راکتورهای فراصوتی برای تولید بیودیزل
راکتورهای فراصوتی سینتیک واکنش‌های شیمیایی فرایند تبدیل به بیودیزل را بهبود می‌بخشند. این امر به ترانس‌استریفیکاسیون سریع‌تر و بازده تبدیل بالاتر منجر می‌شود و مصرف متانول اضافی و کاتالیست را کاهش می‌دهد. Hielscher راکتورهای اختلاط فراصوتی را برای تولید بیودیزل در هر مقیاسی می‌سازد. این راکتورهای فراصوتی جمع‌وجور، آسان‌نصب و بسیار کارآمد هستند.
افزایش و تسریع تولید بیودیزل با فراصوت پرتوان
بیودیزل سوختی تجدیدپذیر با احتراق پاک است که از روغن‌های گیاهی، چربی‌های حیوانی یا روغن پخت‌وپز مصرف‌شده تهیه می‌شود. این سوخت را می‌توان از طریق واکنش ترانس‌استریفیکاسیون تولید کرد که طی آن تری‌گلیسریدها با استفاده از یک الکل و یک کاتالیست به متیل‌استرهای اسیدهای چرب (FAMEs) تبدیل می‌شوند. یکی از راه‌های تسریع واکنش ترانس‌استریفیکاسیون، استفاده از امواج فراصوت است که می‌توانند اختلاط و انتقال جرم واکنش‌دهنده‌ها را بهبود دهند و همچنین خرد شدن قطرات روغن و پراکندگی کاتالیست را تقویت کنند.
سونیکاتور پروبی، که با نام سونوتْرود نیز شناخته می‌شود، دستگاهی است که با ارتعاش یک میله تیتانیومی، امواج صوتی با فرکانس بالا تولید می‌کند؛ این فرکانس معمولاً در محدوده 20 kHz تا 30 kHz است. امواج فراصوت در مایع منتشر می‌شوند و نواحی پرفشار و کم‌فشار ایجاد می‌کنند که باعث تشکیل و فروپاشی سریع حباب‌های کاویتاسیون می‌شود. فروپاشی حباب‌ها گرمایش و سرمایش موضعی شدید، نیروهای برشی زیاد و امواج ضربه‌ای ایجاد می‌کند که می‌توانند سرعت واکنش و کارایی فرایند ترانس‌استریفیکاسیون را افزایش دهند.
سونیکاتور UIP16000hdT قادر است بیودیزل را با ظرفیت 32MMGY پردازش کند.
مزایای تولید فراصوتی بیودیزل
مزایای استفاده از سونیکاتور پروبی برای سنتز بیودیزل عبارت‌اند از:
- سرعت واکنش بالاتر: امواج فراصوت می‌توانند انتقال جرم واکنش‌دهنده‌ها را افزایش دهند و واکنش ترانس‌استریفیکاسیون را تسریع کنند؛ در نتیجه زمان واکنش کاهش و بازده بیودیزل افزایش می‌یابد.
- بازده و خلوص بالاتر: فرایند فراصوتی تولید بیودیزل، پراکندگی کاتالیست و همگنی مخلوط واکنش را بهبود می‌بخشد و به بازده و خلوص بالاتر بیودیزل منجر می‌شود.
- خوراک ارزان: با استفاده از فراصوت می‌توانید خوراکی با پایین‌ترین کیفیت – مانند روغن‌های پخت‌وپز مصرف‌شده، چربی‌های حیوانی دورریز و روغن‌های غیرخوراکی – را به بیودیزل باکیفیت تبدیل کنید. بیشتر بخوانید!
- مصرف انرژی کمتر: استفاده از فراصوت‌دهی، انرژی لازم برای اختلاط و گرم کردن مخلوط واکنش و همچنین مقدار کاتالیست موردنیاز را کاهش می‌دهد و در نتیجه فرایندی پایدارتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر فراهم می‌کند. بیشتر بخوانید!
- انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری: سونیکاتورهای پروبی و راکتورهای Hielscher را می‌توان برای تولید بیودیزل در مقیاس کوچک و بزرگ به کار برد و به‌آسانی در فرایندهای تولید موجود ادغام کرد.
در مجموع، استفاده از سونیکاتورها و راکتورهای فراصوتی Hielscher برای سنتز بیودیزل، مزایای قابل‌توجهی از نظر سرعت واکنش، بازده، خلوص، مصرف انرژی و مقیاس‌پذیری دارد و این فناوری را به گزینه‌ای سودآور برای تولید پایدار سوخت‌های تجدیدپذیر تبدیل می‌کند.
راکتورهای فراصوتی بیودیزل هزینه‌ها را کاهش و بازده بیودیزل را افزایش می‌دهند
متانول اضافی و کاتالیست از عوامل مهم هزینه در تولید بیودیزل هستند. راکتورهای فراصوتی Hielscher برای اختلاط متانول با خوراک شما از برش شدید ناشی از کاویتاسیون استفاده می‌کنند. این امر قطرات بسیار کوچک‌تری از متانول ایجاد می‌کند و بهره‌گیری از متانول و کاتالیست را بهبود می‌بخشد. بنابراین، متانول اضافی کمتر و کاتالیست کمتری موردنیاز است. افزون بر این، کاویتاسیون بر سینتیک واکنش تأثیر می‌گذارد و به ترانس‌استریفیکاسیون سریع‌تر و کامل‌تر منجر می‌شود.
استریفیکاسیون فراصوتی یک مرحله پیش‌تیمار است که خوراک کم‌کیفیت با مقدار زیاد اسیدهای چرب آزاد (FFAs) را به استرها تبدیل می‌کند. در مرحله 2 ترانس‌استریفیکاسیون فراصوتی، تری‌گلیسریدها به بیودیزل (FAME) تبدیل می‌شوند.
راکتورهای فراصوتی بیودیزل در مقیاس کوچک و متوسط
برای سامانه‌های تولید بیودیزل در مقیاس کوچک و متوسط با ظرفیت حداکثر 9 تن در ساعت (2900 گالن در ساعت)، شرکت Hielscher مدل‌های UIP500hdT (500 وات)، UIP1000hdT (1000 وات)، UIP1500hdT (1500 وات) یا UIP2000hdT (2000 وات) را ارائه می‌دهد. این چهار راکتور فراصوتی درون‌خطی بسیار جمع‌وجور هستند و ادغام آن‌ها در سامانه یا افزودنشان به تجهیزات موجود آسان است. این راکتورها برای کار سنگین در محیط‌های سخت ساخته شده‌اند. در ادامه، آرایش‌های پیشنهادی راکتورها برای طیفی از نرخ‌های تولید آمده است.
|
tons/hour
|
gallons/hour
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT |
0٫25 تا 0٫5
|
80 تا 160
|
| 1x UIP1000hdT |
0٫5 تا 1٫0
|
160 تا 320
|
| 1x UIP1500hdT |
0٫75 تا 1٫5
|
240 تا 480
|
| 1x UIP2000hdT |
1٫0 تا 2٫0
|
320 تا 640
|
| 2x UIP1500hdT |
1٫5 تا 3٫0
|
480 تا 960
|
| 2x UIP2000hdT |
2٫0 تا 4٫0
|
640 تا 1280
|
| 4x UIP1500hdT |
3٫0 تا 6٫0
|
960 تا 1920
|
| 4x UIP2000hdT |
4 تا 8
|
1280 تا 2560
|
راکتورهای فراصوتی بیودیزل در مقیاس کامل صنعتی
_p0500.jpg)
برای کارخانه‌های صنعتی تولید بیودیزل، شرکت Hielscher مدل‌های UIP4000hdT (4000 وات)، UIP6000hdT (6000 وات)، UIP10000hdT (10٬000 وات) و UIP16000hdT (16٬000 وات) را ارائه می‌دهد. این هموژنایزرهای فراصوتی مجهز به راکتورهای درون‌خطی برای تولید پیوسته بیودیزل با دبی‌های بالا طراحی شده‌اند. هر چهار هموژنایزر فراصوتی در کابینت‌های فولاد زنگ‌نزن عرضه می‌شوند. نصب عمودی آن‌ها برای نصب اولیه یا افزودن به تجهیزات موجود، به حداقل فضای کف نیاز دارد. در ادامه، آرایش‌های پیشنهادی برای نرخ‌های معمول پردازش صنعتی آمده است.
|
tons/hour
|
gallons/hour
|
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT |
6٫0 تا 12٫0
|
1920 تا 3840
|
| 5x UIP4000hdT |
10٫0 تا 20٫0
|
3200 تا 6400
|
| 3x UIP10000hdT |
15٫0 تا 30٫0
|
4800 تا 9600
|
| 3x UIP16000hdT |
24٫0 تا 48٫0
|
7680 تا 15٬360
|
| 5x UIP16000hdT |
40٫0 تا 80٫0
|
12٬800 تا 25٬600
|
اختلاط فراصوتی درون‌خطی روغن و متانول
راکتورهای اختلاط فراصوتی جایگزین همزن‌های مخزن و سایر میکسرهای برشی دینامیکی می‌شوند. به‌طور کلی، راکتورهای فراصوتی بیودیزل برای اختلاط دو جریان خوراک نصب می‌شوند: روغن و متانول همراه با کاتالیست. برای این منظور، یک پیش‌مخلوط اولیه از طریق راکتور فراصوتی درون‌خطی پمپ می‌شود؛ در این راکتور، کاویتاسیون فراصوتی هر دو واکنش‌دهنده را ظرف 2 تا 10 ثانیه مخلوط و امولسیون می‌کند. این یک فرایند اختلاط درون‌خطی است. پس از خروج مخلوط از راکتور سلول جریان، گلیسیرین در کمتر از 60 دقیقه بر اثر گرانش جدا می‌شود. همچنین می‌توانید پس از چند دقیقه زمان واکنش، مخلوط فراصوت‌دهی‌شده را وارد سانتریفیوژ کنید. اختلاط درون‌خطی در مقایسه با پردازش ناپیوسته متداول، تعداد و حجم مخازن مورد استفاده را کاهش می‌دهد. این امر بهره‌وری سرمایه را بهبود می‌بخشد.
استریفیکاسیون و ترانس‌استریفیکاسیون فراصوتی را می‌توان به‌صورت فرایند ناپیوسته یا فرایند پیوسته درون‌خطی اجرا کرد. نمودار، فرایند فراصوتی درون‌خطی ترانس‌استریفیکاسیون برای تولید بیودیزل (FAME) را نشان می‌دهد.
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
اطلاعات مرتبط
- ترانس‌استریفیکاسیون فراصوتی روغن به بیودیزل
- تأثیر فراصوت‌دهی بر کارایی پردازش بیودیزل
- استفاده از راکتورهای فراصوتی در فرایند پیوسته تولید بیودیزل در مقیاس کوچک – Graham Towerton (2007)
- تولید بیودیزل از جلبک با استفاده از فراصوت‌دهی
- فناوری تولید بیودیزل
- روشهای تجزیهوتحلیل بیودیزل
- روش «بیخطا» برای تولید بیودیزل
- فهرست تأمینکنندگان مخازن و پمپها برای تولید بیودیزل
منابع علمی / مراجع
- 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.
- Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
- Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrason Sonochem. 2010 Jun; 17(5): 839-44.
- 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.
- Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
- Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
- Hielscher Ultrasonics: Ultrasonic Mixing for Biodiesel Production
پرسش‌های متداول
چه خوراک‌هایی را می‌توان برای تولید بیودیزل به کار برد؟
خوراک‌های تولید بیودیزل شامل روغن‌های گیاهی تصفیه‌شده، روغن‌های غیرخوراکی، روغن‌های گیاهی دورریز، روغن‌های پخت‌وپز مصرف‌شده، چربی‌های مصرف‌شده در سرخ‌کردن، چربی‌های حیوانی مانند پیه و برخی روغن‌های ماهی هستند؛ به شرط آنکه تری‌گلیسریدها یا اسیدهای چرب آزاد آن‌ها قابلیت تبدیل به استرهای بیودیزل را داشته باشند. فراصوت‌دهی با تشدید اختلاط میان فازهای امتزاج‌ناپذیر روغن و الکل کمک می‌کند تا حتی خوراک‌های کم‌کیفیت و با ویژگی‌های متغیر نیز برای ترانس‌استریفیکاسیون کارآمد مناسب‌تر شوند.
استفاده از خوراک کم‌کیفیت برای ترانس‌استریفیکاسیون بیودیزل چه چالش‌هایی دارد؟
چالش‌های اصلی خوراک‌های کم‌کیفیت در ترانس‌استریفیکاسیون بیودیزل عبارت‌اند از ترکیب متغیر، آلودگی، محتوای آب، لیپیدهای تخریب‌شده، گرانروی بالاتر و رفتار فازی پیچیده‌تر؛ همه این موارد می‌توانند کارایی تبدیل را کاهش دهند، تشکیل صابون را تقویت کنند و جداسازی بیودیزل و گلیسرول را کند سازند. فراصوت‌دهی با بهبود انتقال حرارت و جرم از طریق کاویتاسیون و تسریع سینتیک واکنش در سامانه‌های دارای خوراک دشوار، به غلبه بر این محدودیت‌ها کمک می‌کند. با تأثیر مثبت فراصوت‌دهی بر ترانس‌استریفیکاسیون خوراک کم‌کیفیت به بیودیزل باکیفیت آشنا شوید!
عوامل تعیین‌کننده هزینه در پردازش بیودیزل کدام‌اند؟
عوامل اصلی تعیین‌کننده هزینه در پردازش بیودیزل عبارت‌اند از هزینه خوراک، مصرف متانول و کاتالیست، نیاز به انرژی، زمان واکنش، میزان عملیات لازم برای جداسازی و خالص‌سازی و ظرفیت پردازش کل کارخانه؛ معمولاً خوراک بزرگ‌ترین جزء هزینه است. فراصوت‌دهی با کوتاه کردن زمان واکنش، بهبود تبدیل و تسریع جداسازی فازها به کاهش هزینه پردازش کمک می‌کند؛ این امر می‌تواند مصرف انرژی را کاهش و ظرفیت پردازش را افزایش دهد. درباره تولید بیودیزل با بهره‌وری بالا از نظر هزینه و انرژی با استفاده از راکتورهای فراصوتی بیشتر بخوانید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌های مختلف، از آزمایشگاهی تا صنعتی، تولید می‌کند.