از UCO تا بیودیزل با استفاده از راکتورهای اولتراسونیک

روغن آشپزی دست دوم (UCO) به یکی از جذاب ترین مواد اولیه برای تولید پایدار بیودیزل تبدیل شده است. تبدیل UCO به بیودیزل یا روغن آشپزی مستریل استر استفاده شده، به کاهش ضایعات، کاهش هزینه مواد اولیه و حمایت از مصرف سوخت چرخشی تر کمک می کند. برای تولیدکنندگان بیودیزل که به دنبال فناوری پردازش کارآمد هستند، راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک شرکت Hielscher راه حل قدرتمندی برای تشدید فرآیندهای ترانس استریفیکاسیون و استریفیکاسیون ارائه می دهند.

راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک هیلشر به طور گسترده برای بهبود تبدیل روغن ها و چربی های کم هزینه به بیودیزل با کیفیت بالا استفاده می شوند. با ایجاد اختلاط شدید در سطح میکروسکوپی، کاویتاسیون اولتراسونیک واکنش های شیمیایی را تسریع می کند، انتقال جرم بین فازهای غیرقابل اختلاط را بهبود می بخشد و به تولیدکنندگان کمک می کند تا تولید بیودیزل سریع، قابل اعتماد و مقیاس پذیر را به دست آورند.

UCOME – بیودیزل از Waste Oils

UCOME مخفف روغن آشپزی استفاده شده متیل استر است. این یک سوخت بیودیزل است که با تبدیل روغن های آشپزی ضایعات به استرهای متیل اسید چرب از طریق واکنش شیمیایی با متانول تولید می شود. از آنجا که UCO یک خوراک بازیافتی است، UCOME از نظر اقتصادی و زیست محیطی به ویژه جذاب است.
در مقایسه با روغن های گیاهی بکر، UCO مزایای هزینه ای واضحی دارد، اما چالش های فرآوری نیز به همراه دارد. روغن پخت و پز استفاده شده اغلب شامل موارد زیر است:

• اسیدهای چرب آزاد (FFA)
• آب
• باقی مانده ها و آلاینده های غذایی
• محصولات اکسیداسیون
• ترکیب متغیر بسته به منبع و تاریخچه کاربرد

این عوامل باعث می شوند کارایی فرآیند و عملکرد راکتور اهمیت ویژه ای داشته باشند. در اینجا راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک مزایای قابل توجهی دارند.

 

 

چگونه راکتورهای اولتراسونیک بیودیزل تبدیل UCO به UCOME را بهبود می بخشند

تولید سنتی بیودیزل اغلب به هم زدن مکانیکی و حرارت برای تماس روغن، الکل و کاتالیزور متکی است. از آنجا که روغن و متانول به خوبی مخلوط نمی شوند، راکتورهای معمولی ممکن است دچار نرخ واکنش کند، تبدیل ناقص، مصرف بیشتر مواد شیمیایی و زمان ماندگاری طولانی تر شوند.
راکتورهای اولتراسونیک هیلشر از اولتراسوند با شدت بالا برای ایجاد کاویتاسیون در مایع استفاده می کنند. کاویتاسیون نواحی اختلاط میکروسکوپی با نیروهای برشی بسیار بالا ایجاد می کند. این کار متانول را در فاز روغن به قطرات بسیار ریز تبدیل می کند و سطح بین سطحی بسیار بزرگ تری برای واکنش ایجاد می کند.

نتیجه، فرایند بیودیزل بسیار فشرده با مزایای مهم است:

• ترانس استریفیکاسیون و استریفیکاسیون سریع تر
• بهبود کارایی تبدیل
• استفاده بهتر از متانول و کاتالیزور
• کاهش زمان واکنش
• قابلیت پردازش خطی پیوسته
• مقیاس پذیری آسان از پایلوت به تولید صنعتی

برای مواد اولیه UCO با محتوای FFA بالا، اولتراسوند به ویژه مفید است زیرا هر دو مرحله استریفیکاسیون کاتالیز شده با اسید و ترانس استریفیکاسیون کاتالیز شده با باز را بهبود می بخشد.

از UCO تا بیودیزل: مروری بر فرآیند

تبدیل روغن پخت و پز استفاده شده به بیودیزل معمولا شامل چندین مرحله فرآیندی است. راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک هیلشر می توانند بسته به کیفیت مواد اولیه در طراحی های فرآیندی یک مرحله ای یا دو مرحله ای ادغام شوند.

یک فرآیند معمولی UCO به بیودیزل شامل موارد زیر است:

• جمع آوری و نگهداری روغن پخت و پز استفاده شده
• فیلتراسیون برای حذف جامدات و ذرات غذا
• خشک کردن یا آب گیری برای کاهش رطوبت
• تحلیل FFA برای تعیین مسیر واکنش مورد نیاز
• استریفیکاسیون اسیدهای چرب آزاد زمانی که FFA بالا باشد
• ترانس استریفیکاسیون با متانول برای تشکیل استرهای متیل
• جداسازی بیودیزل و گلیسرول
• شستشو یا تصفیه خشک بیودیزل
• پرداخت نهایی برای رسیدن به مشخصات کیفیت سوخت

وقتی سطوح بالای FFA وجود داشته باشد، معمولا پیش درمان استریفیکاسیون برای تبدیل اسیدهای چرب آزاد به استرها قبل از مرحله اصلی ترانس استریفیکاسیون استفاده می شود. فرآوری اولتراسونیک می تواند هر دو مرحله را تسریع کرده و بهره وری کلی کارخانه را بهبود بخشد. بیشتر درباره تبدیل بیودیزل دو مرحله ای با کمک فراصوت بخوانید!

چرا راکتورهای اولتراسونیک هیلشر برای بیودیزل UCOME بسیار مناسب هستند

راکتورهای اولتراسونیک هیلشر برای فرآوری مایعات صنعتی طراحی شده اند و به ویژه در کاربردهای بیودیزل که مخلوط مایع-مایع سرعت واکنش را کنترل می کند، مؤثر هستند. به جای اینکه فقط به تحریک حجمی تکیه کند، سونوگرافی انرژی موضعی و شدید را دقیقا در جایی که لازم است تولید می کند.
این موضوع چندین مزیت عملی به تولیدکنندگان می دهد.

• ترکیب عالی روغن و متانول
  یکی از محدودیت های کلیدی در تولید بیودیزل، اختلاط ضعیف روغن و متانول است. راکتورهای اولتراسونیک هیلشر امولسیون بسیار ظریفی ایجاد می کنند که تماس بین واکنش دهنده ها را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. تماس بهتر یعنی سینتیک واکنش سریع تر و تبدیل بالاتر.
• عملکرد بالا با مواد اولیه دشوار
  UCO یک ماده خام یکنواخت نیست. محتوای آب، سطح FFA و بار آلودگی آن می تواند از دسته ای به دسته دیگر متفاوت باشد. راکتورهای هیلشر با تقویت محیط واکنش، این تغییرات را جبران می کنند و فرآیند را مقاوم تر و سازگارتر می سازند.
• مدت اقامت کوتاه تر
  از آنجا که اولتراسوند سرعت استریفیکاسیون و ترانس استریفیکاسیون را افزایش می دهد، تولیدکنندگان اغلب می توانند تبدیل هدف را در زمان کمتری نسبت به سیستم های همزده معمولی انجام دهند. این می تواند نیاز به حجم راکتور را کاهش داده و توان عملیاتی را افزایش دهد.
• عملیات پیوسته در خط
  راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک هیلشر برای فرآوری پیوسته ایده آل هستند. پیکربندی های راکتور خطی از تولید پایدار با کیفیت قابل بازتولید پشتیبانی می کنند که برای کارخانه های بیودیزل تجاری بسیار ارزشمند است.
• مقیاس پذیری ساده
  یکی از مزایای اصلی فناوری هیلشر، مقیاس پذیری خطی است. پارامترهای فرآیندی که در آزمایش های آزمایشگاهی یا آزمایشی تعیین شده اند، می توانند به طور قابل پیش بینی تری به سیستم های تولیدی بزرگ تر منتقل شوند. این امر ریسک توسعه را کاهش داده و برنامه ریزی توسعه را ساده تر می کند.
• قابلیت اطمینان صنعتی
  سیستم های هیلشر برای انجام وظایف صنعتی دشوار طراحی شده اند. برای تولیدکنندگان بیودیزل، این به معنای عملکرد قابل اعتماد راکتور، نتایج قابل تکرار و سازگاری با خطوط فرآیند خودکار است.
• تولید بیودیزل مطابق با استانداردهای ASTM D6751 و EN 14214
  تولیدکنندگان تجاری بیودیزل اغلب مشخصات کیفیت سوخت مانند ASTM D6751 و EN 14214 را هدف قرار می دهند. این استانداردها ویژگی های حیاتی از جمله محتوای استر، ویسکوزیته، نقطه جرق، مقدار اسیدی، میزان آب، پایداری اکسیداسیون، محدودیت آلاینده ها و سطح گلیسیرین را تعریف می کنند.

 
بخوانید که چگونه بیودیزل تولید شده به صورت فراصوتی روی موتورهای احتراق دیزلی عمل می کند!

راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک هیلشر در فرآیندهای تولید بیودیزل استفاده می شوند که برای دستیابی به کیفیت سوخت مطابق با استانداردهای ASTM D6751 و EN 14214 طراحی شده اند. در مطالعه ای که در سال ۲۰۲۰ منتشر شد، باستانت-سائز و همکارانش نشان دادند که بیودیزل تولید شده از چربی های زائد کباب با استفاده از راکتور اولتراسونیک هیلشر بازده بالایی در اسید چرب متیل استر (FAME) دارد. FAME بالاتر از حداقل آستانه تعیین شده توسط مقررات اروپایی EN 14214 (یعنی ۹۶.۵٪ وزن بر هفته) بالاتر از حداقل آستانه تعیین شده توسط مقررات اروپایی EN 14214 (یعنی حداقل ۹۶.۵٪ با وزن بر هفته) بود.

 

 

بیودیزل کوچک مقیاس برای مزارع و کاربران خارج از شبکه

در برخی کشورها یا مناطق، مقررات بیودیزل برای مصرف کنندگان خصوصی کوچک محدود یا اجرا نمی شود. کشاورزان و مالکان تجهیزات ممکن است مقادیر کمتری بیودیزل از روغن پخت و پز استفاده شده برای مصرف در محل در تراکتورها، ژنراتورها، بخاری ها یا سایر تجهیزات کشاورزی دیزلی تولید کنند.
در این موارد، هدف اغلب جایگزینی عملی سوخت است تا فروش تجاری تأییدشده. راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک نیز می توانند برای چنین تولید غیرمتمرکزی جذاب باشند زیرا ارائه می دهند:

• زمان واکنش سریع
• تبدیل کارآمد با تجهیزات جمع وجور
• مناسب بودن مناسب برای مواد اولیه روغن ضایعات متغیر
• کاهش وابستگی به مخازن بزرگ هم زن
• پتانسیل برای تنظیمات پردازش ماژولار

در عین حال، مهم است که به وضوح بیان شود که بیودیزل بدون مشخصات ممکن است برای همه موتورها مناسب نباشد، ممکن است با الزامات قانونی محلی مطابقت نداشته باشد و ممکن است مشکلات ذخیره سازی، سازگاری مواد، آلایندگی یا گارانتی موتور را به همراه داشته باشد. در مواردی که استانداردهای بیودیزل وجود دارد، سوخت باید قبل از استفاده در کاربردهای تحت نظارت یا وسایل نقلیه جاده ای آزمایش و تولید شود.

 

 

مزایای اقتصادی تولید بیودیزل اولتراسونیک از UCO

هزینه مواد اولیه یکی از بزرگ ترین متغیرها در اقتصاد بیودیزل است. از آنجا که روغن پخت و پز دست دوم معمولا ارزان تر از روغن های گیاهی تصفیه شده است، پتانسیل صرفه جویی قوی در هزینه ها را فراهم می کند. با این حال، این صرفه جویی ها ممکن است در صورتی از دست بروند که فرآیند کند، از نظر شیمیایی ناکارآمد باشد یا نتواند نوسانات مواد اولیه را مدیریت کند.
راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک هیلشر با بهبود کارایی واکنش و بهره وری نیروگاه، سودآوری را حفظ می کنند. مزایای اقتصادی بالقوه شامل موارد زیر است:

• استفاده بهتر از مواد اولیه کم هزینه UCO
• افزایش توان عملیاتی
• کاهش زمان واکنش
• تقاضای انرژی مرتبط با اختلاط کمتر نسبت به سناریوهای ناکارآمد همزایی عمده
• بهبود انسجام فرآیند
• ادغام آسان تر در خطوط تولید پیوسته

برای تولیدکنندگانی که به دنبال گسترش تولید بیودیزل با نفت پسماند هستند، این ترکیب انعطاف پذیری مواد اولیه و تشدید فرآیند می تواند بسیار ارزشمند باشد.

UCO را به UCOME Biodiesel به طور مؤثر با راکتورهای اولتراسونیک Hielscher تبدیل کنید!

تبدیل روغن آشپزی مصرف شده به UCOME راهی هوشمندانه برای تولید سوخت تجدیدپذیر از ضایعات است که در عین حال پایداری را بهبود بخشیده و هزینه های مواد اولیه را کاهش می دهد. از آنجا که UCO اغلب دشوارتر از روغن های بکر پردازش می شود، فناوری راکتور نقش حیاتی در دستیابی به تولید بیودیزل کارآمد و قابل اعتماد ایفا می کند.
راکتورهای بیودیزل اولتراسوند هیلشر واکنش بین نفت و متانول را از طریق مخلوط شدن و انتقال جرم مبتنی بر کاویتاسیون تشدید می کنند. این امر امکان استریفیکیشن و ترانس استریفیکاسیون سریع تر، مدیریت بهتر مواد اولیه متغیر UCO و تولید خطی مقیاس پذیر بیودیزل را فراهم می کند.
برای تولیدکنندگان تجاری، سیستم های اولتراسونیک هیلشر در فرآیندهای بیودیزل طراحی شده برای تولید سوخت با استانداردهای ASTM D6751 و EN 14214 استفاده می شوند. برای کشاورزان و مصرف کنندگان کوچک در کشورهایی که مقررات بیودیزل ندارند، راکتورهای اولتراسونیک می توانند تولید فشرده مقادیر کمتر بیودیزل برای استفاده تجهیزات محلی را نیز پشتیبانی کنند، در حالی که باید با احتیاط و مطابق با الزامات محلی و سازگاری موتور استفاده شود.
اگر هدف شما تولید بهینه UCO تا UCOME است، راکتورهای بیودیزل اولتراسونیک هیلشر یک پلتفرم فناوری قدرتمند و مقیاس پذیر برای فرآوری بیودیزل مدرن ارائه می دهند.

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

نرخ جریان	قدرت
20 – 100 لیتر در ساعت	1 کیلو وات
80 – 400 لیتر در ساعت	4x1 کیلو وات
0.3 – 1.5 متر مکعب در ساعت	4x4 کیلو وات
H2S – 10 متر مکعب در ساعت	6x16 کیلو وات
20 – 100 متر مکعب در ساعت	62x16 کیلو وات

چرا هیلشر انتخاب قوی ای برای تولیدکنندگان بیودیزل است؟

هیلشر به خاطر فناوری سونوگرافی صنعتی طراحی شده برای کاربردهای واقعی فرآیندها شناخته شده است. در تولید بیودیزل، راکتورهای اولتراسونیک هیلشر مسیر عملی برای تشدید تبدیل UCO، بهبود اختلاط متانول-روغن و حمایت از تولید بهینه بیودیزل از روغن های زائد و چربی ها فراهم می کنند.

دلایل کلیدی انتخاب تهیه کنندگان هیلشر عبارتند از:

• تخصص اثبات شده در فراصوت
• طراحی راکتور خطی برای فرآوری پیوسته بیودیزل
• مناسب بودن برای استریفیکاسیون و ترانس استریفیکاسیون
• مسیر قوی مقیاس پذیری از آزمایشگاه تا تولید
• تجهیزات مقاوم برای محیط های صنعتی
• فرآوری مؤثر مواد اولیه چالش برانگیز مانند روغن پخت و پز استفاده شده

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

• 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).

پرسش و پاسخهای متداول

آیا می توان از بیودیزل برای تجهیزات کشاورزی استفاده کرد؟

بله. تجهیزات کشاورزی با موتورهای دیزل تراکم-جرقه زنی معمولا می توانند از ترکیب های بیودیزل استفاده کنند و بسیاری از تولیدکنندگان ترکیبات مانند B5 یا B20 را تأیید می کنند؛ ترکیب های بالاتر به موتور خاص، مواد سیستم سوخت و راهنمایی OEM بستگی دارد.

چه موتورهایی می توانند با بیودیزل کار کنند؟

بیودیزل برای موتورهای دیزلی، به ویژه موتورهای احتراق فشرده سازی که در خودروها، ژنراتورها و ماشین آلات کشاورزی استفاده می شوند، طراحی شده است. در عمل، تقریبا همه موتورهای دیزل می توانند روی ترکیب های بیودیزل کم کار کنند، در حالی که استفاده از ترکیب های بالاتر یا بیودیزل خالص (B100) نیازمند سازگاری موتور و تأیید سازنده است.

استاندارد ASTM D6751 ایالات متحده چیست؟

ASTM D6751 مشخصات ایالات متحده برای ترکیب سوخت بیودیزل، B100، برای مخلوط کردن با سوخت های مقطر میانی است. ویژگی های سوخت مورد نیاز را تعریف می کند و درجات S15 و S500 را پوشش می دهد که معادل حداکثر محتوای گوگرد 15 و 500 ppm است.

بیودیزل UCOME چیست؟

UCOME به معنی روغن آشپزی استفاده شده متیل استر است. این یک بیودیزل اسید چرب متیل استر است که با تبدیل روغن آشپزی زائد به استرهای متیل تولید می شود، معمولا برای استفاده به عنوان جایگزین دیزل یا جزء ترکیب.

آیا UCOME به عنوان یک جزء مخلوط کننده برای نفت کوره بیو-مارین مناسب است؟

بله. UCOME هم اکنون به صورت تجاری به عنوان جزء مخلوط کننده در فرمولاسیون های سوخت زیستی دریایی، برای مثال در ترکیب هایی با نفت کوره بسیار کم گوگرد (VLSFO) استفاده می شود. مناسب بودن آن به کیفیت سوخت، پایداری، سازگاری و رعایت مشخصات و الزامات کنترل سوخت دریایی بستگی دارد.