바이오 디젤은 염기 촉매를 사용하여 트랜스스테라화를 통해 합성된다. 그러나, 저급 폐기물 채소와 같은 원료가 높은 지방산 함량을 사용하는 경우, 산촉매를 이용한 에스테로화의 화학전처리 단계가 필요하다. 초음파 및 초음파 화학 및 초음파 화학 적 효과는 반응 유형에 기여하고 바이오 디젤 변환의 효율성을 극적으로 향상시시다. 초음파 바이오 디젤 생산은 기존의 바이오 디젤 합성보다 훨씬 빠르며, 바이오 디젤 수율과 품질이 향상되고 메탄올 및 촉매와 같은 시약을 절약합니다.

파워 초음파를 이용한 바이오 디젤 변환

바이오 디젤의 경우 지방산 에스테르는 식물성 오일뿐만 아니라 동물성 지방(예: 우지)의 트랜스스테로케이션화에 의해 생성됩니다. 형질화 반응 동안, 글리세롤 성분은 메탄올과 같은 다른 알코올로 대체된다. 자유 지방산의 함량이 높은 사료원료(예: 폐기물 식물성 기름(WVO)는 비누 형성을 피하기 위해 산성 에스테리화의 전처리가 필요하다. 이러한 산성 촉매 공정은 종래의 배치 방법으로 수행될 때 매우 느린 반응이다. 느린 에스테르화 공정을 가속화하기위한 해결책은 전력 초음파의 적용입니다. 초음파 처리는 고전력 초음파의 초음파 효과가 산성 촉매를 촉진하고 강화함에 따라 반응 속도, 변환 및 바이오 디젤 수율이 현저한 개선을 달성합니다. 초음파 캐비테이션은 초음파 의 력, 즉 고전단 혼합뿐만 아니라 초음파 에너지를 제공합니다. 이러한 두 가지 유형의 초음파 충격(초음파 및 초음파 화학)은 산 촉매에 촉매가 적은 반응을 더 적게 필요로 하는 빠른 반응으로 전환합니다.

초음파 바이오 디젤 변환은 어떻게 작동합니까?

형질화 (또한 알콜증이라고도 함)과 에스테르화의 상이한 단계 사이의 초음파화는 혼합뿐만 아니라 증가 된 열 및 질량 전달에 기초한다. 초음파 혼합은 액체에 진공 거품을 파열의 결과로 발생하는 음향 캐비테이션의 원리를 기반으로합니다. 음향 캐비테이션은 고전기력과 난류뿐만 아니라 매우 높은 압력 및 온도 차가 특징입니다. 이러한 힘은 트랜스스테로화/에스테르화의 화학반응을 촉진하고 질량 및 열 전달을 강화하여 바이오 디젤 변환의 반응을 크게 개선한다.

초음파 처리를 사용하여 트리글리세라이드를 바이오 디젤(FAME)으로 분리하면 반응이 가속화되고 효율성이 상당히 높아지게 됩니다.

바이오 디젤 변환 중 초음파를 적용한 것은 공정 효율성을 향상시키는 과학적으로 그리고 산업적으로 입증되었습니다. 공정 효율의 향상은 에너지 소비 및 운영 비용 감소, 알코올 사용 감소(즉, 메탄올), 촉매 감소 및 반응 시간 단축에 기인할 수 있습니다. 외부 난방에 대한 요구 사항이 없기 때문에 난방 에너지 비용이 제거됩니다. 또한, 바이오 디젤과 글리세롤 사이의 위상 분리는 짧은 위상 분리 시간으로 간단합니다. 바이오 디젤 생산에서 초음파의 상업적 사용에 대한 중요한 요소는 초음파 장비의 견고성과 신뢰성뿐만 아니라 모든 부피, 신뢰할 수 있고 안전한 작동에 대한 간단한 스케일업입니다 (산업 표준, 전체 부하에서 지속적으로 24/7/365를 실행할 수 있음).

인라인 바이오 디젤 에스테르피케이션 및 트랜스스테리얼화를 위한 유동 전지가 있는 초음파 산업 시스템.

산 및 기촉매 반응 단계를 적용한 초음파 지원 2단계 바이오 디젤 변환

높은 FFA 함량을 가진 공급원료의 경우, 바이오 디젤 생산은 2단계 공정에서 산 또는 기저 촉매 반응으로 수행됩니다. 초음파는 두 가지 유형의 반응, 산 촉매 에스테라화뿐만 아니라 기저 촉매 트랜스에스테르화에 기여합니다.

초음파를 이용한 산촉매 에스테르화

공급 원료에서 과도한 지방산을 치료하려면 에스테로피화 과정이 필요합니다. 황산은 일반적으로 산 촉매로 사용됩니다.

• 오염 물질과 물에서 필터링하고 정제하여 공급 원료를 준비합니다.
• 메탄올에 촉매, 즉 황산을 녹입니다. 촉매/메탄올 및 공급원료를 열교환기와 정적 믹서를 통해 공급스트림을 공급하여 조질 프리믹스를 얻습니다.
• 촉매와 공급 원료의 사전 혼합은 초음파 반응 챔버로 직접 들어가므로 초미세 혼합 및 초음파 화학이 적용되고 자유 지방산이 바이오 디젤로 변환됩니다.
• 마지막으로, 제품을 탈수하고 두 번째 단계 인 초음파 에스테르 교환 반응에 공급하십시오. 산성 습식 메탄올은 회수, 건조 및 중화 후 재사용 준비가 완료됩니다.
• 공급 주식을 포함하는 매우 높은 FFA의 경우, 재순환 설정은 아마도 변환 단계 전에 합리적인 수준으로 FFA를 낮출 필요가.

산성 촉매를 이용한 에스테르화 반응:
FFA + 알코올 → 에스테르 + 물

초음파를 이용한 기본 촉매 트랜스에스테르화

현재 소량의 FFA만 있는 공급원료는 트랜스스테레메이션 단계로 직접 공급할 수 있습니다. 수산화 나트륨 또는 수산화칼륨(NaOH, KOH)은 염기 촉매로 사용된다.

• 촉매, 즉 수산화 칼륨을 메탄올에 녹이고 정적 믹서를 통해 촉매/메탄올 및 전처리 된 공급 원료의 스트림을 공급하여 조잡한 사전 혼합을 얻습니다.
• 캐비테이션 고전기 혼합 및 초음파 치료를 위해 초음파 반응 챔버에 직접 사전 혼합을 공급하십시오. 이 반응의 제품은 알킬 에스테르 (즉, 바이오 디젤) 및 글리세린입니다. 글리세린은 정착 또는 원심분리로 분리될 수 있습니다.
• 초음파 로 생산된 바이오 디젤은 메탄올과 촉매를 절약하여 빠르고 에너지 효율적이며 비용 효율적인 고품질의 바이오 디젤입니다.

기본 촉매를 사용하여 전분 화 반응:
오일 / 지방 + 알코올 → 바이오 디젤 + 글리세롤

메탄올 사용 & 메탄올 복구

메탄올은 바이오 디젤 생산 중 핵심 성분입니다. 초음파 구동 바이오 디젤 변환은 메탄올의 크게 감소 된 사용을 할 수 있습니다. 지금 "나는 어쨌든 그것을 복구하기 때문에 내 메탄올 사용에 대해 신경 쓰지 않는다"고 생각한다면, 증발 단계 (예 : 증류열을 사용하여)에 적용되는 엄청난 고에너지 비용을 다시 생각하고 고려할 수 있습니다.
메탄올은 일반적으로 바이오 디젤과 글리세린이 두 층으로 분리된 후 제거되어 반응 반전을 방지합니다. 그런 다음 메탄올을 세척하고 공정의 시작으로 다시 재활용됩니다. 초음파 구동 에스테라화 및 트랜스 에스테르화를 통해 바이오 디젤을 생산, 당신은 메탄올 사용을 극적으로 줄일 수 있습니다, 따라서 메탄올 복구를위한 엄청난 높은 에너지 지출을 줄일 수 있습니다. Hielscher 초음파 반응기의 사용은 필요한 양의 초과 메탄올을 최대 50 %까지 감소시킵니다. 1:4 또는 1:4.5(오일 : 메탄올) 사이의 어금니 비는 대부분의 피드스톡에 충분하며, Hielscher 초음파 혼합을 사용할 때.

초음파 증가 바이오 디젤 변환 효율 – 과학적으로 입증된

수많은 연구 그룹은 바이오 디젤의 초음파 트랜스테니화의 메커니즘과 효과를 조사했습니다. 예를 들어, 세바야 다윈의 연구팀은 초음파 캐비테이션이 화학 활동과 반응 속도를 증가시켜 에스테르 형성이 크게 증가한다는 것을 보여주었습니다. 초음파 기술은 트랜스 테리화 반응 시간을 5 분으로 단축했습니다. – 기계적 교반 처리를위한 2 시간에 비해. 중성혈당(TG)을 초음파하에서 FAME로 변환하여 메탄올과 6:1 및 1%wt 수산화나트륨을 촉매로 사용하여 95.6929%wt를 획득하였다. (2010년 다윈 외)

바이오 디젤 가공을 위한 중형 및 대규모 초음파 처리

Hielscher 초음파’ 모든 부피에서 바이오 디젤의 효율적인 생산을 위한 소규모 중형 및 대규모 산업용 초음파 프로세서를 공급합니다. 모든 규모의 초음파 시스템을 제공하는 Hielscher는 소규모 생산자와 대기업 모두에게 이상적인 솔루션을 제공 할 수 있습니다. 초음파 바이오 디젤 변환은 배치 또는 지속적인 인라인 공정으로 작동 할 수 있습니다. 설치 및 작동은 간단하고 안전하며 우수한 바이오 디젤 품질의 안정적으로 높은 출력을 제공합니다.
아래에서 다양한 생산 속도에 대한 권장 원자로 설정을 찾을 수 있습니다.