بهره وری انرژی و صرفه جویی در مصرف متانول در تولید بیودیزل

فراصوت یک فن آوری اختلاط صرفه جویی در انرژی است که با استفاده از کاویتاسیون اولتراسونیک برای ایجاد میکرو اختلاط شدید و انتقال سریع جرم بین فاز روغن غیر قابل اختلاط و متانول است. در پردازش بیودیزل، این اثر زمان واکنش را به شدت کوتاه می کند – از ساعت تا ثانیه – و امکان ترانس استریفیکاسیون کارآمد در دماهای پایین تر و با کاهش استفاده از متانول و کاتالیزور را فراهم می کند. علاوه بر اینکه یک فن آوری پردازش انرژی کارآمد خود را, فراصوت را کاهش می دهد متانول و کاتالیزور نیاز به نیاز, به حداقل رساندن تلفات انرژی و کاهش نیاز به بازیابی متانول توسط تقطیر, ساخت فراصوت یک جایگزین بسیار موثر و پایدار به هم زدن مکانیکی معمولی است.

فراصوت به عنوان تشدید فرآیند در تولید بیودیزل

تولید بیودیزل به طور سنتی به همزن های تیغه مکانیکی برای مخلوط کردن روغن و الکل در فرآیند ترانس استریفیکاسیون متکی است. با این حال، این روش از تماس بین سطحی ضعیف بین فازهای اختلاط ناپذیر رنج می برد که منجر به زمان واکنش طولانی، مازاد متانول زیاد و اتلاف انرژی قابل توجه در اختلاط و بازیابی متعاقب آن متانول توسط تقطیر می شود.
معرفی فن آوری کاویتاسیون مافوق صوت، به عنوان مهندسی شده توسط Hielscher Ultrasonics GmbH، اساسا بهره وری فرآیند را بهبود بخشیده است. راکتورهای اولتراسونیک انرژی صوتی شدیدی را اعمال می کنند که حباب های کاویتاسیون میکروسکوپی را در فاز مایع تولید می کند. انفجار آنها نقاط داغ موضعی، میکرو اختلاط شدید و نرخ انتقال جرم بالا را ایجاد می کند که امکان ترانس استریفیکاسیون سریع را در شرایط ملایم فراهم می کند.

مقایسه کاویتاسیون اولتراسونیک و هم زدن مکانیکی

1. راندمان واکنش و عملکرد اختلاط

در یک ارزیابی فنی-اقتصادی مقایسه ای بین کاویتاسیون اولتراسونیک (UC) و راکتورهای همزن مکانیکی (MS) (غلامی و همکاران، 2021):
راکتور اولتراسونیک در عرض 5 تا 15 ثانیه به راندمان تبدیل 99٪ دست یافت ،
در حالی که راکتور همزن مکانیکی برای رسیدن به راندمان تبدیل 95٪ ~ 80 دقیقه زمان نیاز داشت.
این شتاب عظیم ناشی از میکروجریان صوتی و امولسیون ناشی از کاویتاسیون است که راکتورهای هیلشر ایجاد می کنند. این مکانیسم ها پراکندگی ریز الکل را در روغن ایجاد می کنند ، سطح بین سطحی را به شدت گسترش می دهند و مقاومت در برابر انتقال جرم را به حداقل می رسانند.
عملکرد اختلاط برتر امکان ترانس استریفیکاسیون را در دماهای پایین تر (45-60 درجه سانتیگراد) و فشارهای متوسط (~ 3 بار) فراهم می کند، در مقایسه با فرآیندهای معمولی که اغلب برای جلوگیری از تبخیر متانول و حفظ حلالیت به فشارهای بالا (~ 4 بار) نیاز دارند.

مخلوط کردن اولتراسونیک کاهش می دهد مصرف انرژی خاص در تولید بیودیزل بهتر از مخلوط کردن مغناطیسی هیدرودینامیکی و میکسر های برشی بالا به مراتب است.

2. مصرف انرژی و طراحی راکتور

Hielscher جریان از طریق سیستم های اولتراسونیک (به عنوان مثال،, UIP1500hdT, UIP16000hdT) ارائه چگالی قدرت بالا با تقاضای انرژی خاص تنها ~ 3 کیلوژول / لیتر از بیودیزل تولید. در مدل فنی-اقتصادی برای یک 50,000 تن در سال بیودیزل گیاه, کل تقاضای انرژی فرآیند کاهش 6.9٪ زمانی که تغییر از همزن مکانیکی به حفره اولتراسونیک.

شکستن این:

صرفه جویی عمده ناشی از کاهش شدید زمان ترانس استریفیکاسیون است که حجم راکتور کمتر و نیازهای گرمایش کمتری را امکان پذیر می کند. طراحی جریان جمع و جور راکتورهای Hielscher ، مانند UIP16000hdT ، می تواند تا 384 تن بیودیزل در روز تولید کند و مقیاس پذیری را از طریق خوشه بندی مدولار بدون ناکارآمدی حجمی مخازن بزرگ همزن ارائه دهد.

صرفه جویی در متانول و کاهش انرژی بازیابی

یکی از عوامل مهم در مزیت انرژی پردازش اولتراسونیک استفاده بهینه از متانول آن است. همزن مکانیکی سنتی نیاز به 6:1 نسبت متانول به روغن متول مولی برای حرکت واکنش رو به جلو ، تولید بیش از حد زیادی است که بعدا باید از طریق تبخیر یا تقطیر انرژی فشرده بازیابی شود.
فن آوری حفره اولتراسونیک Hielscher است, با این حال, دستیابی به تبدیل تقریبا کامل تنها 4-4.5:1 نسبت متانول به روغن. این کاهش 25 درصدی مواد اولیه الکل نه تنها هزینه های مواد اولیه را کاهش می دهد، بلکه از نیاز به تبخیر و تغلیظ هزاران لیتر متانول نیز جلوگیری می کند و مصرف بخار را در ستون بازیابی متانول به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
علاوه بر این، نیاز کمتر به متانول و کاتالیزور تشکیل محصول جانبی را به حداقل می رساند و تصفیه پایین دست را ساده می کند و به جداسازی فاز تمیزتر و کاهش تولید فاضلاب قلیایی کمک می کند.

 
بیاموزید چرا تولید بیودیزل اولتراسونیک با مواد اولیه ارزان مانند روغن های آشپزی ضایعات و چربی برای تولید بیودیزل نیز مؤثر است!
 

روش اولتراسونیک در 1.5 دقیقه اول به حدود 75 درصد تبدیل می رسد و پس از 6 دقیقه در حدود 90 درصد تبدیل می شود.
روش معمولی نرخ تبدیل بسیار کندتری را نشان می دهد و پس از 8 دقیقه تنها به حدود 40 درصد تبدیل می رسد.

پیامدهای اقتصادی و زیست محیطی

مدل فنی-اقتصادی غلامی و همکاران (2021) نشان داد:

• کل هزینه سرمایه گذاری تقریبا کاهش یافت.
• هزینه محصول در هر تن تقریبا کاهش می یابد.
• تولید زباله به یک پنجم آن از هم زدن مکانیکی کاهش می یابد،
• نرخ بازده داخلی (IRR) با NPV مثبت به 18.3 درصد بهبود یافت، در حالی که فرآیند متعارف غیراقتصادی باقی ماند.

از نقطه نظر زیست محیطی، کاهش بیش از حد متانول به طور مستقیم کاهش انتشار ترکیبات آلی فرار و کاهش مصرف انرژی حرارتی، همسویی تولید بیودیزل اولتراسونیک با اهداف تولید سبز.

مروری بر مزایای راکتور بیودیزل اولتراسونیک

(نتایج مطالعه تطبیقی، رجوع کنید به غلامی و همکاران، 1400)

راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک با راندمان بالا

راکتورهای بیودیزل التراسونیک طراحی شده توسط Hielscher اولتراسونیک ارائه نه تنها ترانس استریفیکاسیون سریع و یکنواخت بلکه صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و مواد. کاهش مصرف بیش از حد متانول – و حذف مربوط به مراحل بازیابی دمای بالا – یک مزیت عمده پایداری است.
هنگامی که با مقیاس پذیری مدولار، نیازهای تعمیر و نگهداری کم، و سازگاری با کاتالیزورهای ناهمگن ترکیب، فراصوت Hielscher یک معیار برای انرژی کارآمد و فن آوری تولید بیودیزل پاک ایجاد می کند.
 
اطلاعات بیشتر در مورد مزایای استفاده از تکنولوژی بیودیزل التراسونیک Hielscher!
 

جدول زیر به شما نشان می دهد یک نشانه از ظرفیت پردازش تقریبی راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک Hielscher:

طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان

مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.

Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.

ادبیات / منابع