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、非常に効率的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、生産コストと処理時間を削減し、大幅に大量移送を向上させます。同時に、低品質の油脂(例えば、廃油)を使用することができ、バイオディーゼルの品質が向上する。ヒールシャー超音波は、任意の生産規模のための高性能、堅牢な超音波混合反応器を供給します。あなたのバイオディーゼル生産が超音波処理の恩恵を受ける方法をもっと読む!

超音波を使用して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、アベフ。FAME)は、脂質原料(トリグリセリド、例えば、植物油、使用済油、動物性油、藻類油)およびアルコール(メタノール、エタノール)触媒(例えば、水酸化カリウムKOH)のエステル交換反応の産物である。
問題: 従来の撹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が原因で、非効率なバイオディーゼル生産をもたらす転写速度が悪くなる。この非効率は、長い反応時間、高いメタノール油モル比、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る。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する重要なコストドライバーです。
ソリューション: 超音波混合は、油メタノール比を改善することができるように非常に効率的かつ迅速かつ低コストの方法で反応物を乳化し、触媒要求量が減少し、反応時間および反応温度が低下する。それにより、資源(すなわち、化学薬品およびエネルギー)は時間を節約し、処理コストが削減され、バイオディーゼルの品質および生産の収益性が大幅に向上する。これらの事実は、有効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す。
研究と産業バイオディーゼルの生産者は、超音波混合は、低品質の油脂が原料として使用されている場合でも、バイオディーゼルを生成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ます。超音波プロセスの強化は、過剰なメタノールと触媒の使用を減少させる変換速度を大幅に改善し、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。(cf. アブドゥッラーら, 2015)

超音波エステル交換は、バイオディーゼル変換を改善します。

加速反応と大幅に高い効率で超音波処理を使用してバイオディーゼル(FAME)にトリグリセリドのエステル交換。

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迅速な変換、高い収率と優れた全体的な効率のための原子炉FC2T500kと超音波バイオディーゼルプロセッサUIP2000hdT。超音波は、バイオディーゼル製造における機械的撹拌機を容易に上回る。

超音波バイオディーゼル反応器 UIP2000hdT 優れたプロセス効率:より高い収率、改善されたバイオディーゼル品質、より速い処理およびコスト削減。

超音波混合であなたのバイオディーゼルプロセスのエネルギー要件を削減!

超音波混合は、バイオディーゼル製造における特定のエネルギー消費量を大幅に削減する流体力学的磁気混合および高剪断ミキサーを大幅に削減します。

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、簡単に既存のバイオディーゼルプラントにレトロフィットだけでなく、任意の新しいインストール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、高性能生産プラントに任意のバイオディーゼル施設を回します。簡単なインストール、堅牢性とユーザーの使いやすさ(操作のための特定の訓練は必要ありません)は、高効率バイオディーゼルプラントへの任意の施設のアップグレードを可能にします。以下では、独立した第三者によって文書化された利点の科学的に証明された結果を提示します。数字は、任意の従来の攪拌技術よりも混合超音波バイオディーゼルの優位性を証明します。

超音波バイオディーゼル処理プラントのフローチャート

フローチャートは、プロセス効率を向上させる超音波混合を含むバイオディーゼル製造工程を示しています。

効率とコスト比較:超音波対機械的攪拌

超音波バイオディーゼルリアクター技術は、優れた混合結果のために超音波キャビテーションを使用しました。これは、より高いバイオディーゼル変換、より高い収率、より少ないメタノール、より少ない触媒消費だけでなく、エネルギーと運用コストの削減をもたらします。Gholami et al. (2021) それらの比較研究において存在する機械的攪拌(すなわち、ブレードミキサー、インペラー、高剪断ミキサー)よりも超音波エステル交換の利点。
投資コスト: 超音波処理装置および原子炉UIP16000だけ1.2m x 0.6mの足跡の192-384 tのバイオディーゼル/dを作り出すことができる。それに比べて、機械的撹拌(MS)では、機械的ストリングプロセスにおける反応時間が長いため、はるかに大きな反応器が必要となり、これにより反応器コストが大幅に増加する。(cf. ゴラミら, 2020)
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低い総投資のために、攪拌プロセスのためのものよりも7.7%低いです。化学物質(触媒、メタノール/アルコール)のコストは、両方のプロセス、超音波処理と機械的攪拌で3番目に大きいコストドライバーです。しかしながら、超音波バイオディーゼル燃料変換のために、化学的コストは、機械的攪拌のためのものよりも有意に低い。化学物質のコスト分率は、最終的なバイオディーゼルコストの約5%を占めています。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%低い。
エネルギーコスト: 超音波混合反応器で消費されるエネルギーは、機械的撹拌機のエネルギーよりも約3倍低い。エネルギー消費量のこの大幅な減少は、音響/超音波キャビテーションの現象を特徴づける無数の空洞の産生および崩壊に起因する、激しいマイクロ混合および反応時間の減少の産物である(Gholami et al., 2018)。また、従来の撹拌機と比較して、超音波混合工程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量は、それぞれ26.5%および1.3%減少する。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す。
廃棄物処理費用: 超音波キャビテーション技術はまた著しく廃棄物処理のコストを削減します。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と消費されたアルコールの量の減少による廃棄物生産の大幅な減少に起因する。
環境に配慮: 非常に高い全体的な効率、削減された化学消費、低エネルギー要件および減らされた廃棄物のために、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。

結論 – 超音波は、バイオディーゼル生産効率を向上させます

超音波混合は、効率によって機械的なインペラーミキサーを上回る。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撹拌よりも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は、総資本投資、総製品コスト、正味現在価値と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量は、約20.8%の他のそれよりも低いことが判明しました。超音波反応器を使用すると、製品コストが5.2%削減されました – バージンキャノーラオイルを使用しています。超音波処理はまた、使用済み油(例えば、使用される食用油)を処理することができるので、生産コストはさらに大幅に削減することができます。Gholami et al. (2021) 正味正味現在価値のために、超音波キャビテーションプロセスは、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来る。
技術的な観点から、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。多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る – 攪拌槽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数秒に反応時間を短縮します。この短い滞留時間は小さい足跡の流れる動く動きの動きのバイオディーゼルの生産を可能にする。また、超音波キャビテーション反応器はエネルギーおよび材料要件に有益な効果を示し、攪拌タンク反応器とメタノールおよび触媒消費量によって消費されるエネルギー消費量の3分の1近くに25%削減する。
経済的な観点から見ると、超音波キャビテーションプロセスの総投資は、主に原子炉コストとメタノール蒸留カラムコストの50%と11.6%近く削減するため、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、キャノーラ油消費量の4%の削減、総投資の減少、2.2%低い化学物質消費、および23.8%低いユーティリティ要件によるバイオディーゼル生産コストを削減します。機械的に撹拌されたプロセスとは異なり、超音波処理は、正味現在価値、短い回収時間、およびより高い内部収益率に対する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テクノ経済的な利点に加えて、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、反応器の高い変換とこのプロセスでのアルコール消費量の減少による廃棄物の流れの80%の減少をもたらします。(cf. ゴラミら, 2021)

ヒールシャー超音波からの超音波キャビテーション反応器は、広く改善されたプロセス効率、高い収率と生産コストの削減のためのバイオディーゼル製造施設に設置されています。

超音波流れスルー反応器 モデル1000hdTの3x 1kW超音波処理器 高効率バイオディーゼル変換のため。

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改善された混合のためのヒールシャー超音波反応器を使用してバイオディーゼルの連続インライン生産のためのフローチャート。

フローチャートは、超音波支援バイオディーゼルプロセスの典型的なセットアップを示しています。超音波反応器の使用は、バイオディーゼルプロセスの効率を大幅に向上させます。

お好みの触媒を使用する

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、シンデとカリアギン(2019)は、様々な触媒、すなわち水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、(CH)を使用した超音波とメチェン性ブレード混合の効率を比較した。3ONa)、テトラメチルアンモニウム水酸化および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(35ºで)より高い収率と変換率によって(65ºで)機械的混合を優れたバイオディーゼル生産のために優れた示すように。超音波分野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高めた。超音波処理は、テストされたすべての触媒の機械的攪拌を上回った。超音波キャビテーションでのエステル交換反応を実行することは、バイオディーゼル生産のためのエネルギー効率が良く、工業的に実行可能な代替手段です。KOHおよびNaOHに広く使用されている触媒のほかに、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)の両方が、バイオディーゼル変換のための興味深いアルトルネイティブ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用いた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た。超音波アシスト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撹拌プロセスと比較し、超音波プロセスは、従来の攪拌プロセスで3〜4時間かかる60分反応時間内にBaOを用いた収率の95.2%を示したことがわかった。最適な条件で超音波アシストエステル交換のために、60分は、従来の攪拌と2-4時間と比較して95%の収率を達成するために必要とされました。また、60分で超音波で達成された収率は、触媒としてCaOを使用して5.5%から77.3%に増加し、触媒としてSrOを使用して48.2%から95.2%、およびBaOを触媒として使用して67.3%から95.2に増加しました。

超音波混合は、バイオディーゼルの収率、時間および全体的な効率で機械的撹拌を上回る。研究のために、ヒールシャーUP200St超音波処理器が使用されました。

触媒として種々のグアニジン(3%mol)を用いたバイオディーゼル生産。(A) 機械的撹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) 超音波バッチ反応器: 超音波処理器 UP200St、(メタノール:キャノーラ油)4:1、60%米国振幅、温度35ºC.超音波駆動混合は、はるかに機械的な攪拌を上回る。
(研究・グラフ:新田・カリアギン(2019年)

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高性能の超音波反応器は、優れたバイオディーゼル処理を実現

ヒールシャー超音波は、より高い収率、改善された品質、処理時間の短縮と低い生産コストをもたらす改善されたバイオディーゼル生産のための高性能超音波プロセッサと反応器を提供しています。

中小規模のバイオディーゼル炉

バイオディーゼルの生産のための反応器を混合し、超音波/時(2900ガロン/時間)9tonまでの中小バイオディーゼル生産のために、ヒールシャーはあなた提供しています UIP500hdT (500 ワット)UIP1000hdT (1000 ワット)UIP1500hdT (1500 ワット)、および UIP2000hdT (2000 ワット) 超音波高せん断ミキサーモデル。これらの4つの超音波反応器は非常にコンパクトで、統合または改造が容易です。過酷な環境でのヘビーデューティ動作用に構築されています。以下に、さまざまな生産速度の推奨原子炉セットアップを示します。

トン/時
ガロン/ hrで
1X UIP500hdT (500 ワット)
00.25から0.5まで
80から160まで
1X UIP1000hdT (1000 ワット)
00.5から1.0
160から320まで
1X UIP1500hdT (1500 ワット)
00.75から1.5
240から480
1X UIP2000hdT (2000 ワット)
1.0から2.0
320から640まで
2倍 UIP2000hdT (2000 ワット)
2.0 から 4.0
640から1280へ
4XUIP1500hdT (1500 ワット)
3.0から6.0
960から1920
6X UIP1500hdT (1500 ワット)
4.5から9.0
1440年から2880年
6X UIP2000hdT (2000 ワット)
6.0から12.0
1920から3840

非常に大きい高効率の産業用バイオディーゼルの反応器

バイオディーゼルの生産産業用加工バイオディーゼル生産工場のためにヒールシャーを提供しています UIP4000hdT(4キロワット)、UIP6000hdT (6キロワット)、 UIP10000(10kW) そして UIP16000hdT (16kW) 超音波ホモジナイザー!これらの超音波プロセッサは、高流量の連続処理のために設計されています。UIP4000hdT、UIP6000hdTおよびUIP10000は標準的な海上貨物の容器に統合することができる。また、4つのプロセッサモデルはすべてステンレススチールキャビネットで入手可能です。直立設置では、最小限のスペースしか必要としません。以下に、一般的な工業用処理速度の推奨セットアップを示します。

トン/時
ガロン/ hrで
1x UIP6000hdT (6000ワット)
3.0から6.0
960から1920
3倍 UIP4000hdT (4000ワット)
6.0から12.0
1920から3840
5倍 UIP4000hdT (4000ワット)
10.0から20.0
3200から6400
3x UIP6000hdT (6000ワット)
9.0 から 18.0
2880 から 5880
3倍 UIP10000 (10,000 ワット)
15.0から30.0
4800から9600
3倍 UIP16000hdT (16,000ワット)
24.0から48.0
7680から15360
5倍 UIP16000hdT
40.0から80.0
12800から25600

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超音波高剪断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、産業加工で使用されます。

ヒールシャー超音波は、ラボ、パイロット、工業規模でアプリケーション、分散、乳化および抽出を混合するための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



文献 / 参考文献

知る価値のある事実

バイオディーゼルの生産

バイオディーゼルは、トリグリセリドがエステル交換として知られている化学反応を介して遊離脂肪メチルエステル(FAME)に変換されたときに生成されます。トリグリセリドはグリセリドであり、グリセロールは脂肪酸として知られている長鎖酸でエステル化されます。これらの脂肪酸は植物油や動物性脂肪に豊富に存在します。エステル交換の反応の間、原料中に存在するトリグリセリド(例えば、植物油、食用油または動物性脂肪)は、触媒(例えば、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム)と一次アルコール(例えば、メタノール)の存在下で反応する。バイオディーゼルエステル交換反応では、植物油または動物性脂肪の原料からアルキルエステルが形成される。バイオディーゼルは、バージン植物油、廃植物油、使用される揚げ油、タロウやラードなどの動物性脂肪など様々な異なる原料から製造することができるため、遊離脂肪酸(FFA)の量は大きく変動する可能性があります。トリグリセリドの遊離脂肪酸の割合は、バイオディーゼルの生産プロセスと結果として生じるバイオディーゼルの品質に大きく影響する重要な要因です。大量の遊離脂肪酸は、変換プロセスを妨げ、最終的なバイオディーゼル品質を低下させる可能性があります。主な問題は、遊離脂肪酸(FFA)がアルカリ触媒と反応して石鹸を形成することです。石鹸形成は、その後、グリセロール分離の問題を引き起こす。したがって、多量のFFAを含む原料は、主に前処理(いわゆるエステル化反応)を必要とし、その間にFFAはエステルに変換される。超音波は、両方の反応を促進します, エステル交換およびエステル化.
超音波補助酸触媒エステル化と高品質のバイオディーゼルに貧しい油や脂肪のベース触媒エステル交換について詳しく読む!


高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、完全工業用超音波システムにベンチトップユニット上のコンパクトラボ超音波装置から完全なスペクトルをカバーしています。

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