ייצור ביודיזל & המרת ביודיזל
כאשר אתם מייצרים ביו-דיזל, קינטיקה של תגובה איטית והעברת מסה לקויה מורידים את קיבולת מפעל הביו-דיזל שלכם, כמו גם את תפוקת הביו-דיזל שלכם ואת איכותו. כורים קוליים Hielscher לשפר את קינטיקה transesterification באופן משמעותי. לכן, עודף מתנול נמוך יותר ופחות זרז נדרשים לעיבוד ביודיזל.
ביודיזל מיוצר בדרך כלל בכורי אצווה תוך שימוש בחום וערבוב מכני כקלט אנרגיה. ערבוב קולי cavitational הוא חלופה יעילה כדי להשיג ערבוב טוב יותר בעיבוד ביודיזל מסחרי. קוויטציה קולית מספקת את אנרגיית ההפעלה הדרושה לטרנסאסטריפיקציה של ביודיזל תעשייתי.
ערבוב קולי משפר את יחס ההמרה של ביודיזל, מגדיל את התשואה וחוסך עודף מתנול וזרז.
טרנסאסטריפיקציה משופרת באולטרסאונד של ביודיזל
ייצור ביודיזל כרוך בדרך כלל בתגובה כימית הנקראת טרנסאסטריפיקציה, שבה טריגליצרידים (כגון שמן צמחי, שומן מן החי, שמני בישול משומשים) מגיבים עם אלכוהול (כגון מתנול) בנוכחות זרז לייצור ביודיזל (אסטרי חומצת שומן מתיל) וגליצרול. כורים קוליים יכולים לשמש כדי לשפר את תהליך transesterification במספר דרכים, המוביל למספר יתרונות:
- ערבוב משופר: גלים על-קוליים יכולים ליצור בועות קוויטציה שקורסות באלימות, וגורמות לערבוב אינטנסיבי ותסיסה של תערובת התגובה. זה מוביל למגע טוב יותר בין המגיבים לבין הזרז, וכתוצאה מכך טרנסאסטריפיקציה מהירה ומלאה יותר.
- קינטיקה של תגובה מואצת: תנאי האנרגיה הגבוהה הנוצרים על ידי גלים קוליים יכולים להפעיל את התגובה, להגדיל את קצב התגובה ולהפחית את זמן התגובה הדרוש כדי להגיע לרמה נתונה של המרה. זה יכול לגרום לתשואות גבוהות יותר ולעלויות נמוכות יותר.
- שימוש מופחת בזרז: כורים על-קוליים יכולים לשפר את יעילות השימוש בזרז על ידי מתן אתרים פעילים יותר לתגובה. משמעות הדבר היא כי פחות זרז נדרש כדי להשיג את אותה רמה של המרה, הפחתת עלויות והשפעה על הסביבה.
- איכות מוצר משופרת: כורים על-קוליים יכולים לייצר ביו-דיזל עם תכולת חומצות שומן חופשיות נמוכה יותר, טוהר גבוה יותר ותכונות זרימה קרה טובות יותר. זאת בשל ערבוב משופר קינטיקה תגובה מהירה יותר, אשר למזער את היווצרות של תוצרי לוואי לא רצויים זיהומים.
יתרונות אלה של עיבוד ביו-דיזל על-קולי הופכים את השימוש במערך כור אולטרסאונד לחסכוני ביותר מכיוון שהשימוש בכורים על-קוליים משפר באופן משמעותי את היעילות, המהירות והאיכות של טרנסאסטריפיקציה של ביו-דיזל. משמעות הדבר היא לסיכום כי ultrasonication הופך את transesterification לתוך תהליך בר קיימא יותר מבחינה כלכלית וסביבתית.
בעיות של ערבוב ביודיזל קונבנציונלי: תגובת האסטריפיקציה הקונבנציונלית בעיבוד אצווה נוטה להיות איטית, והפרדת הפאזה של הגליצרין גוזלת זמן, ולעתים קרובות נמשכת 5 שעות או יותר.
כורים על-קוליים עוזרים לך להאיץ את תהליך הביו-דיזל שלך ובו זמנית להגדיל את תפוקת הביו-דיזל ואת איכותו בעלויות עיבוד נמוכות יותר!
אולטרסאונד ברמה תעשייתית UIP2000hdT עם תא זרימה FC2T500k לביו-דיזל מוטבע וטרנסאסטריפיקציה.
היתרונות של טרנסאסטריפיקציה ביודיזל קולי
- תפוקות ביודיזל גבוהות יותר הודות לערבוב משופר
- איכות ביודיזל מוגברת
- השתמשו אפילו בשמן העני ביותר כחומר גלם
- עיבוד מוטבע רציף
- פחות מתנול
- פחות זרז
- חיסכון בזמן הודות להמרה במהירות גבוהה
- חיסכון באנרגיה
- תפעול פשוט ובטוח
- עמידות ותחזוקה נמוכה
- ביצועים גבוהים: פעולה 24/7 תחת עומס מלא
"היינו מרוצים מאוד מהציוד והשירות של היילשר ויש לנו כל כוונה לכלול את טכנולוגיית האולטרסאונד של היילשר בכל המאמצים העתידיים שלנו".
טוד סטיבנס, טולסה דלקים ביולוגיים
אולטרסאונד לייצור ביודיזל
ביודיזל מיוצר לעתים קרובות בכורי אצווה. המרת ביו-דיזל על-קולית מאפשרת עיבוד רציף בתוך השורה. אולטרה-סוניקציה יכולה להשיג תפוקת ביו-דיזל העולה על 99%. כורים קוליים מפחיתים את זמן העיבוד מעיבוד אצווה קונבנציונאלי של 1 עד 4 שעות לפחות מ -30 שניות. חשוב מכך, אולטרסוניקציה מפחיתה את זמן ההפרדה מ 5 עד 10 שעות (באמצעות תסיסה קונבנציונאלית) לפחות מ 60 דקות. האולטרה-סוניקציה מסייעת גם להפחית את כמות הזרז הנדרשת בשיעור של עד 50% בשל הפעילות הכימית המוגברת בנוכחות קוויטציה. בעת שימוש באולטרה-סוניקציה כמות המתנול העודף הנדרשת מופחתת גם כן. יתרון נוסף הוא העלייה וכתוצאה מכך בטוהר הגליצרין.
ייצור ביודיזל קולי שלב אחר שלב:
- שמן צמחי או שומן מן החי מעורבבים עם מתנול (אשר עושה אסטרים מתיל) או אתנול (עבור אסטרים אתיל) נתרן או אשלגן methoxide או hydroxide
- התערובת מחוממת, למשל לטמפרטורות שבין 45 ל -65 מעלות צלזיוס
- המיקס המחומם עובר סוניקציה בתוך השורה למשך 5 עד 15 שניות
- גליצרין נושר או מופרד באמצעות צנטריפוגות
- הביודיזל המומר נשטף במים
לרוב, הסוניקציה מבוצעת בלחץ מוגבר (1 עד 3 בר, לחץ מד) באמצעות משאבת הזנה ושסתום לחץ אחורי מתכוונן ליד תא הזרימה.
המרת ביודיזל תעשייתית אינה זקוקה לאנרגיה קולית רבה. ניתן לקבוע את דרישת האנרגיה בפועל בקנה מידה של benchtop באמצעות למשל, מעבד קולי של 1kW כגון UIP1000hdT. כל התוצאות מניסויים כאלה בספסל העליון ניתנות להרחבה ליניארית וללא בעיות. במידת הצורך, התקנים על-קוליים בעלי אישור ATEX זמינים, כגון UIP1000-Exd.
Hielscher מספקת ציוד תעשייתי לעיבוד ביודיזל קולי, ברחבי העולם. עם מעבדים על-קוליים בהספק של עד 16kW לכל מכשיר יחיד, אין הגבלה בגודל מפעל הביו-דיזל או ביכולת העיבוד.
עלויות ייצור ביודיזל אולטראסוני
Ultrasonication הוא אמצעי יעיל כדי להגדיל את מהירות התגובה ואת שיעור ההמרה בייצור ביודיזל מסחרי. עלויות עיבוד קולי נובעות בעיקר מההשקעה בציוד אולטראסוני, עלויות שירות ותחזוקה. יעילות האנרגיה יוצאת דופן של Hielscher ultrasonicators מסייע להפחית את עלויות השירות ובכך כדי להפוך את התהליך הזה אפילו ירוק יותר. העלויות המתקבלות עבור אולטרה-סוניקציה נעות בין 0.1 קראט ל-1.0 קרט לליטר (0.4 קראט עד 1.9 קרט לגלון) כאשר משתמשים בהן בקנה מידה מסחרי.
קרא עוד על יעילות התהליך והיתרונות הכלכליים של ייצור ביודיזל קולי!
ערבוב על-קולי מפחית את צריכת האנרגיה הספציפית, ייצור אינביו-דיזל עולה בהרבה על הביצועים של ערבוב מגנטי הידרודינמי ומיקסרים בעלי גזירה גבוהה.
מערך ביודיזל אולטראסוני בקנה מידה קטן
Ultrasonication יכול לשמש להמרה של שמן לתוך ביודיזל בכל קנה מידה. התמונה הבאה מציגה התקנה בקנה מידה קטן לעיבוד של 60-70L (16 עד 19 ליטרים). זהו המערך האופייני למחקרים ראשוניים ולהדגמת תהליכים.
ניתן להפעיל אסטריפיקציה קולית וטרנסאסטריפיקציה כאצווה או כתהליך מוטבע רציף. תרשים זה מציג את תהליך האצווה העל-קולי להמרת ביו-דיזל.
3x 1kW ultrasonicators של המודל 1000hdT עם כור זרימה קולי עם המרה יעילה ביותר של ביו-דיזל.
- אולטרסאונד אחד (למשל, UIP500hdT או UIP1000hdT) עם בוסטר, סונוטרודה ותא זרימה
- מד הספק למדידת הספק ואנרגיה
- מיכל עיבוד 80L (פלסטיק, למשל HDPE)
- גוף חימום (1 עד 2kW)
- מיכל קדם-ערבוב זרז 10L (פלסטיק, למשל HDPE)
- זרז Premixer (מערבב)
- משאבה (צנטריפוגה, מונו או ציוד) לכ-10 עד 20 ליטר/דקה ב-1 עד 3 באר
- שסתום לחץ אחורי להתאמת הלחץ בתא הזרימה
- מד לחץ למדידת לחץ הזנה
כורים על-קוליים לעיבוד ביו-דיזל מעולה
Hielscher Ultrasonics מציעה מעבדים קוליים בעלי ביצועים גבוהים וכורים, אשר ישפרו את ייצור הביודיזל שלך על ידי תפוקות ביודיזל גבוהות יותר, איכות ביודיזל משופרת, זמן עיבוד מופחת ועלויות ייצור נמוכות יותר.
כורים אולטראסוניים בקנה מידה קטן ובינוני לטרנסאסטריפיקציה של ביודיזל
לייצור ביודיזל בגודל קטן ובינוני של עד 9 טון/שעה (2900 גל/שעה), Hielscher מציעה לך את UIP500hdT (500 וואט), UIP1000hdT (1000 וואט), UIP1500hdT (1500 וואט) ו-UIP2000hdT (2000 וואט) כמערבלים על-קוליים בעלי גזירה גבוהה עם כורים זורמים לעיבוד ביו-דיזל אמין ויעיל. ארבעת הכורים העל-קוליים האלה קומפקטיים מאוד, קלים לשילוב או מתאימים רטרו. הם בנויים לפעולה כבדה בסביבות קשות. להלן תמצאו תצורות כורים מומלצות למגוון קצבי ייצור.
|
טון/שעה
|
גל/שעה
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 וואט) |
00.25 עד 0.5
|
80 עד 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 וואט) |
00.5 עד 1.0
|
160 אל 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 וואט) |
00.75 עד 1.5
|
240 אל 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 וואט) |
1.0 עד 2.0
|
320 אל 640
|
| פי 2 UIP2000hdT (2000 וואט) |
2.0 עד 4.0
|
640 עד 1280
|
| פי 4UIP1500hdT (1500 וואט) |
3.0 עד 6.0
|
960 עד 1920
|
| פי 6 UIP1500hdT (1500 וואט) |
4.5 עד 9.0
|
1440 עד 2880
|
| פי 6 UIP2000hdT (2000 וואט) |
6.0 עד 12.0
|
1920 עד 3840
|
כורי ביודיזל תעשייתיים בעלי תפוקה גדולה מאוד
עבור מפעלי ייצור ביודיזל לעיבוד תעשייתי Hielscher מציעה את UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) ו- UIP16000hdT (16kW) הומוגנייזרים קוליים! מעבדים קוליים אלה מיועדים לעיבוד מתמשך של קצבי זרימה גבוהים. ניתן לשלב את UIP4000hdT, UIP6000hdT ו- UIP10000 במכולות הובלה ימית סטנדרטיות. לחלופין, כל ארבעת דגמי המעבדים זמינים בארונות נירוסטה. התקנה זקופה דורשת שטח מינימלי. להלן תמצא הגדרות מומלצות עבור קצבי עיבוד תעשייתיים טיפוסיים.
|
טון/שעה
|
גל/שעה
|
1x UIP6000hdT (6000 וואט) |
3.0 עד 6.0
|
960 עד 1920
|
|---|---|---|
| פי 3 UIP4000hdT (4000 וואט) |
6.0 עד 12.0
|
1920 עד 3840
|
| פי 5 UIP4000hdT (4000 וואט) |
10.0 עד 20.0
|
3200 עד 6400
|
פי 3 UIP6000hdT (6000 וואט) |
9.0 עד 18.0
|
2880 עד 5880
|
| פי 3 UIP10000 (10,000 וואט) |
15.0 עד 30.0
|
4800 עד 9600
|
| פי 3 UIP16000hdT (16,000 וואט) |
24.0 עד 48.0
|
7680 עד 15360
|
| פי 5 UIP16000hdT |
40.0 עד 80.0
|
12800 עד 25600
|
צרו קשר! / שאל אותנו!
UIP16000hdT אולטרה-סוניקטור מסוגל לעבד ביודיזל 32MMGY.
כפור & החדשנות הטכנולוגית של השנה של סאליבן
Hielscher Ultrasonics קיבלה את פרס החדשנות הטכנולוגית היוקרתי של השנה על שם פרוסט וסאליבן כהוקרה על פיתוח טכנולוגיית אולטרסאונד חדשנית לייצור ביו-דיזל.
לחצו כאן כדי לקרוא עוד על פרס פרוסט וסאליבן לכורי ביודיזל Hielscher Ultrasonics!
טרנסאסטריפיקציה – ההמרה הכימית של ביודיזל
ייצור ביודיזל משמנים צמחיים (למשל סויה, קנולה, ג'טרופה, זרעי חמניות), אצות, שומנים מן החי וכן שמני בישול פסולת, כרוך בטרנסאסטריפיקציה של חומצות שומן עם מתנול או אתנול כדי לתת את אסטרי המתיל או אסטרי האתיל המתאימים. גליצרין הוא תוצר לוואי בלתי נמנע של תגובה זו.
שמנים צמחיים כמו שומנים מן החי הם טריגליצרידים המורכבים משלוש שרשראות של חומצות שומן הקשורות על ידי מולקולת גליצרין. טריגליצרידים הם אסטרים. אסטרים הם חומצות, כמו חומצות שומן, בשילוב עם אלכוהול. גליצרין (= גליצרול) הוא אלכוהול כבד. בתהליך ההמרה אסטרים של טריגליצרידים הופכים לאסטרי אלקיל (= ביודיזל) באמצעות זרז (lye) ומגיב אלכוהול, למשל מתנול, המניב ביודיזל של אסטרי מתיל. המתנול מחליף את הגליצרין. תהליך המרה כימי זה נקרא טרנסאסטריפיקציה.
לאחר הטרנסאסטריפיקציה, הגליצרין, שהוא השלב הכבד יותר, ישקע לתחתית. ביודיזל, שהוא השלב הקל יותר, צף למעלה וניתן להפרידו, למשל על ידי דקנטרים או צנטריפוגות.
הכנת ביודיזל
אשלגן הידרוקסיד (0.2 עד 0.4 ק"ג, זרז) מומס לכ-8.5 ליטר מתנול במיכל הזרז לפני הערבוב. זה דורש ערבוב של premix זרז. מיכל העיבוד מתמלא בשמן צמחי 66L. השמן מחומם על ידי גוף החימום ל 45 עד 65 מעלות צלזיוס.
המרת ביודיזל
כאשר הזרז מומס במלואו לתוך מתנול, premix הזרז מעורבב עם שמן מחומם. המשאבה מזינה את התערובת לתא הזרימה. באמצעות שסתום הלחץ האחורי, הלחץ מותאם ל 1 עד 3barg (15 עד 45psig). מחזור דרך כור ביודיזל קולי צריך להתבצע במשך כ. 20 דקות. במהלך תקופה זו, השמן מומר לביודיזל. לאחר מכן, המשאבה והאולטרסאונד כבויים. הגליצרין (השלב הכבד יותר) ייפרד מהביודיזל (השלב הקל יותר). ההפרדה אורכת כ-30 עד 60 דקות. כאשר ההפרדה מסתיימת, ניתן לנקז את הגליצרין.
שטיפת ביודיזל
מכיוון שהביודיזל המומר מכיל זיהומים, נדרשת שטיפה. לשטיפה, מים מעורבבים לתוך ביודיזל. Ultrasonication יכול להועיל ערבוב של ביודיזל עם המים. זה מגדיל את שטח הפנים הפעיל כתוצאה מהקטנת גודל הטיפה. אנא קחו בחשבון, כי סוניקציה חזקה מאוד עשויה להקטין את טיפות המים לגודל, כי נוצר תחליב כמעט יציב שידרוש אמצעים מיוחדים (למשל צנטריפוגה) כדי להיות מופרדים.
מפעל לייצור ביודיזל
תרשים הזרימה שלהלן מציג מערך טיפוסי לסוניקציה מובנית של נפט, מתנול וזרז להמרה לביודיזל.
ניתן להפעיל אסטריפיקציה קולית וטרנסאסטריפיקציה כאצווה או כתהליך מוטבע רציף. התרשים מציג את התהליך המוטבע העל-קולי עבור טרנסאסטרפיקציה של ביו-דיזל (FAME).
עיבוד והפרדה רציפים של ביו-דיזל
במערך לעיבוד ביודיזל רציף והפרדה רציפה, השמן המחומם וקדם-הערבוב של הזרז מעורבבים יחד ברציפות באמצעות משאבות מתכווננות. מערבל סטטי מוטבע משפר את ההומוגניות של ההזנה לכור קולי. תערובת השמן/זרז עוברת את תא הזרימה, שם היא נחשפת לקוויטציה על-קולית למשך כ-5 עד 30 שניות. שסתום לחץ אחורי משמש לשליטה על הלחץ בתא הזרימה. המיקס הסוני נכנס לעמוד הכור בחלק העליון. נפח עמודת הכור מתוכנן לתת זמן שמירה של כשעה בטור. במהלך תקופה זו, תגובת הטרנסאסטריפיקציה הושלמה. תערובת הגליצרין/ביודיזל המועברת בתגובה נשאבת לצנטריפוגה, שם היא מופרדת לשברי הביודיזל והגליצרין. לאחר העיבוד מדובר בשחזור מתנול, שטיפה וייבוש וניתן לעשות זאת גם באופן רציף.
מערך זה מבטל אצוות כור ביו-דיזל, מסיתים קונבנציונליים ומכלי הפרדה גדולים.
מהירות תגובת טרנסאסטריפיקציה של ביודיזל
התרשימים שלהלן מציגים תוצאות אופייניות של טרנסאסטריפיקציה של שמן לפתית (כיתה תעשייתית) עם נתרן methoxide (משמאל) ואשלגן הידרוקסיד (מימין). בשתי הבדיקות, דגימת ביקורת (קו כחול) נחשפה לערבוב מכני אינטנסיבי. הקו האדום מייצג את הדגימה הסוניק של הנוסחה הזהה ביחס לנפח, ריכוז הזרז והטמפרטורה. הציר האופקי מציג את הזמן לאחר ערבוב או סוניקציה, בהתאמה. הציר האנכי מראה את נפח הגליצרין שהתיישב בתחתית. זהו אמצעי פשוט למדידת מהירות התגובה. בשתי הדיאגרמות, הדגימה הסוניק (אדום) מגיבה הרבה יותר מהר מדגימת הבקרה (כחול).
השוואה בין אולטראסוני (גרף אדום) לעומת ערבוב קונבנציונלי (גרף כחול) לייצור ביודיזל – שימוש עם נתרן methoxide (משמאל) ואשלגן הידרוקסידי (מימין) כמו זרזים.
קישורים לאספקת ביו-דיזל
לחץ כאן לקישורים לספקי משאבות ומיכלים לתעשיית הביודיזל.
מידע כימי ובטיחותי
אנא קרא את המידע להלן בעיון, כדי למנוע סיבוכים והשפעות בריאותיות שליליות.
ביודיזל כימיקלים
מתנול הוא רעיל. זה יכול לגרום להידרדרות עצבית כתוצאה משימוש ממושך. זה יכול להיות נספג על ידי העור, מדי. אם מותזים לתוך העיניים זה עלול לגרום לעיוורון ומתנול יכול להיות קטלני בבליעה. מסיבה זו, לנקוט את אמצעי הזהירות הדרושים בעת טיפול מתנול. מומלץ להשתמש במכונת הנשמה טובה, סינר וכפפות גומי.
אשלגן הידרוקסידי (KOH) רעיל וגורם לכוויות בעור במגע. נדרש אוורור טוב.
ודאו שסביבת העבודה מאווררת בנדיבות וביסודיות כדי לאפשר לאדים לברוח. מכונות הנשמה עם מחסניות אדים אינן יעילות נגד אדי מתנול. מערכת אוויר מסופק (SCBA — מנגנון נשימה עצמאי) מעניק הגנה טובה יותר מפני אדי מתנול.
ביודיזל וחלקי גומי
הפעלה על 100% ביודיזל למשך זמן רב יותר עלולה לגרום לסיבוכים בחלקי גומי רטובים (משאבה, צינורות, אורינגים) של המנוע. החלפה על ידי חלקי פלדה או גומי כבד יכולה למנוע בעיה זו. לחלופין, ניתן לערבב כ-25% דיזל רגיל (מאובן) בביו-דיזל כדי למנוע סיבוכים.
ספרות / מקורות
- 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.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.