Բիոդիզելային արտադրություն՝ բարձրագույն գործընթացով և ծախսերի արդյունավետությամբ

Ուլտրաձայնային խառնուրդը բարձր արդյունավետ և ծախսարդյունավետ բիոդիզելի արտադրության բարձրակարգ տեխնոլոգիա է: Ուլտրաձայնային կավիտացիան կտրուկ բարելավում է զանգվածի փոխանցումը, դրանով իսկ նվազեցնելով արտադրության ծախսերը և վերամշակման տևողությունը: Միևնույն ժամանակ կարող են օգտագործվել անորակ յուղեր և ճարպեր (օրինակ՝ թափոնների յուղեր) և բարելավել կենսադիզելի որակը: Hielscher Ultrasonics-ը մատակարարում է բարձր արդյունավետության, ամուր ուլտրաձայնային խառնիչ ռեակտորներ ցանկացած արտադրական մասշտաբի համար: Կարդացեք ավելին, թե ինչպես ձեր կենսադիզելային արտադրությունը կշահի ձայնային արտանետումից:

Բիոդիզելային արտադրության առավելությունները՝ օգտագործելով ուլտրաձայնը

Բիոդիզելը (ճարպաթթվի մեթիլ էսթեր, համառոտ. FAME) լիպիդային հումքի (տրիգլիցերիդներ, օրինակ՝ բուսական յուղ, օգտագործված պատրաստման յուղեր, կենդանական ճարպեր, ջրիմուռների յուղ) և ալկոհոլի (մեթանոլ, էթանոլ) տրանսեսթերֆիկացման ռեակցիայի արդյունք է կատալիզատորի միջոցով։ (օրինակ՝ կալիումի հիդրօքսիդ KOH):
Խնդիրը: Սովորական բիոդիզելային փոխակերպման ժամանակ, օգտագործելով սովորական խառնումը, նավթի և ալկոհոլի տրանսեսթերֆիկացման ռեակցիայի երկու ռեակտիվների չխառնվող բնույթը հանգեցնում է զանգվածի փոխանցման վատ արագության, ինչը հանգեցնում է կենսադիզելի անարդյունավետ արտադրության: Այս անարդյունավետությունը բնութագրվում է ռեակցիայի երկար ժամանակներով, մեթանոլ-յուղի ավելի բարձր մոլային հարաբերակցությամբ, կատալիզատորի բարձր պահանջներով, պրոցեսի բարձր ջերմաստիճանով և ակտիվացման բարձր արագությամբ: Այս գործոնները ծախսերի զգալի դրդապատճառներ են, որոնք սովորական կենսադիզելի արտադրությունը դարձնում են թանկ գործընթաց:
Լուծումը: Ուլտրաձայնային խառնուրդը էմուլգացնում է ռեակտիվները բարձր արդյունավետ, արագ և էժան եղանակով, որպեսզի նավթ-մեթանոլ հարաբերակցությունը բարելավվի, կատալիզատորի պահանջները կրճատվեն, ռեակցիայի ժամանակը և ռեակցիայի ջերմաստիճանը իջնեն: Այսպիսով, ռեսուրսները (այսինքն՝ քիմիական նյութերը և էներգիան), ինչպես նաև ժամանակն են խնայվում, վերամշակման ծախսերը կրճատվում են, մինչդեռ կենսադիզելի որակը և արտադրության շահութաբերությունը զգալիորեն բարելավվում են: Այս փաստերը վերածում են ուլտրաձայնային խառնուրդը բիոդիզելի արդյունավետ արտադրության նախընտրելի տեխնոլոգիայի մեջ:
Հետազոտական և արդյունաբերական բիոդիզել արտադրողները հաստատում են, որ ուլտրաձայնային խառնուրդը բիոդիզել արտադրելու շատ ծախսարդյունավետ միջոց է, նույնիսկ երբ անորակ յուղերն ու ճարպերը օգտագործվում են որպես հումք: Ուլտրաձայնային գործընթացի ինտենսիվացումը զգալիորեն բարելավում է փոխակերպման արագությունը՝ նվազեցնելով ավելորդ մեթանոլի և կատալիզատորի օգտագործումը, ինչը թույլ է տալիս արտադրել բիոդիզել, որը համապատասխանում է ASTM D6751 և EN 14212 բնութագրերի որակի ստանդարտներին: (տես Աբդուլլահ և այլք, 2015)

Տրիկլիցերիդների տրանսստերիֆիկացումը բիոդիզելի (FAME) մեջ, օգտագործելով ձայնազերծում, հանգեցնում է արագացված արձագանքի և զգալիորեն ավելի բարձր արդյունավետության:

Բիոդիզելային արտադրության մեջ ուլտրաձայնային խառնուրդի բազմաթիվ առավելություններ

Ուլտրաձայնային խառնիչ ռեակտորները կարող են հեշտությամբ ինտեգրվել ցանկացած նոր տեղակայման մեջ, ինչպես նաև ռետրո-տեղադրվել գոյություն ունեցող բիոդիզելային կայաններում: Hielscher ուլտրաձայնային խառնիչի ինտեգրումը ցանկացած բիոդիզելային կայանք վերածում է բարձր արդյունավետության արտադրության գործարանի: Պարզ տեղադրումը, կայունությունը և օգտատիրոջ հարմարավետությունը (շահագործման համար հատուկ ուսուցում չի պահանջվում) թույլ են տալիս արդիականացնել ցանկացած կայանք մինչև բարձր արդյունավետ բիոդիզելային գործարան: Ստորև ձեզ ենք ներկայացնում անկախ երրորդ անձանց կողմից փաստագրված առավելությունների գիտականորեն ապացուցված արդյունքները: Թվերը ապացուցում են ուլտրաձայնային բիոդիզելային խառնուրդի գերազանցությունը ցանկացած սովորական խառնիչ տեխնիկայի նկատմամբ:

Հոսքերի գծապատկերը ցույց է տալիս բիոդիզելի արտադրության քայլերը, ներառյալ ուլտրաձայնային խառնուրդը գործընթացի արդյունավետության բարելավման համար:

Արդյունավետության և ծախսերի համեմատություն. Ուլտրաձայնային ընդդեմ մեխանիկական խառնման

Ղոլամի և այլք։ (2021) իրենց համեմատական ուսումնասիրության մեջ ներկայացնում են ուլտրաձայնային տրանսեսթերֆիկացման առավելությունները մեխանիկական խառնիչի նկատմամբ (այսինքն՝ շեղբերով խառնիչ, շարժիչ, բարձր կտրվածքով խառնիչ):
Ներդրումային ծախսեր. Ուլտրաձայնային պրոցեսորը և UIP16000 ռեակտորը կարող են արտադրել 192–384 տոննա բիոդիզել/օր՝ ընդամենը 1,2 մ x 0,6 մ չափով: Համեմատության համար, մեխանիկական խառնման համար (MS) պահանջվում է շատ ավելի մեծ ռեակտոր՝ մեխանիկական լարման գործընթացում արձագանքման երկար ժամանակի պատճառով, ինչը հանգեցնում է ռեակտորի արժեքի զգալի աճի: (տես Gholami et al., 2020)
Մշակման ծախսեր. Ուլտրաձայնային բիոդիզելի արտադրության համար վերամշակման ծախսերը 7,7%-ով ցածր են, քան խառնման գործընթացի ծախսերը, հիմնականում այն պատճառով, որ ավելի ցածր ընդհանուր ներդրումներն են ձայնագրման գործընթացում: Քիմիական նյութերի արժեքը (կատալիզատոր, մեթանոլ/ալկոհոլ) երրորդ խոշորագույն ծախսերի խթանիչն է երկու գործընթացներում՝ ձայնագրման և մեխանիկական խառնման: Այնուամենայնիվ, ուլտրաձայնային բիոդիզելի փոխակերպման համար քիմիական ծախսերը զգալիորեն ցածր են, քան մեխանիկական խառնման համար: Քիմիական նյութերի ծախսերի բաժինը կազմում է մոտ. բիոդիզելի վերջնական արժեքի 5%-ը: Մեթանոլի, նատրիումի հիդրօքսիդի և ֆոսֆորական թթվի ավելի քիչ սպառման պատճառով ուլտրաձայնային բիոդիզելային գործընթացում քիմիական նյութերի արժեքը 2,2%-ով ցածր է, քան մեխանիկական խառնման գործընթացում:
Էներգիայի ծախսեր. Ուլտրաձայնային խառնիչ ռեակտորի կողմից սպառվող էներգիան մոտավորապես երեք անգամ ցածր է, քան մեխանիկական խառնիչի էներգիան: Էներգիայի սպառման այս զգալի կրճատումը ինտենսիվ միկրոխառնման և արձագանքման ժամանակի կրճատման արդյունք է, որը բխում է անթիվ խոռոչների առաջացման և փլուզման հետևանքով, որոնք բնութագրում են ակուստիկ/ուլտրաձայնային կավիտացիայի երևույթը (Gholami et al., 2018): Բացի այդ, սովորական հարիչի համեմատ, էներգիայի սպառումը մեթանոլի վերականգնման և բիոդիզելի մաքրման փուլերում ուլտրաձայնային խառնման գործընթացում կրճատվում է համապատասխանաբար 26,5% և 1,3%: Այս անկումը պայմանավորված է ուլտրաձայնային տրանսեսթերֆիկացման գործընթացում այս երկու թորման սյունակներում մեթանոլի ավելի ցածր քանակներով:
Թափոնների հեռացման ծախսերը. Ուլտրաձայնային կավիտացիայի տեխնոլոգիան նաև զգալիորեն նվազեցնում է թափոնների հեռացման ծախսերը: Այս ծախսը ձայնային արտանետման գործընթացում մոտավորապես մեկ հինգերորդն է, քան խառնման գործընթացում, ինչը բխում է թափոնների արտադրության զգալի նվազման հետևանքով, ինչը պայմանավորված է ռեակտորների ավելի բարձր փոխակերպմամբ և սպառված ալկոհոլի ավելի քիչ քանակով:
Բնապահպանական բարեկամականություն. Շատ բարձր ընդհանուր արդյունավետության, քիմիական սպառման, էներգիայի ավելի ցածր պահանջների և թափոնների կրճատման շնորհիվ ուլտրաձայնային բիոդիզելի արտադրությունը զգալիորեն ավելի էկոլոգիապես մաքուր է, քան սովորական կենսադիզելի արտադրության գործընթացները:

եզրափակում – Ուլտրաձայնային սարքը բարելավում է բիոդիզելի արտադրության արդյունավետությունը

Գիտական գնահատումը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային խառնուրդի հստակ առավելությունները կենսադիզելի արտադրության համար սովորական մեխանիկական խառնման նկատմամբ: Ուլտրաձայնային բիոդիզելի վերամշակման առավելությունները ներառում են ընդհանուր կապիտալ ներդրումները, արտադրանքի ընդհանուր արժեքը, զուտ ներկա արժեքը և ներքին եկամտաբերությունը: Գումարը ընդհանուր ներդրումների ուլտրաձայնային cavitation գործընթացում պարզվել է, որ ավելի ցածր է, քան մյուսների մոտ 20.8% -ով: Ուլտրաձայնային ռեակտորների օգտագործումը արտադրանքի արժեքը նվազեցրել է 5,2%-ով – օգտագործելով կուսական կանոլայի յուղ: Քանի որ sonication-ը թույլ է տալիս վերամշակել նաև օգտագործված յուղերը (օրինակ՝ օգտագործված ճաշ պատրաստելու յուղերը), արտադրության ծախսերը կարող են էականորեն կրճատվել: Ղոլամի և այլք։ (2021) եկել են այն եզրակացության, որ դրական զուտ ներկա արժեքի շնորհիվ ուլտրաձայնային կավիտացիայի գործընթացը բիոդիզելի արտադրության համար խառնման տեխնոլոգիայի ավելի լավ ընտրությունն է:
Տեխնիկական տեսանկյունից, ուլտրաձայնային կավիտացիայի ամենակարևոր ազդեցությունները ներառում են գործընթացի զգալի արդյունավետությունը և արձագանքման ժամանակի կրճատումը: Բազմաթիվ վակուումային փուչիկների առաջացում և փլուզում – հայտնի է որպես ակուստիկ/ուլտրաձայնային կավիտացիա – նվազեցնել ռեակցիայի ժամանակը մի քանի ժամից խառնված տանկի ռեակտորում մինչև մի քանի վայրկյան ուլտրաձայնային կավիտացիայի ռեակտորում: Այս կարճ բնակության ժամանակը թույլ է տալիս բիոդիզել արտադրել հոսքի միջով անցնող ռեակտորում, որը փոքր հետք ունի: Ուլտրաձայնային կավիտացիոն ռեակտորը նաև դրական ազդեցություն է ունենում էներգիայի և նյութական պահանջների վրա՝ նվազեցնելով էներգիայի սպառումը մինչև 25%-ով սպառվող էներգիայի սպառումը, որը սպառվում է խառնված տանկի ռեակտորի և մեթանոլի և կատալիզատորի սպառման համար:
Տնտեսական տեսանկյունից, ուլտրաձայնային կավիտացիայի գործընթացի ընդհանուր ներդրումը ավելի ցածր է, քան մեխանիկական խառնման գործընթացինը՝ հիմնականում համապատասխանաբար ռեակտորի արժեքի և մեթանոլի թորման սյունակի արժեքի գրեթե 50% և 11,6% կրճատման շնորհիվ: Ուլտրաձայնային կավիտացիայի գործընթացը նաև նվազեցնում է բիոդիզելի արտադրության արժեքը՝ կապված կանոլայի յուղի սպառման 4%-ով կրճատման, ընդհանուր ներդրումների նվազման, 2,2%-ով ցածր քիմիական նյութերի սպառման և 23,8%-ով ցածր կոմունալ ծառայությունների պահանջների պատճառով: Ի տարբերություն մեխանիկական ակտիվացման գործընթացի, ուլտրաձայնային մշակումը ընդունելի ներդրում է իր դրական զուտ ներկա արժեքի, վերադարձի ավելի կարճ ժամանակի և ներքին եկամտաբերության ավելի բարձր մակարդակի շնորհիվ: Ի հավելումն ուլտրաձայնային կավիտացիայի գործընթացի հետ կապված տեխնոտնտեսական առավելությունների, այն ավելի էկոլոգիապես մաքուր է, քան մեխանիկական խառնման գործընթացը: Ուլտրաձայնային կավիտացիան հանգեցնում է թափոնների հոսքերի 80%-ով կրճատման՝ ռեակտորում ավելի բարձր փոխակերպման և այս գործընթացում ալկոհոլի սպառման նվազեցման պատճառով: (տես Gholami et al., 2021)

Օգտագործեք ձեր ընտրության կատալիզատորը

Բիոդիզելի ուլտրաձայնային տրանսեսթերֆիկացման գործընթացը ապացուցվել է որպես արդյունավետ՝ օգտագործելով ինչպես ալկալային, այնպես էլ հիմնական կատալիզատորները: Forinstance, Shinde and Kaliaguine (2019) համեմատել են ուլտրաձայնային և մեխանիկական շեղբերների խառնման արդյունավետությունը՝ օգտագործելով տարբեր կատալիզատորներ, մասնավորապես՝ նատրիումի հիդրօքսիդ (NaOH), կալիումի հիդրօքսիդ (KOH), (CH):₃ONa), տետրամեթիլ ամոնիումի հիդրօքսիդ և չորս գուանիդիններ (Պրոպիլ-2,3-դիցիկլոհեքսիլ գուանիդին (PCHG), 1,3-դիցիկլոհեքսիլ 2 n-օկտիլ գուանիդին (DCOG), 1,1,3,3-տետրամեթիլ գուանիդին (TMG), 1,3-դիֆենիլ գուանիդին (DPG)): Ուլտրաձայնային խառնուրդը (35º-ում), ինչպես ցույց է տրված, գերազանցում է բիոդիզելային արտադրության համար, գերազանցելով մեխանիկական խառնուրդը (65º-ում) ավելի բարձր եկամտաբերությամբ և փոխակերպման արագությամբ: Ուլտրաձայնային դաշտում զանգվածի փոխանցման արդյունավետությունը մեծացրել է տրանսեստերիֆիկացման ռեակցիայի արագությունը՝ համեմատած մեխանիկական խառնման հետ: Sonication-ը գերազանցեց մեխանիկական խառնումը բոլոր փորձարկված կատալիզատորների համար: Ուլտրաձայնային կավիտացիայի միջոցով տրանսեսթերֆիկացման ռեակցիան վարելը էներգաարդյունավետ և արդյունաբերապես կենսունակ այլընտրանք է կենսադիզելային արտադրության համար: Բացի լայնորեն օգտագործվող KOH և NaOH կատալիզատորներից, երկու գուանիդինի կատալիզատորները՝ պրոպիլ-2,3 դիցիկլոհեքսիլգուանիդինը (PCHG) և 1,3-դիցիկլոհեքսիլ 2 n-օկտիլգուանիդինը (DCOG), երկուսն էլ ցուցադրվել են որպես կենսադիզելի փոխակերպման հետաքրքիր այլընտրանքներ:
Mootabadi et al. (2010) ուսումնասիրել է ուլտրաձայնային օգնությամբ կենսադիզելի սինթեզը արմավենու յուղից՝ օգտագործելով տարբեր ալկալային մետաղի օքսիդի կատալիզատորներ, ինչպիսիք են CaO, BaO և SrO: Կատալիզատորի ակտիվությունը ուլտրաձայնային օգնությամբ կենսադիզելի սինթեզում համեմատվել է ավանդական մագնիսական խառնման գործընթացի հետ, և պարզվել է, որ ուլտրաձայնային գործընթացը ցույց է տվել 95,2% եկամտաբերություն՝ օգտագործելով BaO 60 րոպե արձագանքման ժամանակում, որը հակառակ դեպքում տևում է 3-4 ժամ: սովորական խառնման գործընթաց: Օպտիմալ պայմաններում ուլտրաձայնային օգնությամբ տրանսեսթերֆիկացման համար պահանջվեց 60 րոպե՝ 95% բերքատվության հասնելու համար՝ համեմատած 2-4 ժամ սովորական խառնման հետ: Նաև 60 րոպեում ուլտրաձայնի միջոցով ստացված եկամտաբերությունը 5,5%-ից աճել է մինչև 77,3%՝ օգտագործելով CaO որպես կատալիզատորներ, 48,2%-ից մինչև 95,2%՝ օգտագործելով SrO որպես կատալիզատորներ և 67,3%-ից մինչև 95,2՝ օգտագործելով BaO որպես կատալիզատորներ:

Բիոդիզելի արտադրություն՝ որպես կատալիզատոր տարբեր գուանիդինների (3% մոլ) օգտագործմամբ։ (A) Մեխանիկական խառնիչ խմբաքանակ. (մեթանոլ:կանոլայի յուղ) 4:1, ջերմաստիճան 65ºC; (B) Ուլտրաձայնային խմբաքանակի ռեակտոր. ուլտրաձայնային UP200St, (մեթանոլ:կանոլայի յուղ) 4:1, 60% ԱՄՆ ամպլիտուդ, ջերմաստիճան 35ºC: Ուլտրաձայնային խառնումը զգալիորեն գերազանցում է մեխանիկական խառնումը:
(Ուսումնասիրություն և գրաֆիկներ. Շինդե և Կալիագուինե, 2019)

Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային ռեակտորներ՝ բարձրակարգ բիոդիզելի վերամշակման համար

Hielscher Ultrasonics-ն առաջարկում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային պրոցեսորներ և ռեակտորներ՝ բիոդիզելային արտադրության բարելավման համար, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր եկամտաբերության, բարելավված որակի, մշակման ժամանակի և արտադրության ավելի ցածր ծախսերի:

Փոքր եւ միջին սանդղակ Biodiesel ռեակտորներ

Փոքր եւ միջին չափի biodiesel արտադրության մինչեւ 9ton / ժ (2900 Gal / ժամ), Hielscher առաջարկում է Ձեզ է UIP500hdT (500 Վտ),, UIP1000hdT (1000 վտ),, UIP1500hdT (1500 վտ), եւ UIP2000hdT (2000 վտ) ուլտրաձայնային բարձր կտրվածքով խառնիչի մոդելներ: Այս չորս ուլտրաձայնային ռեակտորները շատ կոմպակտ են, հեշտ ինտեգրվող կամ ռետրո-տեղավորվող: Դրանք կառուցված են կոշտ միջավայրում ծանր աշխատանքի համար: Ստորև դուք կգտնեք ռեակտորի առաջարկվող կարգավորումներ արտադրության մի շարք տեմպերի համար:

Շատ մեծ թողունակությամբ արդյունաբերական կենսադիզելային ռեակտորներ

Համար արդյունաբերական մշակման Biodiesel արտադրական բույսերի Hielscher առաջարկում է UIP4000hdT (4 կՎտ), UIP6000hdT (6կՎտ), UIP10000 (10 կՎտ) եւ UIP16000hdT (16 կՎտ) ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ! Այս ուլտրաձայնային պրոցեսորները նախատեսված են բարձր հոսքի տեմպերի շարունակական մշակման համար: UIP4000hdT, UIP6000hdT և UIP10000-ը կարող են ինտեգրվել ստանդարտ ծովային բեռնափոխադրումների բեռնարկղերի մեջ: Որպես այլընտրանք, պրոցեսորների բոլոր չորս մոդելները հասանելի են չժանգոտվող պողպատից պահարաններում: Ուղղահայաց տեղադրումը պահանջում է նվազագույն տարածք: Ստորև դուք կգտնեք արդյունաբերական վերամշակման սովորական տեմպերի համար առաջարկվող կարգավորումները: