바이오 디젤 생산 & 바이오 디젤 전환
바이오 디젤을 만들 때 느린 반응 역학과 열악한 물질 전달로 인해 바이오 디젤 플랜트 용량과 바이오 디젤 수율 및 품질이 저하됩니다. Hielscher 초음파 반응기는 에스테르 교환 동역학을 크게 향상시킵니다. 따라서 바이오 디젤 처리에 더 적은 과잉 메탄올과 더 적은 촉매가 필요합니다.
바이오 디젤은 일반적으로 에너지 입력으로 열과 기계적 혼합을 사용하여 배치 반응기에서 생산됩니다. 초음파 캐비테이션 혼합은 상업용 바이오 디젤 공정에서 더 나은 혼합을 달성하는 효과적인 대안입니다. 초음파 캐비테이션은 산업용 바이오 디젤 에스테르 교환에 필요한 활성화 에너지를 제공합니다.
바이오 디젤의 초음파 개선 트랜스 에스테르 화
바이오 디젤 생산은 일반적으로 트리글리 세라이드 (예 : 식물성 기름, 동물성 지방, 폐 식용유)가 촉매의 존재하에 알코올 (예 : 메탄올)과 반응하여 바이오 디젤 (지방산 메틸 에스테르) 및 글리세롤. 초음파 반응기는 여러 가지 방법으로 에스테르 교환 공정을 향상시키는 데 사용할 수 있습니다., 몇 가지 이점으로 이어지는:
- 향상된 혼합: 초음파는 격렬하게 붕괴되는 캐비테이션 기포를 생성하여 반응 혼합물의 강렬한 혼합 및 교반을 유발할 수 있습니다. 이는 반응물과 촉매 사이의 더 나은 접촉으로 이어져 더 빠르고 완전한 에스테르 교환을 초래합니다.
- 가속 반응 역학: 초음파에 의해 생성 된 고 에너지 조건은 반응을 활성화하여 반응 속도를 높이고 주어진 변환 수준에 도달하는 데 필요한 반응 시간을 줄일 수 있습니다. 이로 인해 수율이 높아지고 비용이 절감 될 수 있습니다.
- 촉매 사용량 감소: 초음파 반응기는 반응에 더 많은 활성 부위를 제공함으로써 촉매 사용의 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 이는 동일한 수준의 전환을 달성하기 위해 더 적은 촉매가 필요하므로 비용과 환경 영향을 줄일 수 있습니다.
- 향상된 제품 품질: 초음파 반응기는 낮은 유리 지방산 함량, 높은 순도 및 더 나은 냉류 특성을 가진 바이오 디젤을 생산할 수 있습니다. 이는 개선된 혼합과 더 빠른 반응 역학 때문에 원치 않는 부산물과 불순물의 형성을 최소화합니다.
초음파 바이오 디젤 처리의 이러한 장점은 초음파 반응기의 사용이 바이오 디젤 에스테르 교환 반응의 효율성, 속도 및 품질을 크게 향상시키기 때문에 초음파 반응기 설정을 매우 경제적으로 사용합니다. 이것은 초음파가 에스테르 교환을보다 경제적이고 환경 적으로 지속 가능한 과정으로 바꾼다는 것을 요약하면 의미합니다.
초음파 혼합은 바이오 디젤 전환율을 향상시키고 수율을 높이며 과도한 메탄올과 촉매를 절약합니다.
기존의 바이오 디젤 혼합의 문제점 : 배치 처리에서 기존의 에스테르 화 반응은 느린 경향이 있으며 글리세린의 상 분리는 시간이 많이 걸리며 종종 5 시간 이상 걸립니다.
초음파 반응기는 바이오 디젤 공정을 가속화하고 동시에 낮은 처리 비용으로 바이오 디젤 수율과 품질을 높이는 데 도움이됩니다!
산업용 초음파 처리기 UIP2000hdT 인라인 바이오 디젤 에스테르화 및 에스테르 교환을 위한 플로우 셀 FC2T500k.
초음파 바이오 디젤 트랜스 에스테르 화의 장점
- 혼합 개선으로 인한 바이오 디젤 수율 증가
- 바이오 디젤 품질 향상
- 가장 가난한 기름도 공급 원료로 사용하십시오.
- 연속 인라인 처리
- 더 적은 메탄올
- 덜 촉매
- 고속 변환으로 인한 시간 절약
- 에너지 절약
- 간단하고 안전한 작동
- 견고성 및 낮은 유지보수
- 고성능: 최대 부하에서 24/7 작동
"우리는 Hielscher의 장비와 서비스에 매우 만족해 왔으며 향후 모든 노력에서 Hielscher 초음파 기술을 포함시킬 의향이 있습니다."
Todd Stephens, Tulsa 바이오 연료
바이오 디젤 생산을 위한 초음파
바이오 디젤은 종종 배치 반응기에서 생산됩니다. 초음파 바이오 디젤 변환은 연속 인라인 처리를 허용합니다. 초음파는 99 %를 초과하는 바이오 디젤 수율을 달성 할 수 있습니다. 초음파 반응기는 기존의 1-4 시간 배치 처리에서 처리 시간을 30 초 미만으로 줄입니다. 더 중요한 것은, 초음파는 분리 시간을 5에서 10 시간 (기존의 교반 사용)에서 60 분 미만으로 줄입니다. 초음파는 또한 캐비테이션의 존재하에 증가 된 화학 활성으로 인해 최대 50 %까지 필요한 촉매의 양을 줄이는 데 도움이됩니다. 초음파를 사용할 때 필요한 과량의 메탄올의 양도 감소합니다. 또 다른 이점은 글리세린의 순도가 증가한다는 것입니다.
초음파 바이오 디젤 생산 단계별:
- 식물성 기름 또는 동물성 지방은 메탄올 (메틸 에스테르를 만든다) 또는 에탄올 (에틸 에스테르를 위해) 및 나트륨 또는 칼륨 메톡 시드 또는 수산화물
- 혼합물은 예를 들어 45 내지 65 ℃의 온도로 가열된다
- 가열 된 혼합물은 5-15 초 동안 인라인으로 초음파 처리됩니다.
- 글리세린이 떨어지거나 원심 분리기를 사용하여 분리됩니다.
- 변환 된 바이오 디젤을 물로 씻어 낸다.
가장 일반적으로, 초음파 처리는 공급 펌프와 유동 셀 옆의 조정 가능한 배압 밸브를 사용하여 상승 된 압력 (1에서 3bar, 게이지 압력)에서 수행됩니다.
산업용 바이오 디젤 변환은 많은 초음파 에너지를 필요로하지 않습니다. 실제 에너지 요구 사항은 예를 들어 UIP1000hdT와 같은 1kW 초음파 프로세서를 사용하여 벤치 탑 스케일에서 결정할 수 있습니다. 이러한 벤치탑 시험의 모든 결과는 문제 없이 선형으로 확장할 수 있습니다. 필요한 경우 다음과 같은 ATEX 인증 초음파 장치를 사용할 수 있습니다. UIP1000-Exd.
Hielscher는 전 세계적으로 산업용 초음파 바이오 디젤 처리 장비를 공급합니다. 단일 장치 당 최대 16kW 전력의 초음파 프로세서를 사용하면 바이오 디젤 플랜트 크기 또는 처리 용량에 제한이 없습니다.
초음파 바이오 디젤 제조 비용
초음파는 상업용 바이오 디젤 생산에서 반응 속도와 전환율을 높이는 효과적인 수단입니다. 초음파 처리 비용은 주로 초음파 장비, 유틸리티 비용 및 유지 보수에 대한 투자로 인해 발생합니다. Hielscher 초음파 의 뛰어난 에너지 효율은 유틸리티 비용을 줄이고이 과정을 더욱 친환경적으로 만드는 데 도움이됩니다. 초음파에 대한 결과 비용은 상업적 규모로 사용될 때 리터당 0.1ct와 1.0ct (0.4ct에서 1.9ct / 갤런) 사이에서 다양합니다.
초음파 바이오 디젤 생산의 공정 효율성과 경제적 이점에 대해 자세히 읽어보십시오!
초음파 혼합은 유체 역학 적 자기 혼합 및 고전단 믹서를 능가하는 비바이오 디젤 제조에서 특정 에너지 소비를 감소시킵니다.
소규모 초음파 바이오 디젤 설정
초음파는 모든 규모의 바이오 디젤로 오일을 전환하는 데 사용할 수 있습니다. 아래 그림은 60-70L (16-19 갤런) 처리를위한 소규모 설정을 보여줍니다. 이것은 초기 연구 및 프로세스 데모를 위한 일반적인 설정입니다.
초음파 에스테르화 및 형질화는 배치 또는 연속 인라인 공정으로 실행할 수 있습니다. 이 차트는 바이오 디젤 변환을 위한 초음파 배치 공정을 보여줍니다.
모델 1000hdT의 3x 1kW 초음파 매우 효율적인 바이오 디젤 변환을 위해 초음파 유동 반응기로.
- 하나의 초음파 (예 : UIP500hdT 또는 UIP1000hdT) 부스터, sonotrode 및 흐름 세포
- 전력 및 에너지 미터링을위한 전력계
- 80L 처리 탱크 (플라스틱, 예 : HDPE)
- 발열체 (1 ~ 2kW)
- 10L 촉매 예 혼합 탱크 (플라스틱, 예 : HDPE)
- 촉매 예 혼합기 (교반기)
- 펌프 (원심 분리기, 모노 또는 기어) 1 ~ 3 barg에서 10 ~ 20L / min
- 플로우 셀의 압력을 조절하기위한 역압 밸브
- 공급 압력 측정 용 압력 게이지
우수한 바이오 디젤 처리를위한 초음파 반응기
Hielscher 초음파는 고성능 초음파 프로세서 및 반응기를 제공하여 바이오 디젤 수율을 높이고 바이오 디젤 품질을 향상 시키며 처리 시간을 단축하고 생산 비용을 낮 춥니 다.
바이오디젤 트랜스에스테르화를 위한 중소형 초음파 반응기
최대 9ton / hr (2900 gal / hr)의 중소 규모 바이오 디젤 생산을 위해 Hielscher는 UIP500hdT (500 와트), UIP1000hdT (1000 와트), UIP1500hdT (1500 와트) 및 UIP2000hdT (2000 와트) 안정적이고 효율적인 인라인 바이오 디젤 처리를위한 플로우 스루 반응기가있는 초음파 고전단 믹서로. 이 4 개의 초음파 반응기는 매우 컴팩트하고 통합하기 쉽거나 복고풍입니다. 열악한 환경에서 중부하 작업용으로 제작되었습니다. 아래에서 다양한 생산 속도에 대한 권장 반응기 설정을 확인할 수 있습니다.
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톤 /시
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gal / hr
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|---|---|---|
| 1 배 UIP500hdT (500 와트) |
0.25에서 0.5
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80 ~ 160
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| 1 배 UIP1000hdT (1000 와트) |
0.5 ~ 1.0
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160 ~ 320
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| 1 배 UIP1500hdT (1500 와트) |
0.75 ~ 1.5
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240 ~ 480
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| 1 배 UIP2000hdT (2000 와트) |
1.0 ~ 2.0
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320 ~ 640
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| 2 배 UIP2000hdT (2000 와트) |
2.0 ~ 4.0
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640 ~ 1280
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| 4 배UIP1500hdT (1500 와트) |
3.0 ~ 6.0
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960 ~ 1920
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| 6 배 UIP1500hdT (1500 와트) |
4.5 ~ 9.0
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1440 ~ 2880
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| 6 배 UIP2000hdT (2000 와트) |
6.0 ~ 12.0
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1920 ~ 3840
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매우 큰 처리량 산업용 바이오 디젤 원자로
산업 공정 바이오 디젤 생산 공장 Hielscher는 UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) 및 UIP16000hdT (16kW) 초음파 균질화기를 제공합니다! 이 초음파 프로세서는 높은 유량의 연속 처리를 위해 설계되었습니다. UIP4000hdT, UIP6000hdT 및 UIP10000은 표준 해상 운송 컨테이너에 통합 될 수 있습니다. 또는 4개의 프로세서 모델 모두 스테인리스 스틸 캐비닛에서 사용할 수 있습니다. 수직 설치에는 최소한의 공간이 필요합니다. 아래에서 일반적인 산업 처리 속도에 대한 권장 설정을 찾을 수 있습니다.
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톤 /시
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gal / hr
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1 배 UIP6000hdT (6000 와트) |
3.0 ~ 6.0
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960 ~ 1920
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|---|---|---|
| 3 배 UIP4000hdT (4000 와트) |
6.0 ~ 12.0
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1920 ~ 3840
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| 5 배 UIP4000hdT (4000 와트) |
10.0 ~ 20.0
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3200 ~ 6400
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3 배 UIP6000hdT (6000 와트) |
9.0 ~ 18.0
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2880 ~ 5880
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| 3 배 UIP10000(10,000와트) |
15.0 ~ 30.0
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4800 ~ 9600
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| 3 배 UIP16000hdT (16,000와트) |
24.0 ~ 48.0
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7680 ~ 15360
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| 5 배 UIP16000hdT |
40.0 ~ 80.0
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12800 ~ 25600
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연락주세요! / 저희에게 물어보세요!
초음파 처리기 UIP16000hdT 32MMGY 바이오 디젤을 처리 할 수 있습니다.
서리 & 올해의 설리번 기술 혁신
Hielscher 초음파는 바이오 디젤 생산을위한 새로운 초음파 기술 개발의 회사의 개발을 인정하여 올해의 권위있는 Frost and Sullivan 기술 혁신 상을 수상했습니다.
Hielscher 초음파 바이오 디젤 원자로에 대한 서리와 설리반 상에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오!
에스테르 교환 반응 – 바이오 디젤의 화학적 전환
식물성 기름 (예 : 콩, 카놀라, 자트로파, 해바라기 씨), 조류, 동물성 지방 및 폐 식용유로부터 바이오 디젤을 제조하는 것은 메탄올 또는 에탄올로 지방산의 염기 촉매 에스테르 교환 반응을 통해 상응하는 메틸 에스테르 또는 에틸 에스테르를 수득하는 것을 포함한다. 글리세린은이 반응의 불가피한 부산물입니다.
동물성 지방으로서의 식물성 기름은 글리세린 분자에 의해 결합 된 3 개의 지방산 사슬로 구성된 트리글리 세라이드입니다. 트리글리세리드는 에스테르입니다. 에스테르는 지방산과 같은 산으로 알코올과 결합됩니다. 글리세린 (= 글리세롤)은 무거운 알코올입니다. 전환 과정에서 트리글리세리드 에스테르는 촉매 (잿물)와 알코올 시약 (예 : 메탄올)을 사용하여 알킬 에스테르 (= 바이오 디젤)로 전환되어 메틸 에스테르 바이오 디젤을 생성합니다. 메탄올은 글리세린을 대체합니다. 이 화학적 전환 과정을 에스테르 교환이라고 합니다.
에스테르 교환 반응 후, 더 무거운 단계 인 글리세린은 바닥으로 가라 앉을 것입니다. 더 가벼운 단계 인 바이오 디젤은 위에 떠 있으며 예를 들어 디캔터 또는 원심 분리기로 분리 할 수 있습니다.
바이오 디젤 준비
수산화 칼륨 (0.2 ~ 0.4kg, 촉매)이 약 1 시간에 용해되고있다. 촉매 예비 혼합 탱크에 8.5L 메탄올. 이것은 촉매 예비 혼합물의 교반을 필요로한다. 처리 탱크는 66L 식물성 기름으로 채워져 있습니다. 오일은 발열체에 의해 45 ~ 65 ℃로 가열되고 있습니다.
바이오 디젤 전환
촉매가 메탄올에 완전히 용해 될 때, 촉매 예비 혼합물은 가열 된 오일과 혼합된다. 펌프는 혼합물을 플로우 셀에 공급합니다. 배압 밸브를 사용하여 압력을 1 ~ 3barg (15 ~ 45psig)로 조정합니다. 초음파 바이오 디젤 반응기를 통한 재순환은 약 1 시간 동안 수행되어야합니다. 20 분. 이 기간 동안 오일은 바이오 디젤로 전환되고 있습니다. 그런 다음 펌프와 초음파가 꺼집니다. 글리세린 (더 무거운 상)은 바이오 디젤에서 분리됩니다 (더 가벼운 상). 별거는 대략 가지고 간다. 30 ~ 60 분. 분리가 끝나면 글리세린을 배출 할 수 있습니다.
바이오 디젤 세탁
전환 된 바이오 디젤에는 불순물이 포함되어 있으므로 세척이 필요합니다. 세척을 위해 물은 바이오 디젤에 혼합됩니다. 초음파는 바이오 디젤과 물의 혼합에 도움이 될 수 있습니다. 이는 액적 크기 감소의 결과로서 활성 표면적을 증가시킨다. 매우 강렬한 초음파 처리는 물방울을 크기로 줄일 수 있으며, 분리하기 위해 특별한 수단 (예 : 원심 분리기)이 필요한 거의 안정적인 에멀젼이 형성되고 있음을 고려하십시오.
바이오 디젤 제조 공장
아래의 순서도는 바이오 디젤로 전환하기위한 오일, 메탄올 및 촉매의 인라인 초음파 처리를위한 전형적인 설정을 보여줍니다.
초음파 에스테르화 및 형질화는 배치 또는 연속 인라인 공정으로 실행할 수 있습니다. 차트는 바이오 디젤 (FAME) 트랜스 에스테르피케이션에 대한 초음파 인라인 프로세스를 보여줍니다.
지속적인 바이오 디젤 처리 및 분리
연속 바이오 디젤 처리 및 연속 분리를위한 설정에서, 가열 된 오일과 촉매 프리믹스는 조정 가능한 펌프를 사용하여 연속적으로 함께 혼합됩니다. 인라인 정적 혼합기는 초음파 반응기에 대한 공급의 균질성을 향상시킵니다. 오일/촉매 혼합물은 유동 셀을 통과하여 약 5-30초 동안 초음파 캐비테이션에 노출됩니다. 배압 밸브는 플로우 셀의 압력을 제어하는 데 사용됩니다. 초음파 처리 된 혼합물은 상단의 반응기 컬럼으로 들어갑니다. 반응기 컬럼의 부피는 컬럼에서 약 1시간의 머무름 시간을 제공하도록 설계되었습니다. 그 시간 동안, 에스테르 교환 반응이 완료된다. 반응 된 글리세린 / 바이오 디젤 혼합물은 원심 분리기로 펌핑되어 바이오 디젤과 글리세린 분획으로 분리됩니다. 후처리에는 메탄올 회수, 세척 및 건조가 포함되며 연속적으로도 수행할 수 있습니다.
이 설정은 바이오 디젤 반응기 배치, 기존 교반기 및 대형 분리기 탱크를 제거합니다.
바이오 디젤 에스테르 교환 반응 속도
아래 다이어그램은 유채 기름 (산업 등급)과 메톡 시드 나트륨 (왼쪽) 및 수산화 칼륨 (오른쪽)의 에스테르 교환 반응의 전형적인 결과를 보여줍니다. 두 테스트 모두에서 대조군 샘플 (파란색 선)을 강렬한 기계적 혼합에 노출시켰다. 빨간색 선은 부피 비율, 촉매 농도 및 온도와 관련하여 동일한 제형의 초음파 처리 된 샘플을 나타냅니다. 가로축은 각각 혼합 또는 초음파 처리 후의 시간을 보여줍니다. 세로축은 바닥에 침전 된 글리세린의 부피를 나타냅니다. 이것은 반응 속도를 측정하는 간단한 방법입니다. 두 다이어그램 모두에서 초음파 처리 된 샘플 (빨간색)은 대조군 샘플 (파란색)보다 훨씬 빠르게 반응합니다.
바이오 디젤 생산을위한 초음파 (빨간색 그래프)와 기존 혼합 (파란색 그래프)의 비교 – 나트륨 메톡 시드 (왼쪽)와 수산화 칼륨 (오른쪽)을 촉매로 사용합니다.
바이오 디젤 용품 관련 링크
바이오 디젤 산업을위한 펌프 및 탱크 공급 업체에 대한 링크는 여기를 클릭하십시오.
화학 및 안전 정보
합병증 및 건강에 해로운 영향을 미연에 방지하려면 아래 정보를주의 깊게 읽으십시오.
바이오 디젤 화학
메탄올은 독성이있다. 장기간 사용하면 신경이 손상 될 수 있습니다. 피부에도 흡착 될 수 있습니다. 눈에 튈 경우 실명을 유발할 수 있으며 삼키면 메탄올은 치명적일 수 있습니다. 이러한 이유로 메탄올을 취급 할 때 필요한 예방 조치를 취하십시오. 좋은 호흡 보호구, 앞치마 및 고무 장갑을 사용할 것을 권장합니다.
수산화 칼륨 (KOH)은 독성 물질이며 접촉시 피부 화상을 유발합니다. 통풍이 잘되어야합니다.
작업 공간을 넉넉하고 철저하게 환기시켜 연기가 빠져 나올 수 있도록하십시오. 증기 호흡기는 메탄올 연기에 효과적이지 않다. 공급 공기 시스템 (SCBA — 자체 함유 호흡 장치)는 메탄올 증기에 대해보다 나은 보호를 제공합니다.
바이오 디젤 및 고무 부품
장시간 동안 100 % 바이오 디젤을 사용하면 엔진의 젖은 고무 부품 (펌프, 호스, O- 링)이 복잡해질 수 있습니다. 강철 부품이나 중부 하용 고무로 교체하면이 문제를 해결할 수 있습니다. 또는 대략 혼합 할 수 있습니다. 합병증을 예방하기 위해 기존의 (화석) 디젤을 바이오 디젤에 25 % 함유하고 있습니다.
문학 / 참고 문헌
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- 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.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.
