Proizvodnja biodizla & Pretvorba biodizla
Pri izdelavi biodizla počasna reakcijska kinetika in slab prenos mase zmanjšujeta zmogljivost obrata za proizvodnjo biodizla, pa tudi donos in kakovost biodizla. Hielscher ultrazvočni reaktorji bistveno izboljšajo kinetiko transesterifikacije. Zato je za predelavo biodizla potreben manjši presežek metanola in manj katalizatorja.
Biodizel se običajno proizvaja v šaržnih reaktorjih z uporabo toplote in mehanskega mešanja kot vnosa energije. Ultrazvočno kavitacijsko mešanje je učinkovita alternativa za doseganje boljšega mešanja pri komercialni predelavi biodizla. Ultrazvočna kavitacija zagotavlja potrebno aktivacijsko energijo za industrijsko transesterifikacijo biodizla.
Ultrazvočno mešanje izboljša stopnjo pretvorbe biodizla, poveča donos in prihrani presežek metanola in katalizatorja.
Ultrazvočno izboljšana transesterifikacija biodizla
Proizvodnja biodizla običajno vključuje kemično reakcijo, imenovano transesterifikacija, pri kateri trigliceridi (kot so rastlinsko olje, živalske maščobe, izrabljena olja za kuhanje) reagirajo z alkoholom (kot je metanol) v prisotnosti katalizatorja za proizvodnjo biodizla (metilnih estrov maščobnih kislin) in glicerola. Ultrazvočni reaktorji se lahko uporabljajo za izboljšanje procesa transesterifikacije na več načinov, kar vodi do več prednosti:
- Izboljšano mešanje: Ultrazvočni valovi lahko ustvarijo kavitacijske mehurčke, ki se nasilno zrušijo, kar povzroči intenzivno mešanje in mešanje reakcijske mešanice. To vodi do boljšega stika med reaktanti in katalizatorjem, kar ima za posledico hitrejšo in popolnejšo transesterifikacijo.
- Kinetika pospešene reakcije: Visokoenergijski pogoji, ki jih ustvarjajo ultrazvočni valovi, lahko aktivirajo reakcijo, povečajo hitrost reakcije in zmanjšajo reakcijski čas, potreben za doseganje določene ravni pretvorbe. To lahko povzroči višje donose in nižje stroške.
- Zmanjšana uporaba katalizatorja: Ultrazvočni reaktorji lahko izboljšajo učinkovitost uporabe katalizatorja z zagotavljanjem bolj aktivnih mest za reakcijo. To pomeni, da je za doseganje enake ravni pretvorbe, zmanjšanja stroškov in vpliva na okolje potrebnih manj katalizatorja.
- Izboljšana kakovost izdelkov: Ultrazvočni reaktorji lahko proizvajajo biodizel z nižjo vsebnostjo prostih maščobnih kislin, večjo čistostjo in boljšimi lastnostmi hladnega pretoka. To je posledica izboljšanega mešanja in hitrejše reakcijske kinetike, ki zmanjšujejo nastajanje neželenih stranskih produktov in nečistoč.
Zaradi teh prednosti ultrazvočne obdelave biodizla je uporaba ultrazvočnega reaktorja zelo ekonomična, saj uporaba ultrazvočnih reaktorjev bistveno izboljša učinkovitost, hitrost in kakovost transesterifikacije biodizla. To pomeni, da ultrasonication spremeni transesterifikacijo v bolj ekonomsko in okoljsko trajnosten proces.
Težave pri običajnem mešanju biodizla: Konvencionalna reakcija esterifikacije v serijski obdelavi je počasna, fazno ločevanje glicerina pa je zamudno, pogosto traja 5 ur ali več.
Ultrazvočni reaktorji vam pomagajo pospešiti proces biodizla in hkrati povečati donos in kakovost biodizla z nižjimi stroški predelave!
Industrijski ultrazvočni aparat UIP2000hdT s pretočno celico FC2T500k za inline estrifikacijo in transesterifikacijo biodizla.
Prednosti ultrazvočne transesterifikacije biodizla
- Višji donos biodizla zaradi izboljšanega mešanja
- Povečana kakovost biodizla
- Kot surovino uporabite tudi najslabše olje
- Neprekinjena linijska obdelava
- Manj metanola
- Manj katalizatorja
- Prihranek časa zaradi hitre pretvorbe
- Varčevanje z energijo
- enostavno in varno upravljanje
- Robustnost in nizko vzdrževanje
- Visoka zmogljivost: 24/7 delovanje pri polni obremenitvi
"Zelo smo zadovoljni s Hielscherjevo opremo in storitvami in imamo namen vključiti Hielscherjevo ultrazvočno tehnologijo v vsa naša prihodnja prizadevanja."
Todd Stephens, Tulsa Biogoriva
Ultrazvok za proizvodnjo biodizla
Biodizel se pogosto proizvaja v šaržnih reaktorjih. Ultrazvočna pretvorba biodizla omogoča neprekinjeno inline obdelavo. Ultrasonication lahko doseže donos biodizla, ki presega 99%. Ultrazvočni reaktorji skrajšajo čas obdelave od običajne 1 do 4 urne serijske obdelave na manj kot 30 sekund. Še pomembneje je, da ultrasonication skrajša čas ločevanja s 5 na 10 ur (z uporabo običajnega mešanja) na manj kot 60 minut. Ultrasonication pomaga tudi zmanjšati količino katalizatorja, ki je potrebna, do 50% zaradi povečane kemične aktivnosti v prisotnosti kavitacije. Pri uporabi ultrasonication se zmanjša tudi količina presežnega metanola. Druga korist je posledično povečanje čistosti glicerina.
Ultrazvočna proizvodnja biodizla korak za korakom:
- rastlinsko olje ali živalska maščoba se zmeša z metanolom (iz katerega nastanejo metilni estri) ali etanolom (za etilne estre) in natrijevim ali kalijevim metoksidom ali hidroksidom
- mešanica se segreje, npr. na temperaturo med 45 in 65 °C,
- segreta mešanica se ultrazvočno uporablja 5 do 15 sekund
- glicerin izpade ali se loči s centrifugami
- Pretvorjeni biodizel se spere z vodo
Najpogosteje se ultrazvočna obdelava izvaja pri povišanem tlaku (1 do 3 bar, nadtlak) z uporabo napajalne črpalke in nastavljivega protitlačnega ventila poleg pretočne celice.
Industrijska pretvorba biodizla ne potrebuje veliko ultrazvočne energije. Dejanske potrebe po energiji je mogoče določiti na namizni lestvici z uporabo npr. 1kW ultrazvočnega procesorja, kot je UIP1000hdT. Vse rezultate takšnih poskusov na klopi je mogoče linearno in brez težav povečati. Po potrebi so na voljo ultrazvočne naprave s certifikatom ATEX, kot so UIP1000-Exd.
Hielscher dobavlja industrijsko ultrazvočno opremo za predelavo biodizla po vsem svetu. Z ultrazvočnimi procesorji moči do 16 kW na eno napravo ni omejitev glede velikosti obrata za biodizel ali zmogljivosti predelave.
Stroški ultrazvočne proizvodnje biodizla
Ultrasonication je učinkovito sredstvo za povečanje hitrosti reakcije in stopnje pretvorbe v komercialni proizvodnji biodizla. Stroški ultrazvočne obdelave so predvsem posledica naložb v ultrazvočno opremo, komunalnih stroškov in vzdrževanja. Izjemna energetska učinkovitost ultrazvočnih aparatov Hielscher pomaga zmanjšati stroške komunalnih storitev in s tem narediti ta proces še bolj zelen. Nastali stroški ultrasonication se gibljejo med 0,1ct in 1,0ct na liter (0,4ct do 1,9ct / galon), če se uporabljajo v komercialnem obsegu.
Preberite več o učinkovitosti procesa in ekonomskih koristih ultrazvočne proizvodnje biodizla!
Ultrazvočno mešanje zmanjšuje specifično porabo energije v proizvodnji biodizla, ki daleč presega hidrodinamično magnetno mešanje in mešalnike z visokim striženjem.
Majhna ultrazvočna nastavitev biodizla
Ultrasonication se lahko uporablja za pretvorbo olja v biodizel v katerem koli obsegu. Spodnja slika prikazuje majhno nastavitev za obdelavo 60-70L (16 do 19 litrov). To je tipična nastavitev za začetne študije in predstavitev procesa.
Ultrazvočna esterifikacija in transesterifikacija se lahko izvajata kot šaržni ali neprekinjeni inline proces. Ta grafikon prikazuje ultrazvočni šaržni postopek za pretvorbo biodizla.
3x 1kW ultrazvočni aparati modela 1000hdT z ultrazvočnim pretočnim reaktorjem za visoko učinkovito pretvorbo biodizla.
- en ultrazvočni (npr. UIP500hdT ali UIP1000hdT) z ojačevalnikom, sonotrodo in pretočno celico
- Merilnik moči za merjenje moči in energije
- 80L posoda za predelavo (plastična, npr. HDPE)
- grelni element (1 do 2kW)
- 10-litrski rezervoar za premiks katalizatorja (plastični, npr. HDPE)
- predmešalnik katalizatorja (mešalnik)
- črpalka (centrifuga, mono ali zobnik) za približno 10 do 20 l/min pri 1 do 3 bargih
- povratni ventil za nastavitev tlaka v pretočni celici
- manometar za merjenje tlaka
Ultrazvočni reaktorji za vrhunsko predelavo biodizla
Hielscher Ultrasonics ponuja visoko zmogljive ultrazvočne procesorje in reaktorje, ki bodo izboljšali vašo proizvodnjo biodizla z višjimi donosi biodizla, izboljšano kakovostjo biodizla, skrajšanim časom obdelave in nižjimi proizvodnimi stroški.
Majhni in srednje ultrazvočni reaktorji za transesterifikacijo biodizla
Za proizvodnjo biodizla majhnih in srednje velikih do 9 ton / uro (2900 gal / uro) vam Hielscher ponuja UIP500hdT (500 vatov), UIP1000hdT (1000 vatov), UIP1500hdT (1500 vatov) in UIP2000hdT (2000 vatov) kot ultrazvočne mešalnike z visokim striženjem s pretočnimi reaktorji za zanesljivo in učinkovito inline predelavo biodizla. Ti štirje ultrazvočni reaktorji so zelo kompaktni, enostavni za integracijo ali naknadno namestitev. Izdelani so za težke obremenitve v težkih okoljih. Spodaj boste našli priporočene nastavitve reaktorjev za različne proizvodne hitrosti.
|
tona/uro
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 vatov) |
0.25 do 0.5
|
80 do 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 vatov) |
0.5 do 1.0
|
160 do 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 vatov) |
0.75 do 1.5
|
240 do 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 vatov) |
1,0 do 2,0
|
320 do 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 vatov) |
2,0 do 4,0
|
640 do 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 vatov) |
3,0 do 6,0
|
960 do 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 vatov) |
4,5 do 9,0
|
1440 do 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 vatov) |
6,0 do 12,0
|
1920 do 3840
|
Industrijski reaktorji za biodizel z zelo veliko zmogljivostjo
Za obrate za industrijsko predelavo biodizla Hielscher ponuja ultrazvočne homogenizatorje UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) in UIP16000hdT (16kW)! Ti ultrazvočni procesorji so zasnovani za neprekinjeno obdelavo visokih pretokov. UIP4000hdT, UIP6000hdT in UIP10000 se lahko integrirajo v standardne zabojnike za pomorski tovor. Druga možnost je, da so vsi štirje modeli procesorjev na voljo v omarah iz nerjavečega jekla. Pokončna namestitev zahteva minimalen prostor. Spodaj najdete priporočene nastavitve za tipične hitrosti industrijske obdelave.
|
tona/uro
|
gal/hr
|
1x UIP6000hdT (6000 vatov) |
3,0 do 6,0
|
960 do 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 vatov) |
6,0 do 12,0
|
1920 do 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 vatov) |
10,0 do 20,0
|
3200 do 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 vatov) |
9,0 do 18,0
|
2880 do 5880
|
| 3x UIP10000 (10.000 vatov) |
15,0 do 30,0
|
4800 do 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16.000 vatov) |
Od 24,0 do 48,0
|
7680 do 15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 do 80,0
|
12800 do 25600
|
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Ultrazvočni aparat UIP16000hdT je sposoben predelati 32MMGY biodizel.
Zmrzal & Sullivanova tehnološka inovacija leta
Hielscher Ultrasonics je prejel prestižno nagrado Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year kot priznanje za razvoj nove ultrazvočne tehnologije za proizvodnjo biodizla.
Kliknite tukaj, če želite prebrati več o nagradi Frost in Sullivan za biodizelske reaktorje Hielscher Ultrasonics!
transesterifikacija – Kemična pretvorba biodizla
Proizvodnja biodizla iz rastlinskih olj (npr. soje, oljne ogrščice, jatrofe, sončničnega semena), alg, živalskih maščob in odpadnih olj za kuhanje vključuje bazno katalizirano transesterifikacijo maščobnih kislin z metanolom ali etanolom, da se dobijo ustrezni metilni estri ali etilni estri. Glicerin je neizogiben stranski produkt te reakcije.
Rastlinska olja kot živalske maščobe so trigliceridi, sestavljeni iz treh verig maščobnih kislin, ki jih veže molekula glicerina. Trigliceridi so estri. Estri so kisline, kot so maščobne kisline, v kombinaciji z alkoholom. Glicerin (= glicerol) je težak alkohol. V procesu pretvorbe se trigliceridni estri pretvorijo v alkilne esre (= biodizel) z uporabo katalizatorja (luga) in alkoholnega reagenta, npr. metanola, s katerim nastanejo metilni estri biodizel. Metanol nadomešča glicerin. Ta proces kemične pretvorbe se imenuje transesterifikacija.
Po transesterifikaciji se bo glicerin, ki je težja faza, potopil na dno. Biodizel, ki je lažja faza, plava na vrhu in ga je mogoče ločiti, npr. z dekanterji ali centrifugami.
Priprava biodizla
Kalijev hidroksid (0,2 do 0,4 kg, katalizator) se raztopi v približno 8,5 l metanola v rezervoarju za predhodno mešanje katalizatorja. To zahteva mešanje premiksa katalizatorja. Rezervoar za predelavo se napolni s 66L rastlinskim oljem. Olje se segreva z grelnim elementom na 45 do 65 ° C.
Pretvorba biodizla
Ko se katalizator popolnoma raztopi v metanolu, se premiks katalizatorja zmeša z segretim oljem. Črpalka napaja mešanico v pretočno celico. S pomočjo protitlačnega ventila se tlak nastavi na 1 do 3barg (15 do 45psig). Recirkulacijo skozi ultrazvočni reaktor za biodizel je treba izvajati približno 20 minut. V tem času se olje pretvarja v biodizel. Po tem se črpalka in ultrazvok izklopita. Glicerin (težja faza) se bo ločil od biodizla (lažja faza). Ločitev traja približno 30 do 60 minut. Ko je ločitev končana, se glicerin lahko izsuši.
Pranje biodizla
Ker pretvorjeni biodizel vsebuje nečistoče, je potrebno pranje. Za pranje se voda zmeša v biodizel. Ultrasonication lahko koristi mešanju biodizla z vodo. To poveča aktivno površino zaradi zmanjšanja velikosti kapljic. Upoštevajte, da lahko zelo intenzivno ultrazvočno razbijanje zmanjša vodne kapljice na velikost, da se tvori skoraj stabilna emulzija, ki bo zahtevala posebna sredstva (npr. centrifugo) za ločevanje.
Obrat za proizvodnjo biodizla
Spodnji diagram poteka prikazuje tipično nastavitev za in-line ultrazvočno razbijanje olja, metanola in katalizatorja za pretvorbo v biodizel.
Ultrazvočna esterifikacija in transesterifikacija se lahko izvajata kot šaržni ali neprekinjeni inline proces. Grafikon prikazuje ultrazvočni inline postopek za transesterifikacijo biodizla (FAME).
Neprekinjena predelava in ločevanje biodizla
V nastavitvi za neprekinjeno predelavo biodizla in neprekinjeno ločevanje se segreto olje in premiks katalizatorja neprekinjeno mešata z nastavljivimi črpalkami. Inline statični mešalnik izboljša homogenost dovoda v ultrazvočni reaktor. Mešanica olja / katalizatorja prehaja skozi pretočno celico, kjer je izpostavljena ultrazvočni kavitaciji približno 5 do 30 sekund. Protitlačni ventil se uporablja za nadzor tlaka v pretočni celici. Sonicirana mešanica vstopi v reaktorski stolpec na vrhu. Prostornina reaktorske kolone je zasnovana tako, da daje približno 1 uro zadrževalnega časa v koloni. V tem času je reakcija transesterifikacije končana. Reagirana mešanica glicerina in biodizla se črpa v centrifugo, kjer se loči na frakcije biodizla in glicerina. Naknadna obdelava vključuje predelavo, pranje in sušenje metanola in se lahko izvaja neprekinjeno.
Ta nastavitev odpravlja serije reaktorjev za biodizel, običajna mešala in velike rezervoarje za ločevanje.
Hitrost reakcije transesterifikacije biodizla
Spodnji diagrami prikazujejo tipične rezultate transesterifikacije oljne ogrščice (industrijske kakovosti) z natrijevim metoksidom (levo) in kalijevim hidroksidom (desno). Pri obeh preskusih je bil kontrolni vzorec (modra črta) izpostavljen intenzivnemu mehanskemu mešanju. Rdeča črta predstavlja ultrazvočni vzorec enake formulacije glede na prostorninsko razmerje, koncentracijo katalizatorja in temperaturo. Vodoravna os prikazuje čas po mešanju oziroma ultrazvočnem razbivanju. Navpična os prikazuje volumen glicerina, ki se je naselil na dnu. To je preprosto sredstvo za merjenje hitrosti reakcije. V obeh diagramih ultrazvočni vzorec (rdeča) reagira veliko hitreje kot kontrolni vzorec (modra).
Primerjava ultrazvočnega (rdeči graf) in konvencionalnega mešanja (modri graf) za proizvodnjo biodizla – uporaba z natrijevim metoksidom (levo) in kalijevim hidroksidom (desno) kot katalizatorji.
Povezave za dobavo biodizla
Kliknite tukaj za povezave do dobaviteljev črpalk in rezervoarjev za industrijo biodizla.
Informacije o kemikalijah in varnosti
Pozorno preberite spodnje informacije, da preprečite zaplete in škodljive učinke na zdravje.
Kemikalije za biodizel
Metanol je strupen. Zaradi dolgotrajne uporabe lahko povzroči poslabšanje živcev. Lahko ga adsorbira tudi koža. Če se brizga v oči, lahko povzroči slepoto, metanol pa je lahko usoden, če ga zaužijete. Zato pri ravnanju z metanolom sprejmite potrebne previdnostne ukrepe. Priporočljivo je, da uporabite dober respirator, predpasnik in gumijaste rokavice.
Kalijev hidroksid (KOH) je strupen in ob stiku povzroča opekline kože. Potrebno je dobro prezračevanje.
Prepričajte se, da je delovni prostor velikodušno in temeljito prezračen, da lahko hlapi uhajajo. Respiratorji s parnimi vložki niso učinkoviti proti hlapom metanola. Sistem za dovajeni zrak (SCBA — Samostojni dihalni aparat) zagotavlja boljšo zaščito pred hlapi metanola.
Biodizel in gumijasti deli
Daljše delovanje na 100% biodizel lahko povzroči zaplete pri navlaženih gumijastih delih (črpalka, cevi, O-obročki) motorja. Zamenjava z jeklenimi deli ali težkimi gumami lahko odpravi to težavo. Druga možnost je, da v svoj biodizel vmešate približno 25% običajnega (fosilnega) dizelskega goriva, da preprečite zaplete.
Literatura / Reference
- 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.
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje iz laboratorij k industrijska velikost.