ביודיזל באמצעות אסטריזציה משופרת באולטרסאונד (טרנס)

ביודיזל מסונתז באמצעות טרנססטריזציה באמצעות זרז בסיס. עם זאת, אם חומר הגלם כגון ירק פסולת בדרגה נמוכה עם תוכן חומצות שומן חינם גבוהה משמשים, שלב כימי טרום טיפול של esterification באמצעות חומצה-catatlyst נדרש. Ultrasonication ואת ההשפעות sonochemical ו sonomechanical שלה לתרום שני סוגי התגובה ולהגדיל את היעילות של המרה ביודיזל באופן דרמטי. ייצור ביודיזל אולטרה סאונד הוא מהיר יותר באופן משמעותי מאשר סינתזת ביודיזל קונבנציונאלי, תוצאות תשואה ביודיזל גבוהה ואיכות ושומר ריאגנטים כגון מתנול זרז.

המרת ביודיזל באמצעות אולטרסאונד כוח

עבור ביודיזל, אסטרים של חומצות שומן מיוצרים על ידי טרנסאסטריזציה של שמנים צמחיים, כמו גם של שומנים מן החי (למשל, tallow). במהלך תגובת transesterification, רכיב גליצרול מוחלף על ידי אלכוהול אחר, כגון מתנול. Feedstocks עם תוכן גבוה של חומצות שומן חינם, למשל פסולת שמנים צמחיים (WVO), דורשים טיפול מקדים של esterification חומצה על מנת למנוע היווצרות סבון. תהליך קטליזה חומצי זה הוא תגובה איטית מאוד, כאשר מבוצע כשיטת אצווה קונבנציונלית. הפתרון להאצת תהליך esterification איטי הוא היישום של אולטרסאונד כוח. Sonication משיגה שיפור משמעותי במהירות התגובה, המרה ותפוקת ביודיזל כמו ההשפעות הסונוכימיות של אולטרסאונד בהספק גבוה לקדם ולהעצים את קטליזה חומצה. cavitation אולטרה סאונד מספק כוחות sonomechanical, כלומר ערבוב גזירה גבוהה, כמו גם אנרגיה sonochemical. שני סוגים אלה של השפעה קולית (sonomechanical ו sonochemical) להפוך את esterification חומצה מזורז לתגובה מהירה הדורשת פחות זרז.

בקשת מידע





3x UIP1000hdT ultrasonicators for highly efficient biodiesel transesterification

ערבוב אולטרה סאונד משפר את שיעור ההמרה ביודיזל, מגביר את התשואה וחוסך מתנול עודף זרז. התמונה מציגה את ההתקנה של 3x UIP1000hdT (כל כוח אולטרסאונד 1kW) לעיבוד מוטבע.

Ultrasonic transesterification improves biodiesel conversion.

Transesterification של טריגליצרידים לתוך ביודיזל (תהילה) באמצעות תוצאות sonication בתגובה מואצת ויעילות גבוהה משמעותית.

כיצד פועלת המרת ביודיזל אולטרה סאונד?

Ultrasonication בין שלבים שונים transesterification (המכונה גם לפעמים אלכוהוליזיס ) ו esterification מבוסס על שיפור של ערבוב, כמו גם על חום מוגבר והעברת מסה. ערבוב אולטרה סאונד מבוסס על העיקרון של cavitation אקוסטי, אשר מתרחשת כתוצאה של קריסה בועות ואקום בנוזל. cavitation אקוסטי מאופיין על ידי כוחות גזירה גבוהה מערבולות, כמו גם לחץ גבוה מאוד הפרשי טמפרטורה. כוחות אלה מקדמים את התגובה הכימית של transesterification / esterification ולהגביר את העברת המסה והחום, ובכך לשפר את התגובה של המרה ביודיזל באופן משמעותי.
היישום של אולטרסוניקה במהלך המרת ביודיזל הוכח מדעית ותעשייתית כדי לשפר את יעילות התהליך. השיפור ביעילות התהליך ניתן לייחס לצריכת אנרגיה מופחתת ועלויות תפעול, ולצמצום השימוש באלכוהול (כלומר, מתנול), פחות זרז וקיצור משמעותי של זמן התגובה. עלות האנרגיה לחימום מבוטלת מכיוון שאין דרישה לחימום חיצוני. בנוסף, הפרדת פאזה בין ביודיזל לגליצרול היא פשוטה יותר עם זמן הפרדת פאזה קצר יותר. גורם חשוב לשימוש מסחרי של אולטרסאונד בייצור ביודיזל הוא קנה המידה הפשוט עד כל נפח, הפעולה האמינה והבטוחה, כמו גם את החוסן והאמינות של הציוד הקולי (תקן תעשייתי, מסוגל לרוץ ברציפות 24/7/365 תחת עומס מלא).

Hielscher ultrasonic reactor for biodiesel transesterification with superior process efficiency

מערכת תעשייתית אולטרה סאונד עם תא זרימה עבור עיקור ביודיזל מוטבע transesterification.

Process chart showing the biodiesel process in continuous flow mode. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Esterification אולטרה סאונד transesterification ניתן להפעיל כמו אצווה או תהליך מוטבע מתמשך. התרשים מציג את התהליך המופרך הקולי עבור ביודיזל (תהילה) transesterfication.


Process chart showing the biodiesel process in batch mode. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Esterification אולטרה סאונד transesterification ניתן להפעיל כמו אצווה או תהליך מוטבע מתמשך. תרשים זה מציג את תהליך האצווה הקולי להמרת ביודיזל.

בקשת מידע





אולטרה סאונד בסיוע שני שלבים ביודיזל המרה החלת חומצה- ובסיס-זרז צעדי תגובה

עבור feedstocks עם תוכן FFA גבוה, ייצור ביודיזל מתבצעת כמו חומצה או תגובה מזורזת בסיס בתהליך שני שלבים. אולטראסאונד תורם שני סוגים של תגובות, esterification חומצה מזורזת, כמו גם טרנסאסטריזציה מזורז הבסיס:

עיקור מזורז בחומצה באמצעות אולטראסאונד

כדי לטפל עודף של חומצות שומן חינם ב feedstock, תהליך של esterification יש צורך. חומצה גופרתית משמשת בדרך כלל כזרז חומצי.

  • הכינו את המזון על ידי סינון וזיקוק ממזהמים ומים.
  • להמיס את הזרז, כלומר חומצה גופרתית, במתנול. זרם הזנה של זרז / מתנול ואת ההזנה באמצעות מחליף חום מערבל סטטי כדי להשיג תערובת מראש גס.
  • תערובת מראש של זרז feedstock הולך ישירות לתוך תא התגובה הקולי, שבו ערבוב אולטרה בסדר sonochemistry להיכנס לתוקף וחומצות שומן חינם מומרים ביודיזל.
  • לבסוף, dewater את המוצר להאכיל אותו שני השלב השני – transesterification קולי. מתנול רטוב חומצי הוא לאחר התאוששות, ייבוש ונטרול מוכן לשימוש חוזר.
  • עבור FFA גבוה מאוד המכיל feedstocks, התקנה recirculation אולי נדרש כדי להוריד את FFA לרמה סבירה לפני שלב transesterification.

תגובת Esterification באמצעות זרז חומצה:
FFA + אלכוהול → אסתר + מים

טרנססטריזציה בסיסית-מזורזת באמצעות אולטראסאונד

את ההזנה, שכעת יש בה רק כמויות קטנות של FFAs, ניתן להזין ישירות לשלב הטרנס-אסטריזציה. הנפוץ ביותר נתרן הידרוקסידי או אשלגן הידרוקסיד (NaOH, KOH) משמש זרז בסיס.

  • להמיס את הזרז, כלומר אשלגן הידרוקסיד, במתנול ולהאכיל את הזרמים של זרז / מתנול ומזון pretreated דרך מערבל סטטי כדי להשיג תערובת מראש גס.
  • להאכיל את מראש לערבב ישירות לתוך תא התגובה הקולי עבור ערבוב גזירה גבוהה cavitational ואת הטיפול sonochemical. המוצרים של תגובה זו הם אסטרים אלקיל (כלומר, ביודיזל) וגליצרין. ניתן להפריד את הגליצרין על ידי התיישבות או על ידי צנטריפוגה.
  • ביודיזל המיוצר באולטרסאונד הוא באיכות גבוהה ומיוצר מהיר, חסכוני באנרגיה וחסכוני על ידי חיסכון מתנול זרז.

תגובת טרנס-אסטריזציה באמצעות זרז בסיסי:
שמן / שומן + אלכוהול → ביודיזל + גליצרול

שימוש במתנול & שחזור מתנול

מתנול הוא מרכיב מרכזי במהלך ייצור ביודיזל. ההמרה ביודיזל מונע באולטרסאונד מאפשר שימוש מופחת באופן משמעותי של מתנול. אם אתם חושבים עכשיו "לא אכפת לי מהשימוש שלי במתנול, כי אני משחזר אותו בכל מקרה", אתם עשויים לחשוב מחדש ולשקול את עלות האנרגיה הגבוהה המופיעה החלה על שלב האידוי (למשל באמצעות עמודת זיקוק), הנחוצה כדי להפריד ולמחזר את המתנול.
מתנול מוסר בדרך כלל לאחר ביודיזל וגליצרין הופרדו לשתי שכבות, מניעת היפוך תגובה. לאחר מכן מנקים את המתנול וממוחזרים בחזרה לתחילת התהליך. הפקת ביודיזל באמצעות esterification מונחה באולטרסאונד וטרנססטריפיקציה, אתה יכול להפחית את השימוש במתנול שלך באופן דרמטי, ובכך להפחית את ההוצאה מופקע אנרגיה גבוהה להתאוששות מתנול. השימוש בכורים אולטראסאונד Hielscher מפחית את הסכום הנדרש מתנול עודף על ידי עד 50%. יחס טוחן בין 1:4 או 1:4.5 (שמן : מתנול) מספיק עבור רוב feedstock, בעת שימוש ערבוב אולטראסאונד Hielscher.

Process chart showing the biodiesel processing steps. Ultrasound can improve esterification and transesterification significantly.

Esterification אולטרה סאונד הוא צעד pretreatment, אשר הפחית מזון בדרגה נמוכה גבוה ב- FFAs לתוך אסטרים. בשלב השני של transesterification קולי, הטריגליצרידים מומרים ביודיזל (תהילה).

בקשת מידע





אולטרה סאונד מוגברת ביודיזל המרה יעילות – מוכח מדעית

קבוצת חוקרים רבים חקרו את המנגנון ואת ההשפעות של transesterification קולי של ביודיזל. לדוגמה, צוות המחקר של סביאן דרווין הראה כי cavitation קולי גדל הפעילות הכימית ואת שיעור התגובה וכתוצאה מכך היווצרות אסתר גדל באופן משמעותי. הטכניקה הקולית הפחיתה את זמן התגובה של טרנסאסטריזציה ל -5 דקות – בהשוואה לשעתיים לעיבוד ערבוב מכני. המרה של טריגליצרידים (TG) לתהילה תחת ultrasonication הושג 95.6929% wt עם מתנול ליחס טוחנת שמן של 6:1 ו 1%wt נתרן הידרוקסידי כזרז. (cf. דרווין ואח ' 2010)

Gholami et al. (2021) הדגים את היעילות מעולה של transesterification ביודיזל בסיוע באולטרסאונד בהשוואה לתסיסה מכנית. צוות המחקר ולכן השווה שני מפעלי ביודיזל המבוססים על ערבוב מכני קונבנציונלי cavitation קולי, אשר תוכננו באמצעות אספן HYSYS V8.4. ההשקעה הכוללת, עלויות המוצרים, הערך הנוכחי נטו ושיעור התשואה הפנימי שימשו להשוואת שני התהליכים – אולטרה סאונד ומסובב מכני – אחד עם השני. ההשקעה הכוללת בתהליך cavitation קולי היה נמוך יותר מזה של תהליך ערבוב מכני על ידי כ 20.8%. בהשוואה לתהליך הקונבנציונלי, שימוש בכורים קוליים גרם גם לעלויות המוצרים להפחית ב -5.2%. בשל ערך נוכחי נטו חיובי ושיעור תשואה פנימי של 18.3%, תהליך cavitation קולי היה בחירה טובה יותר. יתר על כן, cavitation קולי הביא לירידה משמעותית הן באנרגיה הנצרכת והן בייצור של פסולת. צריכת האנרגיה הכוללת הופחתה על ידי 6.9% כאשר cavitation קולי הועסק. כמות הפסולת המיוצרת בתהליך בסיוע אולטרסאונד הייתה חמישית מזה בתהליך ערבוב מכני.

אולטרה סאונד בגודל בינוני ובקנה מידה גדול לעיבוד ביודיזל

Hielscher אולטרסוניקה’ מספקת מעבדים אולטרה סאונד תעשייתיים בקנה מידה קטן עד בינוני, כמו גם בקנה מידה גדול לייצור יעיל של ביודיזל בכל נפח. מציע מערכת קולית בכל קנה מידה, Hielscher יכול להציע את הפתרון האידיאלי עבור יצרנים קטנים וחברות גדולות. המרה ביודיזל אולטרה סאונד יכול להיות מופעל כמו אצווה או כתהליך מוטבע מתמשך. ההתקנה והתפעול הם פשוטים, בטוחים ומעניקים תפוקות גבוהות ואמינות של איכות ביודיזל מעולה.
להלן תמצאו הגדרות כור מומלצות עבור מגוון של קצבי ייצור.

טון / שעה
גל / hr
1x UIP500hdT
0.25 כדי 0.5
80 כדי 160
1x UIP1000hdT
0.5 כדי 1.0
160 כדי 320
1x UIP1500hdT
0.75 כדי 1.5
240 כדי 480
2x UIP1000hdT
1.0 כדי 2.0
320 כדי 640
2x UIP1500hdT
1.5 כדי 3.0
480 כדי 960
4x UIP1500hdT
3.0 כדי 6.0
960 כדי 1920
6x UIP1500hdT
4.5 כדי 9.0
1440 כדי 2880

תיצור איתנו קשר! / שאל אותנו!

בקש מידע נוסף

אנא השתמש בטופס שלהלן כדי לבקש מידע נוסף אודות מעבדים אולטרה סאונד, יישומים ומחיר. נשמח לדון בתהליך שלך איתך ולהציע לך מערכת אולטרה סאונד לפגישה הדרישות שלך!









הינכם מתבקשים לשים לב מדיניות פרטיות.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher אולטרסוניקה מייצרת הומוגניזרים אולטראסוניות ביצועים גבוהים עבור ערבוב יישומים, פיזור, אמולסיה וחילוץ על מעבדה, טייס בקנה מידה תעשייתי.



ספרות/הפניות


עובדות שראוי לדעת

ייצור ביודיזל

ביודיזל מיוצר כאשר טריגיצרידים מומרים מתיל אסתר שומן חינם (תהילה) באמצעות תגובה כימית המכונה transesterification. במהלך התגובה של transesterification, trigylcerides בשמנים צמחיים או שומנים מן החי מגיבים בנוכחות זרז (למשל, אשלגן הידרוקסיד או נתרן הידרוקסיד) עם אלכוהול ראשוני (למשל, מתנול). בתגובה זו, אסטרים אלקיל נוצרים מן המזון של שמן צמחי או שומן מן החי. טריגליצרידים הם גליצרידים, שבו גליצרול הוא esterfied עם חומצות שרשרת ארוכה, המכונה חומצות שומן. חומצות שומן אלה נמצאות בשפע בשמן צמחי ושומנים מן החי. מאז ביודיזל יכול להיות מיוצר מן feedstocks שונים כגון שמנים צמחיים בתולה, פסולת שמנים צמחיים, משמש שמנים טיגון, שומנים מן החי כגון tallow ושומן, כמות חומצות שומן חינם (FFAs) יכול להשתנות בכבדות. אחוז חומצות השומן החופשיות של הטריגליצרידים הוא גורם מכריע המשפיע על תהליך הייצור ביודיזל ואת איכות ביודיזל וכתוצאה מכך באופן דרסטי. כמות גבוהה של חומצות שומן חופשיות יכולה להפריע לתהליך ההמרה ולדרדר את איכות הביודיזל הסופית. הבעיה העיקרית היא כי חומצות שומן חינם (FFAs) להגיב עם זרזים אלקלי וכתוצאה מכך היווצרות של סבון. היווצרות סבון גורמת לאחר מכן לבעיות הפרדת גליצרול. לכן, feedstocks המכיל כמויות גבוהות של FFAs דורשים בעיקר טיפול מקדים (מה שנקרא תגובת esterification), שבמהלכו FFAs הופכים אסטרים. Ultrasonication מקדם הן תגובות, טרנססטריפיקציה ו esterification.

תגובה כימית של אסתרification

Esterification הוא תהליך של שילוב חומצה אורגנית (RCOOH) עם אלכוהול (ROH) כדי ליצור אסתר (RCOOR) ומים.

שימוש במתנול באסטרציה חומצית

כאשר esterification חומצה משמש כדי להפחית FFAs ב feedstock, דרישות האנרגיה המיידית נמוכים יחסית. עם זאת, מים נוצרים במהלך תגובת ההסתגרות – יצירת מתנול רטוב וחומצי, שיש לנטרל, לייבש ולהתאושש. תהליך שחזור מתנול זה יקר.
אם מתחיל feedstocks יש 20 עד 40 % או אפילו אחוזים גבוהים יותר של FFAs, צעדים מרובים עשויים להיות נחוצים על מנת להביא אותם לרמות מקובלות. משמעות הדבר היא, אפילו יותר חומצי, מתנול רטוב נוצר. לאחר נטרול המתנול החומצי, הייבוש דורש זיקוק רב-שלבי עם שיעורי ריפלוקס משמעותיים, וכתוצאה מכך שימוש גבוה מאוד באנרגיה.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher אולטרסוניקה מייצרת homogenizers קולי ביצועים גבוהים מ מַעבָּדָה ל גודל תעשייתי.