De UCO para Biodiesel usando reatores ultra-sônicos

Os óleos alimentares usados (OAU) tornaram-se uma das matérias-primas mais atractivas para a produção sustentável de biodiesel. A conversão de OAU em biodiesel, ou éster metílico de óleo alimentar usado, ajuda a reduzir os resíduos, diminui os custos das matérias-primas e apoia uma economia de combustível mais circular. Para os produtores de biodiesel que procuram uma tecnologia de processamento eficiente, os reactores ultrassónicos de biodiesel da Hielscher oferecem uma solução poderosa para intensificar os processos de transesterificação e esterificação.

Os reactores de biodiesel ultra-sónicos 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 um nível microscópico, a cavitação ultra-sónica acelera as reacções químicas, melhora a transferência de massa entre fases imiscíveis e ajuda os produtores a conseguirem um fabrico de biodiesel rápido, fiável e escalável.

RENDA – Biodiesel a partir de óleos usados

UCOME significa éster metílico de óleo alimentar usado. É um combustível biodiesel produzido pela conversão de óleos alimentares usados em ésteres metílicos de ácidos gordos através de uma reação química com metanol. Uma vez que 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, os OAU oferecem vantagens claras em termos de custos, mas também apresentam desafios de processamento. Os óleos alimentares usados contêm frequentemente:

• Ácidos gordos livres (AGL)
• Água
• Resíduos e contaminantes alimentares
• Produtos de oxidação
• Composição variável consoante a fonte e o historial de utilização

Estes factores tornam a eficiência do processo e o desempenho do reator especialmente importantes. É aqui que os reactores ultrassónicos de biodiesel oferecem vantagens significativas.

 

 

Como os reatores ultrassônicos de biodiesel melhoram a conversão de UCO em UCOME

A produção tradicional de biodiesel depende frequentemente da agitação mecânica e do calor para pôr em contacto o óleo, o álcool e o catalisador. Uma vez que o óleo e o metanol não se misturam bem, os reactores convencionais podem sofrer de taxas de reação lentas, conversão incompleta, maior consumo de químicos e tempos de permanência mais longos.
Os reactores ultra-sónicos Hielscher utilizam ultra-sons de alta intensidade para gerar cavitação no líquido. A cavitação produz zonas de mistura microscópicas com forças de cisalhamento extremamente elevadas. Isto quebra o metanol em gotículas muito finas dentro da fase oleosa e cria uma área interfacial muito maior para a reação.

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

• Transesterificação e esterificação mais rápidas
• Eficiência de conversão melhorada
• Melhor utilização do metanol e do catalisador
• Redução do tempo de reação
• Capacidade de processamento contínuo em linha
• Fácil expansão da produção piloto para a produção industrial

Para matérias-primas UCO com elevado teor de AGL, o ultrassom é particularmente benéfico porque melhora as etapas de esterificação catalisada por ácido e de transesterificação catalisada por base.

Do UCO ao Biodiesel: Visão geral do processo

A conversão de óleo alimentar usado em biodiesel envolve geralmente várias fases do processo. Os reactores ultrassónicos de biodiesel da Hielscher podem ser integrados em projectos de processos de uma ou duas fases, dependendo da qualidade da matéria-prima.

Um processo típico de conversão de OAU em biodiesel inclui

• Recolha e armazenamento de óleos alimentares usados
• Filtração para remover sólidos e partículas de alimentos
• Secagem ou desidratação para reduzir o teor de humidade
• Análise FFA para determinar a via de reação necessária
• Esterificação de ácidos gordos livres quando os AGL são elevados
• Transesterificação com metanol para formar ésteres metílicos
• Separação de biodiesel e glicerol
• Lavagem ou purificação a seco do biodiesel
• Polimento final para atingir as especificações de qualidade do combustível

Quando estão presentes níveis elevados de AGL, é frequentemente utilizado um pré-tratamento de esterificação para converter os ácidos gordos livres em ésteres antes da etapa principal de transesterificação. O processamento por ultra-sons pode acelerar ambas as fases e melhorar a produtividade global da fábrica. Leia mais sobre a conversão de biodiesel em duas fases assistida por ultra-sons!

Por que os reatores ultra-sônicos Hielscher são bem adequados para UCOME Biodiesel

Os reactores ultra-sónicos Hielscher são concebidos para o processamento industrial de líquidos e são particularmente eficazes em aplicações de biodiesel em que a mistura líquido-líquido controla a velocidade da reação. Em vez de depender apenas da agitação em massa, os ultra-sons criam uma energia intensa localizada exatamente onde é necessária.
Este facto confere 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 reactores ultra-sónicos Hielscher criam uma emulsão muito fina, o que melhora consideravelmente o contacto entre os reagentes. Um melhor contacto significa uma cinética de reação mais rápida e uma maior conversão.
• Alto desempenho com matérias-primas difíceis
  O UCO não é uma matéria-prima uniforme. O seu teor de água, nível de FFA e carga de contaminação podem variar de lote para lote. Os reactores Hielscher ajudam a compensar estas variações, intensificando o ambiente de reação, tornando o processo mais robusto e adaptável.
• Tempo de residência mais curto
  Como os ultra-sons aceleram a esterificação e a transesterificação, os produtores podem frequentemente atingir a conversão pretendida em menos tempo do que com os sistemas agitados convencionais. Isto pode reduzir os requisitos de volume do reator e aumentar o rendimento.
• Funcionamento contínuo em linha
  Os reactores ultrassónicos de biodiesel da Hielscher são ideais para o processamento contínuo. As configurações de reactores em linha suportam uma produção em estado estacionário com qualidade reprodutível, o que é altamente valioso para as instalações comerciais de biodiesel.
• Aumento de escala simples
  Uma das principais vantagens da tecnologia Hielscher é o aumento de escala linear. Os parâmetros de processo estabelecidos em laboratório ou em ensaios-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 da Hielscher são concebidos para tarefas industriais exigentes. 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 as normas ASTM D6751 e EN 14214
  Os produtores comerciais de biodiesel têm frequentemente como objetivo especificações de qualidade do combustível, como a ASTM D6751 e a EN 14214. Estas normas definem propriedades críticas, incluindo o teor de éster, a viscosidade, o ponto de inflamação, o valor 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 ultra-sons funciona em motores de combustão a diesel!

Os reactores ultrassónicos de biodiesel da Hielscher são utilizados em processos de produção de biodiesel concebidos para alcançar a qualidade do combustível em conformidade com as normas 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 usando um reator ultrassónico Hielscher deu altos rendimentos de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME). O FAME foi maior (97,42% w/w para graxa de frango e 96,98 para graxa de carne de cordeiro) do que o limite mínimo estabelecido pelo regulamento europeu EN 14214 (ou seja, 96,5% w/w mínimo).

 

 

Biodiesel em pequena escala para explorações agrícolas e utilizadores fora da rede

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 pequenas quantidades de biodiesel a partir de óleos alimentares usados para consumo no local em tractores, geradores, aquecedores ou outros equipamentos agrícolas movidos a gasóleo.
Nestes casos, o objetivo é frequentemente a substituição prática de combustível e não a venda comercial certificada. Os reactores ultrassónicos de biodiesel também podem ser atractivos para esta produção descentralizada porque oferecem

• Tempos de reação rápidos
• Conversão eficiente com equipamento compacto
• Boa adequação a matérias-primas variáveis de óleos usados
• Redução da dependência de grandes tanques agitados
• Potencial para configurações de processamento modulares

Ao mesmo tempo, é importante afirmar claramente que o biodiesel não especificado 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. Nos casos em que existem normas para o biodiesel, o combustível deve ser testado e produzido em conformidade antes de ser utilizado em aplicações regulamentadas ou em veículos rodoviários.

 

 

Vantagens económicas da produção de biodiesel por ultra-sons a partir de UCO

O custo da matéria-prima é uma das maiores variáveis na economia do biodiesel. Uma vez que o óleo alimentar usado é geralmente mais barato do que os óleos vegetais refinados, oferece um forte potencial de poupança 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 reactores ultrassónicos de biodiesel da Hielscher ajudam a proteger a rentabilidade, melhorando a eficiência da reação e a produtividade da fábrica. As potenciais vantagens económicas incluem:

• Melhor utilização de matérias-primas de UCO de baixo custo
• Aumento do rendimento
• Redução do tempo de reação
• Menor procura de energia relacionada com a mistura em comparação com cenários de agitação ineficiente a granel
• Melhoria da consistência do processo
• Integração mais fácil em linhas de produção contínua

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

Converter UCO para UCOME Biodiesel de forma eficiente com Hielscher reatores ultra-sônicos!

A conversão de óleo alimentar usado em UCOME é uma forma inteligente de criar combustível renovável a partir de resíduos, melhorando a sustentabilidade e reduzindo os custos da matéria-prima. Uma vez que o OAU é frequentemente mais difícil de processar do que os óleos virgens, a tecnologia de reactores desempenha um papel crucial na obtenção de uma produção de biodiesel eficiente e fiável.
Os reactores ultrassónicos de biodiesel da Hielscher intensificam a reação entre o óleo e o metanol através da mistura por cavitação e da transferência de massa. Isto permite uma esterificação e transesterificação mais rápidas, um melhor manuseamento de matérias-primas UCO variáveis e uma produção em linha escalável de biodiesel.
Para os produtores comerciais, os sistemas de ultra-sons da Hielscher são utilizados em processos de biodiesel concebidos para produzir combustível que cumpra as normas ASTM D6751 e EN 14214. Para os agricultores e pequenos utilizadores em países sem regulamentação sobre biodiesel, os reactores ultra-sónicos também podem apoiar a produção compacta de pequenas quantidades de biodiesel para utilização em equipamento local, reconhecendo simultaneamente que o combustível não especificado deve ser utilizado com cautela e de acordo com os requisitos locais e a compatibilidade do motor.
Se o seu objetivo é a produção eficiente de UCO a UCOME, os reactores ultrassónicos de biodiesel da Hielscher oferecem uma plataforma tecnológica potente e expansível para o processamento moderno de biodiesel.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos reactores de biodiesel ultra-sónicos 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 que a Hielscher é uma boa escolha para os produtores de biodiesel?

A Hielscher é reconhecida pela tecnologia industrial de ultra-sons concebida para aplicações em processos reais. Na produção de biodiesel, os reactores ultra-sónicos Hielscher fornecem uma via prática para intensificar a conversão UCO, melhorar a mistura metanol-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:

• Experiência comprovada em ultra-sons
• Conceção de reactores em linha para processamento contínuo de biodiesel
• Adequação para esterificação e transesterificação
• Forte via de aumento de escala desde o laboratório até à produção
• Equipamento robusto para ambientes industriais
• Processamento eficaz de matérias-primas difíceis, como o óleo alimentar usado

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

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Literatura / 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).

perguntas frequentes

O biodiesel pode ser utilizado em equipamento agrícola?

Sim. O equipamento agrícola com motores a gasóleo de ignição por compressão pode geralmente utilizar misturas de biodiesel, e muitos fabricantes aprovam misturas como B5 ou B20; misturas mais elevadas dependem do motor específico, dos materiais do sistema de combustível e da orientação do OEM.

Que motores podem funcionar com biodiesel?

O biodiesel destina-se a motores diesel, especialmente motores de ignição por compressão utilizados em veículos, geradores e máquinas agrícolas. Na prática, praticamente todos os motores diesel podem funcionar com misturas baixas de biodiesel, ao passo que a utilização de misturas mais elevadas ou de biodiesel puro (B100) exige compatibilidade do motor e aprovação do fabricante.

O que é a norma ASTM D6751 dos EUA?

A ASTM D6751 é a especificação dos EUA para o combustível de mistura de biodiesel, B100, para mistura com combustíveis destilados médios. Define as propriedades necessárias do combustível e abrange os graus S15 e S500, correspondentes a teores máximos de enxofre de 15 ppm e 500 ppm.

O que é o Biodiesel UCOME?

UCOME significa Éster Metílico de Óleo Alimentar Usado. Trata-se de um biodiesel de ésteres metílicos de ácidos gordos produzido através da conversão de óleo alimentar usado em ésteres metílicos, normalmente para utilização como substituto do gasóleo ou componente de mistura.

O UCOME é adequado como componente de mistura para o fuelóleo bio-marinho?

Sim. O UCOME já é utilizado comercialmente como componente de mistura em formulações de biocombustíveis marinhos, por exemplo, em misturas com óleo combustível com muito baixo teor de enxofre (VLSFO). A sua adequação depende da qualidade do combustível, da estabilidade, da compatibilidade e da conformidade com as especificações relevantes do combustível marítimo e dos requisitos de manuseamento.