ბიოდიზელის წარმოება უმაღლესი პროცესით და ხარჯების ეფექტურობით

ულტრაბგერითი შერევა არის უმაღლესი ტექნოლოგია მაღალეფექტური და ეკონომიური ბიოდიზელის წარმოებისთვის. ულტრაბგერითი კავიტაცია მკვეთრად აუმჯობესებს მასის გადაცემას, რითაც ამცირებს წარმოების ხარჯებს და დამუშავების ხანგრძლივობას. ამავდროულად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას უხარისხო ზეთები და ცხიმები (მაგ., ნარჩენი ზეთები) და გაუმჯობესდეს ბიოდიზელის ხარისხი. Hielscher Ultrasonics აწვდის მაღალი ხარისხის, გამძლე ულტრაბგერითი შერევის რეაქტორებს ნებისმიერი წარმოების მასშტაბისთვის. წაიკითხეთ მეტი, თუ როგორ ისარგებლებს თქვენი ბიოდიზელის წარმოება სონიკაციით!

ბიოდიზელის წარმოების სარგებელი ულტრაბგერითი გამოყენებით

ბიოდიზელი (ცხიმოვანი მჟავის მეთილის ესტერი, შემოკლებით FAME) არის ლიპიდური ნედლეულის (ტრიგლიცერიდები, მაგ., მცენარეული ზეთი, დახარჯული სამზარეულოს ზეთები, ცხოველური ცხიმები, წყალმცენარეების ზეთი) და ალკოჰოლის (მეთანოლი, ეთანოლი) ტრანსესტერიფიკაციის პროდუქტი კატალიზატორის გამოყენებით. (მაგ., კალიუმის ჰიდროქსიდი KOH).
Პრობლემა: ჩვეულებრივი ბიოდიზელის კონვერტაციისას ჩვეულებრივი მორევის გამოყენებით, ნავთობისა და ალკოჰოლის ტრანსესტერიფიკაციის რეაქციის ორივე რეაქტიული რეაქციის შეუთავსებელი ბუნება იწვევს მასის გადაცემის ცუდ სიჩქარეს, რაც იწვევს ბიოდიზელის არაეფექტურ წარმოებას. ეს არაეფექტურობა ხასიათდება ხანგრძლივი რეაქციის დროით, მეთანოლი-ზეთის მაღალი მოლური თანაფარდობით, მაღალი კატალიზატორის მოთხოვნებით, პროცესის მაღალი ტემპერატურით და მორევის მაღალი სიჩქარით. ეს ფაქტორები მნიშვნელოვანი ხარჯების მამოძრავებელია, რაც ჩვეულებრივი ბიოდიზელის წარმოებას ძვირადღირებულ პროცესად აქცევს.
Გადაწყვეტილება: ულტრაბგერითი შერევა ემულსიებს რეაგენტებს ძალიან ეფექტური, სწრაფი და დაბალ ფასად ისე, რომ ზეთი-მეთანოლის თანაფარდობა შეიძლება გაუმჯობესდეს, კატალიზატორის მოთხოვნები მცირდება, რეაქციის დრო და რეაქციის ტემპერატურა მცირდება. ამრიგად, რესურსები (ანუ ქიმიკატები და ენერგია) და დრო ზოგავს, გადამუშავების ღირებულება მცირდება, ხოლო ბიოდიზელის ხარისხი და წარმოების მომგებიანობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდება. ეს ფაქტები აქცევს ულტრაბგერითი შერევას სასურველ ტექნოლოგიაში ეფექტური ბიოდიზელის წარმოებისთვის.
კვლევითი და სამრეწველო ბიოდიზელის მწარმოებლები ადასტურებენ, რომ ულტრაბგერითი შერევა ბიოდიზელის წარმოებისთვის ძალზედ ეფექტური გზაა, მაშინაც კი, როდესაც უხარისხო ზეთები და ცხიმები გამოიყენება როგორც საკვები. ულტრაბგერითი პროცესის ინტენსიფიკაცია მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს კონვერტაციის სიჩქარეს, ამცირებს ჭარბი მეთანოლისა და კატალიზატორის გამოყენებას, რაც იძლევა ბიოდიზელის წარმოების საშუალებას, რომელიც აკმაყოფილებს ASTM D6751 და EN 14212 სპეციფიკაციების ხარისხის სტანდარტს. (შდრ. Abdullah et al., 2015)

ტრიგლიცერიდების ტრანსესტერიფიკაცია ბიოდიზელში (FAME) გაჟონვის გამოყენებით იწვევს დაჩქარებულ რეაქციას და მნიშვნელოვნად მაღალ ეფექტურობას.

ულტრაბგერითი შერევის მრავალი უპირატესობა ბიოდიზელის წარმოებაში

ულტრაბგერითი შერევის რეაქტორები შეიძლება ადვილად იყოს ინტეგრირებული ნებისმიერ ახალ ინსტალაციაში, ასევე რეტრო-დამონტაჟდება ბიოდიზელის არსებულ ქარხნებში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი მიქსერის ინტეგრაცია აქცევს ბიოდიზელის ნებისმიერ ობიექტს მაღალი ხარისხის წარმოების ქარხანად. მარტივი ინსტალაცია, გამძლეობა და მომხმარებლისთვის მოსახერხებელი (არ არის საჭირო სპეციფიური ტრენინგი ექსპლუატაციისთვის) საშუალებას გაძლევთ განაახლოთ ნებისმიერი ობიექტი მაღალეფექტურ ბიოდიზელის ქარხანაში. ქვემოთ წარმოგიდგენთ დამოუკიდებელი მესამე მხარის მიერ დოკუმენტირებული უპირატესობების მეცნიერულად დადასტურებულ შედეგებს. ციფრები ადასტურებს ულტრაბგერითი ბიოდიზელის შერევის უპირატესობას ნებისმიერი ჩვეულებრივი აღრევის ტექნიკასთან შედარებით.

დიაგრამა გვიჩვენებს ბიოდიზელის წარმოების ეტაპებს, ულტრაბგერითი შერევის ჩათვლით პროცესის გაუმჯობესებული ეფექტურობისთვის.

ეფექტურობისა და ღირებულების შედარება: ულტრაბგერითი მექანიკური მორევის წინააღმდეგ

ღოლამი და სხვ. (2021) თავიანთ შედარებით კვლევაში წარმოადგენენ ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაციის უპირატესობებს მექანიკურ მორევთან შედარებით (ანუ, პირის შემრევი, იმპულერი, მაღალი ათვლის შემრევი).
საინვესტიციო ხარჯები: ულტრაბგერითი პროცესორი და რეაქტორი UIP16000 შეუძლია აწარმოოს 192–384 ტონა ბიოდიზელი/დღეში მხოლოდ 1,2 მ x 0,6 მ. შედარებისთვის, მექანიკური მორევისთვის (MS) საჭიროა ბევრად უფრო დიდი რეაქტორი მექანიკური ძაბვის პროცესში რეაქციის ხანგრძლივი დროის გამო, რაც იწვევს რეაქტორის ღირებულების მნიშვნელოვან ზრდას. (შდრ. ღოლამი და სხვ., 2020)
დამუშავების ხარჯები: ულტრაბგერითი ბიოდიზელის წარმოების დამუშავების ხარჯები 7.7%-ით დაბალია, ვიდრე აღრევის პროცესისთვის, ძირითადად, ხმოვანი პროცესისთვის მთლიანი ინვესტიციის დაბალი გამო. ქიმიკატების ღირებულება (კატალიზატორი, მეთანოლი/ალკოჰოლი) არის მესამე უმსხვილესი ღირებულების მამოძრავებელი ორივე პროცესში, ხმოვან და მექანიკურ შერევაში. თუმცა, ულტრაბგერითი ბიოდიზელის კონვერტაციისთვის, ქიმიური ნივთიერებების ხარჯები მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე მექანიკური შერევისთვის. ქიმიკატების ღირებულების ფრაქცია შეადგენს დაახლ. ბიოდიზელის საბოლოო ღირებულების 5%. მეთანოლის, ნატრიუმის ჰიდროქსიდის და ფოსფორის მჟავის დაბალი მოხმარების გამო, ქიმიკატების ღირებულება ულტრაბგერითი ბიოდიზელის პროცესში 2.2%-ით დაბალია, ვიდრე მექანიკური შერევის პროცესი.
ენერგიის ხარჯები: ულტრაბგერითი შერევის რეაქტორის მიერ მოხმარებული ენერგია დაახლოებით სამჯერ ნაკლებია, ვიდრე მექანიკური შემრევი. ენერგიის მოხმარების ეს მნიშვნელოვანი შემცირება არის ინტენსიური მიკრო-შერევისა და რეაქციის დროის შემცირებული პროდუქტი, რომელიც გამოწვეულია უამრავი ღრუს წარმოქმნით და კოლაფსით, რაც ახასიათებს აკუსტიკური/ულტრაბგერითი კავიტაციის ფენომენს (Gholami et al., 2018). გარდა ამისა, ჩვეულებრივ შემრევთან შედარებით, ენერგიის მოხმარება მეთანოლის აღდგენისა და ბიოდიზელის გაწმენდის ეტაპებისთვის ულტრაბგერითი შერევის პროცესის დროს მცირდება შესაბამისად 26,5% და 1,3%-ით. ეს კლება გამოწვეულია მეთანოლის ნაკლები რაოდენობით, რომელიც შედის ამ ორ დისტილაციურ სვეტში ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაციის პროცესში.
ნარჩენების გატანის ხარჯები: ულტრაბგერითი კავიტაციის ტექნოლოგია ასევე საოცრად ამცირებს ნარჩენების განადგურების ღირებულებას. ეს ხარჯი სონიკაციის პროცესში დაახლოებით ერთი მეხუთედია, რაც მორევის პროცესშია, რაც გამოწვეულია ნარჩენების წარმოების მნიშვნელოვანი შემცირებით რეაქტორის უფრო მაღალი კონვერტაციის და მოხმარებული ალკოჰოლის ნაკლები რაოდენობით.
წაიკითხეთ მეტი ზეთების ულტრაბგერითი ბიოდიზელის გარდაქმნის შესახებ დახარჯული ყავის ნალექებიდან!
ეკოლოგიურად სუფთა: ძალიან მაღალი საერთო ეფექტურობის, შემცირებული ქიმიური მოხმარების, ენერგიის დაბალი მოთხოვნების და ნარჩენების შემცირების გამო, ულტრაბგერითი ბიოდიზელის წარმოება მნიშვნელოვნად უფრო ეკოლოგიურად სუფთაა, ვიდრე ჩვეულებრივი ბიოდიზელის წარმოების პროცესები.

დასკვნა – ულტრაბგერითი აუმჯობესებს ბიოდიზელის წარმოების ეფექტურობას

სამეცნიერო შეფასება გვიჩვენებს ულტრაბგერითი შერევის აშკარა უპირატესობებს ბიოდიზელის წარმოებისთვის ჩვეულებრივ მექანიკურ შერევასთან შედარებით. ულტრაბგერითი ბიოდიზელის დამუშავების უპირატესობებში შედის მთლიანი კაპიტალის ინვესტიცია, მთლიანი პროდუქტის ღირებულება, წმინდა მიმდინარე ღირებულება და შიდა ანაზღაურება. ულტრაბგერითი კავიტაციის პროცესში მთლიანი ინვესტიციის ოდენობა აღმოჩნდა, რომ სხვაზე ნაკლებია დაახლოებით 20.8%-ით. ულტრაბგერითი რეაქტორების გამოყენებამ პროდუქტის ღირებულება 5.2%-ით შეამცირა. – ხელუხლებელი კანოლის ზეთის გამოყენებით. მას შემდეგ, რაც sonication საშუალებას იძლევა დამუშავებული ასევე დახარჯული ზეთები (მაგ., გამოყენებული სამზარეულო ზეთები), წარმოების ხარჯები შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს კიდევ უფრო. ღოლამი და სხვ. (2021) მივიდნენ დასკვნამდე, რომ დადებითი წმინდა დღევანდელი ღირებულების გამო, ულტრაბგერითი კავიტაციის პროცესი ბიოდიზელის წარმოებისთვის შერევის ტექნოლოგიის უკეთესი არჩევანია.
ტექნიკური თვალსაზრისით, ულტრაბგერითი კავიტაციის ყველაზე მნიშვნელოვანი ეფექტები მოიცავს პროცესის მნიშვნელოვან ეფექტურობას და რეაქციის დროის შემცირებას. მრავალი ვაკუუმური ბუშტის წარმოქმნა და დაშლა – ცნობილია როგორც აკუსტიკური/ულტრაბგერითი კავიტაცია – შეამცირეთ რეაქციის დრო რამდენიმე საათიდან ავზიან რეაქტორში რამდენიმე წამამდე ულტრაბგერითი კავიტაციის რეაქტორში. ბინადრობის ეს ხანმოკლე დრო ბიოდიზელის წარმოების საშუალებას იძლევა ნაკადის რეაქტორში მცირე კვალის მქონე. ულტრაბგერითი კავიტაციის რეაქტორი ასევე ავლენს სასარგებლო გავლენას ენერგეტიკულ და მატერიალურ მოთხოვნებზე, ამცირებს ენერგიის მოხმარებას თითქმის მესამედზე, რომელიც მოხმარებულია შერეული ავზის რეაქტორისა და მეთანოლისა და კატალიზატორის მოხმარებაზე 25%-ით.
ეკონომიკური პერსპექტივიდან, ულტრაბგერითი კავიტაციის პროცესის მთლიანი ინვესტიცია დაბალია, ვიდრე მექანიკური შერევის პროცესი, ძირითადად რეაქტორის ღირებულების თითქმის 50% და 11.6% შემცირების გამო და მეთანოლის დისტილაციის სვეტის ღირებულება, შესაბამისად. ულტრაბგერითი კავიტაციის პროცესი ასევე ამცირებს ბიოდიზელის წარმოების ღირებულებას კანოლას ზეთის მოხმარების 4%-ით შემცირების, მთლიანი ინვესტიციის შემცირების, ქიმიკატების 2.2%-ით დაბალი მოხმარების და 23.8%-ით ნაკლები კომუნალური მოთხოვნების გამო. მექანიკურად შერეული პროცესისგან განსხვავებით, ულტრაბგერითი დამუშავება მისაღები ინვესტიციაა მისი დადებითი წმინდა დღევანდელი ღირებულების, ანაზღაურების უფრო მოკლე დროისა და ანაზღაურების უფრო მაღალი შიდა სიჩქარის გამო. ულტრაბგერითი კავიტაციის პროცესთან დაკავშირებული ტექნოეკონომიკური უპირატესობების გარდა, ის უფრო ეკოლოგიურად სუფთაა, ვიდრე მექანიკური შერევის პროცესი. ულტრაბგერითი კავიტაცია იწვევს ნარჩენების ნაკადის 80%-ით შემცირებას რეაქტორში მაღალი კონვერტაციის და ამ პროცესში ალკოჰოლის მოხმარების შემცირების გამო. (შდრ. ღოლამი და სხვ., 2021)

გამოიყენეთ თქვენი არჩევანის კატალიზატორი

ბიოდიზელის ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაციის პროცესი დადასტურდა, რომ ეფექტურია როგორც ტუტე, ისე ძირითადი კატალიზატორების გამოყენებით. მაგალითად, შინდემ და კალიაგუინმა (2019) შეადარეს ულტრაბგერითი და მექანიკური დანის შერევის ეფექტურობა სხვადასხვა კატალიზატორების გამოყენებით, კერძოდ, ნატრიუმის ჰიდროქსიდი (NaOH), კალიუმის ჰიდროქსიდი (KOH), (CH).₃ONa), ტეტრამეთილ ამონიუმის ჰიდროქსიდი და ოთხი გუანიდინი (პროპილ-2,3-დიციკლოჰექსილ გუანიდინი (PCHG), 1,3-დიციკლოჰექსილ 2 n-ოქტილ გუანიდინი (DCOG), 1,1,3,3-ტეტრამეთილ გუანიდინი (TMG), 1,3-დიფენილ გუანიდინი (DPG)). ულტრაბგერითი შერევა (35º-ზე), როგორც ნაჩვენებია, აღემატება ბიოდიზელის წარმოებას, აღემატება მექანიკურ შერევას (65º-ზე) უფრო მაღალი მოსავლიანობით და კონვერტაციის სიჩქარით. ულტრაბგერითი ველში მასის გადაცემის ეფექტურობამ გაზარდა ტრანსესტერიფიკაციის რეაქციის სიჩქარე მექანიკურ მორევთან შედარებით. Sonication-მა აჯობა მექანიკურ მორევას ყველა გამოცდილი კატალიზატორისთვის. ტრანსესტერიფიკაციის რეაქციის გაშვება ულტრაბგერითი კავიტაციით არის ენერგოეფექტური და ინდუსტრიულად სიცოცხლისუნარიანი ალტერნატივა ბიოდიზელის წარმოებისთვის. გარდა ფართოდ გამოყენებული კატალიზატორების KOH და NaOH, ორივე გუანიდინის კატალიზატორი, პროპილ-2,3 დიციკლოჰექსილგუანიდინი (PCHG) და 1,3-დიციკლოჰექსილ 2 n-ოქტილგუანიდინი (DCOG), ორივე ნაჩვენებია, როგორც ბიოდიზელის კონვერტაციის საინტერესო ალტერნატივები.
მუთაბადი და სხვ. (2010) გამოიკვლია ულტრაბგერითი დახმარებით ბიოდიზელის სინთეზი პალმის ზეთიდან სხვადასხვა ტუტე ლითონის ოქსიდის კატალიზატორების გამოყენებით, როგორიცაა CaO, BaO და SrO. კატალიზატორის აქტივობა ულტრაბგერითი დახმარებით ბიოდიზელის სინთეზში შეადარეს ტრადიციულ მაგნიტურ მორევის პროცესს და აღმოჩნდა, რომ ულტრაბგერითი პროცესი აჩვენა მოსავლიანობის 95.2% BaO-ს გამოყენებით 60 წუთში რეაქციის დროში, რაც სხვა შემთხვევაში 3-4 სთ. ჩვეულებრივი მორევის პროცესი. ულტრაბგერითი დახმარებით ტრანსესტერიფიკაციისთვის ოპტიმალურ პირობებში, 60 წუთი იყო საჭირო 95% მოსავლიანობის მისაღწევად, ჩვეულებრივი მორევით 2-4 სთ-თან შედარებით. ასევე, ულტრაბგერით მიღწეული გამოსავლიანობა 60 წუთში გაიზარდა 5.5%-დან 77.3%-მდე CaO-ის, როგორც კატალიზატორების გამოყენებით, 48.2%-დან 95.2%-მდე SrO-ს, როგორც კატალიზატორების გამოყენებით და 67.3%-დან 95.2-მდე BaO-ს, როგორც კატალიზატორების გამოყენებით.

ბიოდიზელის წარმოება კატალიზატორად სხვადასხვა გუანიდინების (3% მოლი) გამოყენებით. (A) მექანიკური მორევის ბაჩრეაქტორი: (მეთანოლი:კანოლას ზეთი) 4:1, ტემპერატურა 65ºC; (B) ულტრაბგერითი სერიული რეაქტორი: ულტრაბგერითი UP200St, (მეთანოლი:კანოლას ზეთი) 4:1, 60% აშშ ამპლიტუდა, ტემპერატურა 35ºC. ულტრაბგერითი შერევა ბევრად აღემატება მექანიკურ შერევას.
(შესწავლა და გრაფიკები: შინდე და კალიაგინი, 2019)

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი რეაქტორები უმაღლესი ბიოდიზელის დამუშავებისთვის

Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი პროცესორებს და რეაქტორებს ბიოდიზელის გაუმჯობესებული წარმოებისთვის, რაც იწვევს უფრო მაღალ მოსავალს, გაუმჯობესებულ ხარისხს, დამუშავების დროის შემცირებას და წარმოების ხარჯებს.

მცირე და საშუალო მასშტაბის ბიოდიზელის რეაქტორები

მცირე და საშუალო ზომის ბიოდიზელის წარმოებისთვის 9 ტონა/სთ-მდე (2900 გალი/სთ), Hielscher გთავაზობთ UIP500hdT (500 ვატი), UIP1000hdT (1000 ვატი), UIP1500hdT (1500 ვატი), და UIP2000hdT (2000 ვატი) ულტრაბგერითი მაღალი ათვლის მიქსერის მოდელები. ეს ოთხი ულტრაბგერითი რეაქტორი არის ძალიან კომპაქტური, ადვილად ინტეგრირებული ან რეტრო მორგებული. ისინი შექმნილია მძიმე სამუშაოებისთვის მძიმე გარემოში. ქვემოთ თქვენ იხილავთ რეაქტორის რეკომენდებულ კონფიგურაციას წარმოების სიჩქარის სპექტრისთვის.

ძალიან დიდი გამტარუნარიანობის სამრეწველო ბიოდიზელის რეაქტორები

სამრეწველო გადამუშავებისთვის ბიოდიზელის წარმოების ქარხნები Hielscher გთავაზობთ UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10 კვტ) და UIP16000hdT (16kW) ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები! ეს ულტრაბგერითი პროცესორები შექმნილია მაღალი ნაკადის უწყვეტი დამუშავებისთვის. UIP4000hdT, UIP6000hdT და UIP10000 შეიძლება ინტეგრირებული იყოს სტანდარტული საზღვაო ტვირთების კონტეინერებში. გარდა ამისა, ოთხივე პროცესორის მოდელი ხელმისაწვდომია უჟანგავი ფოლადის კარადებში. თავდაყირა ინსტალაცია მოითხოვს მინიმალურ ადგილს. ქვემოთ ნახავთ რეკომენდებულ დაყენებებს ტიპიური სამრეწველო დამუშავების განაკვეთებისთვის.