De UCO a biodiesel com reatores ultrassónicos

O óleo alimentar usado (UCO) tornou-se uma das matérias-primas mais atrativas para a produção sustentável de biodiesel. A conversão de UCO em biodiesel, ou éster metílico de óleo alimentar usado, ajuda a reduzir os resíduos, diminui os custos das matérias-primas e apoia uma economia dos combustíveis mais circular. Para os produtores de biodiesel que procuram uma tecnologia de processamento eficiente, os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher oferecem uma solução potente para intensificar os processos de transesterificação e esterificação.

Os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher são amplamente utilizados para melhorar a conversão de óleos e gorduras de baixo custo em biodiesel de alta qualidade. Ao criar uma mistura intensa a nível microscópico, a cavitação ultrassónica acelera as reações químicas, melhora a transferência de massa entre fases imiscíveis e ajuda os produtores a obter uma produção de biodiesel rápida, fiável e escalável.

UCOME – Biodiesel a partir de óleos residuais

UCOME significa éster metílico de óleo alimentar usado. É um combustível biodiesel produzido pela conversão de óleos alimentares residuais em ésteres metílicos de ácidos gordos através de uma reação química com metanol. Como o UCO é uma matéria-prima reciclada, o UCOME é especialmente atrativo tanto do ponto de vista económico como ambiental.
Em comparação com os óleos vegetais virgens, o UCO oferece vantagens claras em termos de custos, mas também apresenta desafios de processamento. O óleo alimentar usado contém frequentemente:

• Ácidos gordos livres (FFA)
• Água
• Resíduos alimentares e contaminantes
• Produtos de oxidação
• Composição variável consoante a origem e o histórico de utilização

Estes fatores tornam a eficiência do processo e o desempenho do reator especialmente importantes. É neste contexto que os reatores ultrassónicos para biodiesel oferecem vantagens significativas.

 

Neste tutorial em vídeo, apresentamos os fundamentos científicos que explicam como os reatores ultrassónicos de biodiesel melhoram significativamente a produção de biodiesel. Os reatores ultrassónicos de biodiesel Hielscher são uma ferramenta consolidada e eficaz para melhorar o processo de produção de biodiesel. Neste tutorial, aprofundamos o seu princípio de funcionamento e mostramos várias configurações ultrassónicas para qualquer escala de produção. Aumente a eficiência e a rentabilidade da sua produção de biodiesel e obtenha rendimentos superiores de biodiesel de elevada qualidade com uma conversão rápida. Ao mesmo tempo, os reatores ultrassónicos de biodiesel permitem utilizar óleos de baixa qualidade, como óleos vegetais residuais ou gorduras de cozinha usadas, e ajudam a poupar metanol e catalisador, contribuindo para um fabrico de biodiesel sustentável e respeitador do ambiente.

 

Como os reatores ultrassónicos para biodiesel melhoram a conversão de UCO em UCOME

A produção tradicional de biodiesel recorre frequentemente à agitação mecânica e ao calor para colocar o óleo, o álcool e o catalisador em contacto. Como o óleo e o metanol não se misturam bem, os reatores convencionais podem apresentar velocidades de reação baixas, conversão incompleta, maior consumo de produtos químicos e tempos de residência mais longos.
Os reatores ultrassónicos da Hielscher utilizam ultrassons de alta intensidade para gerar cavitação no líquido. A cavitação produz zonas microscópicas de mistura com forças de cisalhamento extremamente elevadas. Isto dispersa o metanol em gotículas muito finas na fase oleosa e cria uma área interfacial muito maior para a reação.

O resultado é um processo de produção de biodiesel altamente intensificado, com benefícios importantes:

• Transesterificação e esterificação mais rápidas
• Maior eficiência de conversão
• Melhor aproveitamento do metanol e do catalisador
• Tempo de reação reduzido
• Capacidade de processamento contínuo em linha
• Aumento de escala fácil da produção piloto para a produção industrial

Para matérias-primas UCO com um teor elevado de FFA, os ultrassons são particularmente benéficos porque melhoram tanto a etapa de esterificação catalisada por ácido como a de transesterificação catalisada por base.

De UCO a biodiesel: visão geral do processo

A conversão de óleo alimentar usado em biodiesel envolve geralmente várias etapas de processo. Os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher podem ser integrados em processos de uma ou duas etapas, consoante a qualidade da matéria-prima.

Um processo típico de conversão de UCO em biodiesel inclui:

• Recolha e armazenamento de óleo alimentar usado
• Filtração para remover sólidos e partículas alimentares
• Secagem ou remoção de água para reduzir o teor de humidade
• Análise de FFA para determinar a via reacional necessária
• Esterificação dos ácidos gordos livres quando o teor de FFA é elevado
• Transesterificação com metanol para formar ésteres metílicos
• Separação do biodiesel e do glicerol
• Lavagem ou purificação a seco do biodiesel
• Purificação final para cumprir as especificações de qualidade do combustível

Quando estão presentes níveis elevados de FFA, utiliza-se frequentemente um pré-tratamento de esterificação para converter os ácidos gordos livres em ésteres antes da etapa principal de transesterificação. O processamento ultrassónico pode acelerar ambas as etapas e melhorar a produtividade global da unidade de produção. Leia mais sobre a conversão de biodiesel em duas etapas assistida por ultrassons!

Porque são os reatores ultrassónicos da Hielscher adequados ao biodiesel UCOME

Os reatores ultrassónicos da Hielscher são concebidos para o processamento industrial de líquidos e são particularmente eficazes em aplicações de biodiesel nas quais a mistura líquido-líquido determina a velocidade de reação. Em vez de depender apenas da agitação de todo o volume, os ultrassons criam energia intensa e localizada exatamente onde é necessária.
Isto proporciona aos produtores várias vantagens práticas.

• Excelente mistura de óleo e metanol
  Uma das principais limitações na produção de biodiesel é a fraca miscibilidade do óleo e do metanol. Os reatores ultrassónicos da Hielscher criam uma emulsão muito fina, que melhora consideravelmente o contacto entre os reagentes. Um melhor contacto significa uma cinética de reação mais rápida e uma conversão mais elevada.
• Elevado desempenho com matérias-primas difíceis
  O UCO não é uma matéria-prima uniforme. O seu teor de água, o nível de FFA e a carga de contaminantes podem variar de lote para lote. Os reatores da Hielscher ajudam a compensar estas variações ao intensificar o meio reacional, tornando o processo mais robusto e adaptável.
• Tempo de residência mais curto
  Como os ultrassons aceleram a esterificação e a transesterificação, os produtores conseguem frequentemente atingir a conversão pretendida em menos tempo do que com sistemas convencionais de agitação. Isto pode reduzir o volume necessário do reator e aumentar a capacidade de processamento.
• Funcionamento contínuo em linha
  Os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher são ideais para o processamento contínuo. As configurações de reatores em linha permitem a produção em regime estacionário com qualidade reprodutível, o que é muito valioso para as unidades comerciais de produção de biodiesel.
• Aumento de escala simples
  Uma grande vantagem da tecnologia Hielscher é o aumento de escala linear. Os parâmetros de processo estabelecidos em ensaios laboratoriais ou piloto podem ser transferidos para sistemas de produção maiores de forma mais previsível. Isto reduz o risco de desenvolvimento e simplifica o planeamento da expansão.
• Fiabilidade industrial
  Os sistemas Hielscher são concebidos para serviço industrial exigente. Para os produtores de biodiesel, isto significa um desempenho fiável do reator, resultados reprodutíveis e compatibilidade com linhas de processo automatizadas.
• Produção de biodiesel segundo ASTM D6751 e EN 14214
  Os produtores comerciais de biodiesel procuram frequentemente cumprir especificações de qualidade do combustível como ASTM D6751 e EN 14214. Estas normas definem propriedades críticas, incluindo o teor de ésteres, a viscosidade, o ponto de inflamação, o índice de acidez, o teor de água, a estabilidade à oxidação, os limites de contaminantes e os níveis de glicerina.

 
Leia como o biodiesel produzido por ultrassons funciona em motores de combustão diesel!

Os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher são utilizados em processos de produção de biodiesel concebidos para alcançar uma qualidade de combustível conforme com ASTM D6751 e EN 14214. No seu estudo publicado em 2020, Bastante-Saez e colegas demonstraram que o biodiesel produzido a partir de gorduras residuais de kebab com um reator ultrassónico da Hielscher apresentou elevados rendimentos de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME). Os FAME foram superiores (97,42% w/w para a gordura de frango e 96,98 para a gordura de bovino e borrego) ao limiar mínimo estabelecido pela norma europeia EN 14214 (ou seja, um mínimo de 96,5% w/w).

 

 

Biodiesel em pequena escala para explorações agrícolas e utilizadores sem ligação à rede elétrica

Em alguns países ou regiões, a regulamentação relativa ao biodiesel é limitada ou não é aplicada aos pequenos utilizadores privados. Os agricultores e os proprietários de equipamentos podem produzir quantidades menores de biodiesel a partir de óleo alimentar usado para consumo no local em tratores, geradores, aquecedores ou outros equipamentos agrícolas a diesel.
Nestes casos, o objetivo é frequentemente a substituição prática do combustível, em vez da venda comercial certificada. Os reatores ultrassónicos para biodiesel também podem ser atrativos para esta produção descentralizada porque oferecem:

• Tempos de reação curtos
• Conversão eficiente com equipamentos compactos
• Boa adequação a matérias-primas variáveis de óleos residuais
• Menor dependência de grandes tanques agitados
• Potencial para configurações de processamento modulares

Ao mesmo tempo, é importante afirmar claramente que o biodiesel fora das especificações pode não ser adequado para todos os motores, pode não cumprir os requisitos legais locais e pode apresentar problemas de armazenamento, compatibilidade de materiais, emissões ou garantia do motor. Quando existam normas relativas ao biodiesel, o combustível deve ser testado e produzido em conformidade antes da utilização em aplicações regulamentadas ou em veículos rodoviários.

 

 

Vantagens económicas da produção ultrassónica de biodiesel a partir de UCO

O custo da matéria-prima é uma das maiores variáveis na economia da produção de biodiesel. Como o óleo alimentar usado é geralmente menos dispendioso do que os óleos vegetais refinados, oferece um forte potencial de redução de custos. No entanto, estas poupanças podem perder-se se o processo for lento, quimicamente ineficiente ou incapaz de lidar com a variabilidade da matéria-prima.
Os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher ajudam a proteger a rentabilidade ao melhorar a eficiência da reação e a produtividade da unidade de produção. As potenciais vantagens económicas incluem:

• Melhor aproveitamento de matérias-primas UCO de baixo custo
• Maior capacidade de processamento
• Tempo de reação reduzido
• Menor necessidade de energia para a mistura em comparação com situações de agitação ineficiente de todo o volume
• Maior consistência do processo
• Integração mais fácil em linhas de produção contínua

Para os produtores que pretendem aumentar a escala da produção de biodiesel a partir de óleos residuais, esta combinação de flexibilidade da matéria-prima e intensificação do processo pode ser muito valiosa.

Converta UCO em biodiesel UCOME de forma eficiente com os reatores ultrassónicos da Hielscher!

A conversão de óleo alimentar usado em UCOME é uma forma inteligente de criar combustível renovável a partir de resíduos, melhorando simultaneamente a sustentabilidade e reduzindo os custos das matérias-primas. Como o UCO é frequentemente mais difícil de processar do que os óleos virgens, a tecnologia do reator desempenha um papel crucial na obtenção de uma produção de biodiesel eficiente e fiável.
Os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher intensificam a reação entre o óleo e o metanol através da mistura e da transferência de massa promovidas pela cavitação. Isto permite uma esterificação e transesterificação mais rápidas, um melhor processamento de matérias-primas UCO variáveis e uma produção de biodiesel em linha escalável.
Para os produtores comerciais, os sistemas ultrassónicos da Hielscher são utilizados em processos de biodiesel concebidos para produzir combustível que cumpra ASTM D6751 e EN 14214. Para os agricultores e pequenos utilizadores em países sem regulamentação relativa ao biodiesel, os reatores ultrassónicos também podem permitir a produção compacta de quantidades menores de biodiesel para utilização em equipamentos locais, reconhecendo que o combustível fora das especificações deve ser utilizado com prudência e de acordo com os requisitos locais e a compatibilidade do motor.
Se o seu objetivo é uma produção eficiente de UCOME a partir de UCO, os reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher oferecem uma plataforma tecnológica potente e escalável para o processamento moderno de biodiesel.

A tabela abaixo apresenta uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos reatores ultrassónicos para biodiesel da Hielscher:

Caudal	Potência
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Porque é a Hielscher uma escolha sólida para os produtores de biodiesel?

A Hielscher é reconhecida pela sua tecnologia de ultrassons industriais concebida para aplicações reais de processo. Na produção de biodiesel, os reatores ultrassónicos da Hielscher proporcionam uma via prática para intensificar a conversão de UCO, melhorar a mistura de metanol e óleo e apoiar a produção eficiente de biodiesel a partir de óleos e gorduras residuais.

As principais razões pelas quais os produtores escolhem a Hielscher incluem:

• Competência comprovada em ultrassons
• Reatores concebidos para o processamento contínuo de biodiesel em linha
• Adequação à esterificação e à transesterificação
• Via sólida de aumento de escala do laboratório à produção
• Equipamentos robustos para ambientes industriais
• Processamento eficaz de matérias-primas exigentes, como o óleo alimentar usado

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores da Hielscher são bem conhecidos pelos seus padrões de qualidade e de conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de utilização permitem a integração sem dificuldades dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores da Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho que incorporam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores da Hielscher estão em conformidade com os requisitos CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHs.

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Bibliografia / Referências

• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).