バイオディーゼル生産 & バイオディーゼル転換

バイオディーゼルを製造する際、反応速度が遅く、物質移動が悪いと、バイオディーゼルプラントの能力が低下し、バイオディーゼルの収量と品質も低下します。Hielscher社の超音波リアクターはトランスエステル化反応速度を大幅に改善します。そのため、バイオディーゼル処理に必要な過剰メタノールと触媒が少なくて済みます。

バイオディーゼルは一般的に、熱と機械的混合をエネルギー入力として使用するバッチ反応器で製造される。超音波キャビテーション混合は、商業的バイオディーゼル処理においてより良い混合を達成するための効果的な代替手段である。超音波キャビテーションは工業用バイオディーゼルのトランスエステル化に必要な活性化エネルギーを提供する。

超音波によるバイオディーゼルのトランスエステル化の改良

バイオディーゼルの生産は通常、トランスエステル化と呼ばれる化学反応を伴う。この反応では、トリグリセリド（植物油、動物性脂肪、使用済み食用油など）が触媒の存在下でアルコール（メタノールなど）と反応し、バイオディーゼル（脂肪酸メチルエステル）とグリセロールを生成する。超音波リアクターは、いくつかの方法でトランスエステル化プロセスを強化するために使用することができ、いくつかの利点につながる：

• ミキシングの改善： 超音波は、激しく崩壊するキャビテーション気泡を発生させ、反応混合物の激しい混合と撹拌を引き起こす。これにより、反応物と触媒の接触がよくなり、より迅速で完全なトランスエステル化が実現する。
• 加速反応速度論： 超音波によって発生する高エネルギー条件は、反応を活性化し、反応速度を高め、所定の変換レベルに達するのに必要な反応時間を短縮することができる。その結果、高い収率と低いコストを実現することができる。
• 触媒使用量の削減： 超音波リアクターは、反応により多くの活性サイトを提供することで、触媒の使用効率を向上させることができる。これは、同レベルの転化率を達成するために必要な触媒がより少ないことを意味し、コストと環境への影響を削減する。
• 製品品質の向上： 超音波リアクターは、遊離脂肪酸含量が低く、純度が高く、コールドフロー特性に優れたバイオディーゼルを製造することができる。これは、混合が改善され、反応速度が速くなり、不要な副産物や不純物の生成が最小限に抑えられるためである。

超音波リアクターの使用は、バイオディーゼルのトランスエステル化の効率、速度、品質を大幅に向上させるため、超音波バイオディーゼル処理のこれらの利点は、超音波リアクターのセットアップの使用を非常に経済的にする。これは要約すると、超音波処理によってトランスエステル化がより経済的で環境的に持続可能なプロセスに変わるということである。

従来のバイオディーゼル混合における問題点： バッチ処理での従来のエステル化反応は時間がかかる傾向があり、グリセリンの相分離には時間がかかり、しばしば5時間以上かかる。
 
超音波リアクターは、バイオディーゼ ルプロセスを加速し、同時にバイオディーゼルの収量と品 質を、より低い処理コストで向上させるのに役立ちます！
 

工業用超音波発生装置 UIP2000hdT バイオディーゼルのエステル化とトランスエステル化をインラインで行うためのフローセルFC2T500k付き。

超音波バイオディーゼル・トランスエステル化の利点

バイオディーゼル製造のための超音波技術

バイオディーゼルは多くの場合、バッチ反応器で生産される。超音波によるバイオディーゼル変換は、連続的なインライン処理を可能にする。超音波処理により、99％を超えるバイオディーゼル収率を達成することができる。超音波リアクターは、従来の1～4時間のバッチ処理時間を30秒未満に短縮する。さらに重要なことは、超音波処理によって分離時間が5～10時間（従来の撹拌を使用）から60分未満に短縮されることである。また、超音波処理により、キャビテーションの存在下で化学活性が高まるため、必要な触媒量を最大50％削減することができる。超音波を使用すると、必要な過剰メタノールの量も減少する。もう一つの利点は、結果としてグリセリンの純度が高まることである。
 
超音波バイオディーゼル製造ステップ・バイ・ステップ：

1. 植物性油脂または動物性油脂を、メタノール（メチルエステルを作る）またはエタノール（エチルエステルを作る）、ナトリウムまたはカリウムのメトキシドまたは水酸化物と混合する。
2. ミックスは、例えば45～65℃に加熱される。
3. 加熱したミックスをインラインで5～15秒間超音波処理する。
4. グリセリンは脱落するか、遠心分離機で分離される。
5. 変換されたバイオディーゼルを水で洗浄する。

 
ほとんどの場合、超音波処理は、フローセルの隣にある供給ポンプと調節可能な背圧バルブを使用して、高圧（1～3bar、ゲージ圧）で行われる。

工業用バイオディーゼル変換には、それほど多くの超音波エネルギーは必要ない。実際のエネルギー所要量は、例えばUIP1000hdTのような1kWの超音波プロセッサーを使って、ベンチトップ・スケールで決定することができる。このようなベンチトップ試験で得られた結果はすべて、問題なくリニアにスケールアップできます。必要であれば、ATEX認証済みの超音波装置も利用できます。 UIP1000-Exd.

Hielscher社は、工業用超音波バイオディーゼル処理装置を世界中に供給しています。1台あたり最大16kWの出力を持つ超音波処理装置により、バイオディーゼル工場の規模や処理能力に制限はありません。

超音波バイオディーゼル製造のコスト

超音波処理は、商業的なバイオディーゼル生産において、反応速度と転化率を向上させる効果的な手段である。超音波処理のコストは、主に超音波装置への投資、光熱費、メンテナンスに起因する。Hielscher社製超音波処理装置の優れたエネルギー効率は、光熱費を削減し、このプロセスをさらに環境に優しいものにするのに役立ちます。超音波処理にかかるコストは、商業規模で使用した場合、1リットル当たり0.1～1.0セント（1ガロン当たり0.4～1.9セント）である。
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超音波ミキシングは、バイオディーゼル製造における比エネルギー消費を、流体力学的磁気ミキシングや高剪断ミキサーよりもはるかに削減する。

小規模超音波バイオディーゼル・セットアップ

超音波処理は、あらゆる規模の油からバイオディーゼルへの変換に使用できる。下の写真は、60～70L（16～19ガロン）を処理するための小規模セットアップである。これは、初期研究やプロセス実証のための典型的なセットアップである。

超音波エステル化およびトランスエステル化は、バッチ式または連続式のインラインプロセスとして実行することができる。 このグラフは、バイオディーゼル変換のための超音波バッチプロセスを示しています。

• ブースター、ソノトロード、フローセル付き超音波発生装置（UIP500hdTまたはUIP1000hdTなど）1台
• 電力とエネルギーを計測する電力計
• 80L処理タンク（プラスチック、例えばHDPE）
• ヒーター（1～2kW）
• 10L触媒プレミックスタンク（HDPEなどのプラスチック製）
• 触媒プレミキサー（攪拌機）
• ポンプ（遠心分離機、モノまたはギア）、1～3bargで約10～20L/min用
• フローセル内の圧力を調整するための背圧バルブ
• 供給圧力測定用圧力計

優れたバイオディーゼル処理のための超音波リアクター

Hielscher Ultrasonics社は、バイオディーゼル収率の向上、バイオディーゼル品質の改善、処理時間の短縮、生産コストの削減により、バイオディーゼル生産を改善する高性能の超音波プロセッサーとリアクターを提供しています。

バイオディーゼル・トランスエステル化用中小規模超音波リアクター

毎時9トン(2900 gal/hr)までの中小規模のバイオディーゼル生産用に、Hielscher社は信頼性が高く効率的なインラインバイオディーゼル処理用のフロースルー反応器付き超音波ハイシアミキサーとしてUIP500hdT(500 watts)、UIP1000hdT(1000 watts)、UIP1500hdT(1500 watts)、UIP2000hdT(2000 watts)を提供しています。これら4つの超音波リアクターは非常にコンパクトで、組み込みや後付けが容易です。過酷な環境下でのヘビーデューティーオペレーションを想定して作られています。下記は様々な生産量に対応する推奨リアクターセットアップです。

超大容量工業用バイオディーゼルリアクター

産業用バイオディーゼル製造プラント向けに、Hielscher社はUIP4000hdT（4kW）、UIP6000hdT（6kW）、10000（10kW）、UIP16000hdT（16kW）の超音波ホモジナイザーを提供しています！これらの超音波処理装置は、大流量の連続処理用に設計されています。UIP4000hdT、UIP6000hdT、UIP10000は標準的な海上コンテナに組み込むことができます。また、4機種ともステンレス製キャビネットに収納することも可能です。直立設置の場合は、最小限のスペースで済みます。以下は、一般的な産業用処理速度での推奨セットアップです。