અલ્ટ્રાસોનિકલી ઇમ્પ્રુવ્ડ (ટ્રાન્સ-) એસ્ટેરીફિકેશન દ્વારા બાયોડીઝલ

બાયોડીઝલને બેઝ-કેટાલિસ્ટનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. જો કે, જો ઉચ્ચ ફ્રી ફેટી એસિડ સામગ્રી સાથે નીચા-ગ્રેડના કચરાના શાકભાજી જેવા કાચા માલનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો એસિડ-કેટટલીસ્ટનો ઉપયોગ કરીને એસ્ટરિફિકેશનનું રાસાયણિક પૂર્વ-સારવાર પગલું જરૂરી છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને તેની સોનોકેમિકલ અને સોનોમેકનિકલ અસરો બંને પ્રતિક્રિયા પ્રકારોમાં ફાળો આપે છે અને બાયોડીઝલ રૂપાંતરણની કાર્યક્ષમતામાં નાટ્યાત્મક રીતે વધારો કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલનું ઉત્પાદન પરંપરાગત બાયોડીઝલ સંશ્લેષણ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઝડપી છે, જેના પરિણામે બાયોડીઝલની ઉપજ અને ગુણવત્તા વધારે છે અને મિથેનોલ અને ઉત્પ્રેરક જેવા રીએજન્ટને બચાવે છે.

પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને બાયોડીઝલ કન્વર્ઝન

બાયોડીઝલ માટે, ફેટી એસિડ એસ્ટર્સ વનસ્પતિ તેલ તેમજ પશુ ચરબી (દા.ત., ટાલો) ના ટ્રાન્સસ્ટેરિફિકેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન પ્રતિક્રિયા દરમિયાન, ગ્લિસરોલ ઘટકને અન્ય આલ્કોહોલ દ્વારા બદલવામાં આવે છે, જેમ કે મિથેનોલ. મફત ફેટી એસિડની ઉચ્ચ સામગ્રી ધરાવતા ફીડસ્ટોક્સ, દા.ત. નકામા વનસ્પતિ તેલ (WVO), સાબુની રચનાને ટાળવા માટે એસિડ એસ્ટરિફિકેશનની પૂર્વ-સારવારની જરૂર છે. આ એસિડ ઉત્પ્રેરક પ્રક્રિયા ખૂબ જ ધીમી પ્રતિક્રિયા છે, જ્યારે પરંપરાગત બેચ પદ્ધતિ તરીકે હાથ ધરવામાં આવે છે. ધીમી એસ્ટરિફિકેશન પ્રક્રિયાને વેગ આપવા માટેનો ઉકેલ એ પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ છે. Sonication પ્રતિક્રિયા ઝડપ, રૂપાંતરણ અને બાયોડીઝલ ઉપજમાં નોંધપાત્ર સુધારો હાંસલ કરે છે કારણ કે હાઇ-પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સોનોકેમિકલ અસરો એસિડ કેટાલિસિસને પ્રોત્સાહન આપે છે અને તીવ્ર બનાવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ સોનોમેકેનિકલ દળો, એટલે કે ઉચ્ચ-શીયર મિશ્રણ, તેમજ સોનોકેમિકલ ઊર્જા પ્રદાન કરે છે. આ બંને પ્રકારની અલ્ટ્રાસોનિક અસર (સોનોમેકેનિકલ અને સોનોકેમિકલ) એસિડ-ઉત્પ્રેરિત એસ્ટરિફિકેશનને ઝડપી પ્રતિક્રિયામાં ફેરવે છે જેમાં ઓછા ઉત્પ્રેરકની જરૂર પડે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ કન્વર્ઝન કેવી રીતે કામ કરે છે?

ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન (જેને ક્યારેક આલ્કોહોલિસિસ પણ કહેવાય છે) અને એસ્ટરિફિકેશનના વિવિધ તબક્કાઓ વચ્ચે અલ્ટ્રાસોનિકેશન મિશ્રણની વૃદ્ધિ તેમજ વધેલી ગરમી અને માસ ટ્રાન્સફર પર આધારિત છે. અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ એ એકોસ્ટિક પોલાણના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે, જે પ્રવાહીમાં શૂન્યાવકાશના પરપોટાના ભંગાણના પરિણામે થાય છે. એકોસ્ટિક પોલાણ ઉચ્ચ-શીયર ફોર્સ અને ટર્બ્યુલન્સ, તેમજ ખૂબ ઊંચા દબાણ અને તાપમાનના તફાવતો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. આ દળો ટ્રાન્સસ્ટેરિફિકેશન/એસ્ટરિફિકેશનની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપે છે અને માસ અને હીટ ટ્રાન્સફરને તીવ્ર બનાવે છે, જેનાથી બાયોડીઝલ રૂપાંતરણની પ્રતિક્રિયામાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે.

સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને બાયોડીઝલ (FAME) માં ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ્સનું ટ્રાન્સસ્ટેરિફિકેશન પ્રવેગક પ્રતિક્રિયા અને નોંધપાત્ર રીતે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતામાં પરિણમે છે.

બાયોડીઝલ રૂપાંતર દરમિયાન અલ્ટ્રાસોનિકનો ઉપયોગ પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે વૈજ્ઞાનિક અને ઔદ્યોગિક રીતે સાબિત થયો છે. પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો ઉર્જા વપરાશ અને સંચાલન ખર્ચમાં ઘટાડો અને આલ્કોહોલ (એટલે કે, મિથેનોલ), ઓછા ઉત્પ્રેરક અને નોંધપાત્ર રીતે ટૂંકા પ્રતિક્રિયા સમયને આભારી છે. ગરમી માટે ઊર્જા ખર્ચ દૂર કરવામાં આવે છે કારણ કે બાહ્ય ગરમી માટે કોઈ આવશ્યકતા નથી. વધુમાં, બાયોડીઝલ અને ગ્લિસરોલ વચ્ચેનો તબક્કો વિભાજન ટૂંકા તબક્કાના વિભાજન સમય સાથે સરળ છે. બાયોડીઝલના ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડના વ્યવસાયિક ઉપયોગ માટે એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ એ કોઈપણ વોલ્યુમ સુધીનું સરળ માપદંડ, વિશ્વસનીય અને સલામત કામગીરી તેમજ અલ્ટ્રાસોનિક સાધનોની મજબૂતાઈ અને વિશ્વસનીયતા (ઔદ્યોગિક ધોરણ, સતત 24/7/ ચલાવવા માટે સક્ષમ છે. 365 સંપૂર્ણ લોડ હેઠળ).

ઇનલાઇન બાયોડીઝલ એસ્ટરફિકેશન અને ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન માટે ફ્લો સેલ સાથે અલ્ટ્રાસોનિક ઔદ્યોગિક સિસ્ટમ.

અલ્ટ્રાસોનિકલી-આસિસ્ટેડ બે સ્ટેપ બાયોડીઝલ કન્વર્ઝન એપ્લાયિંગ એસિડ- અને બેઝ-કેટાલાઇઝ્ડ રિએક્શન સ્ટેપ્સ

ઉચ્ચ FFA સામગ્રીવાળા ફીડસ્ટોક્સ માટે, બાયોડીઝલનું ઉત્પાદન બે તબક્કાની પ્રક્રિયામાં એસિડ અથવા બેઝ-ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયા તરીકે કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ બે બંને પ્રકારની પ્રતિક્રિયાઓનું યોગદાન આપે છે, એસિડ-ઉત્પ્રેરિત એસ્ટરિફિકેશન તેમજ બેઝ-ઉત્પ્રેરિત ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન:

અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને એસિડ-ઉત્પ્રેરિત એસ્ટરિફિકેશન

ફીડસ્ટોકમાં મુક્ત ફેટી એસિડની વધુ પડતી સારવાર માટે, એસ્ટરિફિકેશનની પ્રક્રિયા જરૂરી છે. સલ્ફ્યુરિક એસિડનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે એસિડ ઉત્પ્રેરક તરીકે થાય છે.

• દૂષકો અને પાણીમાંથી ફિલ્ટરિંગ અને રિફાઇન કરીને ફીડસ્ટોક તૈયાર કરો.
• ઉત્પ્રેરક, એટલે કે સલ્ફ્યુરિક એસિડને મિથેનોલમાં ઓગાળો. ક્રૂડ પ્રી-મિક્સ મેળવવા માટે હીટ એક્સ્ચેન્જર અને સ્ટેટિક મિક્સર દ્વારા ઉત્પ્રેરક/મેથેનોલ અને ફીડસ્ટોકનો ફીડ સ્ટ્રીમ.
• ઉત્પ્રેરક અને ફીડસ્ટોકનું પૂર્વ-મિશ્રણ સીધા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રતિક્રિયા ચેમ્બરમાં જાય છે, જ્યાં અલ્ટ્રા-ફાઇન મિશ્રણ અને સોનોકેમિસ્ટ્રી અસર કરે છે અને મુક્ત ફેટી એસિડ્સ બાયોડીઝલમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
• છેલ્લે, ઉત્પાદનને ડીવોટર કરો અને તેને બીજા તબક્કામાં ખવડાવો - અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન. એસિડિક વેટ મિથેનોલ પુનઃપ્રાપ્તિ, સૂકવણી અને નિષ્ક્રિયકરણ પછી ફરીથી ઉપયોગ માટે તૈયાર છે.
• ફીડસ્ટોક્સ ધરાવતાં ખૂબ જ ઊંચા FFA માટે, ટ્રાન્સસ્ટેરિફિકેશન સ્ટેપ પહેલાં FFAને વાજબી સ્તરે ઘટાડવા માટે રિસર્ક્યુલેશન સેટઅપની જરૂર પડી શકે છે.

એસિડ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને એસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયા:
FFA + આલ્કોહોલ → એસ્ટર + પાણી

અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને બેઝ-કેટલાઇઝ્ડ ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન

ફીડસ્ટોક, જેમાં હવે માત્ર ઓછી માત્રામાં એફએફએ છે, તે સીધા જ ટ્રાન્સસ્ટેરિફિકેશન સ્ટેજ પર ખવડાવી શકાય છે. સામાન્ય રીતે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અથવા પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH, KOH) નો ઉપયોગ બેઝ ઉત્પ્રેરક તરીકે થાય છે.

• ઉત્પ્રેરક, એટલે કે પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ,ને મિથેનોલમાં ઓગાળો અને ક્રૂડ પ્રી-મિક્સ મેળવવા માટે સ્ટેટિક મિક્સર દ્વારા ઉત્પ્રેરક/મેથેનોલ અને પ્રીટ્રીટેડ ફીડસ્ટોકના પ્રવાહોને ખવડાવો.
• કેવિટેશનલ હાઈ-શીયર મિક્સિંગ અને સોનોકેમિકલ ટ્રીટમેન્ટ માટે પ્રી-મિક્સને સીધા અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્શન ચેમ્બરમાં ફીડ કરો. આ પ્રતિક્રિયાના ઉત્પાદનો એલ્કિલ એસ્ટર્સ (એટલે કે, બાયોડીઝલ) અને ગ્લિસરીન છે. ગ્લિસરીનને સેટલ-આઉટ દ્વારા અથવા સેન્ટ્રીફ્યુજીંગ દ્વારા અલગ કરી શકાય છે.
• અલ્ટ્રાસોનિકલી ઉત્પાદિત બાયોડીઝલ ઉચ્ચ ગુણવત્તાનું છે અને મિથેનોલ અને ઉત્પ્રેરકની બચત કરીને ઝડપી, ઊર્જા-કાર્યક્ષમ અને ખર્ચ-કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન કરે છે.

બેઝ કેટાલિસ્ટનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાન્સસ્ટેરિફિકેશન રિએક્શન:
તેલ / ચરબી + આલ્કોહોલ → બાયોડીઝલ + ગ્લિસરોલ

મિથેનોલનો ઉપયોગ & મિથેનોલ પુનઃપ્રાપ્તિ

બાયોડીઝલના ઉત્પાદન દરમિયાન મિથેનોલ મુખ્ય ઘટક છે. અલ્ટ્રાસોનિકલી સંચાલિત બાયોડીઝલ રૂપાંતરણ મિથેનોલના નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડા માટે પરવાનગી આપે છે. જો તમે હવે વિચારી રહ્યા હોવ કે "મને મારા મિથેનોલના ઉપયોગની પરવા નથી, કારણ કે હું તેને કોઈપણ રીતે પુનઃપ્રાપ્ત કરું છું", તો તમે ફરીથી વિચાર કરી શકો છો અને બાષ્પીભવન પગલા માટે લાગુ પડતા ઉચ્ચ ઊર્જા ખર્ચને ધ્યાનમાં લઈ શકો છો (દા.ત. નિસ્યંદન કૉલમનો ઉપયોગ કરીને), જે મિથેનોલને અલગ અને રિસાયકલ કરવા માટે જરૂરી છે.
મિથેનોલ સામાન્ય રીતે બાયોડીઝલ અને ગ્લિસરીનને બે સ્તરોમાં વિભાજિત કર્યા પછી દૂર કરવામાં આવે છે, જે પ્રતિક્રિયાને વિપરીત અટકાવે છે. મિથેનોલને પછી સાફ કરવામાં આવે છે અને પ્રક્રિયાની શરૂઆતમાં ફરીથી રિસાયકલ કરવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિકલી-સંચાલિત એસ્ટેરિફિકેશન અને ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન દ્વારા બાયોડીઝલનું ઉત્પાદન કરીને, તમે તમારા મિથેનોલનો ઉપયોગ નાટકીય રીતે ઘટાડવા માટે સક્ષમ છો, જેનાથી મિથેનોલ પુનઃપ્રાપ્તિ માટે અતિશય ઉચ્ચ ઊર્જા ખર્ચમાં ઘટાડો થાય છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરનો ઉપયોગ 50% સુધી જરૂરી રકમ વધારાની મિથેનોલ ઘટાડે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણનો ઉપયોગ કરતી વખતે, મોટાભાગના ફીડસ્ટોક માટે 1:4 અથવા 1:4.5 (તેલ: મિથેનોલ) વચ્ચેનો દાઢ ગુણોત્તર પૂરતો છે.

અલ્ટ્રાસોનિક વધારો બાયોડીઝલ રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા – વૈજ્ઞાનિક રીતે સાબિત

અસંખ્ય સંશોધક જૂથે બાયોડીઝલના અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશનની પદ્ધતિ અને અસરોની તપાસ કરી છે. દા.ત. અલ્ટ્રાસોનિક ટેકનિકે ટ્રાંસસ્ટેરિફિકેશન રિએક્શન ટાઇમ 5 મિનિટ સુધી ઘટાડ્યો – યાંત્રિક હલનચલન પ્રક્રિયા માટે 2 કલાકની સરખામણીમાં. અલ્ટ્રાસોનિકેશન હેઠળ ટ્રાઇગ્લિસેરાઇડ (TG) નું FAME માં રૂપાંતરણ 95.6929%wt સાથે 6:1 ના મિથેનોલ થી ઓઇલ મોલર રેશિયો અને 1% wt સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ ઉત્પ્રેરક તરીકે મેળવે છે. (cf. ડાર્વિન એટ અલ. 2010)

બાયોડીઝલ પ્રોસેસિંગ માટે મધ્યમ કદના અને મોટા પાયે અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ

Hielscher Ultrasonics’ કોઈપણ વોલ્યુમ પર બાયોડીઝલના કાર્યક્ષમ ઉત્પાદન માટે નાનાથી મધ્યમ કદના તેમજ મોટા પાયાના ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરોનો સપ્લાય કરે છે. કોઈપણ સ્કેલ પર અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ ઓફર કરતી, Hielscher નાના ઉત્પાદકો અને મોટી કંપનીઓ બંને માટે આદર્શ ઉકેલ પ્રદાન કરી શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ રૂપાંતર બેચ તરીકે અથવા સતત ઇનલાઇન પ્રક્રિયા તરીકે સંચાલિત કરી શકાય છે. ઇન્સ્ટોલેશન અને ઓપરેશન સરળ, સલામત છે અને શ્રેષ્ઠ બાયોડીઝલ ગુણવત્તાના વિશ્વસનીય ઉચ્ચ આઉટપુટ આપે છે.
નીચે તમને ઉત્પાદન દરોની શ્રેણી માટે ભલામણ કરેલ રિએક્ટર સેટઅપ્સ મળશે.