Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Produzione di biodiesel & Transesterificazione

Quando si produce biodiesel, la lenta cinetica di reazione e lo scarso trasferimento di massa stanno riducendo la capacità dell'impianto di biodiesel e la resa e la qualità del biodiesel. I reattori ad ultrasuoni Hielscher migliorano significativamente la cinetica di transesterificazione. Pertanto, per il trattamento del biodiesel sono necessari meno metanolo in eccesso e meno catalizzatore.

Il biodiesel è comunemente prodotti in reattori a lotti utilizzando il calore e la miscelazione meccanica come input energetico. Miscelazione cavitazionale ad ultrasuoni è un alternativa efficace significa ottenere una migliore miscelazione nel trattamento commerciale del biodiesel. La cavitazione ad ultrasuoni fornisce l'energia di attivazione necessaria per la transesterificazione industriale del biodiesel.

Transesterificazione (conversione chimica in biodiesel)

Produzione di biodiesel a partire da oli vegetali (ad esempio, soia, canola, jatropha, semi di girasole, ecc. algale) o grassi animali, coinvolge la base catalizzata transesterificazione degli acidi grassi con metanolo o etanolo per ottenere i corrispondenti esteri metilici o etilici. La glicerina è un sottoprodotto inevitabile di questa reazione.

Gli oli vegetali come grassi animali sono trigliceridi composti da tre catene di acidi grassi legati da una molecola di glicerina. I trigliceridi sono esteri. Gli esteri sono acidi, come gli acidi grassi, combinati con un alcool. La glicerina (= glicerina) è un alcool pesante. Nel processo di conversione gli esteri trigliceridi vengono trasformati in esteri alchilici (= biodiesel) utilizzando un catalizzatore (liscivia) e un reagente alcolico, ad esempio il metanolo, che produce esteri metilici biodiesel. Il metanolo sostituisce la glicerina.

La glicerina – la fase più pesante – sprofondera' sul fondo. Biodiesel – la fase più leggera – galleggia in alto e può essere separato, ad esempio da decantatori o centrifughe. Questo processo di conversione si chiama transesterificazione.

La reazione di esterificazione convenzionale in l'elaborazione in batch tende ad essere lentae la separazione di fase della glicerina è dispendiosa in termini di tempo, spesso impiegando 5 ore o più.

Ultrasuoni per la lavorazione del biodiesel

Tulsa Biocarburanti_Produttore

"Siamo stati molto soddisfatti dell'attrezzatura e del servizio Hielscher e abbiamo intenzione di includere la tecnologia di ultrasuoni Hielscher in tutti i nostri sforzi futuri".

Todd Stephens, Tulsa Biocarburanti

Oggi, il biodiesel è prodotto principalmente in reattori a lotti. La lavorazione ad ultrasuoni a biodiesel consente la lavorazione continua in linea. L'ultrasonicazione può raggiungere un rendimento del biodiesel superiore al 99%.. Reattori ad ultrasuoni ridurre i tempi di lavorazione dall'elaborazione convenzionale di lotti da 1 a 4 ore a meno di 30 secondi. Più importante, l'ecografia riduce il tempo di separazione da 5 a 10 ore (utilizzando l'agitazione convenzionale) a meno di 60 minuti. L'ecografia aiuta anche a ridurre la quantità di catalizzatore necessaria fino al 50% a causa dell'aumentata attività chimica in presenza di cavitazione (vedi anche Sonochimica). Quando si utilizza l'ultrasuoni si riduce anche la quantità di metanolo in eccesso richiesta. Un altro vantaggio è il conseguente aumento della purezza della glicerina.

Il trattamento ad ultrasuoni del biodiesel comporta le seguenti fasi:

  1. l'olio vegetale o il grasso animale viene mescolato con il metanolo (che produce esteri metilici) o l'etanolo (per gli esteri etilici) e il metossido o idrossido di sodio o di potassio
  2. la miscela viene riscaldata, ad esempio a temperature comprese tra 45 e 65°C
  3. il miscuglio riscaldato è in corso sonicato in linea per 5-15 secondi
  4. la glicerina viene eliminata o separata mediante centrifughe
  5. il biodiesel convertito viene lavato con acqua

Più comunemente, la sonicazione è eseguita ad una pressione elevata (da 1 a 3 bar, pressione relativa) utilizzando una pompa di alimentazione e una valvola di contropressione regolabile accanto alla cella di flusso.

Lavorazione industriale del biodiesel non ha bisogno di molta energia ultrasonica. La tabella qui sopra mostra i requisiti di potenza tipici per le varie portate. L'effettivo fabbisogno energetico può essere determinato utilizzando un parametro Processore ad ultrasuoni da 1kW in una bilancia da banco. Tutti i risultati di tali prove da banco possono essere produzione su scala industriale. Se necessario, sono disponibili dispositivi a ultrasuoni certificati FM e ATEX, come ad esempio l'opzione UIP1000-Exd.

Hielscher fornisce attrezzature industriali ad ultrasuoni per il trattamento del biodiesel, in tutto il mondo. Con processori ad ultrasuoni fino a 16kW di potenza per singolo dispositivonon ci sono limiti alle dimensioni dell'impianto di produzione di biodiesel o alla capacità di trasformazione.

Costi di produzione di biodiesel ad ultrasuoni

L'efficienza energetica complessiva è importante quando si produce biodiesel. L'efficienza descrive quanta potenza viene trasmessa dalla spina alla miscela olio/metanolo. I nostri reattori ad ultrasuoni hanno un'efficienza complessiva di oltre l'80%.L'ultrasonicazione è un mezzo efficace per aumentare la velocità di reazione e tasso di conversione nella lavorazione commerciale del biodiesel. I costi di lavorazione ad ultrasuoni derivano principalmente dall'investimento
per le apparecchiature a ultrasuoni, i costi di utilità e di manutenzione. L'eccezionale efficienza energetica (clicca sul grafico a destra) dei dispositivi ad ultrasuoni Hielscher aiuta a ridurre i costi di utilità e da questo a rendere questo processo ancora più verde. I costi risultanti per l'ecografia variano tra 0.1ct e 1.0ct per litro (da 0.4ct a 1.9ct/gallon) quando utilizzato in scala commerciale. Per ulteriori informazioni sui costi di lavorazione ad ultrasuoni, fare clic su ecco.

Gelo & L'innovazione tecnologica di Sullivan dell'anno

Il gelo & Il premio "Sullivan European Technology Innovation of the Year Award in Biodiesel processing technologies" va alla Hielscher Ultrasonics come riconoscimento per lo sviluppo da parte dell'azienda di una nuova tecnologia a ultrasuoni per la produzione di biodiesel.

Hielscher Ultrasonics ha ricevuto il prestigioso Frost & Sullivan Technology Innovation of the Year Award in riconoscimento dello sviluppo da parte dell'azienda di una nuova tecnologia a ultrasuoni per la produzione di biodiesel. Clicca qui per saperne di più.

Richiesta di altre informazioni!

Si prega di utilizzare il modulo sottostante, se si desidera richiedere ulteriori informazioni sull'uso degli ultrasuoni nella conversione commerciale del biodiesel.









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Impostazione dell'ultrasonicazione su piccola scala del biodiesel

Impostazione serbatoio singolo per la transesterificazione ultrasonica del biodiesel - La conversione ultrasonica del biodiesel può essere eseguita in qualsiasi scala.L'ultrasonicazione può essere utilizzata per la conversione del petrolio in biodiesel su qualsiasi scala. L'immagine a destra (Clicca per ingrandire la visuale!) mostra una configurazione su piccola scala per l'elaborazione di 60-70L (16-19 galloni). Questa è la configurazione tipica per gli studi iniziali e la dimostrazione del processo.

Questa configurazione è composta dalle seguenti parti:

  • uno 500 watt o 1.000 watt dispositivo a ultrasuoni (20kHz) con booster, sonotrodo e cella di flusso
  • misuratore di potenza per la misurazione della potenza e dell'energia
  • Serbatoio di lavorazione da 80L (plastica, ad es. HDPE)
  • elemento riscaldante (da 1 a 2kW)
  • Serbatoio premiscela catalizzatore da 10 litri (plastica, ad esempio HDPE)
  • premixer catalizzatore (agitatore)
  • pompa (centrifuga, mono o ad ingranaggi) per circa 10 - 20L/min a 1 - 3 barg.
  • valvola di contropressione per la regolazione della pressione nella cella di flusso
  • manometro per la misurazione della pressione di alimentazione

Preparazione

L'idrossido di potassio (da 0,2 a 0,4 kg, catalizzatore) viene sciolto in circa 8,5L di metanolo nel serbatoio di premiscelazione del catalizzatore. Ciò richiede l'agitazione della premiscela del catalizzatore. Il serbatoio di lavorazione viene riempito con 66 litri di olio vegetale. L'olio viene riscaldato dall'elemento riscaldante a 45 - 65°C.

Elaborazione

Quando il catalizzatore è completamente disciolto nel metanolo, la premiscela del catalizzatore viene miscelata con l'olio riscaldato. La pompa alimenta la miscela alla cella di flusso. Mediante la valvola di contropressione, la pressione viene regolata da 1 a 3 barg (15 a 45 psig). Il ricircolo attraverso il reattore a biodiesel ad ultrasuoni dovrebbe essere eseguito per circa 20 minuti. Durante questo periodo, l'olio viene convertito in biodiesel. Dopo di che, la pompa e l'ecografo vengono spenti. La glicerina (fase più pesante) si separerà dal biodiesel (fase più leggera). La separazione richiede da 30 a 60 minuti circa. Quando la separazione è terminata, la glicerina può essere drenata.

Lavaggio Biodiesel

Poiché il biodiesel convertito contiene impurità, è necessario un lavaggio. Per il lavaggio, l'acqua viene miscelata al biodiesel. L'ultrasonicazione può favorire la miscelazione del biodiesel con l'acqua. Questo aumenta la superficie attiva come risultato della riduzione della dimensione delle gocce (vedi: emulsionante ad ultrasuoni). Si prega di considerare che una sonicazione molto intensa può ridurre le gocce d'acqua ad una dimensione, che si sta formando un'emulsione quasi stabile che richiederà mezzi speciali (es. centrifuga) per essere separata.

Impianto di produzione di biodiesel

Il diagramma di flusso sottostante mostra una configurazione tipica per la sonicazione in linea dell'olio per la conversione in biodiesel. Clicca sul grafico per avere una visione più ampia.

Clicca per ingrandire la vista! Elaborazione continua del biodiesel Flow-Chart utilizzando la miscelazione cavitazionale ad ultrasuoni - La conversione ultrasonica del biodiesel può essere eseguita in qualsiasi scala.

Lavorazione e separazione continua del biodiesel

In una configurazione per il metodo trattamento continuo del biodiesel e separazione continuaL'olio riscaldato e la premiscela del catalizzatore vengono miscelati insieme in continuo con pompe regolabili. Un miscelatore statico in linea migliora l'omogeneità dell'alimentazione al reattore ad ultrasuoni. La miscela olio/catalizzatore passa attraverso la cella di flusso, dove viene esposta ad ultrasuoni. cavitazione per circa 5 - 30 secondi. Una valvola di contropressione viene utilizzata per controllare la pressione nella cella di flusso. La miscela sonicata entra nella colonna del reattore sulla parte superiore. Il volume della colonna del reattore è stato progettato per dare circa. 1 ora di tempo di ritenzione nella colonna. Durante questo periodo, il metodo la reazione di transesterificazione è completata. La miscela glicerina/biodiesel reagito viene pompata alla centrifuga dove viene separata nelle frazioni di biodiesel e glicerina. Il post-trattamento comporta il recupero di metanolo, il lavaggio e l'asciugatura e può essere fatto anche in continuo.

Questa configurazione elimina i lotti del reattore di biodieselagitatori convenzionali e grandi serbatoi di separazione.

Velocità di reazione alla transesterificazione del biodiesel

I diagrammi seguenti mostrano i risultati tipici della transesterificazione dell'olio di colza (grado industriale) con metossido di sodio (a sinistra) e idrossido di potassio (a destra). Per entrambe le prove, un campione di controllo (linea blu) è stato esposto ad un'intensa miscelazione meccanica. La linea rossa rappresenta il campione sonicato della stessa formulazione per quanto riguarda il rapporto volumetrico, la concentrazione del catalizzatore e la temperatura. L'asse orizzontale mostra il tempo dopo la miscelazione o la sonicazione, rispettivamente. L'asse verticale mostra il volume di glicerina che si è depositato sul fondo. Questo è un mezzo semplice per misurare la velocità di reazione. In entrambi i diagrammi, il metodo campione sonicato (rosso) reagisce molto più velocemente del campione di controllo (blu).

Biodiesel da olio di colza con metossido di sodio - Diagramma della velocità di transesterificazione Biodiesel da olio di semi di colza con idrossido di potassio - Diagramma della velocità di transesterificazione

Collegamenti per le forniture di biodiesel

Clicca qui per i link ai fornitori di pompe e serbatoi per l'industria del biodiesel.

Informazioni chimiche e di sicurezza

Si prega di leggere attentamente le informazioni riportate di seguito, per evitare complicazioni ed effetti avversi sulla salute.

Biodiesel Prodotti chimici

Il metanolo è tossico. Può causare il deterioramento dei nervi a causa di un uso prolungato. Può essere adsorbito anche dalla pelle. Se spruzzato negli occhi può causare cecità e il metanolo può essere fatale se ingerito. Per questo motivo, prendere le precauzioni necessarie durante la manipolazione del metanolo. Si raccomanda di utilizzare un buon respiratore, un grembiule e guanti di gomma.

L'idrossido di potassio (KOH) è tossico e provoca ustioni cutanee al contatto. È necessaria una buona ventilazione.

Assicurarsi che l'area di lavoro sia generosamente e accuratamente ventilata per consentire la fuoriuscita dei fumi. I respiratori a cartuccia vapori non sono efficaci contro i fumi di metanolo. Un sistema di mandata aria (SCBA — Autorespiratore) offre una migliore protezione contro i vapori di metanolo.

Biodiesel e parti in gomma

Il funzionamento a biodiesel al 100% per un tempo più lungo può causare complicazioni alle parti in gomma bagnate (pompa, tubi flessibili, O-ring) del motore. La sostituzione con parti in acciaio o gomma resistente può eliminare questo problema. In alternativa è possibile miscelare circa il 25% di diesel convenzionale (fossile) nel biodiesel per evitare complicazioni.

Biodiesel

Il biodiesel, come l'estere metilico di colza (RME) è un combustibile rinnovabile e biodegradabile. Il biodiesel presenta diversi vantaggi rispetto all'olio vegetale puro (SVO). Non richiede alcuna conversione del motore o modifica dell'impianto di alimentazione per far funzionare il biodiesel sui motori diesel convenzionali. Il biodiesel viene comunemente aggiunto alla benzina venduta oggi alle pompe per aumentare la lubrificazione delle pompe di benzina pura. Diesel a bassissimo tenore di zolfo (ULSD)che è vantaggioso in quanto il biodiesel non ha quasi nessun contenuto di zolfo.