Producția de biodiesel & conversia biodieselului
Atunci când faceți biodiesel, cinetica reacției lente și transferul de masă săraci sunt scăderea capacitatea instalației de biodiesel, precum și randamentul biodiesel și calitatea. Hielscher reactoare cu ultrasunete îmbunătăți cinetica transesterificare semnificativ. Prin urmare, excesul de metanol mai mic și mai puțin catalizator sunt necesare pentru prelucrarea biodieselului.
Biodieselul este produs în mod obișnuit în reactoare lot folosind căldură și amestecare mecanică ca intrare de energie. Amestecarea cavitațională cu ultrasunete este o alternativă eficientă pentru a realiza o mai bună amestecare în prelucrarea biodieselului comercial. Cavitație cu ultrasunete oferă energia de activare necesară pentru transesterificarea biodieselului industrial.
Transesterificarea ultrasonically îmbunătățită a biodieselului
Producția de biodiesel implică de obicei o reacție chimică numită transesterificare, în care o trigliceride (cum ar fi uleiul vegetal, grăsimea animală, uleiurile de gătit uzate) reacționează cu un alcool (cum ar fi metanolul) în prezența unui catalizator pentru a produce biodiesel (esteri metilici ai acizilor grași) și glicerol. Reactoarele cu ultrasunete pot fi utilizate pentru a îmbunătăți procesul de transesterificare în mai multe moduri, ceea ce duce la mai multe beneficii:
- Mixare îmbunătățită: Undele ultrasonice pot crea bule de cavitație care se prăbușesc violent, provocând amestecarea intensă și agitația amestecului de reacție. Acest lucru duce la un contact mai bun între reactanți și catalizator, rezultând o transesterificare mai rapidă și mai completă.
- Cinetica reacției accelerate: Condițiile de înaltă energie generate de undele ultrasonice pot activa reacția, crescând rata de reacție și reducând timpul de reacție necesar pentru a atinge un anumit nivel de conversie. Acest lucru poate duce la randamente mai mari și costuri mai mici.
- Utilizare redusă a catalizatorului: Reactoarele cu ultrasunete pot îmbunătăți eficiența utilizării catalizatorului prin furnizarea de site-uri mai active pentru reacție. Aceasta înseamnă că este nevoie de mai puțin catalizator pentru a atinge același nivel de conversie, reducând costurile și impactul asupra mediului.
- Calitate îmbunătățită a produsului: Reactoare cu ultrasunete pot produce biodiesel cu conținut mai mic de acizi grași liberi, puritate mai mare, și proprietăți mai bune de curgere la rece. Acest lucru se datorează amestecării îmbunătățite și cineticii de reacție mai rapide, care minimizează formarea de produse secundare și impurități nedorite.
Aceste avantaje ale procesării cu ultrasunete biodiesel face utilizarea unui reactor cu ultrasunete configurare extrem de economică, deoarece utilizarea reactoarelor cu ultrasunete îmbunătățește semnificativ eficiența, viteza, și calitatea transesterificare biodiesel. Acest lucru înseamnă, în rezumat, că ultrasonication transformă transesterificarea într-un proces mai durabil din punct de vedere economic și ecologic.
Probleme de amestecare biodiesel convenționale: Reacția convențională de esterificare în procesarea loturilor tinde să fie lentă, iar separarea fazelor glicerinei consumă mult timp, adesea durând 5 ore sau mai mult.
Reactoare cu ultrasunete vă ajută să accelerați procesul de biodiesel și, în același timp, să crească randamentul și calitatea biodieselului la costuri de procesare mai mici!
Avantajele transesterificării cu ultrasunete biodiesel
- Randamente mai mari de biodiesel datorită amestecării îmbunătățite
- Creșterea calității biodieselului
- Utilizați chiar și cel mai sărac ulei ca materie primă
- Procesare continuă în linie
- Mai puțin metanol
- Mai puțin catalizator
- Economie de timp datorită conversiei de mare viteză
- Economie de energie
- operare simplă și sigură
- Robustețe și întreținere redusă
- Performanță ridicată: funcționare 24/7 la sarcină maximă
"Am fost foarte mulțumiți de echipamentul și serviciul Hielscher și avem toate intențiile de a include tehnologia ultrasonication Hielscher în toate eforturile noastre viitoare."
Todd Stephens, Biocombustibili Tulsa
Ultrasonics pentru producția de biodiesel
Biodieselul este adesea produs în reactoare lot. Conversia biodieselului cu ultrasunete permite prelucrarea continuă inline. Ultrasonication poate realiza un randament de biodiesel mai mare de 99%. Reactoarele cu ultrasunete reduc timpul de procesare de la procesarea convențională a lotului de 1 la 4 ore la mai puțin de 30 de secunde. Mai important, ultrasonication reduce timpul de separare de la 5 la 10 ore (folosind agitație convențională) la mai puțin de 60 de minute. Ultrasonication ajută, de asemenea, la scăderea cantității de catalizator necesare cu până la 50% datorită activității chimice crescute în prezența cavitației. Atunci când se utilizează ultrasonication, cantitatea de exces de metanol necesară este redusă, de asemenea. Un alt beneficiu este creșterea rezultată a purității glicerinei.
Producția de biodiesel cu ultrasunete pas cu pas:
- uleiul vegetal sau grăsimea animală se amestecă cu metanol (din care provin esteri metilici) sau etanol (pentru esteri etilici) și metoxid sau hidroxid de sodiu sau potasiu
- amestecul este încălzit, de exemplu la temperaturi cuprinse între 45 și 65 °C
- Amestecul încălzit este sonicat în linie timp de 5 până la 15 secunde
- Glicerina scade sau este separată folosind centrifuge
- Biodieselul convertit este spălat cu apă
Cel mai frecvent, sonicare se efectuează la o presiune ridicată (1 la 3bar, presiunea manometrului) folosind o pompă de alimentare și o supapă reglabilă de contrapresiune lângă celula de curgere.
Conversia biodieselului industrial nu are nevoie de multă energie cu ultrasunete. Cerința reală de energie poate fi determinată la scară benchtop folosind, de exemplu, un procesor cu ultrasunete 1kW, ar fi UIP1000hdT. Toate rezultatele acestor teste de banc pot fi scalate liniar și fără probleme. Dacă este necesar, sunt disponibile dispozitive cu ultrasunete certificate ATEX, cum ar fi UIP1000-Exd.
Hielscher furnizează echipamente industriale de prelucrare a biodieselului cu ultrasunete, la nivel mondial. Cu procesoare cu ultrasunete de până la 16kW putere per singur dispozitiv, nu există nici o limită în dimensiunea instalației de biodiesel sau capacitatea de procesare.
Costurile de fabricație cu ultrasunete biodiesel
Ultrasonication este un mijloc eficient de a crește viteza de reacție și rata de conversie în producția comercială de biodiesel. Costurile de prelucrare cu ultrasunete rezultă în principal din investiția pentru echipamente cu ultrasunete, costurile de utilitate și întreținere. Eficiența energetică remarcabilă a ultrasonicators Hielscher ajută la reducerea costurilor de utilitate și prin aceasta pentru a face acest proces chiar mai verde. Costurile rezultate pentru ultrasonication variază între 0.1ct și 1.0ct pe litru (0.4ct la 1.9ct/galon) atunci când sunt utilizate la scară comercială.
Citiți mai multe despre eficiența procesului și beneficiile economice ale producției de biodiesel cu ultrasunete!
Scară mică cu ultrasunete Biodiesel Setup
Ultrasonication poate fi utilizat pentru conversia uleiului în biodiesel la orice scară. Imaginea de mai jos prezintă o configurație la scară mică pentru procesarea a 60-70L (16 până la 19 galoane). Aceasta este configurația tipică pentru studiile inițiale și demonstrarea procesului.
- un ultrasonicator (de exemplu, UIP500hdT sau UIP1000hdT) cu rapel, sonotrode și flux de celule
- contor de putere pentru măsurarea puterii și energiei
- Rezervor de procesare 80L (plastic, de ex. HDPE)
- element de încălzire (1 până la 2kW)
- Rezervor de preamestec catalizator 10L (plastic, de ex. HDPE)
- premixer catalizator (agitator)
- pompă (centrifugă, monocromă sau angrenaj) pentru aproximativ 10 până la 20 L / min la 1 până la 3 barg
- supapă de contrapresiune pentru reglarea presiunii în celula de curgere
- manometru pentru măsurarea presiunii de alimentare
Reactoare cu ultrasunete pentru prelucrare superioară biodiesel
Hielscher Ultrasonics oferă procesoare cu ultrasunete de înaltă performanță și reactoare, care va îmbunătăți producția de biodiesel prin randamente mai mari de biodiesel, calitate îmbunătățită a biodieselului, timp redus de procesare și costuri de producție mai mici.
Reactoare cu ultrasunete la scară mică și medie pentru transesterificarea biodieselului
Pentru producția de biodiesel mici și mijlocii de până la 9ton / oră (2900 gal / oră), Hielscher vă oferă UIP500hdT (500 wați), UIP1000hdT (1000 wați), UIP1500hdT (1500 wați), și UIP2000hdT (2000 wați) ca mixere cu ultrasunete de forfecare înaltă cu reactoare de curgere pentru prelucrarea fiabilă și eficientă a biodieselului inline. Aceste patru reactoare cu ultrasunete sunt foarte compacte, ușor de integrat sau retro-fit. Acestea sunt construite pentru operațiuni grele în medii dure. Mai jos veți găsi configurațiile recomandate ale reactoarelor pentru o serie de rate de producție.
tonă/oră
|
gal/oră
|
|
---|---|---|
1x UIP500hdT (500 wați) |
00,25 până la 0,5
|
80 până la 160
|
1x UIP1000hdT (1000 wați) |
0.5 până la 1.0
|
160 până la 320
|
1x UIP1500hdT (1500 wați) |
00,75 până la 1,5
|
240 până la 480
|
1x UIP2000hdT (2000 wați) |
1,0 până la 2,0
|
320 până la 640
|
2x UIP2000hdT (2000 wați) |
2,0 până la 4,0
|
640 până la 1280
|
4xUIP1500hdT (1500 wați) |
3,0 până la 6,0
|
960 până în 1920
|
6x UIP1500hdT (1500 wați) |
4,5 până la 9,0
|
1440 până la 2880
|
6x UIP2000hdT (2000 wați) |
6,0 până la 12,0
|
1920 până la 3840
|
Reactoare industriale de biodiesel cu randament foarte mare
Pentru prelucrarea industrială a instalațiilor de producție de biodiesel Hielscher oferă UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW), și UIP16000hdT (16kW) omogenizatoare cu ultrasunete! Aceste procesoare cu ultrasunete sunt proiectate pentru prelucrarea continuă a debitelor mari. UIP4000hdT, UIP6000hdT și UIP10000 pot fi integrate în containere standard de transport maritim. Alternativ, toate cele patru modele de procesoare sunt disponibile în dulapuri din oțel inoxidabil. O instalare verticală necesită un spațiu minim. Mai jos găsiți configurațiile recomandate pentru ratele tipice de procesare industrială.
tonă/oră
|
gal/oră
|
1x UIP6000hdT (6000 wați) |
3,0 până la 6,0
|
960 până în 1920
|
---|---|---|
3x UIP4000hdT (4000 wați) |
6,0 până la 12,0
|
1920 până la 3840
|
5x UIP4000hdT (4000 wați) |
10,0 până la 20,0
|
3200 până la 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 wați) |
9,0 până la 18,0
|
2880 până la 5880
|
3x UIP10000 (10.000 wați) |
15,0 până la 30,0
|
4800 până la 9600
|
3x UIP16000hdT (16,000 wați) |
24,0 până la 48,0
|
7680 până la 15360
|
5x UIP16000hdT |
40,0 până la 80,0
|
12800 până la 25600
|
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Ger & Inovația tehnologică a anului Sullivan
Hielscher Ultrasonics a primit prestigiosul Frost și Sullivan Technology Innovation of the Year Award ca recunoaștere a dezvoltării companiei de noi tehnologii cu ultrasunete pentru producția de biodiesel.
Click aici pentru a citi mai multe despre Frost și Premiul Sullivan pentru Hielscher Ultrasonics reactoare biodiesel!
transesterificare – Conversia chimică a biodieselului
Fabricarea biodieselului din uleiuri vegetale (de exemplu, soia, canola, jatropha, semințe de floarea-soarelui), alge, grăsimi animale, precum și uleiuri de gătit reziduale, implică transesterificarea catalizată de bază a acizilor grași cu metanol sau etanol pentru a obține esterii metilici sau esterii etilici corespunzători. Glicerina este un produs secundar inevitabil al acestei reacții.
Uleiurile vegetale ca grăsimi animale sunt trigliceride compuse din trei lanțuri de acizi grași legați de o moleculă de glicerină. Trigliceridele sunt esteri. Esterii sunt acizi, cum ar fi acizii grași, combinați cu un alcool. Glicerina (= glicerol) este un alcool greu. În procesul de conversie, esterii trigliceridelor sunt transformați în esteri alchilici (= biomotorină) utilizând un catalizator (leșie) și un reactiv alcoolic, de exemplu metanol, din care rezultă biomotorină din esteri metilici. Metanolul înlocuiește glicerina. Acest proces de conversie chimică se numește transesterificare.
După transesterificare, glicerina, care este faza mai grea, se va scufunda în fund. Biodieselul, care este faza mai ușoară, plutește deasupra și poate fi separat, de exemplu prin decantoare sau centrifuge.
Biodiesel de preparare
Hidroxidul de potasiu (0,2 până la 0,4 kg, catalizator) este dizolvat în aproximativ 8,5 L metanol în rezervorul de pre-amestec al catalizatorului. Acest lucru necesită agitarea preamestecului catalizatorului. Rezervorul de procesare este umplut cu ulei vegetal 66L. Uleiul este încălzit de elementul de încălzire la 45 până la 65 °C.
conversia biodieselului
Când catalizatorul este complet dizolvat în metanol, preamestecul catalizatorului este amestecat cu uleiul încălzit. Pompa alimentează amestecul în celula de curgere. Prin intermediul supapei de contrapresiune, presiunea este reglată la 1 până la 3barg (15 până la 45psig). Recircularea prin reactorul cu ultrasunete biodiesel ar trebui să efectueze pentru aproximativ 20 minute. În acest timp, uleiul este transformat în biodiesel. După aceasta, pompa și ultrasunetele sunt oprite. Glicerina (faza mai grea) se va separa de biodiesel (faza mai ușoară). Separarea durează aproximativ 30 până la 60 de minute. Când separarea este terminată, glicerina poate fi drenată.
Biodiesel de spălare
Deoarece biodieselul convertit conține impurități, este necesară spălarea. Pentru spălare, apa este amestecată în biodiesel. Ultrasonication poate beneficia de amestecarea biodieselului cu apa. Aceasta crește suprafața activă ca urmare a reducerii dimensiunii picăturilor. Vă rugăm să luați în considerare, că sonicare foarte intensă poate reduce picăturile de apă la o dimensiune, că se formează o emulsie aproape stabilă, care va necesita mijloace speciale (de exemplu, centrifugă) pentru a fi separate.
Biodiesel Manufacturing Plant
Diagrama de mai jos arată o configurație tipică pentru sonicare în linie de ulei, metanol și catalizator pentru conversia în biodiesel.
Prelucrarea și separarea continuă a biodieselului
Într-o configurație pentru prelucrarea continuă a biodieselului și separarea continuă, uleiul încălzit și premixul catalizatorului sunt amestecate împreună continuu folosind pompe reglabile. Un mixer static inline îmbunătățește omogenitatea alimentării cu reactorul cu ultrasunete. Amestecul de ulei / catalizator trece celula de flux, unde este expus la cavitație cu ultrasunete timp de aproximativ 5 până la 30 de secunde. O supapă de contrapresiune este utilizată pentru a controla presiunea din celula de curgere. Amestecul sonicat intră în coloana reactorului din partea superioară. Volumul coloanei reactorului este proiectat pentru a oferi aproximativ 1 oră timp de retenție în coloană. În acest timp, reacția de transesterificare este finalizată. Amestecul de glicerină / biodiesel reacționat este pompat la centrifugă unde este separat în fracțiunile de biodiesel și glicerină. Post-procesarea implică recuperarea, spălarea și uscarea metanolului și se poate face și continuu.
Această configurație elimină loturile de reactor biodiesel, agitatoare convenționale și rezervoare mari de separator.
Biodiesel Transesterificare Viteza de reacție
Diagramele de mai jos prezintă rezultatele tipice ale transesterificării uleiului de rapiță (calitate industrială) cu metoxid de sodiu (stânga) și hidroxid de potasiu (dreapta). Pentru ambele teste, un eșantion de control (linia albastră) a fost expus la o amestecare mecanică intensă. Linia roșie reprezintă eșantionul sonicat al formulării identice în ceea ce privește raportul de volum, concentrația catalizatorului și temperatura. Axa orizontală arată timpul după amestecare sau sonicare, respectiv. Axa verticală arată volumul de glicerină care sa stabilit în partea de jos. Acesta este un mijloc simplu de măsurare a vitezei de reacție. În ambele diagrame, eșantionul sonicat (roșu) reacționează mult mai repede decât eșantionul de control (albastru).
Link-uri pentru consumabile biodiesel
Faceți clic aici pentru link-uri către furnizorii de pompe și rezervoare pentru industria biodiesel.
Informații privind substanțele chimice și securitatea
Vă rugăm să citiți cu atenție informațiile de mai jos, pentru a preveni complicațiile și efectele adverse asupra sănătății.
Produse chimice biodiesel
Metanolul este toxic. Poate provoca deteriorarea nervilor ca urmare a utilizării prelungite. Poate fi adsorbit și de piele. Dacă este stropit în ochi, poate provoca orbire, iar metanolul poate fi fatal atunci când este înghițit. Din acest motiv, luați măsurile de precauție necesare atunci când manipulați metanol. Se recomandă utilizarea unui aparat respirator bun, a unui șorț și a mănușilor de cauciuc.
Hidroxidul de potasiu (KOH) este toxic și provoacă arsuri ale pielii la contact. Este necesară o bună ventilație.
Asigurați-vă că spațiul de lucru este ventilat generos și bine pentru a permite evacuarea fumului. Respiratoarele cu cartuș de vapori nu sunt eficiente împotriva vaporilor de metanol. Un sistem de aer furnizat (SCBA — Aparat de respirație autonom) oferă o protecție mai bună împotriva vaporilor de metanol.
Biodiesel și piese din cauciuc
Funcționarea pe 100% biodiesel pentru mai mult timp poate provoca complicații la părțile de cauciuc umezite (pompă, furtunuri, inele O) ale motorului. Înlocuirea cu piese din oțel sau cauciuc greu poate elimina această problemă. Alternativ, puteți amesteca aproximativ 25% motorină convențională (fosilă) în biodiesel pentru a preveni complicațiile.
Literatură / Referințe
- 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.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- 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.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.