優れたプロセスとコスト効率を備えたバイオディーゼル生産

超音波混合は、高効率で費用対効果の高いバイオディーゼル生産のための優れた技術です。超音波キャビテーションは物質移動を大幅に改善し、それによって製造コストと処理時間を削減します。同時に、質の悪い油脂(廃油など)を使用することができ、バイオディーゼルの品質が向上します。ヒールシャー超音波は、あらゆる生産規模に対応する高性能で堅牢な超音波混合反応器を提供しています。あなたのバイオディーゼル生産が超音波処理からどのように利益を得るかをもっと読んでください!

超音波を使用したバイオディーゼル生産の利点

バイオディーゼル(脂肪酸メチルエステル、abrev。FAME)は、触媒(水酸化カリウムKOHなど)を用いた脂質原料(トリグリセリド、植物油、使用済み食用油、動物性脂肪、藻類油など)とアルコール(メタノール、エタノール)のエステル交換反応の生成物です。
問題を： 従来の攪拌を用いた従来のバイオディーゼル変換では、油とアルコールのエステル交換反応の両方の反応物の非混和性の性質により、物質移動速度が悪くなり、非効率的なバイオディーゼル生産が実現します。この非効率性は、長い反応時間、高いメタノール-オイルモル比、高い触媒要件、高いプロセス温度、および高い攪拌速度によって特徴付けられます。これらの要因は、従来のバイオディーゼル製造を高価なプロセスにしている重要なコスト要因です。
ソリューション: 超音波混合は、油 - メタノール比を改善し、触媒要件を低減し、反応時間および反応温度を低下させることができるように、高効率、迅速かつ低コストの方法で反応物を乳化する。これにより、資源(すなわち、化学品およびエネルギー)および時間が節約され、処理コストが削減されると同時に、バイオディーゼルの品質と生産収益性が大幅に改善される。これらの事実は、効果的なバイオディーゼル製造のための好ましい技術で超音波混合を回します。
研究および工業用バイオディーゼル生産者は、低品質の油脂が原料として使用されている場合でも、超音波混合がバイオディーゼルを製造するための非常に費用対効果の高い方法であることを確認しています。超音波プロセスの強化は、ASTM D6751およびEN 14212仕様の品質基準を満たすバイオディーゼルを製造することを可能にする、過剰なメタノールおよび触媒の使用を減らす変換率を大幅に向上させます。(Abdullah et al., 2015参照)

超音波処理を用いたトリグリセリドのバイオディーゼル(FAME)へのエステル交換は、反応の加速および著しく高い効率をもたらす。

バイオディーゼル生産における超音波混合の多くの利点

超音波混合反応器は、既存のバイオディーゼルプラントに後付けするだけでなく、新しい設備に簡単に統合することができます。ヒールシャー超音波ミキサーの統合は、高性能の生産工場に任意のバイオディーゼル施設を回します。簡単な設置、堅牢性、使いやすさ(操作のための特別なトレーニングは不要)により、あらゆる施設を高効率のバイオディーゼルプラントにアップグレードできます。以下に、独立した第三者によって文書化された科学的に証明された利点の結果を示します。数字は、従来の攪拌技術よりも超音波バイオディーゼル混合の優位性を証明しています。

フローチャートは、プロセス効率を向上させるための超音波混合を含むバイオディーゼル生産ステップを示しています。

効率とコストの比較:超音波と機械的攪拌

Gholami et al.(2021)は、彼らの比較研究で、機械的攪拌(すなわち、ブレードミキサー、インペラ、高せん断ミキサー)に対する超音波エステル交換の利点を提示しています。
投資コスト: 超音波プロセッサと反応器UIP16000は、わずか1.2m x 0.6mのフットプリントで192〜384トンのバイオディーゼル/ dを生産することができます。これに対し、機械的攪拌(MS)の場合、機械的ストリリングプロセスの反応時間が長いため、はるかに大きなリアクターが必要であり、リアクターのコストが大幅に増加します。(Gholami et al., 2020参照)
処理コスト: 超音波バイオディーゼル生産のための処理コストは、主に超音波処理プロセスのためのより低い総投資のために、攪拌プロセスのためのそれらよりも7.7%低い。化学薬品(触媒、メタノール/アルコール)のコストは、超音波処理と機械的攪拌の両方のプロセスで3番目に大きなコストドライバーです。しかし、超音波バイオディーゼル変換の場合、化学薬品のコストは機械的攪拌よりも大幅に低くなります。化学薬品のコスト分率は、最終的なバイオディーゼルコストの約5%を占めます。メタノール、水酸化ナトリウム、およびリン酸の消費量が少ないため、超音波バイオディーゼルプロセスにおける化学物質のコストは、機械的攪拌プロセスのそれよりも2.2%低くなっています。
エネルギーコスト: 超音波混合反応器によって消費されるエネルギーは、機械式攪拌機によるエネルギーよりも約3倍低い。このエネルギー消費の大幅な削減は、無数の空洞の生成と崩壊に起因する激しいマイクロミキシングと反応時間の短縮の産物であり、音響/超音波キャビテーションの現象を特徴付けています(Gholami et al., 2018)。さらに、従来の攪拌機と比較して、超音波混合プロセス中のメタノール回収およびバイオディーゼル精製段階のエネルギー消費は、それぞれ26.5%および1.3%削減される。この減少は、超音波エステル交換プロセスにおいてこれら2つの蒸留カラムに入るメタノールの量が少ないためである。
廃棄物処理費用: 超音波キャビテーション技術はまた、廃棄物処理のコストを大幅に削減します。超音波処理プロセスにおけるこのコストは、攪拌プロセスにおけるその約5分の1であり、より高い反応器変換および消費されるアルコールの減少による廃棄物生産の大幅な減少に起因する。
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環境への配慮: 非常に高い全体的な効率、化学物質の消費量の削減、エネルギー要件の低減、廃棄物の削減により、超音波バイオディーゼル生産は、従来のバイオディーゼル製造プロセスよりも大幅に環境に優しいです。

結論 – 超音波はバイオディーゼルの生産効率を改善します

科学的評価は、バイオディーゼル生産のための従来の機械的攪拌に対する超音波混合の明確な利点を示しています。超音波バイオディーゼル処理の利点には、総設備投資、総製品コスト、正味現在価値、および内部収益率が含まれます。超音波キャビテーションプロセスへの総投資額は、他のものよりも約20.8%少ないことがわかりました。超音波反応器を使用することで、製品コストを5.2%削減しました。 – バージンキャノーラオイルを使用。超音波処理は使用済み油(例えば、使用済み食用油)も処理することを可能にするので、製造コストをさらに大幅に削減することができる。(2021)は、正味現在価値が正であるため、超音波キャビテーションプロセスがバイオディーゼル生産のための混合技術のより良い選択であるという結論に達しました。
技術的な観点からは、超音波キャビテーションの最も重要な効果は、大幅なプロセス効率と反応時間の短縮に及びます。無数の真空気泡の形成と崩壊 – 音響/超音波キャビテーションとして知られています – 攪拌タンク反応器での数時間から超音波キャビテーション反応器での反応時間を数秒に短縮します。この短い滞留時間により、設置面積の小さいフロースルー反応器でのバイオディーゼル生産が可能になります。超音波キャビテーション反応器はまた、エネルギーおよび材料要件に有益な効果を示し、エネルギー消費を攪拌タンク反応器およびメタノールおよび触媒消費によって消費されるエネルギー消費量のほぼ3分の1に削減する。
経済的な観点から、超音波キャビテーションプロセスの総投資は、主に反応器コストとメタノール蒸留塔コストのほぼ50%と11.6%の削減により、機械的攪拌プロセスのそれよりも低くなっています。超音波キャビテーションプロセスはまた、キャノーラ油の消費量の4%削減、総投資の削減、化学薬品の消費量の2.2%削減、および23.8%のユーティリティ要件の削減により、バイオディーゼルの生産コストを削減します。機械的に攪拌されたプロセスとは異なり、超音波処理は、その正味現在価値、より短い回収時間、およびより高い内部収益率のために許容可能な投資です。超音波キャビテーションプロセスに関連する技術経済的な利点に加えて、それは機械的攪拌プロセスよりも環境に優しいです。超音波キャビテーションは、反応器内のより高い変換率とこのプロセスでのアルコール消費量の削減により、廃棄物の流れを80%削減する結果となります。(Gholami et al., 2021参照)

お好みの触媒を使用してください

バイオディーゼルの超音波エステル交換プロセスは、アルカリ性触媒または塩基性触媒の両方を使用して効率的であることが証明されています。例えば、Shinde and Kaliaguine(2019)は、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、(CH₃ONa)、水酸化テトラメチルアンモニウムおよび4つのグアニジン(プロピル-2,3-ジシクロヘキシルグアニジン(PCHG)、1,3-ジシクロヘキシル2 n-オクチルグアニジン(DCOG)、1,1,3,3-テトラメチルグアニジン(TMG)、1,3-ジフェニルグアニジン(DPG))。超音波混合(35°で)は、バイオディーゼル生産のために優れていることが示され、より高い収率と変換率によって機械的混合(65°で)に優れています。超音波場における物質移動の効率は、機械的攪拌と比較してエステル交換反応の速度を向上させた。超音波処理は、試験されたすべての触媒について機械的攪拌を上回った。超音波キャビテーションによるエステル交換反応の実行は、バイオディーゼル生産のためのエネルギー効率が高く、工業的に実行可能な代替手段です。広く使用されている触媒KOHおよびNaOHの他に、両方のグアニジン触媒、プロピル-2,3ジシクロヘキシルグアニジン(PCHG)および1,3-ジシクロヘキシル2 n-オクチルグアニジン(DCOG)は、バイオディーゼル変換のための興味深い代替物質として示されている。
Mootabadiら(2010)は、CaO、BaO、SrOなどの多様なアルカリ金属酸化物触媒を使用して、パーム油からの超音波支援バイオディーゼル合成を調査しました。超音波支援バイオディーゼル合成における触媒の活性を従来の磁気攪拌プロセスと比較し、超音波プロセスは60分の反応時間内にBaOを使用して収率の95.2%を示したことがわかった。最適な条件での超音波支援エステル交換のためには、従来の攪拌による2〜4時間と比較して、95%の収率を達成するために60分が必要であった。また、60分で超音波で達成された収率は、CaOを触媒として使用した場合で5.5%から77.3%に、SrOを触媒として使用した場合で48.2%から95.2%に、BaOを触媒として使用した場合で67.3%から95.2に増加しました。

触媒として様々なグアニジン(3%mol)を使用したバイオディーゼル生産。(A)機械攪拌バッチリアクター:(メタノール:キャノーラ油)4:1、温度65ºC;(B)超音波バッチリアクター: 超音波装置 UP200St、(メタノール:キャノーラ油)4:1、60%米国振幅、温度35ºC.超音波駆動の混合は、機械的攪拌をはるかに上回っています。
(研究とグラフ:Shinde and Kaliaguine、2019)

優れたバイオディーゼル処理のための高性能超音波反応器

ヒールシャー超音波は、バイオディーゼル生産を改善するための高性能超音波プロセッサと反応器を提供し、その結果、より高い収量、改善された品質、処理時間の短縮、および生産コストの削減につながります。

中小規模バイオディーゼル反応器

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超ハイスループットの産業用バイオディーゼル反応器

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