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)

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。

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。

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

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

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)

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。

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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