초음파 처리를 이용한 조류 유래 바이오디젤 생산
조류 오일은 바이오디젤 제조를 위한 흥미로운 지속 가능한 원료입니다. 대두, 카놀라, 팜과 같이 널리 사용되는 원료를 대체할 수 있습니다. 초음파 처리는 조류 세포에서의 오일 추출과 바이오디젤로의 전환을 개선합니다.
전통적인 유지 작물과 비교할 때 조류는 에이커당 훨씬 더 많은 오일을 생산합니다. 대두는 일반적으로 에이커당 50갤런 미만의 오일을 생산하고 유채는 에이커당 130갤런 미만을 생산하는 반면, 조류는 에이커당 최대 10,000갤런을 생산할 수 있습니다. 특히 규조류와 녹조류는 바이오디젤 생산에 좋은 원료입니다.
다른 식물과 마찬가지로 조류는 지질 형태로 에너지를 저장합니다. 오일 추출에는 압착, 헥산 용매 세척, 초음파 추출 등 다양한 방법이 있습니다.
조류 오일의 초음파 추출
액체에 강력한 초음파 처리를 가하면 액체 매질로 전파되는 음파가 발생하여 고압 주기와 저압 주기가 번갈아 나타납니다. 저압 주기 동안 액체 내부에 강도가 높은 작은 진공 기포가 생성됩니다. 기포가 일정 크기에 도달하면 고압 주기 동안 격렬하게 붕괴합니다. 이를 캐비테이션이라고 합니다. 기포가 내파하는 동안 국소적으로 매우 높은 압력과 고속 액체 제트가 발생합니다. 이로 인해 발생하는 전단력은 세포 구조를 기계적으로 파괴하고 물질 전달을 개선합니다. 이러한 효과는 조류에서 지질을 추출하는 데 도움이 됩니다.
초음파 혼합은 바이오디젤 전환율을 개선하고 수율을 높이며 과량으로 사용되는 메탄올과 촉매를 절약합니다. 사진은 바이오디젤 공장에 설치된 3x UIP1000hdT(각각 1kW)를 보여줍니다.
아래 표는 다양한 체적 유량에 대한 일반적인 소요 전력을 보여줍니다. 초음파 시스템은 일반적으로 인라인으로 통합됩니다. 초음파 처리 반응기는 기존 설비에 쉽게 추가 설치하여 조류 추출을 개선할 수 있습니다.
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유량
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출력
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|---|---|
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20 – 100L/hr
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80 – 400L/hr
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0.3 – 1.5m³/hr
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2 – 10m³/hr
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20 – 100m³/hr
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조류 오일의 냉압착을 위한 초음파 전처리
특히 압착을 목적으로 할 때는 세포 잔해를 포함한 모든 세포 내 물질이 무제한으로 방출되거나 생성물이 변성되는 것을 방지하기 위해 세포 파쇄를 적절히 제어해야 합니다. 세포 구조를 파괴하면 외부 압력을 가할 때 세포 내부에 저장된 지질을 더 많이 방출할 수 있습니다.
조류 오일의 초음파 용매 추출
초음파의 고압 주기는 헥산과 같은 용매가 세포 구조 내부로 확산되는 데 도움이 됩니다. 초음파는 캐비테이션 전단력으로 세포벽을 기계적으로 파괴하므로 세포에서 용매로의 지질 전달을 촉진합니다. 오일이 헥산에 용해된 후 펄프/조직을 여과하여 제거합니다. 용액을 증류하여 오일을 헥산에서 분리합니다. 위험 환경에서 인화성 액체나 용매를 초음파 처리할 수 있도록 Hielscher는 UIP1000-Exd와 같은 FM 및 ATEX 인증 초음파 처리 시스템을 제공합니다.
초음파 처리는 조류 수확을 촉진합니다. 초음파를 이용한 조류 수확에 대해 자세히 알아보세요!
조류 오일의 초음파 효소 추출
효소 처리와 초음파 처리를 결합하면 강력한 상승 효과를 관찰할 수 있습니다. 캐비테이션은 효소의 조직 침투를 도와 추출 속도를 높이고 수율을 향상시킵니다. 이 경우 물이 용매로 작용하고 효소가 세포벽을 분해합니다.
초음파를 이용한 조류 오일 추출에 대해 자세히 알아보세요!
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파일럿 규모부터 생산 규모까지의 초음파 조류 오일 처리
예를 들어 1kW 시스템을 사용한 파일럿 규모 시험을 권장합니다. 이를 통해 해당 공정 흐름에서 나타나는 전반적인 효과와 개선 사항을 확인할 수 있습니다. 모든 결과는 대규모 공정 흐름으로 선형적으로 확장할 수 있습니다. 귀사의 공정에 대해 함께 논의하고 후속 단계를 제안해 드리겠습니다.
초음파 바이오디젤 혼합의 큰 장점은 이 공정의 에너지 효율성입니다. 초음파 바이오디젤 반응기로 달성할 수 있는 에너지 절감에 대해 자세히 알아보세요!
초음파 에스테르화 및 에스테르 교환 반응은 배치 공정 또는 연속 인라인 공정으로 수행할 수 있습니다. 이 도표는 바이오디젤(FAME) 에스테르 교환 반응을 위한 초음파 인라인 공정을 보여줍니다.
바이오디젤의 인라인 에스테르화 및 에스테르 교환 반응을 위한 플로우 셀을 갖춘 산업용 초음파 시스템.
산업용 바이오디젤 생산을 위한 중형 및 대규모 초음파 처리 장치
Hielscher Ultrasonics는 어떤 생산량에서도 바이오디젤을 효율적으로 생산할 수 있도록 산업용 등급의 중형 및 대규모 산업용 초음파 처리 장치를 공급합니다. 모든 시스템은 조류 오일, 식물성 오일, 동물성 지방, 폐유 등을 포함한 모든 종류의 원료에 대한 에스테르 교환 반응을 개선하는 데 사용할 수 있습니다.
Hielscher의 제품군은 모든 생산 용량에 적합한 초음파 시스템을 포괄하므로 소규모 생산자와 대기업 모두에 이상적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 초음파 바이오디젤 전환은 배치 공정 또는 연속 인라인 공정으로 수행할 수 있습니다. 설치와 운전이 간단하고 안전하며, 우수한 품질의 바이오디젤을 안정적으로 높은 생산량으로 생산합니다.
아래에서 다양한 생산 속도에 권장되는 반응기 구성을 확인할 수 있습니다.
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톤/hr
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gal/hr
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|---|---|---|
| 1x UIP500hdT |
0.25–0.5
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80–160
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| 1x UIP1000hdT |
0.5–1.0
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160–320
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| 1x UIP1500hdT |
0.75–1.5
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240–480
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| 2x UIP1000hdT |
1.0–2.0
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320–640
|
| 2x UIP1500hdT |
1.5–3.0
|
480–960
|
| 4x UIP1500hdT |
3.0–6.0
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960–1920
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| 6x UIP1500hdT |
4.5–9.0
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1440–2880
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연락하세요! / 문의하세요!
Hielscher Ultrasonics는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 혼합 응용, 분산, 유화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.
문헌 / 참고 자료
- Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
- Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
- Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrason Sonochem. 2010 Jun; 17(5): 839-44.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
- Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
Hielscher Ultrasonics는 고성능 초음파 균질기를 실험실 규모부터 산업 규모까지 제조합니다.