Biodízelgyártás & biodízel átalakítás
Amikor biodízelt gyárt, a lassú reakciókinetika és a gyenge tömegátadás csökkenti a biodízelüzem kapacitását, valamint a biodízel hozamát és minőségét. A Hielscher ultrahangos reaktorok jelentősen javítják az átészterezési kinetikát. Ezért a biodízel feldolgozásához kevesebb felesleges metanolra és kevesebb katalizátorra van szükség.
A biodízelt általában szakaszos reaktorokban állítják elő, energiabevitelként hőt és mechanikai keverést használva. Az ultrahangos kavitációs keverés hatékony alternatíva a jobb keverés eléréséhez a kereskedelmi biodízel-feldolgozásban. Az ultrahangos kavitáció biztosítja a szükséges aktiválási energiát az ipari biodízel átészterezéshez.
Az ultrahangos keverés javítja a biodízel konverziós sebességét, növeli a hozamot és megtakarítja a felesleges metanolt és katalizátort.
A biodízel ultrahanggal javított átészterezése
A biodízelgyártás jellemzően az átészterezésnek nevezett kémiai reakciót foglalja magában, amelynek során egy triglicerid (például növényi olaj, állati zsír, használt sütőolaj) katalizátor jelenlétében alkohollal (például metanollal) reagálva biodízelt (zsírsav-metilésztereket) és glicerint állít elő. Az ultrahangos reaktorok többféleképpen is felhasználhatók az átészterezési folyamat fokozására, ami számos előnnyel jár:
- Továbbfejlesztett keverés: Az ultrahangos hullámok kavitációs buborékokat hozhatnak létre, amelyek hevesen összeomlanak, ami a reakcióelegy intenzív keverését és keverését okozza. Ez jobb érintkezést eredményez a reagensek és a katalizátor között, ami gyorsabb és teljesebb átészterezést eredményez.
- Gyorsított reakciókinetika: Az ultrahangos hullámok által generált nagy energiájú körülmények aktiválhatják a reakciót, növelve a reakciósebességet és csökkentve az adott konverziós szint eléréséhez szükséges reakcióidőt. Ez magasabb hozamot és alacsonyabb költségeket eredményezhet.
- Csökkentett katalizátorhasználat: Az ultrahangos reaktorok javíthatják a katalizátor használatának hatékonyságát azáltal, hogy aktívabb helyeket biztosítanak a reakcióhoz. Ez azt jelenti, hogy kevesebb katalizátorra van szükség az azonos szintű átalakítás eléréséhez, csökkentve a költségeket és a környezeti hatást.
- Jobb termékminőség: Az ultrahangos reaktorok alacsonyabb szabad zsírsavtartalommal, nagyobb tisztasággal és jobb hideg áramlási tulajdonságokkal rendelkező biodízelt állíthatnak elő. Ennek oka a jobb keverés és a gyorsabb reakciókinetika, amely minimalizálja a nem kívánt melléktermékek és szennyeződések képződését.
Az ultrahangos biodízel-feldolgozás ezen előnyei rendkívül gazdaságossá teszik az ultrahangos reaktor beállítását, mivel az ultrahangos reaktorok használata jelentősen javítja a biodízel átészterezés hatékonyságát, sebességét és minőségét. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos kezelés az átészterezést gazdaságilag és környezetileg fenntarthatóbb folyamattá alakítja.
A hagyományos biodízel keverés problémái: A kötegelt feldolgozás során a hagyományos észterezési reakció általában lassú, és a glicerin fázisszétválasztása időigényes, gyakran 5 órát vagy többet vesz igénybe.
Az ultrahangos reaktorok segítenek felgyorsítani a biodízel folyamatát, és ezzel egyidejűleg növelni a biodízel hozamát és minőségét alacsonyabb feldolgozási költségek mellett!
Ipari minőségű ultrahangos UIP2000hdT FC2T500k áramlási cellával inline biodízel-észterezéshez és átészterezéshez.
Az ultrahangos biodízel átészterezés előnyei
- Magasabb biodízelhozam a jobb keverésnek köszönhetően
- Jobb minőségű biodízel
- Használjon még a legszegényebb olajat is alapanyagként
- Folyamatos gyártósori feldolgozás
- Kevesebb metanol
- Kevesebb katalizátor
- Időmegtakarítás a nagy sebességű átalakításnak köszönhetően
- Energiatakarékosság
- egyszerű és biztonságos kezelés
- Robusztusság és alacsony karbantartási igény
- Nagy teljesítmény: 24/7 működés teljes terhelés mellett
"Nagyon elégedettek vagyunk a Hielscher berendezéseivel és szolgáltatásával, és minden szándékunk az, hogy a Hielscher ultrahangos technológiát minden jövőbeli törekvésünkbe belefoglaljuk."
Todd Stephens, Tulsa bioüzemanyagok
Ultrahangos biodízel gyártáshoz
A biodízelt gyakran szakaszos reaktorokban állítják elő. Az ultrahangos biodízel átalakítás lehetővé teszi a folyamatos inline feldolgozást. Az ultrahangos kezelés elérheti a biodízel hozamot, amely meghaladja a 99% -ot. Az ultrahangos reaktorok csökkentik a feldolgozási időt a hagyományos 1-4 órás kötegelt feldolgozásról kevesebb, mint 30 másodpercre. Ennél is fontosabb, hogy az ultrahangos kezelés csökkenti az elválasztási időt 5-10 óra (hagyományos keveréssel) kevesebb, mint 60 percre. Az ultrahangos kezelés segít csökkenteni a szükséges katalizátor mennyiségét akár 50% -kal a kavitáció jelenlétében megnövekedett kémiai aktivitás miatt. Ultrahangos kezelés esetén a szükséges felesleges metanol mennyisége is csökken. Egy másik előny a glicerin tisztaságának növekedése.
Ultrahangos biodízel gyártás lépésről lépésre:
- a növényi olajat vagy állati zsírt metanollal (amely metil-észtereket állít elő) vagy etanollal (etil-észterek esetében) és nátrium- vagy kálium-metoxiddal vagy -hidroxiddal keverik
- a keveréket felmelegítik, pl. 45 és 65 ° C közötti hőmérsékletre
- A fűtött keveréket 5-15 másodpercig ultrahanggal kezelik
- A glicerin kicsepp vagy centrifugákkal elválik
- Az átalakított biodízelt vízzel mossuk
Leggyakrabban az ultrahangos kezelést magas nyomáson (1-3bar, mérőnyomás) végezzük egy adagolószivattyú és egy állítható ellennyomásszelep segítségével az áramlási cella mellett.
Az ipari biodízel átalakítása nem igényel sok ultrahangos energiát. A tényleges energiaszükséglet asztali skálán határozható meg pl. egy 1kW ultrahangos processzorral, például az UIP1000hdT-vel. Az ilyen asztali vizsgálatok összes eredménye lineárisan és problémamentesen felskálázható. Szükség esetén ATEX-tanúsítvánnyal rendelkező ultrahangos készülékek állnak rendelkezésre, mint például a UIP1000-Exd.
A Hielscher ipari ultrahangos biodízel-feldolgozó berendezéseket szállít világszerte. Az ultrahangos processzorok akár 16kW teljesítmény egyetlen eszközönként, nincs korlátozás a biodízel üzem mérete vagy feldolgozási kapacitása.
Az ultrahangos biodízelgyártás költségei
Az ultrahangos kezelés hatékony eszköz a reakciósebesség és az átváltási sebesség növelésére a kereskedelmi biodízelgyártásban. Az ultrahangos feldolgozási költségek elsősorban az ultrahangos berendezések, a közüzemi költségek és a karbantartás beruházásából erednek. A Hielscher ultrahangos készülékek kiemelkedő energiahatékonysága segít csökkenteni a közüzemi költségeket, és ezáltal még zöldebbé teszi ezt a folyamatot. Az ebből eredő ultrahangos költségek 0.1ct és 1.0ct / liter között változnak (0.4ct és 1.9ct / gallon között), ha kereskedelmi méretben használják.
További információ az ultrahangos biodízelgyártás folyamathatékonyságáról és gazdasági előnyeiről!
Az ultrahangos keverés csökkenti a biodízelgyártás fajlagos energiafogyasztását, messze felülmúlja a hidrodinamikus mágneses keverést és a nagy nyíróerejű keverőket.
Kis méretű ultrahangos biodízel beállítás
Az ultrahangos kezelés bármilyen méretű olaj biodízellé történő átalakítására használható. Az alábbi képen egy kis léptékű beállítás látható 60-70L (16-19 gallon) feldolgozásához. Ez a kezdeti tanulmányok és a folyamatdemonstráció tipikus beállítása.
Az ultrahangos észterezés és az átészterezés kötegelt vagy folyamatos inline folyamatként futtatható. Ez a diagram a biodízel átalakításának ultrahangos kötegelt folyamatát mutatja.
3x 1kW ultrasonicators a modell 1000hdT ultrahangos átfolyó reaktorral a rendkívül hatékony biodízel átalakításhoz.
- egy ultrahangos készülék (pl. UIP500hdT vagy UIP1000hdT) emlékeztetővel, sonotrode és áramlási cellával
- teljesítménymérő a teljesítmény és az energia mérésére
- 80L feldolgozó tartály (műanyag, pl. HDPE)
- fűtőelem (1-2kW)
- 10L katalizátor előkeverő tartály (műanyag, pl. HDPE)
- katalizátor előkeverő (keverő)
- szivattyú (centrifuga, mono vagy fogaskerék) kb. 10–20 l/perc 1–3 barg sebességgel
- ellennyomás szelep a nyomás beállításához az áramlási cellában
- nyomásmérő a tápnyomás mérésére
Ultrahangos reaktorok a kiváló biodízel-feldolgozáshoz
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos processzorokat és reaktorokat kínál, amelyek javítják a biodízel-termelést magasabb biodízel-hozamokkal, jobb biodízel minőséggel, csökkentett feldolgozási idővel és alacsonyabb termelési költségekkel.
Kis és közepes méretű ultrahangos reaktorok biodízel átészterezéshez
A kis és közepes méretű biodízel előállításához, akár 9 tonna / óra (2900 gal / óra), Hielscher kínál Önnek UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt) és UIP2000hdT (2000 watt) mint ultrahangos nagy nyírókeverők átfolyó reaktorokkal a megbízható és hatékony inline biodízel feldolgozáshoz. Ez a négy ultrahangos reaktor nagyon kompakt, könnyen integrálható vagy utólag szerelhető. Zord környezetben való nagy igénybevételre tervezték őket. Az alábbiakban megtalálja az ajánlott reaktorbeállításokat a különböző termelési arányokhoz.
|
tonna/óra
|
gal/óra
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 watt) |
0.25-től 0,5-ig
|
80 és 160 között
|
| 1x UIP1000hdT (1000 watt) |
0.5-től 1,0-ig
|
160 és 320 között
|
| 1x UIP1500hdT (1500 watt) |
0.75-től 1,5-ig
|
240 és 480 között
|
| 1x UIP2000hdT (2000 watt) |
1,0-tól 2,0-ig
|
320 és 640 között
|
| 2x UIP2000hdT (2000 watt) |
2,0 és 4,0 között
|
640 és 1280 között
|
| 4-szerUIP1500hdT (1500 watt) |
3,0 és 6,0 között
|
960 és 1920 között
|
| 6-szor UIP1500hdT (1500 watt) |
4,5-től 9,0-ig
|
1440 és 2880 között
|
| 6-szor UIP2000hdT (2000 watt) |
6,0-tól 12,0-ig
|
1920 és 3840 között
|
Nagyon nagy áteresztőképességű ipari biodízelreaktorok
Az ipari feldolgozó biodízel-előállító üzemek számára a Hielscher az UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) és UIP16000hdT (16kW) ultrahangos homogenizátorokat kínálja! Ezeket az ultrahangos processzorokat nagy áramlási sebesség folyamatos feldolgozására tervezték. Az UIP4000hdT, UIP6000hdT és UIP10000 integrálható a szabványos tengeri teherszállító konténerekbe. Alternatív megoldásként mind a négy processzormodell rozsdamentes acél szekrényekben is kapható. A függőleges telepítés minimális helyet igényel. Az alábbiakban megtalálja a tipikus ipari feldolgozási sebességekhez ajánlott beállításokat.
|
tonna/óra
|
gal/óra
|
1x UIP6000hdT (6000 watt) |
3,0 és 6,0 között
|
960 és 1920 között
|
|---|---|---|
| 3-szor UIP4000hdT (4000 watt) |
6,0-tól 12,0-ig
|
1920 és 3840 között
|
| 5-ször UIP4000hdT (4000 watt) |
10,0-tól 20,0-ig
|
3200 és 6400 között
|
3-szor UIP6000hdT (6000 watt) |
9,0-től 18,0-ig
|
2880 és 5880 között
|
| 3-szor UIP10000 (10 000 watt) |
15,0 és 30,0 között
|
4800 és 9600 között
|
| 3-szor UIP16000hdT (16,000 watt) |
24,0-től 48,0-ig
|
7680 és 15360 között
|
| 5-ször UIP16000hdT |
40,0 és 80,0 között
|
12800 és 25600 között
|
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Az ultrahangos UIP16000hdT képes 32MMGY biodízel feldolgozására.
Fagy & Az év Sullivan technológiai innovációja
A Hielscher Ultrasonics megkapta a rangos Frost és Sullivan Technology Innovation of the Year díjat, elismerve a vállalat új ultrahangos technológiájának fejlesztését a biodízel gyártásához.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a Hielscher Ultrasonics biodízel reaktorok Frost és Sullivan-díjáról!
átészterezés – A biodízel kémiai átalakítása
A biodízel növényi olajokból (pl. szója, repce, jatropha, napraforgómag), algákból, állati zsírokból és használt sütőolajokból történő előállítása magában foglalja a zsírsavak báziskatalizált átészterezését metanollal vagy etanollal, hogy megfelelő metil-észtereket vagy etil-észtereket kapjunk. A glicerin ennek a reakciónak az elkerülhetetlen mellékterméke.
A növényi olajok, mint állati zsírok, trigliceridek, amelyek három zsírsavláncból állnak, amelyeket egy glicerinmolekula köt össze. A trigliceridek észterek. Az észterek savak, mint a zsírsavak, alkohollal kombinálva. A glicerin (= glicerin) nehéz alkohol. Az átalakítási folyamat során a triglicerid-észtereket katalizátor (lúg) és alkoholos reagens, pl. metanol segítségével alkil-észterekké (= biodízel) alakítják, ami metil-észterek biodízelt eredményez. A metanol helyettesíti a glicerint. Ezt a kémiai átalakítási folyamatot átészterezésnek nevezik.
Az átészterezés után a glicerin, amely a nehezebb fázis, az aljára süllyed. A biodízel, amely a könnyebb fázis, a tetején úszik, és pl. dekanterekkel vagy centrifugákkal elválasztható.
Biodízel készítmény
A kálium-hidroxidot (0,2–0,4 kg, katalizátor) kb. 8,5 liter metanolban oldják fel a katalizátor előkeverő tartályában. Ehhez a katalizátor előkeverékét kell keverni. A feldolgozó tartályt 66L növényi olajjal töltik meg. Az olajat a fűtőelem 45-65 ° C-ra melegíti.
biodízel átalakítás
Amikor a katalizátor teljesen feloldódott a metanolban, a katalizátor előkeveréket összekeverik a felmelegített olajjal. A szivattyú táplálja a keveréket az áramlási cellába. Az ellennyomásos szelep segítségével a nyomás 1 és 3 barg (15 és 45psig) között állítható be. Az ultrahangos biodízel reaktoron keresztül történő recirkulációt kb. 20 perc. Ez idő alatt az olajat biodízellé alakítják. Ezután a szivattyút és az ultrahangot kikapcsolják. A glicerin (nehezebb fázis) elkülönül a biodízeltől (könnyebb fázis). Az elválasztás kb. 30-60 percet vesz igénybe. Amikor az elválasztás befejeződött, a glicerin leereszthető.
Biodízel mosás
Mivel az átalakított biodízel szennyeződéseket tartalmaz, mosásra van szükség. A mosáshoz vizet kevernek a biodízelbe. Az ultrahangos kezelés előnyös lehet a biodízel és a víz keverésére. Ez növeli az aktív felületet a cseppméret csökkentésének eredményeként. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a nagyon intenzív szonikáció csökkentheti a vízcseppek méretét, hogy szinte stabil emulzió képződik, amely speciális eszközöket (pl. Centrifuga) igényel elválasztani.
Biodízel gyártó üzem
Az alábbi folyamatábra egy tipikus beállítást mutat az olaj, a metanol és a katalizátor in-line szonikálására a biodízellé történő átalakításhoz.
Az ultrahangos észterezés és az átészterezés kötegelt vagy folyamatos inline folyamatként futtatható. A diagram a biodízel (FAME) transzészterficáció ultrahangos inline folyamatát mutatja.
Folyamatos biodízel-feldolgozás és szétválasztás
A folyamatos biodízel-feldolgozás és a folyamatos szétválasztás során a fűtött olajat és a katalizátor előkeveréket állítható szivattyúkkal folyamatosan összekeverik. Az inline statikus keverő javítja az ultrahangos reaktorba történő betáplálás homogenitását. Az olaj / katalizátor keverék áthalad az áramlási cellán, ahol kb. 5-30 másodpercig ultrahangos kavitációnak van kitéve. Az áramlási cellában a nyomás szabályozására ellennyomásos szelepet használnak. Az ultrahangos keverék belép a reaktoroszlopba a tetején. A reaktoroszlop térfogatát úgy tervezték, hogy kb. 1 órás retenciós időt adjon az oszlopban. Ez idő alatt az átészterezési reakció befejeződik. A reagáltatott glicerin/biodízel keveréket a centrifugába szivattyúzzák, ahol biodízel- és glicerinfrakciókra bontják. Az utófeldolgozás magában foglalja a metanol visszanyerését, mosását és szárítását, és folyamatosan is elvégezhető.
Ez a beállítás kiküszöböli a biodízel reaktor tételeket, a hagyományos keverőtorokat és a nagy szeparátortartályokat.
Biodízel átészterezési reakciósebesség
Az alábbi diagramok a repceolaj (ipari minőségű) nátrium-metoxiddal (balra) és kálium-hidroxiddal (jobbra) történő átészterezésének tipikus eredményeit mutatják. Mindkét vizsgálatnál egy kontrollmintát (kék vonal) intenzív mechanikai keverésnek tettünk ki. A piros vonal az azonos készítmény szonikált mintáját jelöli a térfogatarány, a katalizátor koncentrációja és a hőmérséklet tekintetében. A vízszintes tengely a keverés vagy ultrahangos kezelés utáni időt mutatja. A függőleges tengely az alján leülepedett glicerin mennyiségét mutatja. Ez egy egyszerű eszköz a reakciósebesség mérésére. Mindkét diagramban az ultrahangos minta (piros) sokkal gyorsabban reagál, mint a kontrollminta (kék).
Az ultrahangos (piros grafikon) és a hagyományos keverés (kék grafikon) összehasonlítása a biodízelgyártáshoz – katalizátorként nátrium-metoxiddal (balra) és kálium-hidroxiddal (jobbra) történő felhasználás.
Linkek a biodízel-ellátáshoz
Kattintson ide a biodízel-ipar szivattyúinak és tartályainak beszállítóira mutató linkekért.
Kémiai és biztonsági információk
Kérjük, figyelmesen olvassa el az alábbi információkat a szövődmények és a káros egészségügyi hatások megelőzése érdekében.
Biodízel vegyszerek
A metanol mérgező. A hosszan tartó használat következtében idegromlást okozhat. A bőrön is adszorbeálódhat. Ha szembe fröccsen, vakságot okozhat, és a metanol lenyelve halálos lehet. Ezért a metanol kezelése során tegye meg a szükséges óvintézkedéseket. Javasoljuk, hogy jó légzőkészüléket, kötényt és gumikesztyűt használjon.
A kálium-hidroxid (KOH) mérgező, és érintkezéskor bőrégést okoz. Jó szellőzés szükséges.
Győződjön meg arról, hogy a munkaterület nagyvonalúan és alaposan szellőzik, hogy a füstök távozhassanak. A gőzpatronos légzőkészülékek nem hatékonyak a metanol füstök ellen. Szállított levegős rendszer (SCBA) — önálló légzőkészülék) jobb védelmet nyújt a metanolgőzök ellen.
Biodízel és gumi alkatrészek
A 100%-ban biodízellel való hosszabb ideig tartó működés komplikációkat okozhat a motor nedves gumi alkatrészeiben (szivattyú, tömlők, O-gyűrűk). Az acél alkatrészekkel vagy nagy teherbírású gumival történő csere kiküszöbölheti ezt a problémát. Alternatív megoldásként kb. 25% hagyományos (fosszilis) dízelt keverhet biodízelébe a komplikációk elkerülése érdekében.
Irodalom / Hivatkozások
- 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 gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.