초음파 혼합은 매우 효율적이고 비용 효율적인 바이오 디젤 생산을위한 우수한 기술입니다. 초음파 캐비테이션은 대량 전송을 크게 개선하여 생산 비용과 처리 기간을 줄입니다. 동시에, 품질이 떨어지는 오일과 지방(예: 폐유)을 사용할 수 있으며 바이오 디젤 품질이 향상됩니다. Hielscher 초음파는 모든 생산 규모에 고성능의 견고한 초음파 혼합 반응기를 공급합니다. 바이오 디젤 생산이 초음파 처리의 혜택을 어떻게 더 읽어보십시오!

초음파를 이용한 바이오 디젤 생산 이점

바이오 디젤 (지방산 메틸 에스테르, abrev. FAME)은 촉매(예를 들어, 수산화칼륨 KOH)를 사용하여 지질 원료(트리글리세라이드, 예를 들어 식물성 기름, 소비된 식용유, 동물성 지방, 조류 오일) 및 알코올(메탄올, 에탄올)의 트랜스스테리화 반응의 산물이다.
문제: 종래의 교반을 이용한 기존의 바이오디젤 변환에서는, 오일과 알코올의 트랜스스테리화 반응의 두 반응체의 부조리성질은 비효율적인 바이오디젤 생산을 초래하는 저질량 전달율로 이어집니다. 이 비효율성은 긴 반응 시간, 높은 메탄올 오일 어금니 비율, 높은 촉매 요구 사항, 높은 공정 온도 및 높은 교반 률로 특징지었습니다. 이러한 요인은 기존의 바이오 디젤 제조를 고가의 공정으로 만드는 상당한 비용 동인입니다.
솔루션: 초음파 혼합은 오일 메탄올 비율을 향상시키고 촉매 요구 사항이 감소하고 반응 시간 및 반응 온도가 낮아질 수 있도록 매우 효율적이고 신속하고 저렴한 방식으로 반응물질을 유화합니다. 따라서 자원(예: 화학 및 에너지)뿐만 아니라 시간이 절약되고 처리 비용이 절감되고 바이오 디젤 품질 및 생산 수익성이 크게 향상됩니다. 이러한 사실은 효과적인 바이오 디젤 제조를 위한 선호하는 기술에 초음파 혼합을 돌립니다.
연구 및 산업 용 바이오 디젤 생산자는 초음파 혼합이 저품질 오일과 지방을 공급 원료로 사용하는 경우에도 바이오 디젤을 생산하는 매우 비용 효율적인 방법임을 확인합니다. 초음파 공정 강화는 과잉 메탄올 및 촉매의 사용을 감소시키는 전율을 상당히 향상시켜 ASTM D6751 및 EN 14212 사양의 품질 표준을 충족하는 바이오 디젤을 생산할 수 있게 합니다. (2015년 압둘라 외)

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

바이오 디젤 생산에서 초음파 혼합의 수많은 장점

초음파 혼합 반응기는 기존 바이오 디젤 플랜트에 복고풍 장착뿐만 아니라 새로운 설치에 쉽게 통합 할 수 있습니다. Hielscher 초음파 믹서의 통합은 모든 바이오 디젤 시설을 고성능 생산 공장으로 바꿉니다. 간단한 설치, 견고성 및 사용자 친화성(운영에 대한 특정 교육이 필요하지 없음)을 통해 모든 시설을 고효율 바이오 디젤 플랜트로 업그레이드할 수 있습니다. 아래에서, 우리는 독립적 인 제 3 자에 의해 문서화 된 장점의 과학적으로 입증 된 결과를 제시한다. 이 숫자는 기존의 교반 기술에 비해 초음파 바이오 디젤 혼합의 우수성을 증명합니다.

이 흐름차트는 공정 효율 향상을 위한 초음파 혼합을 포함한 바이오 디젤 생산 단계를 보여줍니다.

효율성 및 비용 비교: 초음파 vs 기계적 교반

Gholami et al. (2021)은 비교 연구에 존재하는 기계적 교반 (즉, 블레이드 믹서, 임펠러, 높은 전단 믹서)에 대한 초음파 트랜스스테라화의 장점.
투자 비용: 초음파 프로세서와 반응기 UIP16000은 1.2m x 0.6m의 설치 공간으로 192-384 t의 바이오 디젤 /d를 생산할 수 있습니다. 이에 비해, 기계적 교반(MS)의 경우 기계적 스트러룽 공정에서 긴 반응 시간으로 인해 훨씬 더 큰 반응기가 요구되어 원자로 비용이 크게 증가하게 된다. (2020년 고라미 외)
처리 비용: 초음파 바이오 디젤 생산에 대한 처리 비용은 교반 공정에 대한 처리 비용이 7.7 % 낮으며, 주로 초음파 처리 공정에 대한 총 투자가 낮기 때문입니다. 화학 물질 (촉매, 메탄올 / 알코올)의 비용은 두 공정, 초음파 및 기계적 교반 모두에서 세 번째로 큰 비용 드라이버입니다. 그러나, 초음파 바이오 디젤 변환의 경우 화학적 비용은 기계적 교반에 대한 것보다 현저히 낮습니다. 화학 물질의 비용 분수는 최종 바이오 디젤 비용의 약 5 %를 차지합니다. 메탄올, 수산화나트륨 및 인산의 소비가 낮기 때문에 초음파 바이오 디젤 공정의 화학 물질 비용은 기계적 교반 공정보다 2.2% 낮습니다.
에너지 비용: 초음파 혼합 반응기에서 소비되는 에너지는 기계적 교반기보다 약 3배 낮습니다. 이러한 에너지 소비의 현저한 감소는 음향/초음파 캐비테이션의 현상을 특징으로 하는 수많은 충치의 생산 및 붕괴로 인한 강렬한 마이크로 혼합 및 감소된 반응 시간의 산물이다(Gholami et al., 2018). 또한, 종래의 교반기에 비해, 초음파 혼합 공정 중 메탄올 회수 및 바이오 디젤 정제 단계에 대한 에너지 소비량은 각각 26.5% 및 1.3% 감소한다. 이러한 감소는 초음파 경질 공정에서 이 두 개의 증류열을 입력하는 메탄올의 양이 적기 때문입니다.
폐기물 처리 비용: 초음파 캐비테이션 기술은 또한 폐기물 처리 비용을 현저하게 줄입니다. 초음파 처리 과정에서이 비용은 교반 과정에서 약 5 분의 1이며, 원자로 변환이 증가하고 소비 된 알코올의 양이 적기 때문에 폐기물 생산이 현저한 감소로 인해 발생합니다.
환경 친화적 인 : 전체 효율이 매우 높기 때문에 화학 소비 감소, 에너지 요구 사항 감소 및 폐기물 감소, 초음파 바이오 디젤 생산은 기존의 바이오 디젤 제조 공정보다 환경 친화적입니다.

결론 – 초음파는 바이오 디젤 생산 효율성을 향상시킵니다.

과학적 평가는 바이오 디젤 생산을위한 기존의 기계적 교반에 초음파 혼합의 명확한 장점을 보여줍니다. 초음파 바이오 디젤 처리의 장점은 총 자본 투자, 총 제품 비용, 순 현재 가치 및 내부 수익률을 포함합니다. 초음파 캐비테이션 공정에 대한 총 투자액은 다른 것보다 약 20.8% 낮은 것으로 나타났다. 초음파 반응기 사용으로 제품 비용이 5.2% 절감되었습니다. – 버진 카놀라 오일을 사용 하 여. 초음파 처리는 또한 소비 된 오일 (예를 들어, 사용되는 식용유)을 처리 할 수 있기 때문에 생산 비용을 훨씬 더 줄일 수 있습니다. Gholami et al. (2021)은 양수 순 현재 값으로 인해 초음파 캐비테이션 공정이 바이오 디젤 생산을 위한 혼합 기술의 더 나은 선택이라는 결론에 도달합니다.
기술적 관점에서 초음파 캐비테이션의 가장 중요한 효과는 상당한 공정 효율과 반응 시간 감소에 걸쳐 있습니다. 수많은 진공 기포의 형성과 붕괴 – 음향/초음파 캐비테이션으로 알려져 있습니다. – 교반 탱크 반응기의 반응 시간을 몇 시간에서 초음파 캐비테이션 반응기에서 몇 초로 줄입니다. 이 짧은 체류 시간을 통해 작은 발자국을 가진 유동 원자로에서 바이오 디젤 생산을 할 수 있습니다. 초음파 캐비테이션 원자로는 또한 에너지 및 재료 요구 사항에 유익한 효과를 보여주며, 에너지 소비량을 교반 탱크 반응기와 메탄올 및 촉매 소비량의 거의 3분의 1로 25% 감소시킵니다.
경제적 관점에서 초음파 캐비테이션 공정의 총 투자는 기계적 교반 공정의 총 투자보다 낮으며, 주로 원자로 비용 및 메탄올 증류열 비용의 거의 50% 및 11.6% 감소로 인해 각각 이다. 또한 초음파 캐비테이션 공정은 카놀라 유 소비4% 감소, 총 투자 감소, 화학물질 소비 2.2%, 유틸리티 요구 사항 23.8% 감소로 바이오 디젤 생산 비용을 절감합니다. 기계적으로 교반과정과 는 달리 초음파 처리는 양수 순 현재 가치, 짧은 회수 시간 및 높은 내부 수익률로 인해 허용 가능한 투자입니다. 초음파 캐비테이션 공정과 관련된 테크노 경제적 이점 외에도 기계적 교반 공정보다 환경 친화적입니다. 초음파 캐비테이션은 원자로의 전환이 증가하고 이 과정에서 알코올 소비를 감소시키기 때문에 폐기물 스트림을 80% 감소시합니다. (2021년)

당신의 선택의 촉매를 사용

바이오 디젤의 초음파 트랜스스테라화 공정은 알칼리성 또는 기본 촉매를 모두 사용하여 효율적인 것으로 입증되었습니다. 예를 들어, 신데와 칼리아긴(2019)은 다양한 촉매, 즉 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), (CH)를 사용하여 초음파 및 메키칼 블레이드 혼합의 효율을 비교했습니다._삼ONa), 테트라메틸 암모늄 수산화및 4구니딘 (프로필 - 2,3-디키클로헥실 구니딘 (PCHG), 1,3-디키클로헥실 2 n-옥틸 구니딘 (DCOG), 1,1,3,3 테트라메틸 구니딘 (TMG), 1,3-3-디메틸 구니딘 (TMG), 1,3-3-디메틸 구니딘 (TMG), 1,3-3-디메틸 구니딘 (TMG), 1,3-3-디펜디딘 초음파 혼합 (35º)은 바이오 디젤 생산에 비해 우수한 것으로 나타났으며 더 높은 수율과 전환율로 기계 혼합 (65º)을 능가합니다. 초음파 분야에서질량 전달의 효율은 기계적 교반에 비해 형질화 반응의 속도를 향상시켰습니다. 초음파 처리는 테스트 된 모든 촉매에 대한 기계적 교반을 능가했습니다. 초음파 캐비테이션으로 형질화 반응을 실행하는 것은 바이오 디젤 생산을위한 에너지 효율적이고 산업적으로 실행 가능한 대안입니다. 널리 사용되는 촉매 KOH와 NaOH 외에도, 구아니딘 촉매, 프로필 - 2,3 dicyclohexylguanidine (PCHG) 및 1,3-dicyclohexyl 2 n-octylguanidine (DCOG) 둘 다 바이오 디젤 변환을위한 흥미로운 알트네이티브로 표시되었습니다.
Mootabadi 외 (2010)는 카오, BaO 및 SrO와 같은 다양한 알칼리성 금속 산화물 촉매를 사용하여 야자오일에서 초음파 보조 바이오 디젤 합성을 조사했습니다. 초음파 보조 바이오 디젤 합성에서 촉매의 활성은 기존의 자기 교반 공정과 비교되었으며, 초음파 공정은 60 분 반응 시간 이내에 BaO를 사용하여 수율의 95.2 %를 보였으며, 이는 통상적인 교반 과정에서 3-4 h를 취하는 것으로 나타났습니다. 최적의 조건에서 초음파 보조 트랜스에스테르화의 경우, 60분은 종래의 교반으로 2-4h에 비해 95%의 수율을 달성해야 했습니다. 또한, 60분 간 초음파로 달성된 수율은 카오를 촉매로 사용하여 5.5%에서 77.3%로, SrO를 촉매로 사용하는 경우 48.2%에서 95.2%로, BaO를 촉매로 사용하는 67.3%에서 95.2%로 증가했습니다.

촉매로 다양한 구아니딘 (3 % 몰)을 사용하여 바이오 디젤 생산. (A) 기계적 교반 배치 반응기 : (메탄올 : 카놀라 오일) 4:1, 온도 65ºC; (B) 초음파 배치 반응기: 초음파 처리기 UP200St, (메탄올 : 카놀라 오일) 4:1, 60 % 미국 진폭, 온도 35ºC. 초음파 구동 혼합은 지금까지 기계적 교반을 능가합니다.
(연구 및 그래프: 신데와 칼리아긴, 2019)

우수한 바이오 디젤 처리를 위한 고성능 초음파 반응기

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 프로세서와 반응기를 제공하여 바이오 디젤 생산을 개선하여 수율 향상, 품질 향상, 처리 시간 단축 및 생산 비용 절감을 제공합니다.

중소 규모 바이오 디젤 원자로

Hielscher는 중소형 바이오 디젤 생산량을 9ton / hr (2900 gal / hr)까지 생산할 수 있도록 UIP500hdT (500 와트), UIP1000hdT (1000 와트), UIP1500hdT (1500 와트), 및 UIP2000hdT (2000 와트) 초음파 고단믹서 모델. 이 4개의 초음파 반응기는 매우 컴팩트하고 통합이 용이하거나 개조가 용이합니다. 그들은 가혹한 환경에서 무거운 의무 작업을 위해 지어졌습니다. 아래에서 다양한 생산 속도에 대한 권장 원자로 설정을 찾을 수 있습니다.

매우 큰 처리량 산업용 바이오 디젤 원자로

Hielscher는 산업 공정 용 바이오 디젤 생산 공장에서 UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) 과 UIP16000hdT (16kW) 초음파 균질화! 이 초음파 프로세서는 높은 유량의 지속적인 처리를 위해 설계되었습니다. UIP4000hdT, UIP6000hdT 및 UIP10000은 표준 해상 화물 컨테이너에 통합할 수 있습니다. 또는 스테인리스 스틸 캐비닛에서 4개의 프로세서 모델을 모두 사용할 수 있습니다. 직립 설치에는 최소한의 공간이 필요합니다. 아래에서 일반적인 산업 처리 속도에 권장하는 설정을 찾을 수 있습니다.