כורים אולטרסוניים לייצור ביודיזל

כורים אולטרסוניים משפרים את קינטיקת התגובות הכימיות בתהליך ההמרה לביודיזל. הדבר מוביל לטרנסאסטריפיקציה מהירה יותר, לניצולת המרה גבוהה יותר ולחיסכון בעודפי מתנול וזרז. Hielscher מייצרת כורי ערבוב אולטרסוניים לייצור ביודיזל בכל קנה מידה. הכורים האולטרסוניים קומפקטיים, קלים להתקנה ויעילים מאוד.

הגדלת ייצור הביודיזל והאצתו באמצעות אולטרסאונד בהספק גבוה

ביודיזל הוא דלק מתחדש בעל בעירה נקייה, המיוצר משמנים צמחיים, משומנים מן החי או משמן בישול משומש. ניתן לייצרו באמצעות תגובת טרנסאסטריפיקציה, שבה טריגליצרידים מומרים לאסטרים מתיליים של חומצות שומן (FAMEs) באמצעות אלכוהול וזרז. אחת הדרכים להאיץ את תגובת הטרנסאסטריפיקציה היא להשתמש בגלים אולטרסוניים, שיכולים לשפר את הערבוב ואת מעבר המסה של המגיבים, וכן לקדם את פירוק טיפות השמן ואת פיזור הזרז.
מכשיר אולטרסוניקציה מסוג גשוש, הידוע גם בשם סונוטרודה, הוא מכשיר המייצר גלי קול בתדר גבוה (בדרך כלל בטווח של 20 kHz עד 30 kHz) באמצעות הרעדת מוט טיטניום. הגלים האולטרסוניים מתפשטים בנוזל ויוצרים אזורי לחץ גבוה ולחץ נמוך, הגורמים להיווצרות בועות קוויטציה ולקריסתן המהירה. קריסת הבועות יוצרת חימום וקירור מקומיים עזים, כוחות גזירה חזקים וגלי הלם, שיכולים להגביר את קצב התגובה ואת יעילות תהליך הטרנסאסטריפיקציה.

בסרטון הדרכה זה אנו מציגים את הבסיס המדעי לשיפור המשמעותי בייצור ביודיזל באמצעות כורים אולטרסוניים. כורי הביודיזל האולטרסוניים של Hielscher מוכרים ככלי רב־עוצמה לשיפור תהליך ייצור הביודיזל, ובהדרכה זו אנו מעמיקים בעיקרון פעולתם ומציגים מערכי אולטרסאונד שונים לכל היקף ייצור. שפרו את היעילות ואת הכדאיות הכלכלית של ייצור הביודיזל שלכם והשיגו תפוקות גבוהות יותר של ביודיזל באיכות גבוהה באמצעות המרה מהירה. במקביל, כורי ביודיזל אולטרסוניים מאפשרים שימוש בשמנים באיכות ירודה, כגון שמנים צמחיים משומשים או שומני בישול משומשים, ומסייעים לחסוך במתנול ובזרז, ובכך תורמים לייצור ביודיזל ידידותי לסביבה ובר־קיימא.

יתרונות הייצור האולטרסוני של ביודיזל

היתרונות של שימוש במכשיר אולטרסוניקציה מסוג גשוש לסינתזת ביודיזל כוללים:

קצב תגובה מהיר יותר: הגלים האולטרסוניים יכולים להגביר את מעבר המסה של המגיבים ולהאיץ את תגובת הטרנסאסטריפיקציה, ובכך לקצר את זמן התגובה ולהגדיל את תפוקת הביודיזל.
תפוקה וטוהר גבוהים יותר: התהליך האולטרסוני לייצור ביודיזל משפר את פיזור הזרז ואת אחידות תערובת התגובה, ומוביל לתפוקה גבוהה יותר של ביודיזל ולטוהר גבוה יותר שלו.
חומר גלם זול: באמצעות אולטרסאונד, ניתן להשתמש בחומר גלם באיכות הנמוכה ביותר – כגון שמני בישול משומשים, פסולת שומנים מן החי ושמנים שאינם למאכל – ולהפוך אותו לביודיזל באיכות גבוהה. קראו עוד!
צריכת אנרגיה נמוכה יותר: השימוש בסוניקציה מפחית את האנרגיה הנדרשת לערבוב תערובת התגובה ולחימומה, וכן את כמות הזרז הנדרשת, ומביא לתהליך בר־קיימא יותר וכדאי יותר מבחינה כלכלית. קראו עוד!
גמישות ויכולת הגדלת היקף הייצור: מכשירי האולטרסוניקציה מסוג גשוש והכורים של Hielscher יכולים לשמש לייצור ביודיזל הן בקנה מידה קטן והן בקנה מידה גדול, וניתן לשלבם בקלות בתהליכי ייצור קיימים.

לסיכום, משמעות הדבר היא שהשימוש במכשירי אולטרסוניקציה ובכורים אולטרסוניים של Hielscher לסינתזת ביודיזל מציע יתרונות משמעותיים מבחינת קצב התגובה, התפוקה, הטוהר, צריכת האנרגיה ויכולת הגדלת היקף הייצור, והופך זאת לטכנולוגיה רווחית לייצור בר־קיימא של דלקים מתחדשים.

כורים אולטרסוניים לביודיזל מפחיתים עלויות ומגדילים את תפוקת הביודיזל

תחלוב אולטרסוני משתמש בגזירה עזה הנוצרת בקוויטציה של הומוגנייזרים אולטרסוניים בכורים אולטרסוניים בקו הזרימה עודפי מתנול וזרז הם גורמי עלות משמעותיים בייצור ביודיזל. הכורים האולטרסוניים של Hielscher משתמשים בכוחות גזירה עזים הנוצרים בקוויטציה לערבוב מתנול עם חומר הגלם שלכם. כך מתקבלות טיפות מתנול קטנות בהרבה, המובילות לניצול משופר של המתנול והזרז. לכן נדרשים פחות עודפי מתנול ופחות זרז. נוסף על כך, הקוויטציה משפיעה על קינטיקת התגובה, ומובילה לטרנסאסטריפיקציה מהירה יותר ושלמה יותר.

השימוש בכורים אולטרסוניים לייצור ביודיזל מומלץ עבור כושר ייצור העולה על 0.25 טונות ביודיזל לשעה. Hielscher מציעה כורים אולטרסוניים בעלי כושר ייצור של עד 16 טונות/שעה (5100 גלונים/שעה) לכל כור. ניתן לשלב כמה כורים כדי להתאים לכושר הייצור של התהליך שלכם. ניתן להוסיף כורים בהמשך בעת הרחבת כושר הייצור. נשמח להמליץ על תצורת כורי הביודיזל המתאימה ביותר לתצורת המפעל שלכם ולכושר הייצור של התהליך שלכם.

כורים אולטרסוניים לייצור ביודיזל בקנה מידה קטן ובינוני

למערכות לייצור ביודיזל בקנה מידה קטן ובינוני, בעלות כושר ייצור של עד 9 טונות/שעה (2900 גלונים/שעה), Hielscher מציעה לכם את UIP500hdT (500 ואט), UIP1000hdT (1000 ואט), UIP1500hdT (1500 ואט) או UIP2000hdT (2000 ואט). ארבעת הכורים האולטרסוניים הללו להתקנה בקו הזרימה קומפקטיים מאוד וקלים לשילוב או להתקנה במערכות קיימות. הם בנויים לפעולה בעומס כבד בסביבות קשות. להלן תצורות כורים מומלצות למגוון קצבי ייצור.

	טונות/שעה	גלונים/שעה
1x UIP500hdT	0.25 עד 0.5	80 עד 160
1x UIP1000hdT	0.5 עד 1.0	160 עד 320
1x UIP1500hdT	0.75 עד 1.5	240 עד 480
1x UIP2000hdT	1.0 עד 2.0	320 עד 640
2x UIP1500hdT	1.5 עד 3.0	480 עד 960
2x UIP2000hdT	2.0 עד 4.0	640 עד 1280
4x UIP1500hdT	3.0 עד 6.0	960 עד 1920
4x UIP2000hdT	4 עד 8	1280 עד 2560

כורים אולטרסוניים לייצור ביודיזל בקנה מידה תעשייתי מלא

למפעלים תעשייתיים לייצור ביודיזל, Hielscher מציעה את UIP4000hdT (4000 ואט), UIP6000hdT (6000 ואט), UIP10000hdT (10,000 ואט) ואת UIP16000hdT (16,000 ואט). הומוגנייזרים אולטרסוניים אלה, המצוידים בכורים בקו הזרימה, מיועדים לייצור רציף של ביודיזל בספיקות זרימה גבוהות. כל ארבעת ההומוגנייזרים האולטרסוניים זמינים בארונות נירוסטה. ההתקנה האנכית דורשת שטח רצפה מזערי לצורך התקנה או שילוב במערכת קיימת. להלן תצורות מומלצות לקצבי עיבוד תעשייתיים טיפוסיים.

	טונות/שעה	גלונים/שעה
3x UIP4000hdT	6.0 עד 12.0	1920 עד 3840
5x UIP4000hdT	10.0 עד 20.0	3200 עד 6400
3x UIP10000hdT	15.0 עד 30.0	4800 עד 9600
3x UIP16000hdT	24.0 עד 48.0	7680 עד 15,360
5x UIP16000hdT	40.0 עד 80.0	12,800 עד 25,600

ערבוב אולטרסוני של שמן ומתנול בקו הזרימה

כורי ערבוב אולטרסוניים מחליפים בוחשים במכלים ומערבלי גזירה דינמיים אחרים. בדרך כלל, כורי הביודיזל האולטרסוניים מותקנים כדי לערבב שני זרמי הזנה: שמן ומתנול (עם זרז). לשם כך, תערובת שעברה ערבוב מקדים גס נשאבת דרך הכור האולטרסוני שבקו הזרימה, שבו הקוויטציה האולטרסונית מערבבת ומתחלבת את שני המגיבים בתוך 2 עד 10 שניות. זהו תהליך ערבוב בקו הזרימה. כאשר התערובת יוצאת מכור תא הזרימה, הגליצרין ייפרד בהשפעת כוח הכבידה בתוך פחות מ-60 דקות. לחלופין, ניתן להזין את התערובת שעברה סוניקציה לצנטריפוגה לאחר זמן תגובה של כמה דקות. הערבוב בקו הזרימה מפחית את מספר המכלים המשמשים בתהליך ואת נפחם בהשוואה לעיבוד מנתי קונבנציונלי. הדבר משפר את ניצול ההון.

תרשים תהליך המציג את תהליך ייצור הביודיזל במצב זרימה רציפה. אולטרסאונד יכול לשפר משמעותית את האסטריפיקציה ואת הטרנסאסטריפיקציה.

ניתן לבצע אסטריפיקציה וטרנסאסטריפיקציה אולטרסוניות בתהליך מנתי או בתהליך רציף בקו הזרימה. התרשים מציג את התהליך האולטרסוני בקו הזרימה לטרנסאסטריפיקציה לייצור ביודיזל (FAME).

צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!

נושאים קשורים

ספרות / מקורות

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.
Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrason Sonochem. 2010 Jun; 17(5): 839-44.
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.
Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
Hielscher Ultrasonics: Ultrasonic Mixing for Biodiesel Production

שאלות נפוצות

באילו חומרי גלם ניתן להשתמש לייצור ביודיזל?

חומרי הגלם לייצור ביודיזל כוללים שמנים צמחיים מזוקקים, שמנים שאינם ראויים למאכל, פסולת שמנים צמחיים, שמני בישול משומשים, שומני טיגון משומשים, שומנים מן החי כגון חֵלֶב ושמני דגים מסוימים, בתנאי שניתן להמיר את הטריגליצרידים או את חומצות השומן החופשיות שבהם לאסטרים של ביודיזל. סוניקציה מסייעת באמצעות הגברת הערבוב בין פאזת השמן לפאזת האלכוהול, שאינן מתערבבות זו בזו, וכך הופכת אפילו חומרי גלם באיכות נמוכה ובהרכב משתנה למתאימים יותר לטרנסאסטריפיקציה יעילה.

מהם האתגרים בשימוש בחומרי גלם באיכות נמוכה לטרנסאסטריפיקציה לייצור ביודיזל?

האתגרים העיקריים בשימוש בחומרי גלם באיכות נמוכה בטרנסאסטריפיקציה לייצור ביודיזל הם הרכב משתנה, זיהומים, תכולת מים, ליפידים שעברו פירוק, צמיגות גבוהה יותר והתנהגות פאזות מורכבת יותר. כל אלה עלולים להפחית את יעילות ההמרה, לעודד היווצרות סבון ולהאט את הפרדת הביודיזל מהגליצרול. סוניקציה מסייעת להתגבר על מגבלות אלה באמצעות שיפור מעבר החום והמסה באמצעות קוויטציה והאצת קינטיקת התגובה במערכות המכילות חומרי גלם קשים לעיבוד. גלו כיצד סוניקציה משפיעה לטובה על טרנסאסטריפיקציה של חומרי גלם באיכות נמוכה לביודיזל באיכות גבוהה!

מהם הגורמים העיקריים לעלויות בעיבוד ביודיזל?

הגורמים העיקריים לעלויות בעיבוד ביודיזל הם עלות חומרי הגלם, צריכת המתנול והזרז, דרישות האנרגיה, זמן התגובה, המאמץ הנדרש להפרדה ולטיהור והתפוקה הכוללת של המפעל, כאשר חומרי הגלם הם בדרך כלל מרכיב העלות הגדול ביותר. סוניקציה מסייעת להפחית את עלויות העיבוד באמצעות קיצור זמן התגובה, שיפור ההמרה והאצת הפרדת הפאזות, דבר שיכול להפחית את צריכת האנרגיה ולהגדיל את התפוקה. קראו עוד על ייצור ביודיזל חסכוני בעלויות ובאנרגיה באמצעות כורים אולטרסוניים!