બાયોડીઝલ ઉત્પાદનમાં ઉર્જા કાર્યક્ષમતા અને મિથેનોલ બચત

સોનિકેશન એ એક ઉર્જા-બચત મિશ્રણ તકનીક છે જે અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણનો ઉપયોગ કરીને અવિભાજ્ય તેલ અને મિથેનોલ તબક્કાઓ વચ્ચે તીવ્ર સૂક્ષ્મ મિશ્રણ અને ઝડપી સમૂહ સ્થાનાંતરણ બનાવે છે. બાયોડીઝલ પ્રક્રિયામાં, આ અસર પ્રતિક્રિયા સમયને ભારે ટૂંકાવે છે. – કલાકોથી સેકન્ડ સુધી – અને ઓછા તાપમાને અને ઓછા મિથેનોલ અને ઉત્પ્રેરકના ઉપયોગ સાથે કાર્યક્ષમ ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશનને મંજૂરી આપે છે. ઉર્જા-કાર્યક્ષમ પ્રક્રિયા તકનીક હોવા ઉપરાંત, સોનિકેશન મિથેનોલ અને ઉત્પ્રેરકની જરૂરિયાતો ઘટાડે છે, ઉર્જા નુકસાન ઘટાડે છે અને નિસ્યંદન દ્વારા મિથેનોલ પુનઃપ્રાપ્તિની જરૂરિયાત ઘટાડે છે, જેનાથી સોનિકેશન પરંપરાગત યાંત્રિક હલનચલનનો ખૂબ અસરકારક અને ટકાઉ વિકલ્પ બને છે.

બાયોડિઝલ ઉત્પાદનમાં પ્રક્રિયા તીવ્રતા તરીકે સોનિકેશન

બાયોડીઝલ ઉત્પાદન પરંપરાગત રીતે ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન પ્રક્રિયામાં તેલ અને આલ્કોહોલના મિશ્રણ માટે યાંત્રિક બ્લેડ એજીટેટર્સ પર આધાર રાખે છે. જો કે, આ પદ્ધતિ અવિભાજ્ય તબક્કાઓ વચ્ચે નબળા ઇન્ટરફેસિયલ સંપર્કથી પીડાય છે, જેના કારણે પ્રતિક્રિયા સમય લાંબો થાય છે, મિથેનોલનો વધુ પડતો જથ્થો વધે છે અને મિશ્રણ અને નિસ્યંદન દ્વારા મિથેનોલ પુનઃપ્રાપ્તિ બંનેમાં નોંધપાત્ર ઊર્જા નુકસાન થાય છે.
Hielscher Ultrasonics GmbH દ્વારા રચાયેલ અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ ટેકનોલોજીના પરિચયથી પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં મૂળભૂત સુધારો થયો છે. અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટર તીવ્ર એકોસ્ટિક ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે જે પ્રવાહી તબક્કામાં માઇક્રોસ્કોપિક પોલાણ પરપોટા ઉત્પન્ન કરે છે. તેમના ઇમ્પ્લોઝનથી સ્થાનિક હોટસ્પોટ્સ, તીવ્ર સૂક્ષ્મ મિશ્રણ અને ઉચ્ચ માસ-ટ્રાન્સફર દર ઉત્પન્ન થાય છે, જે હળવી પરિસ્થિતિઓમાં ઝડપી ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશનને સક્ષમ બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ અને યાંત્રિક ઉત્તેજનાની તુલના

1. પ્રતિક્રિયા કાર્યક્ષમતા અને મિશ્રણ કામગીરી

અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ (UC) અને યાંત્રિક ઉત્તેજના (MS) રિએક્ટર (ઘોલામી એટ અલ., 2021) વચ્ચે તુલનાત્મક તકનીકી-આર્થિક મૂલ્યાંકનમાં:
અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરે 5-15 સેકન્ડમાં 99% રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી,
જ્યારે યાંત્રિક રીતે હલાવવામાં આવેલા રિએક્ટરને 95% રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા સુધી પહોંચવા માટે લગભગ 80 મિનિટનો સમય લાગતો હતો.
આ પ્રચંડ પ્રવેગકતા હિલ્સચર રિએક્ટર દ્વારા ઉત્પન્ન થતા એકોસ્ટિક માઇક્રોસ્ટ્રીમિંગ અને પોલાણ-પ્રેરિત પ્રવાહી મિશ્રણમાંથી ઉદ્ભવે છે. આ પદ્ધતિઓ તેલમાં આલ્કોહોલના સૂક્ષ્મ વિક્ષેપ ઉત્પન્ન કરે છે, જે ઇન્ટરફેસિયલ વિસ્તારને મોટા પ્રમાણમાં વિસ્તૃત કરે છે અને માસ ટ્રાન્સફર પ્રતિકાર ઘટાડે છે.
ઉત્તમ મિશ્રણ કામગીરી પરંપરાગત પ્રક્રિયાઓની તુલનામાં, જેમાં મિથેનોલ બાષ્પીભવન અટકાવવા અને દ્રાવ્યતા જાળવવા માટે ઘણીવાર ઊંચા દબાણ (~4 બાર) ની જરૂર પડે છે, તેની સરખામણીમાં ઓછા તાપમાન (45-60°C) અને મધ્યમ દબાણ (~3 બાર) પર ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશનની મંજૂરી આપે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ બાયોડીઝલ ઉત્પાદનમાં ચોક્કસ ઉર્જા વપરાશ ઘટાડે છે જે હાઇડ્રોડાયનેમિક ચુંબકીય મિશ્રણ અને ઉચ્ચ-શિયર મિક્સર્સ કરતાં અત્યાર સુધી વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.

2. ઉર્જા વપરાશ અને રિએક્ટર ડિઝાઇન

Hielscher ફ્લો-થ્રુ અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સ (દા.ત., UIP1500hdT, UIP16000hdT) ફક્ત ~3 kJ/L બાયોડીઝલ ઉત્પાદિત કરવાની ચોક્કસ ઉર્જા માંગ સાથે ઉચ્ચ પાવર ઘનતા પ્રદાન કરે છે. 50,000 t/y બાયોડીઝલ પ્લાન્ટ માટે ટેક્નો-ઇકોનોમિક મોડેલમાં, યાંત્રિક ઉત્તેજનાથી અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ પર સ્વિચ કરતી વખતે કુલ પ્રક્રિયા ઉર્જા માંગમાં 6.9% ઘટાડો થયો.

આને તોડીને:

ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન સમયમાં ભારે ઘટાડો થવાથી મુખ્ય બચત થાય છે, જેનાથી રિએક્ટરનું વોલ્યુમ ઓછું થાય છે અને હીટિંગની જરૂરિયાતો ઓછી થાય છે. UIP16000hdT જેવા હિલ્સચર રિએક્ટરની કોમ્પેક્ટ ફ્લો-થ્રુ ડિઝાઇન, 384 ટન બાયોડીઝલ/દિવસ સુધીનું ઉત્પાદન કરી શકે છે, જે મોટા સ્ટ્રાઇડેડ ટાંકીઓની વોલ્યુમેટ્રિક બિનકાર્યક્ષમતા વિના મોડ્યુલર ક્લસ્ટરિંગ દ્વારા સ્કેલેબિલિટી પ્રદાન કરે છે.

મિથેનોલ બચત અને ઘટાડો પુનઃપ્રાપ્તિ ઊર્જા

અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસિંગના ઉર્જા લાભમાં એક મહત્વપૂર્ણ ફાળો આપનાર તેનો ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ મિથેનોલ ઉપયોગ છે. પરંપરાગત યાંત્રિક હલનચલનને પ્રતિક્રિયાને આગળ વધારવા માટે 6:1 દાઢ મિથેનોલ-થી-તેલ ગુણોત્તરની જરૂર પડે છે, જે મોટા પ્રમાણમાં વધારાનું ઉત્પાદન કરે છે જે પાછળથી ઉર્જા-સઘન બાષ્પીભવન અથવા નિસ્યંદન દ્વારા પુનઃપ્રાપ્ત કરવું આવશ્યક છે.
જોકે, હિલ્સચરની અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન ટેકનોલોજી માત્ર 4–4.5:1 મિથેનોલ-થી-તેલ ગુણોત્તર સાથે લગભગ સંપૂર્ણ રૂપાંતર પ્રાપ્ત કરે છે. આલ્કોહોલ ફીડસ્ટોકમાં આ 25% ઘટાડો માત્ર કાચા માલના ખર્ચમાં ઘટાડો કરે છે, પરંતુ હજારો લિટર મિથેનોલના બાષ્પીભવન અને ઘનીકરણની જરૂરિયાતને પણ ટાળે છે, જેનાથી મિથેનોલ પુનઃપ્રાપ્તિ સ્તંભમાં વરાળનો વપરાશ નોંધપાત્ર રીતે ઓછો થાય છે.
વધુમાં, ઓછી મિથેનોલ અને ઉત્પ્રેરક આવશ્યકતાઓ ઉપ-ઉત્પાદન રચનાને ઘટાડે છે અને ડાઉનસ્ટ્રીમ શુદ્ધિકરણને સરળ બનાવે છે, જે સ્વચ્છ તબક્કાના વિભાજનમાં ફાળો આપે છે અને આલ્કલાઇન ગંદાપાણીના ઉત્પાદનમાં ઘટાડો કરે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિ પ્રથમ 1.5 મિનિટમાં આશરે 75% રૂપાંતરણ સુધી પહોંચે છે અને 6 મિનિટ પછી લગભગ 90% રૂપાંતરણ પર પ્લેટોઆસ.
પરંપરાગત પદ્ધતિમાં રૂપાંતર દર ઘણો ધીમો હોય છે, જે 8 મિનિટ પછી માત્ર 40% રૂપાંતર સુધી પહોંચે છે.

આર્થિક અને પર્યાવરણીય અસરો

ઘોલમી અને અન્ય (2021) ના ટેક્નો-ઇકોનોમિક મોડેલે દર્શાવ્યું:

• કુલ રોકાણ ખર્ચમાં આશરે 21% ઘટાડો થયો,
• પ્રતિ ટન ઉત્પાદન ખર્ચમાં આશરે 5%નો ઘટાડો થયો,
• યાંત્રિક હલનચલનથી કચરો ઉત્પન્ન થવાનો ઘટાડો પાંચમા ભાગ જેટલો થાય છે,
• આંતરિક વળતર દર (IRR) હકારાત્મક NPV સાથે 18.3% સુધી સુધર્યો, જ્યારે પરંપરાગત પ્રક્રિયા બિન-આર્થિક રહી.

પર્યાવરણીય દૃષ્ટિકોણથી, મિથેનોલનો વધારાનો જથ્થો ઘટાડવાથી અસ્થિર કાર્બનિક સંયોજનોના ઉત્સર્જનમાં સીધો ઘટાડો થાય છે અને થર્મલ ઉર્જાનો ઉપયોગ ઓછો થાય છે, જે અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ ઉત્પાદનને લીલા ઉત્પાદન ઉદ્દેશ્યો સાથે સંરેખિત કરે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ રિએક્ટરના ફાયદાઓની ઝાંખી

(તુલનાત્મક અભ્યાસના પરિણામો, cf. ઘોલમી એટ અલ., 2021)

ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ રિએક્ટર

હિલ્સચર અલ્ટ્રાસોનિક્સ દ્વારા ડિઝાઇન કરાયેલ અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ રિએક્ટર ફક્ત ઝડપી અને સમાન ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન જ નહીં પરંતુ નોંધપાત્ર ઊર્જા અને સામગ્રીની બચત પણ કરે છે. વધારાના મિથેનોલ ઉપયોગમાં ઘટાડો – અને ઉચ્ચ-તાપમાન પુનઃપ્રાપ્તિ પગલાંઓનું અનુરૂપ નિવારણ – ટકાઉપણુંનો મુખ્ય ફાયદો છે.
જ્યારે મોડ્યુલર સ્કેલેબિલિટી, ઓછી જાળવણી આવશ્યકતાઓ અને વિજાતીય ઉત્પ્રેરક સાથે સુસંગતતા સાથે જોડવામાં આવે છે, ત્યારે Hielscher sonicators ઊર્જા-કાર્યક્ષમ અને સ્વચ્છ બાયોડીઝલ ઉત્પાદન ટેકનોલોજી માટે એક માપદંડ સ્થાપિત કરે છે.
 
Hielscher Ultrasonics બાયોડીઝલ ટેકનોલોજીના ફાયદા વિશે વધુ વાંચો!
 

નીચે આપેલ કોષ્ટક તમને Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક બાયોડીઝલ રિએક્ટરની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને કન્સલ્ટિંગ – જર્મનીમાં બનાવેલ ગુણવત્તા

Hielscher ultrasonicators તેમના ઉચ્ચતમ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇન ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ કામગીરી ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સના સરળ એકીકરણને મંજૂરી આપે છે. ખરબચડી પરિસ્થિતિઓ અને માંગવાળા વાતાવરણને Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ દ્વારા સરળતાથી નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે.

Hielscher Ultrasonics એ ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને ઉચ્ચ-પ્રદર્શન અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ પર વિશેષ ભાર મૂકે છે જેમાં અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી અને વપરાશકર્તા-મિત્રતા દર્શાવવામાં આવે છે. અલબત્ત, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA અને RoHs ની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે.

સાહિત્ય / સંદર્ભો