Produksi Biodiesel & Konversi biodiesel
Ketika Anda membuat biodiesel, kinetika reaksi lambat dan transfer massa yang buruk menurunkan kapasitas pabrik biodiesel Anda serta hasil dan kualitas biodiesel Anda. Reaktor ultrasonik Hielscher meningkatkan kinetika transesterifikasi secara signifikan. Oleh karena itu metanol berlebih yang lebih rendah dan katalis yang lebih sedikit diperlukan untuk pengolahan biodiesel.
Biodiesel umumnya diproduksi dalam reaktor batch menggunakan panas dan pencampuran mekanis sebagai input energi. Pencampuran kavitasi ultrasonik adalah alternatif yang efektif untuk mencapai pencampuran yang lebih baik dalam pemrosesan biodiesel komersial. Kavitasi ultrasonik menyediakan energi aktivasi yang diperlukan untuk transesterifikasi biodiesel industri.
Ultrasonically meningkatkan transesterifikasi biodiesel
Produksi biodiesel biasanya melibatkan reaksi kimia yang disebut transesterifikasi, di mana trigliserida (seperti minyak sayur, lemak hewani, minyak goreng bekas) bereaksi dengan alkohol (seperti metanol) dengan adanya katalis untuk menghasilkan biodiesel (ester metil asam lemak) dan gliserol. Reaktor ultrasonik dapat digunakan untuk meningkatkan proses transesterifikasi dalam beberapa cara, yang mengarah ke beberapa manfaat:
- Peningkatan pencampuran: Gelombang ultrasonik dapat membuat gelembung kavitasi yang runtuh dengan keras, menyebabkan pencampuran intens dan agitasi campuran reaksi. Hal ini menyebabkan kontak yang lebih baik antara reaktan dan katalis, menghasilkan transesterifikasi yang lebih cepat dan lebih lengkap.
- Kinetika reaksi yang dipercepat: Kondisi energi tinggi yang dihasilkan oleh gelombang ultrasonik dapat mengaktifkan reaksi, meningkatkan laju reaksi dan mengurangi waktu reaksi yang diperlukan untuk mencapai tingkat konversi tertentu. Ini dapat menghasilkan hasil yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah.
- Mengurangi penggunaan katalis: Reaktor ultrasonik dapat meningkatkan efisiensi penggunaan katalis dengan menyediakan situs yang lebih aktif untuk reaksi. Ini berarti bahwa lebih sedikit katalis yang diperlukan untuk mencapai tingkat konversi yang sama, mengurangi biaya dan dampak lingkungan.
- Peningkatan kualitas produk: Reaktor ultrasonik dapat menghasilkan biodiesel dengan kandungan asam lemak bebas yang lebih rendah, kemurnian yang lebih tinggi, dan sifat aliran dingin yang lebih baik. Hal ini disebabkan oleh pencampuran yang ditingkatkan dan kinetika reaksi yang lebih cepat, yang meminimalkan pembentukan produk sampingan dan kotoran yang tidak diinginkan.
Keuntungan dari pengolahan biodiesel ultrasonik membuat penggunaan setup reaktor ultrasound sangat ekonomis karena penggunaan reaktor ultrasonik secara signifikan meningkatkan efisiensi, kecepatan, dan kualitas transesterifikasi biodiesel. Ini berarti secara ringkas bahwa ultrasonikasi mengubah transesterifikasi menjadi proses yang lebih ekonomis dan ramah lingkungan.
Pencampuran ultrasonik meningkatkan tingkat konversi biodiesel, meningkatkan hasil dan menghemat kelebihan metanol dan katalis.
Masalah Pencampuran Biodiesel Konvensional: Reaksi esterifikasi konvensional dalam pemrosesan batch cenderung lambat, dan pemisahan fase gliserin memakan waktu, seringkali memakan waktu 5 jam atau lebih.
Reaktor ultrasonik membantu Anda mempercepat proses biodiesel Anda dan secara bersamaan meningkatkan hasil dan kualitas biodiesel Anda dengan biaya pemrosesan yang lebih rendah!
Ultrasonikator kelas industri UIP2000hdT dengan flow cell FC2T500k untuk esterfikasi dan transesterifikasi biodiesel inline.
Keuntungan dari Transesterifikasi Biodiesel Ultrasonik
- Hasil biodiesel yang lebih tinggi karena peningkatan pencampuran
- Peningkatan kualitas biodiesel
- Gunakan bahkan minyak yang paling miskin sebagai bahan baku
- Pemrosesan inline berkelanjutan
- Lebih sedikit metanol
- Kurang Catalyst
- Hemat waktu karena konversi berkecepatan tinggi
- hemat energi
- operasi sederhana dan aman
- Kekokohan dan pemeliharaan rendah
- Kinerja tinggi: operasi 24/7 di bawah beban penuh
“Kami sudah sangat senang dengan peralatan Hielscher dan layanan dan kami memiliki setiap niat termasuk teknologi ultrasonication Hielscher dalam semua usaha masa depan kita.”
Todd Stephens, Tulsa Biofuels
Ultrasonics untuk produksi biodiesel
Biodiesel sering diproduksi dalam reaktor batch. Konversi biodiesel ultrasonik memungkinkan pemrosesan inline terus menerus. Ultrasonication dapat mencapai hasil biodiesel lebih dari 99%. Reaktor ultrasonik mengurangi waktu pemrosesan dari pemrosesan batch konvensional 1 hingga 4 jam menjadi kurang dari 30 detik. Lebih penting lagi, ultrasonikasi mengurangi waktu pemisahan dari 5 hingga 10 jam (menggunakan agitasi konvensional) menjadi kurang dari 60 menit. Ultrasonikasi juga membantu mengurangi jumlah katalis yang dibutuhkan hingga 50% karena peningkatan aktivitas kimia di hadapan kavitasi. Bila menggunakan ultrasonikasi jumlah kelebihan metanol yang dibutuhkan berkurang juga. Manfaat lain adalah peningkatan yang dihasilkan dalam kemurnian gliserin.
Ultrasonic biodiesel produksi langkah-demi-langkah:
- lemak minyak nabati atau hewani yang dicampur dengan metanol (yang membuat metil ester) atau etanol (untuk etil ester) dan natrium atau kalium metoksida atau hidroksida
- campuran dipanaskan, misalnya suhu antara 45 dan 65degC
- campuran yang dipanaskan sedang disonikasi inline selama 5 hingga 15 detik
- gliserin tetes keluar atau dipisahkan dengan menggunakan centrifuge
- biodiesel dikonversi dicuci dengan air
Paling umum, sonikasi dilakukan pada tekanan tinggi (1 hingga 3bar, tekanan pengukur) menggunakan pompa umpan dan katup tekanan balik yang dapat disesuaikan di sebelah sel aliran.
Konversi biodiesel industri tidak membutuhkan banyak energi ultrasonik. Kebutuhan energi aktual dapat ditentukan pada skala benchtop menggunakan misalnya, prosesor ultrasonik 1kW seperti UIP1000hdT. Semua hasil dari uji coba bench-top tersebut dapat ditingkatkan linier dan tanpa masalah. Jika diperlukan, perangkat ultrasonik bersertifikat ATEX tersedia, seperti UIP1000-Exd.
Hielscher memasok peralatan pengolahan biodiesel ultrasonik industri, di seluruh dunia. Dengan prosesor ultrasonik hingga daya 16kW per satu perangkat, tidak ada batasan dalam ukuran pabrik biodiesel atau kapasitas pemrosesan.
Biaya Ultrasonic Biodiesel Manufacturing
Ultrasonication adalah cara yang efektif untuk meningkatkan kecepatan reaksi dan tingkat konversi dalam produksi biodiesel komersial. Biaya pemrosesan ultrasonik terutama dihasilkan dari investasi untuk peralatan ultrasonik, biaya utilitas dan pemeliharaan. Efisiensi energi yang luar biasa dari ultrasonikator Hielscher membantu mengurangi biaya utilitas dan dengan ini untuk membuat proses ini lebih hijau. Biaya yang dihasilkan untuk ultrasonikasi bervariasi antara 0.1ct dan 1.0ct per liter (0.4ct hingga 1.9ct / galon) bila digunakan pada skala komersial.
Baca lebih lanjut tentang efisiensi proses dan manfaat ekonomis dari produksi biodiesel ultrasonik!
Pencampuran ultrasonik mengurangi konsumsi energi spesifik dalam pembuatan inbiodiesel mengungguli pencampuran magnetik hidrodinamik dan mixer geser tinggi sejauh ini.
Pengaturan Biodiesel Ultrasonik Skala Kecil
Ultrasonication dapat digunakan untuk konversi minyak menjadi biodiesel pada skala apapun. Gambar di bawah ini menunjukkan pengaturan skala kecil untuk pemrosesan 60-70L (16 hingga 19 galon). Ini adalah pengaturan khas untuk studi awal dan demonstrasi proses.
Esterifikasi ultrasonik dan transesterifikasi dapat dijalankan sebagai batch atau proses inline terus menerus. Grafik ini menunjukkan proses batch ultrasonik untuk konversi biodiesel.
Ultrasonicators 3x 1kW dari model 1000hdT dengan ultrasonik flow-through reaktor dengan untuk konversi biodiesel yang sangat efisien.
- satu ultrasonikator (misalnya, UIP500hdT atau UIP1000hdT) dengan booster, sonotrode dan flow cell
- meteran listrik untuk daya metering dan energi
- tangki 80L pengolahan (plastik, misalnya HDPE)
- elemen pemanas (1 sampai 2kW)
- 10L katalis premix tangki (plastik, misalnya HDPE)
- katalis premixer (pengaduk)
- pompa (centrifuge, mono atau gear) untuk approx. 10 sampai 20L / menit pada 1 sampai 3 barg
- back-tekanan katup untuk menyesuaikan tekanan di aliran sel
- pengukur tekanan untuk mengukur tekanan umpan
Reaktor ultrasonik untuk pengolahan biodiesel unggul
Hielscher Ultrasonics menawarkan prosesor ultrasonik kinerja tinggi dan reaktor, yang akan meningkatkan produksi biodiesel Anda dengan hasil biodiesel yang lebih tinggi, meningkatkan kualitas biodiesel, mengurangi waktu pemrosesan dan biaya produksi yang lebih rendah.
Reaktor ultrasonik skala kecil dan menengah untuk transesterifikasi biodiesel
Untuk produksi biodiesel ukuran kecil dan menengah hingga 9ton / jam (2900 gal / jam), Hielscher menawarkan UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt), dan UIP2000hdT (2000 watt) sebagai mixer geser tinggi ultrasonik dengan reaktor flow-through untuk pemrosesan biodiesel inline yang andal dan efisien. Keempat reaktor ultrasonik ini sangat kompak, mudah diintegrasikan atau retro-fit. Mereka dibangun untuk operasi tugas berat di lingkungan yang keras. Di bawah ini Anda akan menemukan pengaturan reaktor yang direkomendasikan untuk berbagai tingkat produksi.
|
ton / jam
|
Gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1 x UIP500hdT (500 watt) |
0.25 untuk 0,5
|
80 sampai 160
|
| 1 x UIP1000hdT (1000 watt) |
0.5 untuk 1.0
|
160-320
|
| 1 x UIP1500hdT (1500 watt) |
075-1,5
|
240-480
|
| 1 x UIP2000hdT (2000 watt) |
1.0-2,0
|
320-640
|
| 2 x UIP2000hdT (2000 watt) |
2.0 hingga 4.0
|
640 hingga 1280
|
| 4 xUIP1500hdT (1500 watt) |
3.0 untuk 6.0
|
960-1920
|
| 6 x UIP1500hdT (1500 watt) |
4.5 untuk 9.0
|
1440 s.d 2880
|
| 6 x UIP2000hdT (2000 watt) |
6.0 untuk 12,0
|
1920-3840
|
Reaktor Biodiesel Industri Throughput Yang Sangat Besar
Untuk pabrik produksi biodiesel pengolahan industri Hielscher menawarkan UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW), dan UIP16000hdT (16kW) homogenizers ultrasonik! Prosesor ultrasonik ini dirancang untuk pemrosesan terus menerus dari laju aliran tinggi. UIP4000hdT, UIP6000hdT dan UIP10000 dapat diintegrasikan ke dalam kontainer angkutan laut standar. Atau, keempat model prosesor tersedia dalam lemari stainless steel. Instalasi tegak membutuhkan ruang minimal. Di bawah ini Anda menemukan pengaturan yang direkomendasikan untuk tingkat pemrosesan industri yang khas.
|
ton / jam
|
Gal/hr
|
1 x UIP6000hdT (6000 watt) |
3.0 untuk 6.0
|
960-1920
|
|---|---|---|
| 3 x UIP4000hdT (4000 watt) |
6.0 untuk 12,0
|
1920-3840
|
| 5 x UIP4000hdT (4000 watt) |
10,0 untuk 20,0
|
3200-6400
|
3 x UIP6000hdT (6000 watt) |
9.0 hingga 18.0
|
2880 hingga 5880
|
| 3 x UIP10000 (10.000 watt) |
0 30, 15,0 0
|
4800 untuk 9600
|
| 3 x UIP16000hdT (16.000 watt) |
24.0 untuk 48.0
|
7680 untuk 15360
|
| 5 x UIP16000hdT |
40.0 untuk 80.0
|
12800 untuk 25600
|
Hubungi Kami! / Tanya Kami!
Ultrasonikator UIP16000hdT mampu mengolah biodiesel 32MMGY.
Embun beku & Sullivan Teknologi Inovasi of the Year
Hielscher Ultrasonics menerima penghargaan bergengsi Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year Award sebagai pengakuan atas pengembangan teknologi ultrasonik baru perusahaan untuk produksi bio-diesel.
Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang Penghargaan Frost dan Sullivan untuk reaktor biodiesel Hielscher Ultrasonics!
transesterifikasi – Konversi Kimia Biodiesel
Pembuatan biodiesel dari minyak nabati (misalnya kedelai, kanola, jarak pagar, biji bunga matahari), ganggang, lemak hewani serta limbah minyak goreng, melibatkan transesterifikasi asam lemak yang dikatalisis basa dengan metanol atau etanol untuk menghasilkan metil ester atau etil ester yang sesuai. Gliserin adalah produk sampingan yang tak terhindarkan dari reaksi ini.
Minyak nabati sebagai lemak hewani adalah trigliserida yang terdiri dari tiga rantai asam lemak yang terikat oleh molekul gliserin. Trigliserida adalah ester. Ester adalah asam, seperti asam lemak, dikombinasikan dengan alkohol. Gliserin (= gliserol) adalah alkohol berat. Dalam proses konversi ester trigliserida diubah menjadi ester alkil (= biodiesel) menggunakan katalis (alkali) dan pereaksi alkohol, misalnya metanol, yang menghasilkan metil ester biodiesel. Metanol menggantikan gliserin. Proses konversi kimia ini disebut transesterifikasi.
Setelah transesterifikasi, gliserin, yang merupakan fase yang lebih berat, akan tenggelam ke dasar. Biodiesel, yang merupakan fase yang lebih ringan, mengapung di atas dan dapat dipisahkan, misalnya dengan decanter atau sentrifugal.
Persiapan Biodiesel
Kalium Hidroksida (0,2 ke 0.4kg, katalis) sedang larut ke dalam approx. Metanol 8.5L di katalis pra-campuran tangki. Hal ini memerlukan pengadukan dari premix katalis. Tangki pengolahan sedang diisi dengan minyak 66L sayur. Minyak ini dipanaskan oleh elemen pemanas untuk 45 sampai 65degC.
Konversi biodiesel
Ketika katalis sepenuhnya larut ke dalam Metanol, yang premix katalis dicampur dengan minyak panas. Pompa feed campuran untuk aliran sel. Dengan cara katup tekanan balik, tekanan disesuaikan untuk 1 sampai 3barg (15 sampai 45psig). Resirkulasi melalui reaktor biodiesel ultrasonik harus dilakukan untuk approx. 20 menit. Selama ini, minyak sedang diubah menjadi biodiesel. Setelah ini, pompa dan USG dimatikan. Gliserin (fase yang lebih berat) akan terpisah dari biodiesel (fase ringan). pemisahan memakan waktu sekitar. 30 sampai 60 menit. Ketika pemisahan selesai, gliserin dapat dikeringkan.
biodiesel cuci
Karena biodiesel yang dikonversi mengandung kotoran, pencucian diperlukan. Untuk mencuci, air dicampur ke dalam biodiesel. Ultrasonication dapat menguntungkan pencampuran biodiesel dengan air. Ini meningkatkan luas permukaan aktif sebagai akibat dari pengurangan ukuran tetesan. Harap pertimbangkan, bahwa sonikasi yang sangat intens dapat mengurangi tetesan air ke ukuran, bahwa emulsi yang hampir stabil sedang terbentuk yang akan membutuhkan cara khusus (misalnya centrifuge) untuk dipisahkan.
Biodiesel Pabrik
Diagram alir di bawah ini menunjukkan pengaturan khas untuk sonikasi in-line minyak, metanol dan katalis untuk konversi menjadi biodiesel.
Esterifikasi ultrasonik dan transesterifikasi dapat dijalankan sebagai batch atau proses inline terus menerus. Grafik menunjukkan proses inline ultrasonik untuk transesterfication biodiesel (FAME).
Terus menerus Biodiesel Pengolahan dan Pemisahan
Dalam pengaturan untuk pemrosesan biodiesel terus menerus dan pemisahan terus menerus, minyak yang dipanaskan dan premix katalis dicampur bersama secara terus menerus menggunakan pompa yang dapat disesuaikan. Mixer statis inline meningkatkan homogenitas umpan ke reaktor ultrasonik. Campuran minyak / katalis melewati sel aliran, di mana ia terkena kavitasi ultrasonik selama sekitar 5 hingga 30 detik. Katup tekanan balik digunakan untuk mengontrol tekanan dalam sel aliran. Campuran sonikasi memasuki kolom reaktor di bagian atas. Volume kolom reaktor dirancang untuk memberikan waktu retensi sekitar 1 jam di kolom. Selama waktu itu, reaksi transesterifikasi selesai. Campuran gliserin / biodiesel yang bereaksi dipompa ke centrifuge di mana ia dipisahkan menjadi fraksi biodiesel dan gliserin. Pasca-pemrosesan melibatkan pemulihan metanol, pencucian dan pengeringan dan dapat dilakukan terus menerus juga.
Pengaturan ini menghilangkan batch reaktor biodiesel, agitator konvensional dan tangki pemisah besar.
Biodiesel Transesterifikasi Kecepatan Reaksi
Diagram di bawah ini menunjukkan hasil khas transesterifikasi minyak lobak (kelas industri) dengan natrium metoksida (kiri) dan kalium hidroksida (kanan). Untuk kedua pengujian, sampel kontrol (garis biru) terkena pencampuran mekanis yang intens. Garis merah mewakili sampel sonikasi dari formulasi identik sehubungan dengan rasio volume, konsentrasi katalis dan suhu. Sumbu horizontal menunjukkan waktu setelah pencampuran atau sonikasi, masing-masing. Sumbu vertikal menunjukkan volume gliserin yang menetap di bagian bawah. Ini adalah cara sederhana untuk mengukur kecepatan reaksi. Dalam kedua diagram, sampel sonikasi (merah) bereaksi jauh lebih cepat daripada sampel kontrol (biru).
Perbandingan ultrasonik (grafik merah) vs pencampuran konvensional (grafik biru) untuk produksi biodiesel – menggunakan natrium metoksida (kiri) dan kalium hidroksida (kanan) sebagai katalis.
Link untuk persediaan Biodiesel
Klik di sini untuk link ke pemasok pompa dan tangki untuk industri biodiesel.
Kimia dan Informasi Keselamatan
Silakan baca informasi di bawah ini dengan hati-hati, untuk mencegah komplikasi dan efek kesehatan yang merugikan.
biodiesel Bahan Kimia
Methanol adalah racun. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan saraf sebagai akibat dari penggunaan berkepanjangan. Hal ini dapat terserap oleh kulit, juga. Jika tercebur ke mata dapat menyebabkan kebutaan dan Methanol dapat berakibat fatal jika tertelan. Untuk alasan ini, mengambil tindakan pencegahan yang diperlukan ketika menangani Methanol. Disarankan untuk menggunakan respirator yang baik, celemek dan sarung tangan karet.
Kalium hidroksida (KOH) adalah beracun dan menyebabkan kulit terbakar pada kontak. ventilasi yang baik diperlukan.
Pastikan ruang kerja adalah murah hati dan menyeluruh ventilasi untuk memungkinkan asap untuk melarikan diri. respirator cartridge uap tidak efektif terhadap asap metanol. Sebuah sistem suplai udara (SCBA — Self-Contained Breathing Apparatus) memberikan perlindungan yang lebih baik terhadap uap metanol.
Biodiesel dan Karet Parts
Berjalan pada 100% biodiesel untuk waktu yang lebih lama dapat menyebabkan komplikasi ke bagian karet dibasahi (pompa, selang, O-cincin) dari mesin. Penggantian oleh bagian-bagian baja atau karet tugas berat dapat menghilangkan masalah ini. Atau Anda dapat mencampur approx. 25% konvensional (fosil) solar ke biodiesel untuk mencegah komplikasi.
Literatur/referensi
- 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 memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.