От UCO к биодизелю с помощью ультразвуковых реакторов

Отработанное кулинарное масло (UCO) стало одним из наиболее привлекательных видов сырья для устойчивого производства биодизеля. Преобразование UCO в биодизель, или метиловый эфир отработанного кулинарного масла, помогает сократить количество отходов, снижает затраты на сырьё и способствует более замкнутому циклу использования ресурсов в топливной отрасли. Для производителей биодизеля, которым нужна эффективная технология переработки, ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля предлагают мощное решение для интенсификации процессов переэтерификации и этерификации.

Ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля широко используются для улучшения преобразования недорогих масел и жиров в высококачественный биодизель. Создавая интенсивное перемешивание на микроскопическом уровне, ультразвуковая кавитация ускоряет химические реакции, улучшает массоперенос между несмешивающимися фазами и помогает производителям обеспечить быстрое, надёжное и масштабируемое производство биодизеля.

UCOME – биодизель из отработанных масел

UCOME означает метиловый эфир отработанного кулинарного масла. Это биодизельное топливо, получаемое путём преобразования отработанных кулинарных масел в метиловые эфиры жирных кислот посредством химической реакции с метанолом. Поскольку UCO представляет собой вторичное сырьё, UCOME особенно привлекателен как с экономической, так и с экологической точки зрения.
По сравнению с первичными растительными маслами UCO обеспечивает явные преимущества по стоимости, однако его переработка сопряжена с определёнными трудностями. Для отработанного кулинарного масла часто характерны:

• Свободные жирные кислоты (FFA)
• Вода
• Остатки пищи и загрязняющие вещества
• Продукты окисления
• Переменный состав в зависимости от источника и истории использования

Эти факторы делают эффективность процесса и рабочие характеристики реактора особенно важными. Именно здесь ультразвуковые реакторы для производства биодизеля обеспечивают значительные преимущества.

 

В этом обучающем видео мы знакомим вас с научными основами того, как ультразвуковые реакторы для биодизеля значительно улучшают его производство. Ультразвуковые реакторы Hielscher зарекомендовали себя как эффективный инструмент совершенствования процесса производства биодизеля. В этом видео мы подробно рассматриваем принцип их работы и показываем различные ультразвуковые установки для любого масштаба производства. Повышайте эффективность и экономичность производства биодизеля и получайте больший выход высококачественного продукта за счёт быстрого превращения сырья. При этом ультразвуковые реакторы позволяют использовать низкокачественные масла, такие как отработанные растительные масла и использованные кулинарные жиры, а также сокращать расход метанола и катализатора, способствуя экологичному и устойчивому производству биодизеля.

 

Как ультразвуковые реакторы для производства биодизеля улучшают преобразование UCO в UCOME

При традиционном производстве биодизеля для обеспечения контакта масла, спирта и катализатора часто используют механическое перемешивание и нагрев. Поскольку масло и метанол плохо смешиваются, в обычных реакторах могут наблюдаться низкая скорость реакции, неполное преобразование, повышенный расход химических реагентов и более длительное время пребывания.
Ультразвуковые реакторы Hielscher используют высокоинтенсивный ультразвук для создания кавитации в жидкости. Кавитация создаёт микроскопические зоны перемешивания с чрезвычайно высокими силами сдвига. Это разбивает метанол на очень мелкие капли внутри масляной фазы и значительно увеличивает площадь межфазной поверхности, на которой протекает реакция.

В результате процесс производства биодизеля существенно интенсифицируется, что обеспечивает важные преимущества:

• Более быстрая переэтерификация и этерификация
• Повышенная эффективность преобразования
• Более эффективное использование метанола и катализатора
• Сокращение времени реакции
• Возможность непрерывной обработки в потоке
• Простое масштабирование от опытного до промышленного производства

Для сырья UCO с повышенным содержанием FFA ультразвук особенно полезен, поскольку он усиливает как стадию этерификации с кислотным катализом, так и стадию переэтерификации с основным катализом.

От UCO к биодизелю: обзор процесса

Преобразование отработанного кулинарного масла в биодизель обычно включает несколько технологических стадий. Ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля можно интегрировать в одностадийные или двухстадийные технологические схемы в зависимости от качества сырья.

Типичный процесс преобразования UCO в биодизель включает:

• Сбор и хранение отработанного кулинарного масла
• Фильтрацию для удаления твёрдых частиц и частиц пищи
• Сушку или обезвоживание для снижения содержания влаги
• Анализ FFA для определения необходимого пути реакции
• Этерификацию свободных жирных кислот при высоком содержании FFA
• Переэтерификацию с метанолом с образованием метиловых эфиров
• Разделение биодизеля и глицерина
• Промывку или сухую очистку биодизеля
• Окончательную доочистку для достижения установленных требований к качеству топлива

При высоком содержании FFA перед основной стадией переэтерификации часто проводят предварительную этерификацию для преобразования свободных жирных кислот в эфиры. Обработка ультразвуком может ускорить обе стадии и повысить общую производительность предприятия. Узнайте больше о двухстадийном преобразовании сырья в биодизель с помощью ультразвука!

Почему ультразвуковые реакторы Hielscher хорошо подходят для производства биодизеля UCOME

Ультразвуковые реакторы Hielscher разработаны для промышленной обработки жидкостей и особенно эффективны при производстве биодизеля, где перемешивание жидких фаз определяет скорость реакции. Вместо того чтобы полагаться только на перемешивание всего объёма, ультразвук создаёт интенсивное локальное воздействие энергии именно там, где оно необходимо.
Это даёт производителям ряд практических преимуществ.

• Превосходное перемешивание масла и метанола
  Одним из ключевых ограничений при производстве биодизеля является плохая смешиваемость масла и метанола. Ультразвуковые реакторы Hielscher создают очень мелкодисперсную эмульсию, что значительно улучшает контакт между реагентами. Улучшенный контакт означает ускорение кинетики реакции и более высокую степень преобразования.
• Высокая производительность при работе со сложным сырьём
  UCO не является однородным сырьём. Содержание воды, уровень FFA и степень загрязнения могут различаться от партии к партии. Реакторы Hielscher помогают компенсировать эти различия за счёт интенсификации процессов в реакционной среде, делая процесс более устойчивым и адаптируемым.
• Более короткое время пребывания
  Поскольку ультразвук ускоряет этерификацию и переэтерификацию, производители часто могут достичь целевой степени преобразования за меньшее время, чем при использовании обычных систем с мешалками. Это может снизить требования к объёму реактора и повысить производительность.
• Непрерывная работа в потоке
  Ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля идеально подходят для непрерывной обработки. Конфигурации с проточными реакторами обеспечивают производство в установившемся режиме с воспроизводимым качеством, что особенно ценно для коммерческих предприятий по производству биодизеля.
• Простое масштабирование
  Важным преимуществом технологии Hielscher является линейное масштабирование. Параметры процесса, установленные в ходе лабораторных или опытных испытаний, можно более предсказуемо переносить на более крупные производственные системы. Это снижает риски разработки и упрощает планирование расширения производства.
• Промышленная надёжность
  Системы Hielscher разработаны для интенсивной промышленной эксплуатации. Для производителей биодизеля это означает надёжную работу реактора, воспроизводимые результаты и совместимость с автоматизированными технологическими линиями.
• Производство биодизеля в соответствии с ASTM D6751 и EN 14214
  Коммерческие производители биодизеля часто ориентируются на такие требования к качеству топлива, как ASTM D6751 и EN 14214. Эти стандарты определяют важнейшие характеристики, включая содержание эфиров, вязкость, температуру вспышки, кислотное число, содержание воды, окислительную стабильность, предельное содержание загрязняющих веществ и содержание глицерина.

 
Узнайте, как биодизель, произведённый с помощью ультразвука, работает в дизельных двигателях внутреннего сгорания!

Ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля используются в технологических процессах, предназначенных для получения топлива с качеством, соответствующим ASTM D6751 и EN 14214. В своём исследовании, опубликованном в 2020 году, Bastante-Saez и коллеги продемонстрировали, что производство биодизеля из жировых отходов приготовления кебаба с использованием ультразвукового реактора Hielscher обеспечило высокий выход метиловых эфиров жирных кислот (FAME). Показатели FAME были выше (97,42% w/w для куриного жира и 96,98 для говяжье-бараньего жира) минимального порогового значения, установленного европейским нормативом EN 14214 (т. е. минимум 96,5% w/w).

 

 

Маломасштабное производство биодизеля для фермерских хозяйств и пользователей вне электросети

В некоторых странах или регионах требования к биодизелю ограничены либо их соблюдение не контролируется в отношении небольших частных потребителей. Фермеры и владельцы оборудования могут производить небольшие количества биодизеля из отработанного кулинарного масла для потребления на месте в тракторах, генераторах, обогревателях или другом сельскохозяйственном оборудовании, работающем на дизельном топливе.
В таких случаях целью часто является практическая замена топлива, а не сертифицированная коммерческая продажа. Ультразвуковые реакторы для производства биодизеля также могут быть привлекательны для такого децентрализованного производства, поскольку они обеспечивают:

• Короткое время реакции
• Эффективное преобразование с использованием компактного оборудования
• Хорошую пригодность для переработки отработанных масел с переменными характеристиками
• Снижение зависимости от больших резервуаров с мешалками
• Возможность использования модульных установок для переработки

В то же время важно чётко указать, что биодизель, не соответствующий установленным требованиям, может подходить не для всех двигателей, может не соответствовать местным законодательным требованиям и может вызывать проблемы, связанные с хранением, совместимостью материалов, выбросами или гарантией на двигатель. Там, где действуют стандарты на биодизель, топливо следует испытывать и производить в соответствии с ними до использования в регулируемых областях применения или дорожных транспортных средствах.

 

 

Экономические преимущества производства биодизеля из UCO с помощью ультразвука

Стоимость сырья является одним из наиболее существенных переменных факторов в экономике производства биодизеля. Поскольку отработанное кулинарное масло обычно дешевле рафинированных растительных масел, оно обеспечивает значительный потенциал снижения затрат. Однако эта экономия может быть утрачена, если процесс протекает медленно, химически неэффективен или не позволяет перерабатывать сырьё с переменными характеристиками.
Ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля помогают сохранять рентабельность за счёт повышения эффективности реакции и производительности предприятия. Потенциальные экономические преимущества включают:

• Более эффективное использование недорогого сырья UCO
• Повышение производительности
• Сокращение времени реакции
• Снижение потребности в энергии для перемешивания по сравнению с неэффективными вариантами перемешивания всего объёма
• Повышение стабильности процесса
• Более простую интеграцию в непрерывные производственные линии

Для производителей, стремящихся увеличить масштабы производства биодизеля из отработанных масел, такое сочетание гибкости в выборе сырья и интенсификации процесса может быть особенно ценным.

Эффективно преобразуйте UCO в биодизель UCOME с помощью ультразвуковых реакторов Hielscher!

Преобразование отработанного кулинарного масла в UCOME – разумный способ получения возобновляемого топлива из отходов с одновременным повышением устойчивости и снижением затрат на сырьё. Поскольку UCO часто сложнее перерабатывать, чем первичные масла, технология реактора играет решающую роль в обеспечении эффективного и надёжного производства биодизеля.
Ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля интенсифицируют реакцию между маслом и метанолом за счёт перемешивания и массопереноса, обусловленных кавитацией. Это обеспечивает более быструю этерификацию и переэтерификацию, более эффективную переработку сырья UCO с переменными характеристиками и масштабируемое производство биодизеля в потоке.
В коммерческом производстве ультразвуковые системы Hielscher используются в процессах получения биодизеля, предназначенных для производства топлива, соответствующего ASTM D6751 и EN 14214. Для фермеров и небольших потребителей в странах, где отсутствуют нормативы на биодизель, ультразвуковые реакторы также могут обеспечивать производство небольших количеств биодизеля на компактных установках для использования в местном оборудовании, с учётом того, что топливо, не соответствующее установленным требованиям, следует использовать осторожно, в соответствии с местными требованиями и с учётом совместимости с двигателем.
Если ваша цель – эффективное преобразование UCO в UCOME, ультразвуковые реакторы Hielscher для производства биодизеля предлагают мощную и масштабируемую технологическую платформу для современной переработки сырья в биодизель.

В таблице ниже приведена ориентировочная производительность ультразвуковых реакторов Hielscher для производства биодизеля:

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

Почему Hielscher – удачный выбор для производителей биодизеля?

Hielscher известна своими промышленными ультразвуковыми технологиями, разработанными для реальных технологических задач. При производстве биодизеля ультразвуковые реакторы Hielscher обеспечивают практический способ интенсификации преобразования UCO, улучшения перемешивания метанола и масла и эффективного производства биодизеля из отработанных масел и жиров.

Основные причины, по которым производители выбирают Hielscher:

• Проверенная компетентность в области ультразвука
• Конструкции проточных реакторов для непрерывного производства биодизеля
• Пригодность для этерификации и переэтерификации
• Надёжный путь масштабирования от лаборатории до производства
• Прочное оборудование для промышленных условий
• Эффективная переработка сложного сырья, такого как отработанное кулинарное масло

Проектирование, производство и консультирование – качество из Германии

Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher широко известны высочайшими стандартами качества и проектирования. Прочность и простота эксплуатации позволяют без затруднений интегрировать наши ультразвуковые гомогенизаторы в промышленные предприятия. Ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher легко справляются с тяжёлыми условиями и требовательными эксплуатационными средами.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым гомогенизаторам, сочетающим самые современные технологии и удобство использования. Разумеется, ультразвуковые гомогенизаторы Hielscher соответствуют требованиям CE и удовлетворяют требованиям UL, CSA и RoHs.

---

---

Литература / Ссылки

• 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).