Biodízelgyártás kiváló eljárással és költséghatékonysággal
Az ultrahangos keverés a kiváló technológia a rendkívül hatékony és költséghatékony biodízelgyártáshoz. Az ultrahangos kavitáció drasztikusan javítja a tömegtranszfert, ezáltal csökkentve a termelési költségeket és a feldolgozási időtartamot. Ugyanakkor rossz minőségű olajok és zsírok (pl. hulladékolajok) használhatók, és javul a biodízel minősége. Hielscher Ultrasonics szállít nagy teljesítményű, robusztus ultrahangos keverő reaktorok bármilyen termelési skála. Tudjon meg többet arról, hogy a biodízelgyártás hogyan profitál a szonikációból!
Biodízel termelési előnyei ultrahanggal
Biodízel (zsírsav-metil-észter, abrev. FAME) a lipid nyersanyag (trigliceridek, pl. növényi olaj, kiégett étolajok, állati zsírok, algaolaj) és alkohol (metanol, etanol) transzészterifikációs reakciójának eredménye katalizátor (pl. kálium-hidroxid KOH) felhasználásával.
A probléma: A hagyományos keverést alkalmazó hagyományos biodízel-átalakítás során az olaj és az alkohol áttetsző reakciójának mindkét reaktánsának felbonthatatlan jellege gyenge tömegátadási arányhoz vezet, ami nem hatékony biodízel-termelést eredményez. Ezt a hatékonysági képességet hosszú reakcióidők, magasabb metanol-olaj moláris arányok, magas katalizátorkövetelmények, magas folyamathőmérsékletek és magas keverési sebesség jellemzi. Ezek a tényezők jelentős költségtényezők, amelyek a hagyományos biodízelgyártást költséges folyamattá teszik.
A megoldás: Ultrahangos keverés emulgeálja a reaktánsok rendkívül hatékony, gyors és alacsony költségű módon, hogy az olaj-metanol arány javítható, katalizátor követelmények csökkennek, reakcióidő és reakció hőmérséklet csökken. Ezáltal az erőforrások (azaz a vegyi anyagok és az energia), valamint az idő megtakarítható, a feldolgozási költségek csökkennek, míg a biodízel minősége és a termelés jövedelmezősége jelentősen javul. Ezek a tények viszont ultrahangos keverés az előnyben részesített technológia hatékony biodízel gyártás.
A kutatások és az ipari biodízelgyártók megerősítik, hogy az ultrahangos keverés rendkívül költséghatékony módja a biodízel előállításának, még akkor is, ha a rossz minőségű olajokat és zsírokat alapanyagként használják. Az ultrahangos folyamat intenzívebbé tétele jelentősen javítja az átváltási arányt, csökkentve a felesleges metanol és katalizátor használatát, lehetővé téve az ASTM D6751 és EN 14212 specifikációk minőségi szabványának megfelelő biodízel előállítását. (vö. Abdullah et al., 2015)

A trigliceridek biodízelbe (FAME) történő áteresztődése szonikálással gyorsított reakciót és lényegesen nagyobb hatékonyságot eredményez.

Ultrahangos biodízel reaktor UIP2000hdT a kiváló folyamathatékonyság érdekében: magasabb hozamok, jobb biodízelminőség, gyorsabb feldolgozás és költségcsökkentés.
Az ultrahangos keverés számos előnye a biodízelgyártásban
Ultrahangos keverőreaktorok könnyen integrálható minden új létesítmény, valamint retro-felszerelt meglévő biodízel üzemek. A Hielscher ultrahangos keverő integrálása minden biodízel létesítményt nagy teljesítményű gyártóüzemmé alakít. Az egyszerű telepítés, a robusztusság és a felhasználóbarátság (nincs szükség speciális működési képzésre) lehetővé teszi bármely létesítmény rendkívül hatékony biodízelüzemre történő korszerűsítését. Az alábbiakban bemutatjuk Önnek a független harmadik felek által dokumentált előnyök tudományosan bizonyított eredményeit. A számok bizonyítják az ultrahangos biodízel keverés fölényét bármely hagyományos keverési technikával szemben.

A folyamatábra a biodízel gyártási lépéseit mutatja, beleértve az ultrahangos keverést a jobb folyamathatékonyság érdekében.
Hatékonyság és költség-összehasonlítás: Ultrahang vs Mechanikus keverés
Gholami és munkatársai (2021) összehasonlító tanulmányukban bemutatják az ultrahangos átészterizálás előnyeit a mechanikus keveréssel szemben (azaz pengekeverő, járókerék, magas nyíró keverő).
Beruházási költségek: Az ultrahangos processzor és reaktor UIP16000 képes előállítani 192–384 t biodízel / d, amelynek lábnyoma mindössze 1,2m x 0,6m. Összehasonlításképpen, a mechanikus keveréshez (MS) sokkal nagyobb reaktorra van szükség a mechanikai strirrng folyamat hosszú reakcióideje miatt, ami a reaktor költségének jelentős növekedését okozza. (vö. Gholami és mtsai., 2020)
Feldolgozási költségek: Az ultrahangos biodízelgyártás feldolgozási költségei 7,7% -kal alacsonyabbak, mint a keverési folyamat, elsősorban a szonikálási folyamat alacsonyabb teljes beruházása miatt. A vegyi anyagok (katalizátor, metanol/alkohol) költsége a harmadik legnagyobb költségtényező mind a folyamatokban, mind a szonikálásban, mind a mechanikai keverésben. Az ultrahangos biodízel átalakításhoz azonban a kémiai költségek lényegesen alacsonyabbak, mint a mechanikus keverésnél. A vegyi anyagok költséghányada a végső biodízel költség körülbelül 5% -át teszi ki. A metanol, a nátrium-hidroxid és a foszforsav alacsonyabb fogyasztása miatt az ultrahangos biodízel-eljárásban a vegyi anyagok költsége 2,2% -kal alacsonyabb, mint a mechanikai keverési folyamaté.
Energiaköltségek: Az ultrahangos keverőreaktor által fogyasztott energia körülbelül háromszor alacsonyabb, mint a mechanikus keverőgépé. Az energiafogyasztás jelentős csökkenése az intenzív mikrokeverés és a csökkent reakcióidő eredménye, amely számtalan üreg termeléséből és összeomlásából ered, amelyek az akusztikus / ultrahangos kavitáció jelenségét jellemzik (Gholami et al., 2018). Ezenkívül a hagyományos keverőhöz képest a metanol-visszanyerés és a biodízel tisztítási szakaszainak energiafogyasztása az ultrahangos keverési folyamat során 26,5% -kal, illetve 1,3% -kal csökken. Ez a csökkenés annak köszönhető, hogy az ultrahangos áteszterálási folyamatban alacsonyabb mennyiségű metanol lép be ebbe a két desztillációs oszlopba.
Hulladékkezelési költségek: Ultrahangos kavitációs technológia is jelentősen csökkenti a hulladék ártalmatlanításának költségeit. Ez a költség a szonikálási folyamatban nagyjából egyötöde a keverési folyamatnak, ami a hulladéktermelés jelentős csökkenéséből ered a nagyobb reaktorátalakítás és az alacsonyabb mennyiségű fogyasztott alkohol miatt.
Környezetbarát: A nagyon magas általános hatékonyság, a csökkent kémiai fogyasztás, az alacsonyabb energiaigény és a csökkentett hulladék miatt az ultrahangos biodízelgyártás jelentősen környezetbarátabb, mint a hagyományos biodízel gyártási folyamatok.
Következtetés – Az ultrahang javítja a biodízel gyártási hatékonyságát
A tudományos értékelés azt mutatja, hogy az ultrahangos keverés egyértelmű előnyei a hagyományos mechanikus keveréssel szemben a biodízelgyártáshoz. Az ultrahangos biodízelfeldolgozás előnyei közé tartozik a teljes tőkebefektetés, a teljes termékköltség, a nettó jelenérték és a belső megtérülési ráta. Az ultrahangos kavitációs folyamatba történő teljes beruházás összege körülbelül 20,8% -kal alacsonyabb, mint másé. Az ultrahangos reaktorok használata 5,2% -kal csökkentette a termék költségeit – szűz repceolajjal. Mivel a szonikálás lehetővé teszi a kiégett olajok (pl. használt étolajok) feldolgozását is, a termelési költségek jelentősen csökkenthetők. Gholami és munkatársai (2021) arra a következtetésre jutottak, hogy a pozitív nettó jelenérték miatt az ultrahangos kavitációs folyamat a jobb választás a biodízelgyártás keverési technológiájának keverési technológiájára.
Technikai szempontból az ultrahangos kavitáció legfontosabb hatásai a jelentős folyamathatékonyságot és a reakcióidő csökkenését ölelik fel. Számos vákuumbuborék kialakulása és összeomlása – ismert akusztikus / ultrahangos kavitáció – csökkentse a reakcióidőt néhány óráról a kevert tartály reaktorban néhány másodpercre az ultrahangos kavitációs reaktorban. Ez a rövid tartózkodási idő lehetővé teszi a biodízelgyártást egy kis lábnyommal rendelkező átfolyó reaktorban. Az ultrahangos kavitációs reaktor jótékony hatással van az energia- és anyagigényekre is, csökkentve az energiafogyasztást a kevert tartály reaktor és a metanol- és katalizátorfogyasztás által fogyasztott energiafogyasztás közel egyharmadára 25% -kal.
Gazdasági szempontból az ultrahangos kavitációs folyamat teljes beruházása alacsonyabb, mint a mechanikai keverési folyamaté, főként a reaktor költségének és a metanol desztillációs oszlop költségének közel 50% -os és 11,6% -os csökkenése miatt. Az ultrahangos kavitációs folyamat csökkenti a biodízel előállítási költségeit is a repceolaj-fogyasztás 4% -os csökkenése, az alacsonyabb teljes beruházás, a 2,2% -kal alacsonyabb vegyianyag-fogyasztás és a 23,8% -kal alacsonyabb közüzemi követelmények miatt. Ellentétben a mechanikusan kevert folyamattal, az ultrahangos feldolgozás elfogadható befektetés a pozitív nettó jelenérték, a rövidebb megtérülési idő és a magasabb belső megtérülési ráta miatt. Amellett, hogy a techno-gazdasági előnyöket kapcsolódó ultrahangos kavitációs folyamat, ez környezetbarátabb, mint a mechanikai keverési folyamat. Ultrahangos kavitáció eredményez 80%-kal csökkenti a hulladékáramok miatt a nagyobb átalakítás a reaktorban és csökkent alkoholfogyasztás ebben a folyamatban. (vö. Gholami et al., 2021)

Ultrahangos átfolyású reaktor 3x 1kW ultrasonicators a modell 1000hdT a rendkívül hatékony biodízel átalakításhoz.

A folyamatábra egy tipikus beállítást mutat egy ultrahanggal támogatott biodízel folyamathoz. Az ultrahangos reaktor használata drasztikusan javítja a biodízel folyamat hatékonyságát.
Használja az Ön által választott katalizátort
A biodízel ultrahangos átészterelési folyamata hatékonynak bizonyult mind lúgos, mind alapvető katalizátorok felhasználásával. Forinstance, Shinde és Kaliaguine (2019) összehasonlította az ultrahangos és mechnical pengekeverés hatékonyságát különböző katalizátorokkal, nevezetesen nátrium-hidroxiddal (NaOH), kálium-hidroxiddal (KOH), (CH)3ONa), tetrametil-ammónium-hidroxid és négy guanidin (Propil-2,3-dicyclohexyl guanidin (PCHG), 1,3-dicyclohexyl 2 n-oktil-guanidin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil-guanidin (TMG), 1,3-difenil-guanidin (DPG)). Ultrahangos keverés (35 ° -on), amint azt a biodízelgyártásban kiválóan mutatja, a mechanikus keverés (65 ° -on) magasabb hozammal és konverziós sebességgel. A tömegátadás hatékonysága az ultrahang mezőben növelte a transzészterizálási reakció sebességét a mechanikai keveréshez képest. A szonikáció felülmúlta a mechanikai keverést az összes tesztelt katalizátor esetében. A transzészterizálási reakció ultrahangos kavitációval történő futtatása energiatakarékos és iparilag életképes alternatíva a biodízelgyártáshoz. A széles körben használt KOH és NaOH katalizátorok mellett mind a guanidin katalizátorokról, mind a propil-2,3 dicyclohexylguanidinról (PCHG) és az 1,3-dicyclohexyl 2 n-oktilguanidinról (DCOG) egyaránt kimutatták, hogy érdekes altrnatívák a biodízel-átalakításhoz.
Mootabadi et al. (2010) vizsgálták ultrahangos-asszisztált biodízel szintézis pálmaolaj segítségével különböző lúgos fém-oxid katalizátorok, mint a CaO, BaO és SrO. A katalizátor aktivitását az ultrahangos-asszisztált biodízel szintézisben összehasonlították a hagyományos mágneses keverési folyamattal, és azt találták, hogy az ultrahangos folyamat a hozam 95,2% -át mutatta a BaO használatával 60 perc reakcióidőn belül, ami egyébként 3–4 órát vesz igénybe a hagyományos keverési folyamatban. Az ultrahangosan támogatott átészterizáláshoz optimális körülmények között 60 perc szükséges a 95% -os hozam eléréséhez, szemben a hagyományos keveréssel 2–4 órával. Továbbá, az ultrahanggal 60 perc alatt elért hozamok 5,5% -ról 77,3% -ra emelkedtek a CaO katalizátorként használva, 48,2% -ról 95,2% -ra az SrO katalizátorként való felhasználásával, és 67,3% -ról 95,2-re a BaO katalizátorként történő felhasználásával.

Biodízelgyártás különböző guanidinok (3% mol) katalizátorként történő felhasználásával. A) Mechanikus keverő tételreaktor: (metanol:repceolaj) 4:1, hőmérséklet 65ºC; B) Ultrahang tételreaktor: ultrasonicator UP200St, (metanol:repceolaj) 4:1, 60% AMERIKAI amplitúdó, hőmérséklet 35ºC. Az ultrahang-vezérelt keverés messze felülmúlja a mechanikus keverést.
(Tanulmány és grafikonok: Shinde és Kaliaguine, 2019)
Nagy teljesítményű ultrahangos reaktorok a kiváló biodízel feldolgozáshoz
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos processzorokat és reaktorokat kínál a jobb biodízelgyártáshoz, ami magasabb hozamot, jobb minőséget, csökkentett feldolgozási időt és alacsonyabb gyártási költségeket eredményez.
A kis- és közepes biodízel reaktorok
A kis- és közepes méretű biodízel-előállítás legfeljebb 9TON / óra (2900 gal / óra), Hielscher kínál az UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt), és UIP2000hdT (2000 watt) ultrahangos magas nyíró keverő modellek. Ez a négy ultrahangos reaktor nagyon kompakt, könnyen integrálható vagy retro-fit. Nehéz körülmények között történő nagy teherbírású működésre készültek. Az alábbiakban megtalálja az ajánlott reaktorbeállításokat a termelési arányok széles köréhez.
ton / hr
|
gal / hr
|
|
---|---|---|
1x UIP500hdT (500 watt) |
00,25-0,5
|
80 és 160
|
1x UIP1000hdT (1000 watt) |
00,5-1,0
|
160-320
|
1x UIP1500hdT (1500 watt) |
00,75-1,5
|
240-480
|
1x UIP2000hdT (2000 watt) |
1,0 és 2,0 közötti
|
320-640
|
2x UIP2000hdT (2000 watt) |
2,0 és 4,0 között
|
640 és 1280 között
|
4xUIP1500hdT (1500 watt) |
3,0-6,0
|
960-1920
|
6x UIP1500hdT (1500 watt) |
4,5-9,0
|
1440-2880
|
6x UIP2000hdT (2000 watt) |
6,0-12,0
|
1920-3840
|
Nagyon nagy áteresztőképességű ipari biodízel reaktorok
Ipari feldolgozásra szánt biodízel előállító üzemek Hielscher kínál UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) és UIP16000hdT (16kW) ultrahangos homogenizátorok! Ezeket az ultrahangos processzorokat a magas áramlási sebességek folyamatos feldolgozására tervezték. Az UIP4000hdT, UIP6000hdT és UIP10000 szabványos tengeri áruszállító konténerekbe integrálható. Alternatív megoldásként mind a négy processzormodell rozsdamentes acél szekrényekben kapható. A függőleges telepítés minimális helyet igényel. Az alábbiakban megtalálja a tipikus ipari feldolgozási arányokhoz ajánlott beállításokat.
ton / hr
|
gal / hr
|
1x UIP6000hdT (6000 watt) |
3,0-6,0
|
960-1920
|
---|---|---|
3x UIP4000hdT (4000 watt) |
6,0-12,0
|
1920-3840
|
5x UIP4000hdT (4000 watt) |
10,0-20,0
|
3200-6400
|
3x UIP6000hdT (6000 watt) |
9,0 és 18,0 között
|
2880 és 5880 között
|
3x UIP10000 (10 000 watt) |
15,0-30,0
|
4800-9600
|
3x UIP16000hdT (16 000 watt) |
24,0-48,0
|
7680-15360
|
5x UIP16000hdT |
40,0-80,0
|
12800-25600
|
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezz minket!
Irodalom / Referenciák
- 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.
Tudni érdemes
biodízel termelés
A biodízelt akkor állítják elő, amikor a triglicerideket szabad zsíros metil-észterré (FAME) alakítják át egy kémiai reakción keresztül, amelyet transzészterizálásnak neveznek. A trigliceridek gliceridek, amelyekben a glicerint hosszú láncú savakkal, zsírsavaknak nevezik. Ezek a zsírsavak bőségesen jelen vannak a növényi olajban és az állati zsírokban. A transzészterizálás reakciója során az alapanyagban jelen lévő trigliceridek (pl. növényi olajok, kiégett főzőolajok vagy állati zsírok) katalizátor (pl. kálium-hidroxid vagy nátrium-hidroxid) jelenlétében reagálnak elsődleges alkohollal (pl. metanol). A biodízel-transzészterifikációs reakcióban alkil-észterek képződnek a növényi olaj vagy állati zsír alapanyagából. Mivel a biodízel különböző alapanyagokból, például szűz növényi olajokból, növényi hulladékolajokból, használt sütőolajokból, állati zsírokból, például faggyúból és zsírból állítható elő, a szabad zsírsavak (FFA-k) mennyisége nagymértékben változhat. A trigliceridek szabad zsírsavainak százalékos aránya döntő tényező, amely drasztikusan befolyásolja a biodízel gyártási folyamatát és az ebből eredő biodízel minőségét. A nagy mennyiségű szabad zsírsav befolyásolhatja az átalakítási folyamatot és ronthatja a végső biodízel minőségét. A fő probléma az, hogy a szabad zsírsavak (FFA-k) lúgos katalizátorokkal reagálnak, ami szappan képződését eredményezi. A szappanképződés ezt követően glicerinszsz-szétválasztási problémákat okoz. Ezért a nagy mennyiségű RFF-t tartalmazó alapanyagok többnyire előkezelést (úgynevezett észterezési reakciót) igényelnek, amelynek során az RFF-k észterekké alakulnak át. Ultrasonication elősegíti mind a reakciók, átészterelés és észterezés.
Tudjon meg többet az ultrahanggal segített sav-katalizált észterezésről és a gyenge olajok és zsírok alapkatalizált átszteriszett átszterisítéséről kiváló minőségű biodízelre!

Hielscher Ultrahang gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok Labor nak nek ipari méretben.