Biodízel előállítása elhasznált kávézaccból kivont olajból
A fenntartható és megújuló energiaforrások felkutatására irányuló globális erőfeszítések fokozódásával a biodízel hulladékanyagokból történő előállítása jelentős figyelmet kapott. Ezen anyagok közül az elhasznált kávézacc (SCG) ígéretes lehetőséget jelent. A szonikálás fokozza mind az olajok kivonását a kávéhulladékból, mind ezen olajok biodízellé történő átészterezését.
Fenntartható biodízel átalakítás hulladékból szonikálással
A hulladékolajokból, például a kiégett kávédarált olajokból történő fenntartható biodízel-előállítás ígéretes alternatívát jelent a hagyományos fosszilis tüzelőanyagokkal szemben, mivel mind az energiaigényt, mind a hulladékgazdálkodást kielégíti. Sonication egy jól bevált, tudományosan bizonyított módszer az olajkitermelés fokozására a növényekből, valamint a biodízel átalakítási folyamat. A szonikálás megkönnyíti a gyorsabb átészterezési reakciókat azáltal, hogy lokalizált nagy energiájú zónákat hoz létre akusztikus kavitáció révén, fokozza az olaj és az alkohol közötti érintkezést, és csökkenti a magas hőmérséklet és a hosszú reakcióidő szükségességét.
Az ultrahangos reaktor UIP16000hdT kb. 32 MMGY biodízelt állít elő.
A hulladékolajok, például a használt kávézacc alapanyagként történő felhasználása tovább járul hozzá a fenntarthatósághoz azáltal, hogy a szerves hulladékot eltereli a hulladéklerakókból és minimalizálja a szűz növényi olajoktól való függőséget. Ez a megközelítés csökkenti a környezeti hatásokat és fokozza a biodízelgyártás gazdasági életképességét. Ezenkívül az ultrahangos kezelés és a hulladékolaj felhasználásának kombinációja magasabb hozamokhoz és hatékonyabb biodízel-termeléshez vezethet, támogatva a megújuló energiaforrásokra való globális átállást.
Ultrahangos olajkivonás a használt kávézaccból
Az olaj kinyerése az elhasznált kávézaccból kulcsfontosságú lépés a biodízel előállítási folyamatában. A használt kávézacc körülbelül 10-20 tömegszázalék olajat tartalmaz, a kávébab típusától és az extrakciós módszertől függően. Az olaj hatékony kivonásához oldószerként általában N-hexánt használnak, de kőolaj-éter, vízmentes etanol, vízmentes etanol vagy metanol is használható.
- Az elhasznált kávézacc szárítása: Az olajkivonás előtt az elhasznált kávézaccot alaposan meg kell szárítani a nedvességtartalom csökkentése érdekében, ami gátolhatja az oldószer hatékonyságát.
- Ultrahangos oldószeres extrakció: A szárított elhasznált kávézaccot N-hexánnal keverik össze egy reaktorban, ahol az olajat feloldják az oldószerben. A szonda típusú szonda szonda szonda jelentősen növeli az extrahált olajok hozamát. További információ az olajok ultrahangos extrakciójáról.
- Különélés: Az elegyet ezután szűrjük, hogy elválasszuk az elhasznált kávézaccot az N-hexánolaj-oldattól.
- Oldószer visszanyerése: Végül az oldószert elpárologtatják vagy desztillálják, hátrahagyva az extrahált kávéolajat, amely készen áll a biodízel átalakítására.
Ultrahanggal segített olajkivonás és biodízel átészterezés
Az elhasznált kávézacc (SCG) értékes összetevőkben gazdag, beleértve a 15–20% olajat, amelynek profilja hasonló a növényi olajokéhoz. Az SCG-ből kivont olaj különböző zsírsavakat tartalmaz, például linolsavat, olajsavat, linolénsavat és telített zsírsavakat. A kávéhulladék biodízelből ASTM szabvány szerinti biodízel készíthető. A petroléter, a hexán, a vízmentes etanol, a vízmentes etanol vagy a metanol megfelelő oldószerek.
Míg a hagyományos oldószeres extrakció hatékony, az ultrahanggal segített extrakció nagymértékben növeli az olajkinyerés hatékonyságát az elhasznált kávézaccból. A szonikálás nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahanghullámokat használ kavitáció létrehozására - magas nyomású és hőmérsékletű lokalizált zónák -, amelyek javítják az oldószer diffúzióját az elhasznált kávézaccba, lebontják a sejtfalakat és lehetővé teszik a nagyobb olajkibocsátást.
Sőt, az ultrahanggal segített átészterezés szintén kulcsszerepet játszik az extrahált kávéolaj biodízellé alakításában. A hagyományos átészterezési eljárás, amely magában foglalja az olajok vagy zsírok alkohollal való reakcióját katalizátor jelenlétében, időigényes és kevésbé hatékony lehet a tömeggyártás során. A szonikálás felgyorsítja ezt a folyamatot azáltal, hogy javítja az olaj, az alkohol és a katalizátor közötti kölcsönhatást, ami gyorsabb reakcióidőket és magasabb biodízelhozamot eredményez.
UIP1000hdT ultrahangos reaktor a zőrölt kávéból kivont olajok biodízel-átalakításának javítására. A szonikálás elősegíti a kávéolaj extrakcióját és ezen olajok biodízellé történő átészterezését.
Lifka és Ondruschka összehasonlító tanulmánya (2004) bemutatja az ultrahangos keverés kiváló energiahatékonyságát a mechanikus keveréssel szemben. Thos teszi sonicators az előnyben részesített keverési módszer a biodízel előállításához.
A Hielscher szonda típusú szonda előnyei az olajkitermeléshez és a biodízelgyártáshoz
- Fokozott olajkitermelési hatékonyság: A Hielscher szonikátorok jelentősen javítják az olajhozamot az extrakciós folyamat során. Az elhasznált kávézacc sejtszerkezetének megzavarásával ezek az ultrahangos készülékek lehetővé teszik az olaj teljesebb felszabadulását az oldószerbe, minimalizálva a biomasszában maradt maradék olajat.
- Gyorsított átészterezés: A Hielscher szonikátorok által generált ultrahangos kavitáció felgyorsítja az átészterezési reakciót a reagensek keverésének fokozásával. Ez csökkenti a reakcióidőt és növeli a biodízel hozamot, így a folyamat idő- és költséghatékonyabb lesz.
- Jobb biodízel minőség: A Hielscher ultrahangos szondák által előállított egységes kavitáció biztosítja a trigliceridek biodízellé történő következetes és teljes átalakítását. Ez jobb minőségű biodízelt eredményez, kevesebb szennyeződéssel és jobb üzemanyag-tulajdonságokkal, beleértve az alacsonyabb felhősödési pontot és a nagyobb oxidatív stabilitást.
- Energiahatékonyság: Ellentétben a hagyományos mechanikai módszerekkel, amelyek hosszabb feldolgozási időt és nagyobb energiabevitelt igényelnek, a Hielscher ultrahangos technológiája alacsonyabb energiaszinten működik, miközben kiváló eredményeket nyújt. Ez fenntarthatóbbá és környezetbarátabbá teszi az ultrahangos biodízelgyártást.
- Méretezhetőség: A Hielscher ultrahangos berendezéseket biztosít, amelyek méretezhetők különböző termelési kapacitásokhoz, a kis laboratóriumi beállításoktól az ipari méretű biodízel-előállító üzemekig. Ez a rugalmasság lehetővé teszi a gyártók számára, hogy optimalizálják folyamataikat és elérjék a maximális termelékenységet.
Biodízel előállítása különböző guanidinok (3% mol) katalizátorként történő felhasználásával. A) Mechanikus keverőreaktor: (metil-alkohol:repceolaj) 4:1, hőmérséklet 65 °C; (B) Ultrahang szakaszos reaktor: UP200St, (metanol: repceolaj) 4: 1, 60% US amplitúdó, hőmérséklet 35 ° C. Az ultrahang által vezérelt keverés messze felülmúlja a mechanikus keverést.
(Tanulmány és grafikonok: Shinde és Kaliaguine, 2019)
- nagy hatékonyság
- A legkorszerűbb technológia
- megbízhatóság & Erőteljesség
- állítható, precíz folyamatvezérlés
- halom & Inline
- bármely kötethez
- intelligens szoftver
- intelligens funkciók (pl. programozható, adatprotokoll, távirányító)
- könnyen és biztonságosan kezelhető
- Alacsony karbantartási igény
- CIP (helyben tisztítható)
Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség
A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.
Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.
Szerezzen műszaki részleteket és árajánlatot egy Hielscher biodízel reaktorra!
A biodízel előállítása a használt kávézaccból kinyert olajból fenntartható és innovatív megoldást jelent mind a hulladékgazdálkodás, mind a megújuló energiatermelés szempontjából. Az N-hexán olajkivonás, az ultrahanggal segített feldolgozás és a kétlépcsős sav-bázis katalizált átészterezési folyamat kombinációja maximalizálja az olajvisszanyerést és növeli a biodízel hozamát.
A Hielscher szonda típusú szonda szonda szonda kritikus szerepet játszik mind az olajkitermelés, mind a biodízel átészterezés optimalizálásában. Kiváló technológiájuk nagyobb hatékonyságot, gyorsabb feldolgozást és jobb minőséget biztosít, így kiváló választás a biodízelgyártók számára, akik működésük fenntarthatóságára és költséghatékonyságára törekszenek.
Egy olyan korban, amikor a megújuló energia iránti kereslet folyamatosan növekszik, a hulladékanyagok, például az elhasznált kávézacc kihasználása nemcsak a környezet megőrzéséhez járul hozzá, hanem támogatja a körforgásos gazdaságot is azáltal, hogy a hulladékot értékes energiaforrásokká alakítja.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 0.5-től 1,5 ml-ig | n.a. | VialMagassugárzó |
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
A szonikációt az olajok kinyerésére használják az elhasznált kávézaccból.
Gyakran Ismételt Kérdések
Mi az a kávéolaj?
A kávéolaj lipidekben gazdag kivonat, amely kávébabból vagy elhasznált kávézaccból származik, és trigliceridek, szabad zsírsavak és más bioaktív vegyületek keverékét tartalmazza. Elsősorban telítetlen zsírsavakból, például linolsavból és olajsavból, valamint kisebb mennyiségű telített zsírsavból, például palmitinsavból áll. A kávéolajat a biodízelgyártásban, a kozmetikumokban és az élelmiszeriparban rejlő potenciálja miatt értékelik magas zsírsavtartalma és antioxidáns tulajdonságai miatt. Az extrakciós folyamat jellemzően mechanikus préselést vagy oldószeres extrakciót foglal magában, ahol az elhasznált kávézacc bőséges és fenntartható forrás. Az ultrahangos extrakció kiváló hozamot biztosít a kávéolajoknak.
Mire használják a kávéolajat?
A kávéolajat különböző iparágakban használják, beleértve a kozmetikumokat, a gyógyszereket és a biodízelgyártást. A kozmetikumokban hidratáló és antioxidáns tulajdonságai miatt értékelik, így a bőr- és hajápolási termékek gyakori összetevője. A gyógyszeriparban a kávéolajat gyulladáscsökkentő és antimikrobiális tulajdonságai miatt tanulmányozzák. Ezenkívül magas lipidtartalmának köszönhetően a kávéolaj ígéretes alapanyag a biodízelgyártáshoz, amely fenntartható alternatívát kínál a hagyományos üzemanyagokkal szemben olyan hulladékanyagok felhasználásával, mint a használt kávézacc.
Fenntartható a kávéolaj?
Igen, a kávéolaj fenntarthatónak tekinthető, különösen akkor, ha a kávéipar gyakori hulladékterméke, amely a kávéipar gyakori hulladéka. Az elhasznált kávézacc olajkitermelésre való felhasználása elősegíti a hulladék hasznosítását azáltal, hogy a bőséges, kevéssé hasznosított mellékterméket értékes erőforrássá alakítja, csökkentve a környezeti hatásokat és a szűz növényi olajoktól való függőséget. Ez a folyamat hozzájárul a körforgásos gazdasághoz azáltal, hogy minimalizálja a hulladékot, és alternatív alapanyagot biztosít az olyan iparágak számára, mint a biodízelgyártás és a kozmetikumok. Ezenkívül a hulladék kávézacc felhasználása segít csökkenteni a hagyományos olajtermelési módszerekhez kapcsolódó szénlábnyomot, tovább javítva fenntarthatósági profilját.
Az ultrahangos kávéolaj extrakció skálázható?
Az ultrahangos kávéolaj extrakció skálázható, különösen a fejlett ultrahangos átfolyó reaktorok használatával, mint például a Hielscher Ultrasonics által tervezettek. Ezeket a reaktorokat úgy tervezték, hogy kezeljék a folyamatos feldolgozást ipari méretekben, leküzdve az ultrahangos kezelés növelésével kapcsolatos számos kihívást. Azáltal, hogy lehetővé teszik az anyagok folyamatos áramlását a reaktoron keresztül, biztosítják az egyenletes kavitációt és a hatékony energiaátadást, ami javítja az olajhozamot és a kitermelés hatékonyságát. Az átfolyó kialakítás lehetővé teszi a feldolgozási paraméterek, például a hőmérséklet és az energiabevitel jobb szabályozását, így energiahatékonyabb és költséghatékonyabb, mint a hagyományos kötegelt szonikálás. Ezekkel a technológiai újításokkal a kávéolaj ultrahangos extrakciója ipari szintre méretezhető, miközben fenntartja a gyorsabb feldolgozási idő, a magasabb hozamok és a csökkentett energiafogyasztás előnyeit, így életképes és fenntartható lehetőség a nagyszabású alkalmazásokhoz.
Hogyan javul a biodízel-termelés a szonikálással?
A szonikálás javítja a biodízel előállítását azáltal, hogy fokozza az átészterezési folyamatot nagyfrekvenciás ultrahangos hullámok használatával. Ezek a hullámok kavitációt generálnak, amely lokalizált magas hőmérsékletű és nagynyomású körülményeket teremt, hatékonyabban lebontja az olajmolekulákat és javítja a reagensek keverését. Ez növeli az olaj és az alkohol közötti érintkezési területet, ami gyorsabb reakciósebességet, rövidebb reakcióidőt és magasabb biodízelhozamot eredményez. Továbbá, szonikálás csökkentheti a felesleges katalizátorok szükségességét és csökkentheti az energiafogyasztást azáltal, hogy lehetővé teszi a reakciók alacsonyabb hőmérsékleten történő előfordulását. Összességében növeli a hatékonyságot, csökkenti a költségeket és támogatja a fenntarthatóbb biodízel-termelést.
Az ultrahangos biodízelgyártás skálázható?
Igen, az ultrahangos kezelés skálázható, de skálázhatósága bizonyos előfeltételeket igényel. Míg az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony kötegelt üzemmódban laboratóriumi és kis léptékű szinten a biodízel előállításához, az ipari szintekig terjedő skálán az ultrahangos inline reaktorok használata ajánlott. A Hielscher ultrahangos átfolyó reaktorok egyenletes kavitációt érnek el, és a nagy reaktorok keverése nehéz lehet, ami következetes biodízel-hozamokhoz, jobb reakcióhatékonysághoz és csökkentett feldolgozási időhöz vezet. A fejlett ultrahangos reaktor kialakítása és az energiahatékonyság kritikus fontosságú ahhoz, hogy az ultrahangos kezelés megvalósíthatóbbá és költséghatékonyabbá váljon ipari méretekben.
Irodalom / Hivatkozások
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- 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.
- 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. Ultrasonics Sonochemistry 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.
Naeem, Marwa; Al-Sakkari, Eslam; Boffito, D; Rene, Eldon; Gadalla, Mamdouh; Ashour, Fatma (2023): Single-stage waste oil conversion into biodiesel via sonication over bio-based bifunctional catalyst: Optimization, preliminary techno-economic and environmental analysis. Fuel, 2023.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.