バイオディーゼル製造用超音波リアクター
超音波リアクターは、バイオディーゼル転換プロセスの化学反応速度論を改善する。これは、より速いトランスエステル化、より高い転化収率につながり、余分なメタノールと触媒を節約します。Hielscher社は、あらゆる規模のバイオディーゼル生産に対応する超音波混合リアクターを製造しています。超音波リアクターはコンパクトで設置が容易であり、非常に効率的である。
パワー超音波でバイオディーゼル生産が増加・加速
バイオディーゼルは、植物油、動物性脂肪、廃食用油から作られる再生可能なクリーン燃焼燃料である。アルコールと触媒を用いてトリグリセリドを脂肪酸メチルエステル（FAME）に変換するトランスエステル化反応によって製造される。トランスエステル化反応を促進する一つの方法は、超音波を使用することである。超音波は、反応物の混合と物質移動を促進し、油滴の破壊と触媒の分散を促進することができる。
ソノトロードとも呼ばれるプローブ型超音波発生装置は、チタン棒を振動させることで高周波音波（通常20kHz～30kHz）を発生させる装置である。超音波は液体中を伝播し、高圧ゾーンと低圧ゾーンを作り出し、キャビテーション気泡を発生させ、急速に崩壊させる。気泡の崩壊により、局所的な激しい加熱と冷却、高いせん断力、衝撃波が発生し、トランスエステル化プロセスの反応速度と効率を高めることができる。
超音波発生装置 UIP16000hdT は32MMGYのバイオディーゼルを処理できる。
超音波バイオディーゼル製造の利点
バイオディーゼル合成にプローブ型超音波発生装置を使う利点は以下の通りである：
- 反応速度が速い： 超音波は、反応物の物質移動を増加させ、トランスエステル化反応を促進し、反応時間を短縮し、バイオディーゼルの収量を増加させることができる。
- 高い収率と純度： 超音波バイオディーゼル・プロセスは、触媒の分散性と反応混合物の均一性を向上させ、バイオディーゼルの収率と純度を高める。
- 安い原料： 超音波を使用することで、最低品質の原料を使用することができる。 – 廃食用油、廃動物性油脂、非食用油など – それを高品質のバイオディーゼルに変える。 続きを読む
- より低いエネルギー消費： 超音波の使用により、反応混合物の混合と加熱に必要なエネルギーが削減され、必要な触媒の量も削減される。 続きを読む
- 柔軟性と拡張性： Hielscher社のプローブ型超音波発生装置とリアクターは、バイオディーゼルの小規模生産にも大規模生産にも使用でき、既存の生産工程に簡単に組み込むことができる。
まとめると、バイオディーゼル合成にHielscher社製の超音波発生装置と超音波リアクターを使用すると、反応速度、収率、純度、エネルギー消費量、スケーラビリティの面で大きな利点があり、再生可能燃料の持続可能な生産のための有益な技術になるということである。
超音波バイオディーゼル反応器によるコスト削減とバイオディーゼル収率の向上
余分なメタノールと触媒は、バイオディーゼル生産における重要なコスト要因です。Hielscher社製超音波リアクターは、メタノールと原料の混合に強力なキャビテーショナルシアーを使用します。このため、メタノール液滴が非常に小さくなり、メタノールと触媒の利用率が向上します。そのため、余分なメタノールや触媒が少なくて済みます。さらに、キャビテーションは反応速度論に影響を与え、より迅速で完全なトランスエステル化につながります。
超音波エステル化は、FFAを多く含む低品位原料をエステル化する前処理工程である。超音波トランスエステル化の第2ステップでは、トリグリセリドがバイオディーゼル（FAME）に変換される。
中小規模超音波バイオディーゼルリアクター
9トン/時（2900ガロン/時）までの中小規模のバイオディーゼル生産システム向けに、Hielscher社はUIP500hdT（500ワット）、UIP1000hdT（1000ワット）、UIP1500hdT（1500ワット）、UIP2000hdT（2000ワット）を提供しています。これら4つの超音波インラインリアクターは非常にコンパクトで、統合やレトロフィットが容易です。過酷な環境下でのヘビーデューティー運転に対応します。以下に、さまざまな生産量に対応する推奨リアクターのセットアップを示します。
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トン／時
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ガロン/時
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|---|---|---|
| 1x UIP500hdT |
00.25から0.5
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80から160
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| 1x UIP1000hdT |
00.5から1.0
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160から320
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| 1x UIP1500hdT |
00.75から1.5
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240から480
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| 1x UIP2000hdT |
1.0から2.0
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320から640
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| 2x UIP1500hdT |
1.5から3.0
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480から960
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| 2x UIP2000hdT |
2.0から4.0
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640から1280
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| 4x UIP1500hdT |
3.0から6.0
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960年から1920年まで
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| 4x UIP2000hdT |
4～8
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1280から2560
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フルスケール工業用超音波バイオディーゼルリアクター
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工業用バイオディーゼル製造プラント向けに、Hielscher社はUIP4000hdT（4000ワット）、UIP6000hdT（6000ワット）、UIP10000hdT（10000ワット）、UIP16000hdT（16000ワット）を提供しています。これらのインラインリアクター付き超音波ホモジナイザーは、高流量でのバイオディーゼル連続生産用に設計されています。4機種全ての超音波ホモジナイザーはステンレス製キャビネットに収納可能です。垂直設置のため、設置や改造に必要な床面積は最小限で済みます。下記は典型的な工業用処理速度での推奨セットアップです。
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トン／時
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ガロン/時
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|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT |
6.0から12.0
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1920年から3840年
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| 5x UIP4000hdT |
10.0から20.0
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3200から6400
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| 3x UIP10000hdT |
15.0から30.0
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4800から9600
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| 3x UIP16000hdT |
24.0から48.0
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7680から15360
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| 5x UIP16000hdT |
40.0から80.0
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12800から25600
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オイルとメタノールのインライン超音波混合
超音波混合リアクターは、タンク攪拌機や他の動的せん断ミキサーに取って代わるものである。一般に、超音波バイオディーゼル反応器は、油とメタノール（触媒付き）の2つの供給流を混合するために設置される。このために、粗プレミックスが超音波インライン反応器に送られ、そこで超音波キャビテーションが2～10秒以内に両試薬を混合・乳化する。これはインライン混合プロセスである。混合物がフローセルリアクターから出ると、グリセリンは60分以内に重力により分離する。あるいは、数分の反応時間の後、超音波処理したミックスを遠心分離機に投入することもできます。インライン・ミキシングは、従来のバッチ処理に比べ、使用するタンクの数と容積を削減します。これにより、資本利用率が向上します。
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。グラフはバイオディーゼル（FAME）トランスエステル化の超音波インライン工程を示しています。
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関連情報
文献・参考文献
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- Hielscher Ultrasonics: Ultrasonic Mixing for Biodiesel Production
よくある質問
バイオディーゼル生産に使用できる原料は？
バイオディーゼル生産用の原料には、精製植物油、非食用油、廃植物油、廃食用油、使用済みフライ用油脂、獣脂などの動物性油脂、特定の魚油が含まれるが、これらのトリグリセリドまたは遊離脂肪酸がバイオディーゼルエステルに変換できることが条件となる。ソニケーションは、非混和性の油相とアルコール相の混合を促進することで、低品位で変化しやすい原料でも効率的なトランスエステル化に適するようにする。
バイオディーゼルのトランスエステル化に粗悪な原料を使用することの課題とは？
バイオディーゼル・トランスエステル化における粗悪な原料の主な課題は、組成の変化、汚染、含水量、劣化脂質、高粘度、より困難な相挙動であり、これらすべてが変換効率を低下させ、石鹸形成を促進し、バイオディーゼル-グリセロール分離を遅らせる可能性がある。ソニケーションは、キャビテーションを通じて熱および物質移動を改善し、困難な原料系での反応速度を加速することで、これらの制限を克服するのに役立ちます。 超音波処理が、粗悪な原料のトランスエステル化にどのようなプラスの影響を与え、高品質のバイオディーゼルを生み出すかをご覧ください！
バイオディーゼル加工におけるコストドライバーとは？
バイオディーゼル処理における主なコスト要因は、原料コスト、メタノールと触媒の消費量、エネルギー需要、反応時間、分離と精製の手間、プラント全体の処理能力であり、通常、原料が最大のコスト要素である。ソニケーションは、反応時間を短縮し、転化率を向上させ、相分離を促進することで処理コストを削減します。 超音波リアクターを使用したコストとエネルギー効率の高いバイオディーゼル生産についてもっと読む！
