را بهبود می بخشد. مخلوط روغن/کاتالیزور از سلول جریان عبور می کند، جایی که تقریبا 5 تا 30 ثانیه در معرض کاویتاسیون اولتراسونیک قرار می گیرد. یک شیر فشار برگشتی برای کنترل فشار در سلول جریان استفاده می شود. مخلوط فراصوت وارد ستون راکتور در بالا می شود. حجم ستون راکتور به گونه ای طراحی شده است که تقریبا 1 ساعت زمان ماندگاری در ستون را نشان می دهد. در این مدت، واکنش ترانس استریفیکاسیون کامل می شود. مخلوط گلیسیرین/بیودیزل واکنش یافته به سانتریفیوژ پمپ می شود و در آنجا به بخش های بیودیزل و گلیسیرین جدا می شود. پس پردازش شامل بازیابی، شستشو و خشک کردن متانول است و می تواند به طور مداوم نیز انجام شود.
این تنظیم دسته های راکتور بیودیزل، همزن های معمولی و مخازن جداکننده بزرگ را حذف می کند.
سرعت واکنش ترانس استریفیکاسیون بیودیزل
نمودارهای زیر نتایج معمولی ترانس استریفیکاسیون روغن کلزا (درجه صنعتی) با متوکسید سدیم (سمت چپ) و هیدروکسید پتاسیم (راست) را نشان می دهد. برای هر دو آزمایش، یک نمونه شاهد (خط آبی) در معرض اختلاط مکانیکی شدید قرار گرفت. خط قرمز نشان دهنده نمونه فراصوت از فرمول یکسان با توجه به نسبت حجم، غلظت کاتالیزور و دما است. محور افقی به ترتیب زمان پس از مخلوط کردن یا فراصوت را نشان می دهد. محور عمودی حجم گلیسیرین را نشان می دهد که در پایین ته نشین شده است. این یک وسیله ساده برای اندازه گیری سرعت واکنش است. در هر دو نمودار، نمونه فراصوت (قرمز) بسیار سریعتر از نمونه کنترل (آبی) واکنش نشان می دهد.
لینک برای لوازم بیودیزل
برای لینک به تامین کنندگان پمپ ها و مخازن صنعت بیودیزل اینجا را کلیک کنید.
اطلاعات شیمیایی و ایمنی
لطفا اطلاعات زیر را با دقت بخوانید تا از عوارض و اثرات نامطلوب سلامتی جلوگیری کنید.
مواد شیمیایی بیودیزل
متانول سمی است. این می تواند باعث زوال عصبی در نتیجه استفاده طولانی مدت شود. می توان آن را توسط پوست نیز جذب کرد. اگر به چشم پاشیده شود ممکن است باعث نابینایی شود و متانول در هنگام بلعیده شدن می تواند کشنده باشد. به همین دلیل، هنگام دست زدن به متانول اقدامات احتیاطی لازم را انجام دهید. توصیه می شود از ماسک تنفسی خوب، پیش بند و دستکش لاستیکی استفاده کنید.
هیدروکسید پتاسیم (KOH) سمی است و در اثر تماس باعث سوختگی پوست می شود. تهویه مناسب مورد نیاز است.
اطمینان حاصل کنید که فضای کاری سخاوتمندانه و کاملا تهویه شده است تا دود خارج شود. ماسک های تنفسی کارتریج بخار در برابر دود متانول موثر نیستند. یک سیستم هوای تامین شده (SCBA — دستگاه تنفسی مستقل) محافظت بهتری در برابر بخارات متانول می دهد.
بیودیزل و قطعات لاستیکی
کار با بیودیزل 100٪ برای مدت طولانی تر ممکن است باعث ایجاد عوارض در قطعات لاستیکی خیس شده (پمپ ، شیلنگ ها ، حلقه های O) موتور شود. جایگزینی با قطعات فولادی یا لاستیک سنگین می تواند این مشکل را برطرف کند. از طرف دیگر، می توانید تقریبا 25 درصد دیزل معمولی (فسیلی) را با بیودیزل خود مخلوط کنید تا از عوارض جلوگیری کنید.
ادبیات / منابع
- 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.