Reactores de ultra-sons para a produção de biodiesel
Os reactores ultra-sónicos melhoram a cinética da reação química do processo de conversão do biodiesel. Isto leva a uma transesterificação mais rápida, maior rendimento de conversão, e poupa o excesso de metanol e catalisador. Hielscher faz reatores de mistura de ultrassom para a produção de biodiesel em qualquer escala. Os reactores ultra-sónicos são compactos, fáceis de instalar e muito eficientes.
Produção de Biodiesel aumentada e acelerada com ultra-sons de potência
O biodiesel é um combustível renovável e de combustão limpa produzido a partir de óleos vegetais, gorduras animais ou óleos alimentares usados. Pode ser produzido através de uma reação de transesterificação, que envolve a conversão de triglicéridos em ésteres metílicos de ácidos gordos (FAMEs) utilizando um álcool e um catalisador. Uma forma de acelerar a reação de transesterificação é utilizar ondas ultra-sónicas, que podem melhorar a mistura e a transferência de massa dos reagentes, bem como promover a quebra das gotículas de óleo e a dispersão do catalisador.
Um ultrassonicador do tipo sonda, também conhecido como sonotrodo, é um dispositivo que gera ondas sonoras de alta frequência (normalmente na gama de 20 kHz a 30 kHz) através da vibração de uma haste de titânio. As ondas ultra-sónicas propagam-se através do líquido e criam zonas de alta e baixa pressão, provocando a formação e o rápido colapso de bolhas de cavitação. O colapso das bolhas gera aquecimento e arrefecimento locais intensos, forças de cisalhamento elevadas e ondas de choque, que podem aumentar a taxa de reação e a eficiência do processo de transesterificação.
O aparelho de ultra-sons UIP16000hdT tem capacidade para processar 32MMGY de biodiesel.
Vantagens da produção de biodiesel por ultra-sons
As vantagens da utilização de um ultrassom de tipo sonda para a síntese de biodiesel incluem:
- Velocidade de reação mais rápida: As ondas ultra-sónicas podem aumentar a transferência de massa dos reagentes e acelerar a reação de transesterificação, reduzindo o tempo de reação e aumentando o rendimento do biodiesel.
- Maior rendimento e pureza: O processo de biodiesel por ultra-sons melhora a dispersão do catalisador e a homogeneidade da mistura de reação, conduzindo a um maior rendimento e pureza do biodiesel.
- Matéria-prima barata : Com a utilização de ultra-sons, é possível utilizar matérias-primas de qualidade inferior – tais como óleos alimentares usados, gorduras animais usadas e óleos não comestíveis – e transformá-lo em biodiesel de alta qualidade. Ler mais!
- Menor consumo de energia: A utilização de ultra-sons reduz a energia necessária para misturar e aquecer a mistura de reação, bem como a quantidade de catalisador necessária, resultando num processo mais sustentável e rentável. Ler mais!
- Flexibilidade e escalabilidade: Os ultra-sons e reactores do tipo sonda da Hielscher podem ser utilizados tanto para a produção de biodiesel em pequena como em grande escala e podem ser facilmente integrados nos processos de produção existentes.
Em resumo, isto significa que a utilização de um ultrasonicators Hielscher e reatores de ultrassom para a síntese de biodiesel oferecem benefícios significativos em termos de taxa de reação, rendimento, pureza, consumo de energia e escalabilidade, tornando-se uma tecnologia rentável para a produção sustentável de combustíveis renováveis.
Reactores ultrassónicos de biodiesel reduzem os custos e aumentam o rendimento do biodiesel
O excesso de metanol e catalisador são factores de custo significativos na produção de biodiesel. Os reatores ultra-sônicos Hielscher usam cisalhamento cavitacional intenso para a mistura de metanol com sua matéria-prima. Isto permite obter gotículas de metanol muito mais pequenas, resultando numa melhor utilização do metanol e do catalisador. Portanto, é necessário menos metanol em excesso e menos catalisador. Além disso, a cavitação influencia a cinética da reação, conduzindo a uma transesterificação mais rápida e completa.
A esterificação ultra-sónica é um passo de pré-tratamento, que reduziu a matéria-prima de baixa qualidade com alto teor de FFAs em ésteres. No 2º passo da transesterificação ultra-sónica, os triglicéridos são convertidos em biodiesel (FAME).
Reactores de Biodiesel Ultrassónicos de Pequena e Média Escala
Para sistemas de produção de biodiesel de pequena e média dimensão até 9 toneladas/hora (2900 galões/hora), a Hielscher oferece-lhe o UIP500hdT (500 watts), o UIP1000hdT (1000 watts), o UIP1500hdT (1500 watts) ou o UIP2000hdT (2000 watts). Estes quatro reactores ultra-sónicos em linha são muito compactos, fáceis de integrar ou de reequipar. São construídos para funcionamento pesado em ambientes agressivos. Abaixo encontrará as configurações de reactores recomendadas para uma gama de taxas de produção.
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toneladas/hora
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galões/hora
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|---|---|---|
| 1x UIP500hdt |
0.25 a 0,5
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80 a 160
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| 1x UIP1000hdt |
0.5 a 1.0
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160 a 320
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| 1x UIP1500hdT |
0.75 a 1.5
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240 a 480
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| 1x UIP2000hdT |
1.0 a 2.0
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320 a 640
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| 2x UIP1500hdT |
1,5 a 3,0
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480 a 960
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| 2x UIP2000hdT |
2.0 a 4.0
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640 a 1280
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| 4x UIP1500hdT |
3,0 a 6,0
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960 a 1920
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| 4x UIP2000hdT |
4 a 8
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1280 a 2560
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Reactores industriais de biodiesel por ultra-sons à escala real
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Para instalações industriais de produção de biodiesel, a Hielscher oferece o UIP4000hdT (4000 watts), o UIP6000hdT (6000 watts), o UIP10000hdT (10000 watts) e o UIP16000hdT (16000 watts). Estes homogeneizadores de ultra-sons com reactores em linha foram concebidos para a produção contínua de biodiesel a taxas de fluxo elevadas. Os quatro homogeneizadores ultra-sónicos estão disponíveis em armários de aço inoxidável. A instalação vertical requer um espaço mínimo no chão para instalação ou adaptação. Abaixo encontram-se as configurações recomendadas para taxas de processamento industrial típicas.
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toneladas/hora
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galões/hora
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|---|---|---|
| 3x UIP4000hdt |
6,0 a 12,0
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1920 a 3840
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| 5x UIP4000hdt |
10,0 a 20,0
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3200 a 6400
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| 3x UIP10000hdT |
15,0 a 30,0
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4800 a 9600
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| 3x UIP16000hdT |
24,0 a 48,0
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7680 a 15360
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| 5x UIP16000hdT |
40,0 a 80,0
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12800 a 25600
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Mistura ultra-sónica em linha de óleo e metanol
Os reactores de mistura por ultra-sons substituem os agitadores de tanque e outros misturadores de cisalhamento dinâmico. Em geral, os reactores de biodiesel de ultra-sons são instalados para misturar duas correntes de alimentação: óleo e metanol (com catalisador). Para isso, uma pré-mistura em bruto é bombeado através do reator em linha de ultra-sons, onde a cavitação ultra-sónica mistura e emulsiona ambos os reagentes dentro de 2 a 10 segundos. Este é um processo de mistura em linha. Quando a mistura sai do reator de célula de fluxo, a glicerina separa-se por gravidade em menos de 60 minutos. Em alternativa, pode alimentar a mistura sonicada numa centrífuga após alguns minutos de tempo de reação. A mistura em linha reduz o número e o volume dos tanques utilizados em comparação com o processamento convencional por lotes. Isto melhora a utilização do capital.
esterificação ultra-sônica e transesterificação pode ser executado como lote ou processo em linha contínua. O gráfico mostra o processo em linha de ultra-sons para biodiesel (FAME) transesterficação.
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Informações relacionadas
- Transesterificação ultra-sónica de óleo para biodiesel
- Impacto da ultra-sons na eficiência do processamento de biodiesel
- O uso de reatores ultra-sônicos em um processo de biodiesel contínuo de pequena escala – Graham Towerton (2007)
- Biodiesel de algas usando ultrassom
- Tecnologia de produção de biodiesel
- Métodos de análise do biodiesel
- 'Infalível’ Modo de fabrico do biodiesel
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Literatura / Referências
- 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.
- Hielscher Ultrasonics: Ultrasonic Mixing for Biodiesel Production
perguntas frequentes
Que matérias-primas podem ser utilizadas para a produção de biodiesel?
As matérias-primas para a produção de biodiesel incluem óleos vegetais refinados, óleos não comestíveis, óleos vegetais usados, óleos alimentares usados, gorduras de fritura usadas, gorduras animais como o sebo e certos óleos de peixe, desde que os seus triglicéridos ou ácidos gordos livres possam ser convertidos em ésteres de biodiesel. A sonicação ajuda a intensificar a mistura entre as fases imiscíveis do óleo e do álcool, o que torna mesmo as matérias-primas de baixa qualidade e variáveis mais adequadas para uma transesterificação eficiente.
Quais são os desafios da utilização de matérias-primas pobres para a transesterificação do biodiesel?
Os principais desafios das matérias-primas pobres na transesterificação do biodiesel são a composição variável, a contaminação, o teor de água, os lípidos degradados, a viscosidade mais elevada e o comportamento de fase mais difícil, que podem reduzir a eficiência da conversão, promover a formação de sabão e retardar a separação biodiesel-glicerol. A sonicação ajuda a ultrapassar estas limitações, melhorando a transferência de calor e massa através da cavitação e acelerando a cinética da reação em sistemas de matérias-primas difíceis. Saiba como a sonicação tem um impacto positivo na transesterificação de matérias-primas pobres em biodiesel de alta qualidade!
Quais são os factores de custo no processamento de biodiesel?
Os principais factores de custo no processamento de biodiesel são o custo da matéria-prima, o consumo de metanol e catalisador, a procura de energia, o tempo de reação, o esforço de separação e purificação e o rendimento global da fábrica, sendo a matéria-prima normalmente o maior componente de custo. A sonicação ajuda a reduzir os custos de processamento ao diminuir o tempo de reação, melhorar a conversão e acelerar a separação de fases, o que pode reduzir o consumo de energia e aumentar o rendimento. Leia mais sobre a produção de biodiesel com eficiência de custos e energia usando reatores ultra-sônicos!
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.