Biodiesel iwwer Ultraschall Verbessert (Trans-) Verstäerkung
Biodiesel gëtt iwwer Transesterifikatioun mat engem Basiskatalysator synthetiséiert. Wéi och ëmmer, wann de Rohmaterial wéi niddereggradeg Offallgeméis mat engem héije fräie Fettsäuregehalt benotzt gëtt, ass e chemesche Virbehandlungsschrëtt vun der Verästerung mat engem Säurekatatlyst erfuerderlech. Ultrasonikatioun a seng sonochemesch a sonomechanesch Effekter droen zu béide Reaktiounsarten bäi an erhéijen d'Effizienz vun der Biodiesel Konversioun dramatesch. Ultraschall Biodiesel Produktioun ass wesentlech méi séier wéi déi konventionell Biodiesel Synthese, féiert zu méi héijer Biodiesel Ausbezuelung a Qualitéit a spuert Reagent wéi Methanol a Katalysator.
Biodiesel Konversioun mat Power Ultraschall
Fir Biodiesel, Fettsäureester ginn duerch Transesterifikatioun vu pflanzlechen Ueleger wéi och vun Déierefette produzéiert (z. B. Talg). Wärend der Transesterifikatiounsreaktioun gëtt de Glycerolkomponent duerch en aneren Alkohol ersat, wéi Methanol. Fudder mat engem héijen Inhalt vu fräie Fettsaieren, z.B. Offall pflanzlech Ueleger (WVO), erfuerderen eng Virbehandlung vu Säureveresterung fir Seefebildung ze vermeiden. Dëse Säurekatalyseprozess ass eng ganz lues Reaktioun, wann se als konventionell Batchmethod ausgefouert gëtt. D'Léisung fir de luesen Eesterifikatiounsprozess ze beschleunegen ass d'Applikatioun vum Power Ultraschall. Sonication erreecht eng bedeitend Verbesserung vun der Reaktiounsgeschwindegkeet, der Konversioun an der Biodiesel-Ausbezuelung wéi déi sonochemesch Effekter vum Héichkraaft Ultraschall d'Särekatalyse förderen an intensivéieren. Ultraschall Kavitation bitt sonomechanesch Kräften, dh High-Shear Mëschung, souwéi sonochemesch Energie. Dës zwou Aarte vun Ultraschall Impakt (sonomechanesch a sonochemesch) maachen déi sauer katalyséiert Verstäerkung an eng séier Reaktioun déi manner Katalysator erfuerdert.
Ultraschallmëschung verbessert d'Biodiesel Konversiounsquote, erhéicht d'Ausbezuelung a spuert iwwerschoss Methanol a Katalysator. D'Bild weist d'Installatioun vun 3x UIP1000hdT (all 1kW Ultraschallkraaft) fir Inline Veraarbechtung.
Transesterifikatioun vun Triglyceriden a Biodiesel (FAME) mat Opléisung ergëtt eng beschleunegt Reaktioun a wesentlech méi héich Effizienz.
Wéi funktionnéiert Ultraschall Biodiesel Konversioun?
Ultrasonikatioun tëscht verschiddene Phasen an der Transesterifikatioun (och heiansdo Alkoholyse genannt) an Veresterung baséiert op der Verbesserung vun der Mëschung wéi och op enger erhéiter Hëtzt a Massentransfer. Ultraschallmëschung baséiert op dem Prinzip vun der akustescher Kavitation, wat geschitt als Resultat vun der Implodéierung vu Vakuumblasen an der Flëssegkeet. Akustesch Kavitation zeechent sech duerch Héichschéierkräften an Turbulenzen, souwéi ganz héijen Drock an Temperaturdifferenzen. Dës Kräfte förderen d'chemesch Reaktioun vun der Transesterifikatioun / Veresterung a verstäerken d'Mass an d'Hëtzentransfer, wouduerch d'Reaktioun vun der Biodiesel Konversioun wesentlech verbessert gëtt.
D'Uwendung vun Ultraschall bei der Biodiesel Konversioun ass wëssenschaftlech an industriell bewisen datt d'Prozesseffizienz verbessert gëtt. D'Verbesserung vun der Prozesseffizienz kann zu reduzéierter Energieverbrauch a Betribskäschten, an der reduzéierter Benotzung vun Alkohol (dh Methanol), manner Katalysator, a wesentlech verkierzter Reaktiounszäit zougeschriwwe ginn. Energiekäschte fir Heizung ginn eliminéiert well et keng Ufuerderung fir extern Heizung ass. Zousätzlech ass d'Phasentrennung tëscht Biodiesel a Glycerol méi einfach mat enger méi kuerzer Phasentrennungszäit. E wichtege Faktor fir de kommerziellen Asaz vun Ultraschall bei der Biodieselproduktioun ass déi einfach Skala bis zu all Volumen, déi zouverléisseg a sécher Operatioun souwéi d'Rouzitéit an Zouverlässegkeet vun der Ultraschallausrüstung (industrielle Standard, fäeg kontinuéierlech 24/7 / ze lafen 365 ënner voller Belaaschtung).
Ultraschall industriellt System mat Stroumzelle fir Inline Biodiesel Verestéierung an Transesterifikatioun.
Ultraschallverstärkung an Transesterifikatioun kann als Batch oder kontinuéierleche Inline Prozess lafen. D'Grafik weist den Ultraschall-Inline Prozess fir Biodiesel (FAME) Transesterfikatioun.
Ultraschallverstärkung an Transesterifikatioun kann als Batch oder kontinuéierleche Inline Prozess lafen. Dës Grafik weist den Ultraschall Batchprozess fir Biodiesel Konversioun.
Ultraschall assistéiert Zwee Schrëtt Biodiesel Konversioun Uwendung vu Säure- a Basekatalyséierte Reaktiounsschrëtt
Fir Fudderstécker mat engem héije FFA Inhalt gëtt d'Biodiesel Produktioun als Säur oder Basiskatalyséiert Reaktioun an engem zweestufleche Prozess gemaach. Ultraschall dréit zwou béid Typen vu Reaktiounen bäi, déi sauerkatalyséiert Verestéierung wéi och déi basekatalyséiert Transesterifikatioun:
Sauer-katalyséiert Verstäerkung mat Ultraschall
Fir en Iwwerschoss vu gratis Fettsaieren am Nahrungsmëttel ze behandelen, ass de Prozess vun der Veresterung gebraucht. Schwefelsäure gëtt allgemeng als Säurekatalysator benotzt.
- Bereet Rettungsmëttel duerch Filteren a Raffinéiere vu Kontaminanten a Waasser.
- De Katalysator opléisen, nämlech Schwefelsäure, a Methanol. Füttert Stroum vu Katalysator / Methanol an de Fudder duerch e Wärmetauscher an e statesche Mixer fir e raue Virmix ze kréien.
- De Virmix vu Katalysator a Fuddermaterial geet direkt an d'Ultraschall-Reaktiounskammer, wou d'ultrafin Mëschung an d'Sonochemie effektiv ginn an déi fräi Fettsäuren a Biodiesel ëmgewandelt ginn.
- Schlussendlech entwässert d'Produkt a fiddert et zwee déi zweet Stuf - d'Ultraschall-Transesterifikatioun. De sauer naasse Methanol ass nom Erhuelung, der Trocknung an der Neutraliséierung prett fir weiderbenotzen.
- Fir ganz héich FFA mat Nahrungsstécker, kann e Recirculatiouns-Setup erfuerderlech sinn d'FFA op e verstännegen Niveau ze senken virum Transesterifikatiounsschrëtt.
Versterungsreaktioun mat engem Säurekatalysator:
FFA + Alkohol → Ester + Waasser
Basiskatalyséiert Transesterifikatioun mat Ultraschall
De Rettungsmëttel, deen elo nëmme kleng FFAs huet, kann direkt an d'Transesterifikatiounsstuf gefouert ginn. Meeschtens gëtt Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid (NaOH, KOH) als Basiskatalysator benotzt.
- Léist de Katalysator, nämlech Kaliumhydroxid, a Methanol a fiddert d'Stréimunge vu Katalysator / Methanol a virbehandeltem Fudder duerch e statesche Mixer fir eng rau Virmix ze kréien.
- Fütt de Virmix direkt an d'Ultraschall Reaktiounskammer fir d'kavitational High-Shear Mëschung an d'Sonochemikalesch Behandlung. D'Produkter vun dëser Reaktioun sinn Alkylester (dh Biodiesel) a Glycerin. De Glycerin kann duerch Ofsetzen oder duerch Zentrifugéiere getrennt ginn.
- Den Ultraschall produzéierte Biodiesel ass vu qualitativ héichwäerteg a fabrizéiert séier, energieeffizient a kosteneffizient andeems Methanol a Katalysator gespuert gëtt.
Transesterifikatiounsreaktioun mat engem Base Catalyst:
Ueleg / Fett + Alkohol → Biodiesel + Glycerol
Methanol Benotzen & Methanol Erhuelung
Methanol ass e wichtege Bestanddeel bei der Biodiesel Produktioun. D'Ultraschall ugedriwwe Biodiesel Konversioun erlaabt e wesentlech reduzéierte Gebrauch vu Methanol. Wann Dir elo denkt "Et geet mir net ëm mäi Methanolverbrauch, well ech et souwisou erëmkréien", kënnt Dir iwwerdenken an déi iwwerdriwwe héich Energiekäschte berécksiichtegen, déi fir den Verdampfungsschrëtt gëllen (z. B. mat enger Destillatiounssail) ass néideg fir de Methanol ze trennen an ze recycléieren.
Methanol gëtt normalerweis ofgeschaaft nodeems de Biodiesel a Glycerin an zwou Schichten getrennt sinn, wat d'Reaktiounsëmdréckung verhënnert. De Methanol gëtt da gereinegt a recycléiert zréck zum Ufank vum Prozess. Produzéiert Biodiesel iwwer Ultraschall-ugedriwwe Veresterung an Transesterifikatioun, Dir sidd fäeg Är Methanolverbrauch dramatesch ze reduzéieren, wouduerch déi iwwerdriwwen héich Energieausgabe fir Methanol Erhuelung reduzéiert ginn. D'Benotzung vun Hielscher Ultraschallreaktoren reduzéiert den erfuerderleche Betrag iwwerschoss Methanol bis zu 50%. E Molverhältnis tëscht 1: 4 oder 1: 4.5 (Ueleg: Methanol) ass genuch fir déi meescht Fudder, wann Dir Hielscher Ultraschallmëschung benotzt.
Ultraschall Verstäerkung ass e Virbehandlungsschrëtt, deen niddereggradeg Fudder héich an FFAs an Ester reduzéiert. Am 2. Schrëtt vun der Ultraschall-Transesterifikatioun ginn d'Triglyceriden a Biodiesel (FAME) ëmgewandelt.
Ultraschall erhéicht Biodiesel Conversion Effizienz – Wëssenschaftlech nogewisen
Vill Fuerscher Grupp hunn de Mechanismus an d'Effekter vun der Ultraschall-Transesterifikatioun vu Biodiesel ënnersicht. Zum Beispill huet d'Fuerschungsteam vum Sebayan Darwin bewisen datt Ultraschallkavitation d'chemesch Aktivitéit an d'Reaktiounsgeschwindegkeet erhéicht wat zu enger däitlech erhéiter Esterbildung resultéiert. D'Ultraschall-Technik huet d'Transesterifikatiounsreaktiounszäit op 5 Minutte reduzéiert – am Verglach zu 2 Stonnen fir mechanesch Rührveraarbechtung. Ëmwandlung vun Triglycerid (TG) op FAME ënner Ultraschall krut 95,6929 Gewiicht mat engem Methanol an Ueleg Molverhältnis vu 6: 1 an 1 Gew. Natriumhydroxid als Katalysator. (vgl. Darwin et al. 2010)
Mëttelgréisst a Groussskala Ultraschaller fir Biodiesel Veraarbechtung
Hielscher Ultrasonics’ liefert kleng bis mëttelgrouss wéi och grouss industriell Ultraschallveraarbechter fir déi effizient Produktioun vu Biodiesel zu all Volumen. Ultraschallsystem an all Skala ubitt, Hielscher kann déi ideal Léisung fir kleng Produzenten a grouss Firmen ubidden. Ultraschall Biodiesel Konversioun kann als Batch oder als kontinuéierleche Inline Prozess bedriwwe ginn. D'Installatioun an d'Operatioun ass einfach, sécher a gëtt zouverlässeg héich Ausgänge vun héijer Biodiesel Qualitéit.
Ënnendrënner fannt Dir recommandéiert Reaktor-Setups fir eng Rei Produktiounsraten.
|
Tonne / hr
|
Gal / hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT |
0.25 bis 0,5
|
80 bis 160
|
| 1x UIP1000hdT |
0.5 bis 1,0
|
160 bis 320
|
| 1x UIP1500hdT |
0.75 bis 1,5
|
240 bis 480
|
| 2x UIP1000hdT |
1.0 bis 2,0
|
320 bis 640
|
| 2x UIP1500hdT |
1.5 bis 3.0
|
480 bis 960
|
| 4x UIP1500hdT |
3.0 bis 6.0
|
960 bis 1920
|
| 6x UIP1500hdT |
4.5 bis 9.0
|
1440 bis 2880
|
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall-Homogeniséierer fir Uwendungen, Dispersioun, Emulgatioun an Extraktioun am Labo, Pilot an industrieller Skala ze vermëschen.
Literatur / Referenzen
- 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.
- 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.
- 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.
Fakten Wësse wat weess
Biodiesel Produktioun
Biodiesel gëtt produzéiert wann Trigyceriden a gratis Fettmethylester (FAME) ëmgewandelt ginn iwwer eng chemesch Reaktioun bekannt als Transesterifikatioun. Wärend der Reaktioun vun der Transesterifikatioun reagéieren Trigylceriden a pflanzlechen Ueleger oder Déierefetter a Präsenz vun engem Katalysator (z. B. Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid) mat engem primären Alkohol (z. B. Methanol). An dëser Reaktioun entstinn Alkylestere aus dem Fudderlager vu Geméisueleg oder Déierfett. Triglyceride si Glyceride, an deenen de Glycerol mat laange Kette Säure verestert gëtt, bekannt als Fettsaieren. Dës Fettsaieren si vill a Geméisueleg an Déierenfetter präsent. Zënter Biodiesel kann aus verschiddene verschiddenen Nahrungsmëttel produzéiert ginn wéi virgin vegetabelen Ueleger, Offall vegetabelen Ueleger, gebrauchte Fritteölen, Déierefetter wéi Talg a Schmelz, kann d'Quantitéit vu gratis Fettsaieren (FFAs) staark variéieren. De Prozentsaz vu gratis Fettsaieren vun den Triglyceriden ass e wichtegen Faktor deen de Biodiesel Produktiounsprozess an déi doraus resultéierend Biodiesel Qualitéit drastesch beaflosst. Eng héich Quantitéit vu fräie Fettsaieren ka mam Konversiounsprozess stéieren an d'Finale Biodiesel Qualitéit verschlechteren. Den Haaptprobleem ass datt gratis Fettsaieren (FFAs) mat Alkalikatalysatoren reagéieren, wat zu der Form vu Seef resultéiert. Seefebildung verursaacht duerno Glycerolseparatiounsprobleemer. Dofir erfuerderen Fudderstécker mat héije Quantitéiten u FFA meeschtens eng Virbehandlung (eng sougenannt Verestringsreaktioun), wärend d'FFA an Esteren transforméiert ginn. Ultrasonikatioun fördert béid Reaktiounen, Transesterifikatioun an Verestéierung.
Chemesch Reaktioun vun Esterifikatioun
Esterifikatioun ass de Prozess fir eng organesch Säure (RCOOH) mat engem Alkohol (ROH) ze kombinéieren fir en Ester (RCOOR) a Waasser ze bilden.
Methanol Benotzt bei der sauer Verstersterung
Wann Säureveresterung benotzt gëtt fir FFAs an Nahrungsmëttel ze reduzéieren, sinn déi direkt Energiebedürfnisser relativ niddereg. Wéi och ëmmer, Waasser gëtt während der Veresterungsreaktioun erstallt – schafen naass, sauer Methanol, dat muss neutraliséiert, gedréchent an erëmfonnt ginn. Dëse Methanol Erhuelungsprozess ass deier.
Wann ufänkt Feedstocks 20 bis 40% oder souguer méi héich Prozenter vu FFAs hunn, kënne verschidde Schrëtt noutwendeg sinn fir se op akzeptabel Niveauen ze bréngen. Dëst bedeit datt nach méi sauer, naass Methanol entsteet. Nodeems de sauerem Methanol neutraliséiert ass, erfuerdert d'Dréchent Méi- Destillatioun mat bedeitende Refluxraten, wat zu engem héijen Energieverbrauch resultéiert.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall Homogeniséierer aus Labo ze industriell Gréisst.