अल्ट्रासोनिक रूप से बेहतर (ट्रांस-) एस्टेरिफिकेशन के माध्यम से बायोडीजल
बायोडीजल को आधार-उत्प्रेरक का उपयोग करके ट्रांसेस्टरिफिकेशन के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है। हालांकि, यदि उच्च मुक्त फैटी एसिड सामग्री के साथ निम्न ग्रेड अपशिष्ट सब्जी जैसे कच्चे माल का उपयोग किया जाता है, तो एसिड-कैटाटालिस्ट का उपयोग करके एस्टेरिफिकेशन के रासायनिक पूर्व-उपचार चरण की आवश्यकता होती है। अल्ट्रासोनिकेशन और इसके सोनोकेमिकल और सोनोमैकेनिकल प्रभाव दोनों प्रतिक्रिया प्रकारों में योगदान देते हैं और नाटकीय रूप से बायोडीजल रूपांतरण की दक्षता में वृद्धि करते हैं। अल्ट्रासोनिक बायोडीजल उत्पादन पारंपरिक बायोडीजल संश्लेषण की तुलना में काफी तेज है, परिणामस्वरूप उच्च बायोडीजल उपज और गुणवत्ता होती है और मेथनॉल और उत्प्रेरक जैसे अभिकर् थों को बचाता है।
पावर अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके बायोडीजल रूपांतरण
बायोडीजल के लिए, फैटी एसिड एस्टर वनस्पति तेलों के साथ-साथ पशु वसा (जैसे, टैलो) के ट्रांसस्टरिफिकेशन द्वारा उत्पादित किए जाते हैं। ट्रांसेस्टरिफिकेशन रिएक्शन के दौरान, ग्लिसरोल घटक को मेथनॉल जैसे एक और अल्कोहल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। मुफ्त फैटी एसिड की उच्च सामग्री के साथ फीडस्टॉक्स, जैसे अपशिष्ट वनस्पति तेल (डब्ल्यूवीओ) को साबुन गठन से बचने के लिए एसिड एस्टेरिफिकेशन के पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है। यह एसिड उत्प्रेरक प्रक्रिया एक बहुत धीमी प्रतिक्रिया है, जब पारंपरिक बैच विधि के रूप में किया जाता है। धीमी एस्टेरीफिकेशन प्रक्रिया को तेज करने के लिए समाधान पावर अल्ट्रासाउंड का आवेदन है। सोनीशन प्रतिक्रिया गति, रूपांतरण और बायोडीजल उपज में एक महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त करता है क्योंकि उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड के सोनोकेमिकल प्रभाव एसिड उत्प्रेरक को बढ़ावा देते हैं और तेज करते हैं। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन सोनोमैकेनिकल बलों, यानी उच्च कतरनी मिश्रण, साथ ही सोनोकेमिकल ऊर्जा प्रदान करता है। ये दोनों प्रकार के अल्ट्रासोनिक प्रभाव (सोनोमेचनिकल और सोनोकेमिकल) एसिड-उत्प्रेरक एस्टेरिफिकेशन को कम उत्प्रेरक की आवश्यकता वाली तेज प्रतिक्रिया में बदल देते हैं।
अल्ट्रासोनिक मिश्रण बायोडीजल रूपांतरण दर में सुधार करता है, उपज बढ़ाता है और अतिरिक्त मेथनॉल और उत्प्रेरक को बचाता है। तस्वीर 3x की स्थापना से पता चलता है UIP1000hdT (प्रत्येक 1kW अल्ट्रासाउंड पावर) इनलाइन प्रोसेसिंग के लिए।
सोनीशन का उपयोग करके बायोडीजल (फेम) में ट्राइग्लिसराइड्स का ट्रांसेस्टरिफिकेशन त्वरित प्रतिक्रिया और काफी उच्च दक्षता में परिणाम होता है।
अल्ट्रासोनिक बायोडीजल रूपांतरण कैसे काम करता है?
ट्रांसेस्टरिफिकेशन (जिसे कभी-कभी अल्कोहलिसिस भी कहा जाता है) में विभिन्न चरणों के बीच अल्ट्रासोनिकेशन और एस्टेरिफिकेशन मिश्रण की वृद्धि के साथ-साथ बढ़ी हुई गर्मी और बड़े पैमाने पर हस्तांतरण पर आधारित है। अल्ट्रासोनिक मिश्रण ध्वनिक कैविटेशन के सिद्धांत पर आधारित है, जो तरल में वैक्यूम बुलबुले को बिखरने के परिणामस्वरूप होता है। ध्वनिक कैविटेशन उच्च कतरनी बलों और अशांति, साथ ही बहुत उच्च दबाव और तापमान अंतर की विशेषता है। ये ताकतें ट्रांसेस्टरिफिकेशन/एस्टेरिफिकेशन की रासायनिक प्रतिक्रिया को बढ़ावा देती हैं और बड़े पैमाने पर और गर्मी हस्तांतरण को तेज कर देती हैं, जिससे बायोडीजल रूपांतरण की प्रतिक्रिया में काफी सुधार होता है ।
बायोडीजल रूपांतरण के दौरान अल्ट्रासोनिक्स का आवेदन वैज्ञानिक और औद्योगिक रूप से प्रक्रिया दक्षता में सुधार करने के लिए साबित हुआ है। प्रक्रिया दक्षता में सुधार को कम ऊर्जा खपत और परिचालन लागत, और शराब (यानी, मेथनॉल), कम उत्प्रेरक, और काफी छोटा प्रतिक्रिया समय के कम उपयोग के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। हीटिंग के लिए ऊर्जा लागत समाप्त हो जाती है क्योंकि बाहरी हीटिंग के लिए कोई आवश्यकता नहीं है। इसके अतिरिक्त, बायोडीजल और ग्लिसरोल के बीच चरण पृथक्करण एक छोटे चरण अलगाव समय के साथ सरल है। बायोडीजल उत्पादन में अल्ट्रासाउंड के वाणिज्यिक उपयोग के लिए एक महत्वपूर्ण कारक किसी भी मात्रा, विश्वसनीय और सुरक्षित संचालन के साथ-साथ अल्ट्रासोनिक उपकरणों (औद्योगिक मानक, पूर्ण भार के तहत लगातार 24/7/365 चलाने में सक्षम) की मजबूती और विश्वसनीयता के लिए सरल पैमाने पर है।
इनलाइन बायोडीजल एस्टरफिकेशन और ट्रांसेस्टरिफिकेशन के लिए फ्लो सेल के साथ अल्ट्रासोनिक औद्योगिक प्रणाली।
अल्ट्रासोनिक एस्टेरिफिकेशन और ट्रांसेस्टरिफिकेशन को बैच या लगातार इनलाइन प्रक्रिया के रूप में चलाया जा सकता है। चार्ट बायोडीजल (फेम) ट्रांसेस्टरफिकेशन के लिए अल्ट्रासोनिक इनलाइन प्रक्रिया को दिखाता है।
अल्ट्रासोनिक एस्टेरिफिकेशन और ट्रांसेस्टरिफिकेशन को बैच या लगातार इनलाइन प्रक्रिया के रूप में चलाया जा सकता है। यह चार्ट बायोडीजल रूपांतरण के लिए अल्ट्रासोनिक बैच प्रक्रिया को दिखाता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से असिस्टेड टू स्टेप बायोडीजल कन्वर्जन एप्लीकेशनिंग एसिड और बेस-उत्प्रेरक रिएक्शन स्टेप्स
एक उच्च FFA सामग्री के साथ फीडस्टॉक्स के लिए, बायोडीजल उत्पादन दो चरण की प्रक्रिया में एसिड या आधार-उत्प्रेरक प्रतिक्रिया के रूप में किया जाता है। अल्ट्रासाउंड दो दोनों प्रकार की प्रतिक्रियाओं का योगदान देता है, एसिड-उत्प्रेरक एस्टेरिफिकेशन के साथ-साथ आधार-उत्प्रेरक ट्रांसेस्टरिफिकेशन:
अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके एसिड-उत्प्रेरक एस्टेरिफिकेशन
फीडस्टॉक में मुफ्त फैटी एसिड की अधिकता का इलाज करने के लिए, एस्टेरिफिकेशन की प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। सल्फ्यूरिक एसिड आमतौर पर एसिड उत्प्रेरक के रूप में प्रयोग किया जाता है।
- संदूषकों और पानी से छानकर और परिष्कृत करके फीडस्टॉक तैयार करें।
- मेथनॉल में उत्प्रेरक, अर्थात् सल्फ्यूरिक एसिड को भंग करें। क्रूड प्री-मिक्स प्राप्त करने के लिए हीट एक्सचेंजर और एक स्थिर मिक्सर के माध्यम से उत्प्रेरक/मेथनॉल और फीडस्टॉक की फीड स्ट्रीम।
- उत्प्रेरक और फीडस्टॉक का प्री-मिक्स सीधे अल्ट्रासोनिक रिएक्शन चैंबर में जाता है, जहां अल्ट्रा-फाइन मिक्सिंग और सोनोकेमिस्ट्री प्रभावी होती है और फ्री फैटी एसिड बायोडीजल में बदल जाते हैं ।
- अंत में, उत्पाद को पानी दें और इसे दूसरे चरण में खिलाएं - अल्ट्रासोनिक ट्रांसेस्टरिफिकेशन। अम्लीय गीला मेथनॉल वसूली, सुखाने और पुन: उपयोग के लिए तैयार तटस्थीकरण के बाद है।
- फीडस्टॉक्स युक्त बहुत उच्च एफएफए के लिए, ट्रांसेस्ट्रिफिकेशन चरण से पहले एफएफए को उचित स्तर तक कम करने के लिए एक रिसर्चर सेटअप की आवश्यकता होती है।
एसिड उत्प्रेरक का उपयोग करके एस्टेरिफिकेशन रिएक्शन:
FFA + शराब → एस्टर + पानी
अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके बेस-उत्प्रेरक ट्रांसेस्टरिफिकेशन
फीडस्टॉक, जिसमें अब केवल छोटी मात्रा में एफएफा है, सीधे ट्रांसेस्टरिफिकेशन चरण में खिलाया जा सकता है। सबसे अधिक सोडियम हाइड्रोक्साइड या पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (नाओएच, कोह) का उपयोग बेस उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
- मेथनॉल में उत्प्रेरक अर्थात पोटेशियम हाइड्रोक्साइड को भंग करें और कच्चे तेल के पूर्व मिश्रण को प्राप्त करने के लिए एक स्थिर मिक्सर के माध्यम से उत्प्रेरक/मेथनॉल और प्रीट्रीट फीडस्टॉक की धाराओं को खिलाएं ।
- कैविटेशनल हाई-कतरनी मिश्रण और सोनोकेमिकल उपचार के लिए सीधे अल्ट्रासोनिक रिएक्शन चैंबर में प्री-मिक्स खिलाएं। इस रिएक्शन के प्रोडक्ट्स एल्किल एस्टर (यानी बायोडीजल) और ग्लिसरीन हैं। ग्लिसरीन को निपटाने या अपकेंद्रित्र द्वारा अलग किया जा सकता है।
- अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पादित बायोडीजल उच्च गुणवत्ता का है और मेथनॉल और उत्प्रेरक को बचाकर तेज, ऊर्जा कुशल और लागत कुशल निर्मित है।
आधार उत्प्रेरक का उपयोग करके ट्रांसेस्टरिफिकेशन रिएक्शन:
तेल/ वसा + अल्कोहल → बायोडीजल + ग्लिसरोल
मेथनॉल का उपयोग करें & मेथनॉल रिकवरी
बायोडीजल उत्पादन के दौरान मेथनॉल एक प्रमुख घटक है। अल्ट्रासोनिक रूप से संचालित बायोडीजल रूपांतरण मेथनॉल के काफी कम उपयोग के लिए अनुमति देता है। यदि आप अब सोच रहे हैं "मैं अपने मेथनॉल उपयोग के बारे में परवाह नहीं है, क्योंकि मैं इसे वैसे भी ठीक", तुम फिर से लगता है और अत्यधिक उच्च ऊर्जा लागत है कि वाष्पीकरण कदम के लिए लागू पर विचार कर सकते है (जैसे एक आसवन कॉलम का उपयोग कर), जो अलग करने के लिए आवश्यक है और मेथनॉल रीसायकल ।
मेथनॉल को आमतौर पर बायोडीजल और ग्लिसरीन को दो परतों में अलग करने के बाद हटा दिया जाता है, जिससे प्रतिक्रिया पलटने को रोका जा सके। मेथनॉल को तब साफ किया जाता है और प्रक्रिया की शुरुआत में वापस पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। अल्ट्रासोनिक रूप से संचालित एस्टेस्ट्रिफिकेशन और ट्रांसेस्टरिफिकेशन के माध्यम से बायोडीजल का उत्पादन, आप अपने मेथनॉल उपयोग को नाटकीय रूप से कम करने में सक्षम हैं, जिससे मेथनॉल वसूली के लिए अत्यधिक उच्च ऊर्जा व्यय कम हो जाता है। हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक रिएक्टरों का उपयोग आवश्यक मात्रा अतिरिक्त मेथनॉल को 50% तक कम कर देता है। 1:4 या 1:4.5 (तेल: मेथनॉल) के बीच एक मोलर अनुपात सबसे फीडस्टॉक के लिए पर्याप्त है, जब Hielscher अल्ट्रासोनिक मिश्रण का उपयोग करते हैं।
अल्ट्रासोनिक एस्टेरिफिकेशन एक प्रीट्रीटमेंट स्टेप है, जिसने एफएफए में लो-ग्रेड फीडस्टॉक को एस्टर में कम कर दिया। अल्ट्रासोनिक ट्रांसेस्टरिफिकेशन के दूसरे चरण में ट्राइग्लिसराइड्स को बायोडीजल (फेम) में बदल दिया जाता है।
अल्ट्रासोनिक बढ़ी हुई बायोडीजल रूपांतरण दक्षता – वैज्ञानिक रूप से सिद्ध
कई शोधकर्ता समूह ने बायोडीजल के अल्ट्रासोनिक ट्रांसेस्टरिफिकेशन के तंत्र और प्रभावों की जांच की है। उदाहरण के लिए, सेबायन डार्विन की शोध टीम ने दिखा दिया कि अल्ट्रासोनिक कैविटेशन ने रासायनिक गतिविधि और प्रतिक्रिया दर में वृद्धि की जिसके परिणामस्वरूप एस्टर गठन में काफी वृद्धि हुई। अल्ट्रासोनिक तकनीक ने ट्रांसेस्टरिफिकेशन रिएक्शन टाइम को 5 मिनट तक कम कर दिया – यांत्रिक सरगर्मी प्रसंस्करण के लिए 2 घंटे की तुलना में। अल्ट्रासोनिकेशन के तहत फेम में ट्राइग्लिसराइड (टीजी) का रूपांतरण 6:1 और 1% डब्ल्यूटी सोडियम हाइड्रोक्साइड के तेल मोलर अनुपात में मेथनॉल के साथ 95.6929% wt प्राप्त किया। (cf. डार्विन एट अल 2010)
बायोडीजल प्रोसेसिंग के लिए मिड-साइज और बड़े पैमाने पर अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher Ultrasonics’ किसी भी मात्रा में बायोडीजल के कुशल उत्पादन के लिए छोटे से मध्य आकार के साथ-साथ बड़े पैमाने पर औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर की आपूर्ति करता है। किसी भी पैमाने पर अल्ट्रासोनिक सिस्टम की पेशकश करते हुए, Hielscher छोटे उत्पादकों और बड़ी कंपनियों दोनों के लिए आदर्श समाधान की पेशकश कर सकता है। अल्ट्रासोनिक बायोडीजल रूपांतरण को बैच के रूप में या निरंतर इनलाइन प्रक्रिया के रूप में संचालित किया जा सकता है। स्थापना और संचालन सरल, सुरक्षित है और बेहतर बायोडीजल गुणवत्ता के मज़बूती से उच्च आउटपुट देता है।
नीचे आपको उत्पादन दरों की एक श्रृंखला के लिए अनुशंसित रिएक्टर सेटअप मिलेगा।
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टन / घंटा
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gal / घंटा
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|---|---|---|
| 1x UIP500hdT |
0.25 करने के लिए 0.5
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80 करने के लिए 160
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| 1x UIP1000hdT |
0.5 करने के लिए 1.0
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160 करने के लिए 320
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| 1x UIP1500hdT |
0.75 करने के लिए 1.5
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240 करने के लिए 480
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| 2x UIP1000hdT |
1.0 करने के लिए 2.0
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320 करने के लिए 640
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| 2x UIP1500hdT |
1.5 करने के लिए 3.0
|
480 करने के लिए 960
|
| 4x UIP1500hdT |
3.0 करने के लिए 6.0
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960 करने के लिए 1920
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| 6x UIP1500hdT |
4.5 करने के लिए 9.0
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1440 करने के लिए 2880
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।
साहित्य/संदर्भ
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जानने के योग्य तथ्य
बायोडीजल उत्पादन
बायोडीजल का उत्पादन तब किया जाता है जब ट्राइजिएसराइड्स को ट्रांसेस्टरिफिकेशन के रूप में जाना जाने वाला रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से मुफ्त फैटी मिथाइल एस्टर (फेम) में परिवर्तित किया जाता है। ट्रांसेस्टरिफिकेशन की प्रतिक्रिया के दौरान, वनस्पति तेलों या पशु वसा में ट्राइग्लकेराइड प्राथमिक अल्कोहल (जैसे, मेथनॉल) के साथ उत्प्रेरक (जैसे, पोटेशियम हाइड्रोक्साइड या सोडियम हाइड्रोक्साइड) की उपस्थिति में प्रतिक्रिया करते हैं। इस रिएक्शन में एल्किल एस्टर वेजिटेबल ऑयल या एनिमल फैट के फीडस्टॉक से बनते हैं। ट्राइग्लिसराइड्स ग्लाइसेराइड्स होते हैं, जिसमें ग्लाइसेरॉल को लॉन्ग चेन एसिड से स्टरफाइड किया जाता है, जिसे फैटी एसिड के नाम से जाना जाता है। ये फैटी एसिड वनस्पति तेल और जानवरों की वसा में प्रचुर मात्रा में मौजूद होते हैं। चूंकि बायोडीजल का उत्पादन विभिन्न विभिन्न फीडस्टॉक्स जैसे कुंवारी वनस्पति तेलों, अपशिष्ट वनस्पति तेलों, उपयोग किए जाने वाले फ्राइंग तेलों, टैलो और लार्ड जैसे पशु वसा से किया जा सकता है, इसलिए मुफ्त फैटी एसिड (एफएएफए) की मात्रा भारी भिन्न हो सकती है। ट्राइग्लिसराइड्स के मुफ्त फैटी एसिड का प्रतिशत एक महत्वपूर्ण कारक है जो बायोडीजल उत्पादन प्रक्रिया और परिणामी बायोडीजल गुणवत्ता को काफी प्रभावित करता है। मुफ्त फैटी एसिड की एक उच्च मात्रा रूपांतरण प्रक्रिया में हस्तक्षेप कर सकती है और अंतिम बायोडीजल गुणवत्ता को खराब कर सकती है। मुख्य समस्या यह है कि मुफ्त फैटी एसिड (एफएएफए) क्षार उत्प्रेरक के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जिसके परिणामस्वरूप साबुन का निर्माण होता है। साबुन गठन बाद में ग्लिसरोल पृथक्करण समस्याओं का कारण बनता है। इसलिए, एफएफए की उच्च मात्रा वाले फीडस्टॉक्स को ज्यादातर प्रीट्रीटमेंट (तथाकथित एस्टेरिफिकेशन रिएक्शन) की आवश्यकता होती है, जिसके दौरान एफएफए एस्टर में बदल जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन प्रतिक्रियाओं, ट्रांसेस्टरिफिकेशन और एस्टेरीफिकेशन दोनों को बढ़ावा देता है।
एस्टेरीफिकेशन की रासायनिक प्रतिक्रिया
एस्टेरिटिफिकेशन एक एस्टर (आरसीकूर) और पानी बनाने के लिए अल्कोहल (आरओएच) के साथ एक कार्बनिक एसिड (RCOOH) के संयोजन की प्रक्रिया है।
अम्लीय एस्टेरिफिकेशन में मेथनॉल का उपयोग
जब फीडस्टॉक में एफएएफए को कम करने के लिए एसिड एस्टेरीफिकेशन का उपयोग किया जाता है, तो तत्काल ऊर्जा आवश्यकताएं अपेक्षाकृत कम होती हैं। हालांकि, पानी एस्टेरिफिकेशन रिएक्शन के दौरान बनाया जाता है – गीला, अम्लीय मेथनॉल बनाना, जिसे निष्प्रभावी, सूखा और बरामद किया जाना चाहिए। यह मेथनॉल रिकवरी प्रक्रिया महंगी है।
यदि शुरू होने वाले फीडस्टॉक्स में एफएफा के 20 से 40% या उससे भी अधिक प्रतिशत होते हैं, तो उन्हें स्वीकार्य स्तर तक लाने के लिए कई कदम आवश्यक हो सकते हैं। इसका मतलब है, और भी अम्लीय, गीला मेथनॉल बनाया जाता है। अम्लीय मेथनॉल को बेअसर करने के बाद, सुखाने के लिए महत्वपूर्ण भाटा दरों के साथ बहुमंचीय आसवन की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप बहुत अधिक ऊर्जा उपयोग होती है।
हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजर्स से बनाती है प्रयोगशाला सेवा मेरे औद्योगिक आकार।