ენერგოეფექტურობა და მეთანოლის დაზოგვა ბიოდიზელის წარმოებაში

სონიკაცია არის ენერგიის დამზოგავი შერევის ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს ულტრაბგერით კავიტაციას ინტენსიური მიკროშერევისა და სწრაფი მასის გადაცემის შესაქმნელად შეურეველ ნავთობისა და მეთანოლის ფაზებს შორის. ბიოდიზელის დამუშავებისას, ეს ეფექტი მკვეთრად ამცირებს რეაქციის დროს. – საათებიდან წამებამდე – და საშუალებას იძლევა ეფექტური ტრანსესტერიფიკაცია დაბალ ტემპერატურაზე და მეთანოლისა და კატალიზატორის შემცირებული გამოყენებით. გარდა იმისა, რომ თავად არის ენერგოეფექტური დამუშავების ტექნოლოგია, სონიკაცია ამცირებს მეთანოლისა და კატალიზატორის საჭიროებებს, მინიმუმამდე ამცირებს ენერგიის დანაკარგებს და ამცირებს მეთანოლის აღდგენის საჭიროებას დისტილაციით, რაც სონიკაციას ტრადიციული მექანიკური მორევის მაღალეფექტურ და მდგრად ალტერნატივად აქცევს.

Sonication, როგორც პროცესის ინტენსიფიკაცია ბიოდიზელის წარმოებაში

ბიოდიზელის წარმოება ტრადიციულად ეფუძნება მექანიკურ პირებიან აგიტატორებს ტრანსესტერიფიკაციის პროცესში ზეთისა და სპირტის შესარევად. თუმცა, ამ მეთოდს აწუხებს შეურეველ ფაზებს შორის ცუდი ზედაპირული კონტაქტი, რაც იწვევს რეაქციის ხანგრძლივ დროს, მეთანოლის მაღალ სიჭარბეს და მნიშვნელოვან ენერგიის დანაკარგებს როგორც შერევისას, ასევე დისტილაციით მეთანოლის შემდგომი აღდგენისას.
Hielscher Ultrasonics GmbH-ის მიერ შემუშავებულმა ულტრაბგერითი კავიტაციის ტექნოლოგიის დანერგვამ ფუნდამენტურად გააუმჯობესა პროცესის ეფექტურობა. ულტრაბგერითი რეაქტორები იყენებენ ინტენსიურ აკუსტიკურ ენერგიას, რომელიც წარმოქმნის მიკროსკოპულ კავიტაციის ბუშტებს თხევად ფაზაში. მათი იმპლოზია წარმოქმნის ლოკალიზებულ ცხელ წერტილებს, ინტენსიურ მიკროშერევას და მასის გადაცემის მაღალ სიჩქარეს, რაც საშუალებას იძლევა სწრაფი ტრანსესტერიფიკაცია ზომიერ პირობებში.

ულტრაბგერითი კავიტაციისა და მექანიკური აღრევის შედარება

1. რეაქციის ეფექტურობა და შერევის ეფექტურობა

ულტრაბგერითი კავიტაციის (UC) და მექანიკური მორევის (MS) რეაქტორებს შორის შედარებითი ტექნიკურ-ეკონომიკური შეფასებისას (Gholami et al., 2021):
ულტრაბგერითი რეაქტორი 5-15 წამში 99%-იან კონვერტაციის ეფექტურობას მიაღწია,
მაშინ როდესაც მექანიკურად მორევის რეაქტორს 95%-იანი გარდაქმნის ეფექტურობის მისაღწევად დაახლოებით 80 წუთი დასჭირდა.
ეს უზარმაზარი აჩქარება წარმოიქმნება აკუსტიკური მიკრონაკადისა და კავიტაციის შედეგად გამოწვეული ემულსიფიკაციის შედეგად, რომელსაც ჰილსჩერის რეაქტორები წარმოქმნიან. ეს მექანიზმები წარმოქმნის სპირტის წვრილ დისპერსიებს ზეთში, რაც მნიშვნელოვნად აფართოებს ზედაპირულ არეალს და მინიმუმამდე ამცირებს მასის გადაცემის წინააღმდეგობას.
უმაღლესი შერევის ეფექტურობა ტრანსესტერიფიკაციას უფრო დაბალ ტემპერატურაზე (45–60°C) და საშუალო წნევაზე (~3 ბარი) უზრუნველყოფს, ტრადიციულ პროცესებთან შედარებით, რომლებიც ხშირად მომატებულ წნევას (~4 ბარი) საჭიროებენ მეთანოლის აორთქლების თავიდან ასაცილებლად და ხსნადობის შესანარჩუნებლად.

ულტრაბგერითი შერევა ამცირებს ბიოდიზელის წარმოებაში სპეციფიკურ ენერგომოხმარებას, გაცილებით უკეთესად აჭარბებს ჰიდროდინამიკურ მაგნიტურ შერევას და მაღალი ძვრის მიქსერებს.

2. ენერგიის მოხმარება და რეაქტორის დიზაინი

Hielscher-ის ნაკადის ულტრაბგერითი სისტემები (მაგ., UIP1500hdT, UIP16000hdT) უზრუნველყოფენ მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივეს, წარმოებული ბიოდიზელის მხოლოდ ~3 კჯ/ლ სპეციფიკური ენერგიის მოთხოვნით. 50,000 ტ/წ ბიოდიზელის ქარხნის ტექნიკურ-ეკონომიკურ მოდელში, მექანიკური მორევის ულტრაბგერით კავიტაციაზე გადასვლისას, პროცესის მთლიანი ენერგიის მოთხოვნა შემცირდა 6.9%-ით.

ამის დაშლა:

ძირითადი დანაზოგი ტრანსესტერიფიკაციის დროის მკვეთრად შემცირებაზეა დამოკიდებული, რაც რეაქტორის მოცულობის შემცირებას და გათბობის მოთხოვნების შემცირებას უზრუნველყოფს. Hielscher-ის რეაქტორების კომპაქტური დინების დიზაინი, როგორიცაა UIP16000hdT, დღეში 384 ტონამდე ბიოდიზელის წარმოებას უზრუნველყოფს, რაც მოდულური კლასტერიზაციის გზით მასშტაბირებას უზრუნველყოფს დიდი აურიებული ავზების მოცულობითი არაეფექტურობის გარეშე.

მეთანოლის დაზოგვა და აღდგენის ენერგიის შემცირება

ულტრაბგერითი დამუშავების ენერგეტიკული უპირატესობის მნიშვნელოვანი წვლილი მისი ოპტიმიზებული მეთანოლის გამოყენებაა. ტრადიციული მექანიკური მორევა რეაქციის წინსვლისთვის მოითხოვს მეთანოლისა და ზეთის 6:1 მოლური თანაფარდობას, რაც წარმოქმნის დიდ სიჭარბეს, რომელიც მოგვიანებით უნდა აღდგეს ენერგოინტენსიური აორთქლების ან დისტილაციის გზით.
თუმცა, Hielscher-ის ულტრაბგერითი კავიტაციის ტექნოლოგია თითქმის სრულ გარდაქმნას აღწევს მხოლოდ 4–4.5:1 მეთანოლისა და ზეთის თანაფარდობით. სპირტის ნედლეულის ეს 25%-იანი შემცირება არა მხოლოდ ამცირებს ნედლეულის ხარჯებს, არამედ გამორიცხავს ათასობით ლიტრი მეთანოლის აორთქლებისა და კონდენსაციის საჭიროებას, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს ორთქლის მოხმარებას მეთანოლის აღდგენის სვეტში.
გარდა ამისა, მეთანოლისა და კატალიზატორის დაბალი მოთხოვნა მინიმუმამდე ამცირებს თანმდევი პროდუქტების წარმოქმნას და ამარტივებს შემდგომი გაწმენდას, რაც ხელს უწყობს უფრო სუფთა ფაზების გამოყოფას და ტუტე ჩამდინარე წყლების წარმოქმნის შემცირებას.

 
გაიგეთ, რატომ მუშაობს ულტრაბგერითი ბიოდიზელის წარმოება ასევე იაფი ნედლეულით, როგორიცაა ნარჩენების სამზარეულო ზეთები და ბიოდიზელის წარმოებისთვის განკუთვნილი ღორის ქონი!
 

ულტრაბგერითი მეთოდი პირველი 1.5 წუთის განმავლობაში დაახლოებით 75%-იან კონვერსიას აღწევს და 6 წუთის შემდეგ დაახლოებით 90%-იან კონვერსიას აღწევს.
ტრადიციული მეთოდი გაცილებით ნელ კონვერტაციის სიჩქარეს აჩვენებს, რომელიც 8 წუთის შემდეგ მხოლოდ დაახლოებით 40%-ს აღწევს.

ეკონომიკური და გარემოსდაცვითი შედეგები

ღოლამის და სხვების (2021) ტექნოეკონომიკურმა მოდელმა აჩვენა:

• ინვესტიციის მთლიანი ღირებულება დაახლოებით 21%-ით შემცირდა,
• პროდუქტის ღირებულება ტონაზე დაახლოებით 5%-ით შემცირდა,
• ნარჩენების წარმოქმნა მექანიკური მორევის შედეგად წარმოქმნილი ნარჩენების ერთ მეხუთედამდე შემცირდება,
• შიდა შემოსავლიანობის მაჩვენებელი (IRR) დადებითი NPV-ით 18.3%-მდე გაუმჯობესდა, მაშინ როცა ტრადიციული პროცესი არაეკონომიური დარჩა.

გარემოსდაცვითი თვალსაზრისით, მეთანოლის ჭარბი რაოდენობის შემცირება პირდაპირ ამცირებს აქროლადი ორგანული ნაერთების ემისიებს და ამცირებს თერმული ენერგიის გამოყენებას, ულტრაბგერითი ბიოდიზელის წარმოების მწვანე წარმოების მიზნებთან შესაბამისობაში მოყვანას.

ულტრაბგერითი ბიოდიზელის რეაქტორის უპირატესობების მიმოხილვა

(შედარებითი კვლევის შედეგები, შდრ. ღოლამი და სხვ., 2021)

მაღალი ეფექტურობის ულტრაბგერითი ბიოდიზელის რეაქტორები

Hielscher Ultrasonics-ის მიერ შექმნილი ულტრაბგერითი ბიოდიზელის რეაქტორები არა მხოლოდ სწრაფ და ერთგვაროვან ტრანსესტერიფიკაციას, არამედ მნიშვნელოვან ენერგიისა და მასალის დაზოგვას უზრუნველყოფს. ჭარბი მეთანოლის გამოყენების შემცირება – და მაღალი ტემპერატურის აღდგენის ეტაპების შესაბამისი აღმოფხვრა – მდგრადი განვითარების მნიშვნელოვან უპირატესობას წარმოადგენს.
მოდულური მასშტაბირების, დაბალი ტექნიკური მოთხოვნების და ჰეტეროგენული კატალიზატორების თავსებადობის შერწყმისას, Hielscher-ის sonicators ადგენს ენერგოეფექტური და სუფთა ბიოდიზელის წარმოების ტექნოლოგიის სტანდარტს.
 
დაწვრილებით Hielscher Ultrasonics ბიოდიზელის ტექნოლოგიის უპირატესობების შესახებ!
 

ქვემოთ მოცემულ ცხრილში მოცემულია Hielscher-ის ულტრაბგერითი ბიოდიზელის რეაქტორების სავარაუდო დამუშავების სიმძლავრის მითითება:

დიზაინი, წარმოება და კონსულტაცია – ხარისხი დამზადებულია გერმანიაში

Hielscher ულტრაბგერითები ცნობილია მათი უმაღლესი ხარისხისა და დიზაინის სტანდარტებით. გამძლეობა და მარტივი მუშაობა საშუალებას იძლევა ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების გლუვი ინტეგრაცია სამრეწველო ობიექტებში. უხეში პირობები და მომთხოვნი გარემო ადვილად უმკლავდება Hielscher ულტრაბგერითებს.

Hielscher Ultrasonics არის ISO სერთიფიცირებული კომპანია და განსაკუთრებული აქცენტი კეთდება მაღალი ხარისხის ულტრაბგერაზე, რომელიც აღჭურვილია უახლესი ტექნოლოგიით და მომხმარებლის კეთილგანწყობით. რა თქმა უნდა, Hielscher ულტრაბგერითები შეესაბამება CE და აკმაყოფილებს UL, CSA და RoHs მოთხოვნებს.

ლიტერატურა / ლიტერატურა