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.

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)

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.

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.