Produksi Biodiesel dengan Proses Unggul dan Efisiensi Biaya

Pencampuran ultrasonik adalah teknologi unggulan untuk produksi biodiesel yang sangat efisien dan hemat biaya. Kavitasi ultrasonik meningkatkan perpindahan massa secara drastis, sehingga mengurangi biaya produksi dan durasi pemrosesan. Pada saat yang sama, minyak dan lemak berkualitas buruk (misalnya, limbah minyak) dapat digunakan dan kualitas biodiesel ditingkatkan. Hielscher Ultrasonics memasok reaktor pencampuran ultrasonik berkinerja tinggi dan kuat untuk skala produksi apa pun. Baca lebih lanjut bagaimana produksi biodiesel Anda akan mendapat manfaat dari sonikasi!

Manfaat Produksi Biodiesel menggunakan Ultrasound

Biodiesel (asam lemak metil ester, abrev. FAME) adalah produk reaksi transesterifikasi bahan baku lipid (trigliserida, misalnya, minyak sayur, minyak goreng bekas, lemak hewani, minyak alga) dan alkohol (metanol, etanol) menggunakan katalis (misalnya, kalium hidroksida KOH).
Masalahnya: Dalam konversi biodiesel konvensional menggunakan pengadukan konvensional, sifat tidak dapat bercampur dari kedua reaktan dari reaksi transesterifikasi minyak dan alkohol menyebabkan laju perpindahan massa yang buruk yang mengakibatkan produksi biodiesel yang tidak efisien. Inefisiensi ini ditandai dengan waktu reaksi yang lama, rasio molar metanol-minyak yang lebih tinggi, persyaratan katalis yang tinggi, suhu proses yang tinggi, dan laju pengadukan yang tinggi. Faktor-faktor ini merupakan pendorong biaya yang signifikan membuat pembuatan biodiesel konvensional menjadi proses yang mahal.
Solusinya: Pencampuran ultrasonik mengemulsi reaktan dengan cara yang sangat efisien, cepat dan berbiaya rendah sehingga rasio minyak-metanol dapat ditingkatkan, kebutuhan katalis berkurang, waktu reaksi dan suhu reaksi diturunkan. Dengan demikian, sumber daya (yaitu, bahan kimia dan energi) serta waktu dihemat, biaya pemrosesan berkurang, sementara kualitas biodiesel dan profitabilitas produksi meningkat secara signifikan. Fakta-fakta ini mengubah pencampuran ultrasonik dalam teknologi yang disukai untuk pembuatan biodiesel yang berkhasiat.
Penelitian dan produsen biodiesel industri mengkonfirmasi bahwa pencampuran ultrasonik adalah cara yang sangat hemat biaya untuk menghasilkan biodiesel, bahkan ketika minyak dan lemak berkualitas buruk digunakan sebagai bahan baku. Intensifikasi proses ultrasonik sangat meningkatkan tingkat konversi yang mengurangi penggunaan metanol dan katalis berlebih, memungkinkan untuk menghasilkan biodiesel yang memenuhi standar kualitas spesifikasi ASTM D6751 dan EN 14212. (lih. Abdullah et al., 2015)

Transesterifikasi trigliserida menjadi biodiesel (FAME) menggunakan sonikasi menghasilkan reaksi yang dipercepat dan efisiensi yang jauh lebih tinggi.

Banyak Keuntungan Pencampuran Ultrasonik dalam Produksi Biodiesel

Reaktor pencampuran ultrasonik dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam instalasi baru serta dipasang kembali ke pabrik biodiesel yang ada. Integrasi mixer ultrasonik Hielscher mengubah fasilitas biodiesel menjadi pabrik produksi berkinerja tinggi. Pemasangan yang sederhana, kekokohan, dan keramahan pengguna (tidak diperlukan pelatihan khusus untuk pengoperasian) memungkinkan peningkatan fasilitas apa pun ke pabrik biodiesel yang sangat efisien. Di bawah ini, kami menyajikan kepada Anda hasil keunggulan yang terbukti secara ilmiah yang didokumentasikan oleh pihak ketiga independen. Angka-angka tersebut membuktikan keunggulan pencampuran biodiesel ultrasonik dibandingkan teknik pengadukan konvensional.

Diagram alur menunjukkan langkah-langkah produksi biodiesel termasuk pencampuran ultrasonik untuk meningkatkan efisiensi proses.

Perbandingan Efisiensi dan Biaya: Ultrasonik vs Pengaduk Mekanis

Gholami et al. (2021) menyajikan dalam studi komparatif mereka keunggulan transesterifikasi ultrasonik dibandingkan pengadukan mekanis (yaitu, mixer bilah, impeller, mixer geser tinggi).
Biaya investasi: Prosesor ultrasonik dan UIP16000 reaktor dapat menghasilkan 192–384 t biodiesel/d dengan tapak hanya 1,2m x 0,6m. Sebagai perbandingan, untuk pengadukan mekanis (MS) diperlukan reaktor yang jauh lebih besar karena waktu reaksi yang lama dalam proses strirrng mekanis, yang menyebabkan biaya reaktor meningkat secara signifikan. (lih. Gholami et al., 2020)
Biaya pemrosesan: Biaya pemrosesan untuk produksi biodiesel ultrasonik adalah 7,7% lebih rendah daripada proses pengadukan, terutama karena total investasi yang lebih rendah untuk proses sonikasi. Biaya bahan kimia (katalis, metanol / alkohol) adalah pendorong biaya terbesar ketiga dalam kedua proses, sonikasi dan pengadukan mekanis. Namun, untuk konversi biodiesel ultrasonik, biaya bahan kimia secara signifikan lebih rendah daripada pengadukan mekanis. Fraksi biaya untuk bahan kimia menyumbang sekitar 5% dari biaya biodiesel akhir. Karena konsumsi metanol, natrium hidroksida, dan asam fosfat yang lebih rendah, biaya bahan kimia dalam proses biodiesel ultrasonik adalah 2,2% lebih rendah daripada proses pengadukan mekanis.
Biaya energi: Energi yang dikonsumsi oleh reaktor pencampur ultrasonik kira-kira tiga kali lebih rendah daripada oleh pengaduk mekanis. Pengurangan konsumsi energi yang cukup besar ini adalah produk dari pencampuran mikro yang intens dan berkurangnya waktu reaksi, yang dihasilkan dari produksi dan runtuhnya rongga yang tak terhitung jumlahnya, yang menjadi ciri fenomena kavitasi akustik / ultrasonik (Gholami et al., 2018). Selain itu, dibandingkan dengan pengaduk konvensional, konsumsi energi untuk pemulihan metanol dan tahap pemurnian biodiesel selama proses pencampuran ultrasonik masing-masing berkurang sebesar 26,5% dan 1,3%. Penurunan ini disebabkan oleh jumlah metanol yang lebih rendah yang memasuki kedua kolom distilasi ini dalam proses transesterifikasi ultrasonik.
Biaya pembuangan limbah: Teknologi kavitasi ultrasonik juga sangat mengurangi biaya pembuangan limbah. Biaya dalam proses sonikasi ini kira-kira seperlima dari proses pengadukan, akibat penurunan produksi limbah yang signifikan karena konversi reaktor yang lebih tinggi dan jumlah alkohol yang dikonsumsi lebih rendah.
Baca lebih lanjut tentang konversi biodiesel ultrasonik minyak dari bubuk kopi bekas!
Keramahan lingkungan: Karena efisiensi keseluruhan yang sangat tinggi, konsumsi bahan kimia yang berkurang, kebutuhan energi yang lebih rendah dan pengurangan limbah, produksi biodiesel ultrasonik secara signifikan lebih ramah lingkungan daripada proses manufaktur biodiesel konvensional.

Kesimpulan – Ultrasonik Meningkatkan Efisiensi Produksi Biodiesel

Penilaian ilmiah menunjukkan keuntungan yang jelas dari pencampuran ultrasonik dibandingkan pengadukan mekanis konvensional untuk produksi biodiesel. Keuntungan dari pemrosesan biodiesel ultrasonik meliputi total investasi modal, total biaya produk, nilai sekarang bersih dan tingkat pengembalian internal. Jumlah total investasi dalam proses kavitasi ultrasonik ditemukan lebih rendah dari yang lain sekitar 20,8%. Menggunakan reaktor ultrasonik mengurangi biaya produk sebesar 5,2% – Menggunakan minyak canola murni. Karena sonikasi memungkinkan untuk memproses juga minyak bekas (misalnya, minyak goreng bekas), biaya produksi dapat dikurangi secara signifikan lebih lanjut. Gholami et al. (2021) sampai pada kesimpulan bahwa karena nilai sekarang bersih yang positif, proses kavitasi ultrasonik adalah pilihan teknologi pencampuran yang lebih baik untuk produksi biodiesel.
Dari sudut pandang teknis, efek terpenting dari kavitasi ultrasonik mencakup efisiensi proses yang signifikan dan pengurangan waktu reaksi. Pembentukan dan keruntuhan banyak gelembung vakum – Dikenal sebagai kavitasi akustik / ultrasonik – Kurangi waktu reaksi dari beberapa jam di reaktor tangki yang diaduk menjadi beberapa detik di reaktor kavitasi ultrasonik. Waktu tinggal yang singkat ini memungkinkan produksi biodiesel dalam reaktor flow-through dengan tapak kecil. Reaktor kavitasi ultrasonik juga menunjukkan efek menguntungkan pada kebutuhan energi dan material, mengurangi konsumsi energi menjadi hampir sepertiga dari yang dikonsumsi oleh reaktor tangki pengaduk dan konsumsi metanol dan katalis sebesar 25%.
Dari perspektif ekonomi, total investasi proses kavitasi ultrasonik lebih rendah daripada proses pengadukan mekanis, terutama karena pengurangan hampir 50% dan 11,6% dalam biaya reaktor dan biaya kolom distilasi metanol, masing-masing. Proses kavitasi ultrasonik juga mengurangi biaya produksi biodiesel karena pengurangan konsumsi minyak canola sebesar 4%, total investasi yang lebih rendah, konsumsi bahan kimia 2,2% lebih rendah, dan kebutuhan utilitas 23,8% lebih rendah. Berbeda dengan proses yang diaduk secara mekanis, pemrosesan ultrasonik adalah investasi yang dapat diterima karena nilai sekarang bersih yang positif, waktu pengembalian yang lebih pendek, dan tingkat pengembalian internal yang lebih tinggi. Selain manfaat tekno-ekonomi yang terkait dengan proses kavitasi ultrasonik, ini lebih ramah lingkungan daripada proses pengadukan mekanis. Kavitasi ultrasonik menghasilkan pengurangan 80% aliran limbah karena konversi yang lebih tinggi dalam reaktor dan pengurangan konsumsi alkohol dalam proses ini. (lih. Gholami et al., 2021)

Gunakan Katalis Pilihan Anda

Proses transesterifikasi ultrasonik biodiesel telah terbukti efisien menggunakan katalis alkali atau basa. Misalnya, Shinde dan Kaliaguine (2019) membandingkan efisiensi pencampuran pisau ultrasonik dan mekanikal menggunakan berbagai katalis, yaitu natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), (CH₃ONa), tetrametil amonium hidroksida dan empat guanidin (Propil-2,3-disikloheksil guanidin (PCHG), 1,3-disikloheksil 2 n-oktil guanidin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil guanidin (TMG), 1,3-difenil guanidin (DPG)). Pencampuran ultrasonik (pada 35º) seperti yang ditunjukkan unggul untuk produksi biodiesel yang unggul dari pencampuran mekanis (pada 65º) dengan hasil dan tingkat konversi yang lebih tinggi. Efisiensi perpindahan massa di bidang ultrasound meningkatkan laju reaksi transesterifikasi dibandingkan dengan pengadukan mekanis. Sonikasi mengungguli pengadukan mekanis untuk semua katalis yang diuji. Menjalankan reaksi transesterifikasi dengan kavitasi ultrasonik adalah alternatif yang hemat energi dan layak secara industri untuk produksi biodiesel. Selain katalis KOH dan NaOH yang banyak digunakan, kedua katalis guanidin, propil-2,3 dicyclohexylguanidine (PCHG) dan 1,3-dicyclohexyl 2 n-octylguanidine (DCOG), keduanya telah terbukti sebagai altrnatif yang menarik untuk konversi biodiesel.
Mootabadi et al. (2010) menyelidiki sintesis biodiesel berbantuan ultrasonik dari minyak kelapa sawit menggunakan katalis oksida logam alkali yang beragam seperti CaO, BaO dan SrO. Aktivitas katalis dalam sintesis biodiesel berbantuan ultrasonik dibandingkan dengan proses pengadukan magnetik tradisional, dan ditemukan bahwa proses ultrasonik menunjukkan 95,2% hasil menggunakan BaO dalam waktu reaksi 60 menit, yang jika tidak memakan waktu 3-4 jam dalam proses pengadukan konvensional. Untuk transesterifikasi yang dibantu ultrasonik pada kondisi optimal, 60 menit diperlukan untuk mencapai hasil 95% dibandingkan dengan 2-4 jam dengan pengadukan konvensional. Selain itu, hasil yang dicapai dengan ultrasound dalam 60 menit meningkat dari 5,5% menjadi 77,3% menggunakan CaO sebagai katalis, 48,2% menjadi 95,2% menggunakan SrO sebagai katalis, dan 67,3% menjadi 95,2 menggunakan BaO sebagai katalis.

Produksi biodiesel menggunakan berbagai guanidin (3% mol) sebagai katalis. (A) Batchreaktor pengaduk mekanis: (metanol: minyak canola) 4: 1, suhu 65ºC; (B) Reaktor batch ultrasound: ultrasonicator UP200St, (metanol: minyak canola) 4: 1, 60% amplitudo AS, suhu 35ºC. Pencampuran yang digerakkan oleh ultrasound jauh mengungguli pengadukan mekanis.
(Studi dan grafik: Shinde dan Kaliaguine, 2019)

Reaktor Ultrasonik Kinerja Tinggi untuk Pemrosesan Biodiesel yang Unggul

Hielscher Ultrasonics menawarkan prosesor dan reaktor ultrasonik berkinerja tinggi untuk meningkatkan produksi biodiesel yang menghasilkan hasil yang lebih tinggi, peningkatan kualitas, pengurangan waktu pemrosesan dan biaya produksi yang lebih rendah.

Reaktor Biodiesel Skala Kecil dan Menengah

Untuk ukuran kecil dan menengah produksi biodiesel hingga 9 ton/HR (2900 gal/jam), Hielscher menawarkan Anda UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt), dan UIP2000hdT (2000 watt) model mixer geser tinggi ultrasonik. Keempat reaktor ultrasonik ini sangat kompak, mudah diintegrasikan atau retro-fit. Mereka dibuat untuk operasi tugas berat di lingkungan yang keras. Di bawah ini Anda akan menemukan pengaturan reaktor yang direkomendasikan untuk berbagai tingkat produksi.

Reaktor Biodiesel Industri Throughput Sangat Besar

Untuk industri pengolahan biodiesel rencana produksi Hielscher menawarkan UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) dan UIP16000hdT (16kW) homogenizer ultrasonik! Prosesor ultrasonik ini dirancang untuk pemrosesan laju aliran tinggi secara berkelanjutan. UIP4000hdT, UIP6000hdT dan UIP10000 dapat diintegrasikan ke dalam kontainer angkutan laut standar. Atau, keempat model prosesor tersedia dalam lemari baja tahan karat. Instalasi tegak membutuhkan ruang minimal. Di bawah ini Anda menemukan pengaturan yang direkomendasikan untuk tingkat pemrosesan industri yang khas.