Od UCO do biodizla z ultrazvočnimi reaktorji

Rabljeno jedilno olje (UCO) je postalo ena najprivlačnejših surovin za trajnostno proizvodnjo biodizla. Pretvorba UCO v biodizel oziroma metilni ester rabljenega jedilnega olja pomaga zmanjševati količino odpadkov, znižuje stroške surovin in podpira bolj krožno gospodarstvo na področju goriv. Proizvajalcem biodizla, ki iščejo učinkovito tehnologijo obdelave, ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel ponujajo zmogljivo rešitev za intenzifikacijo procesov transesterifikacije in esterifikacije.

Ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel se pogosto uporabljajo za izboljšanje pretvorbe poceni olj in maščob v visokokakovosten biodizel. Ultrazvočna kavitacija z intenzivnim mešanjem na mikroskopski ravni pospešuje kemijske reakcije, izboljšuje prenos snovi med fazami, ki se ne mešajo, in proizvajalcem pomaga doseči hitro, zanesljivo proizvodnjo biodizla, ki jo je mogoče prenesti v večje merilo.

UCOME – biodizel iz odpadnih olj

UCOME pomeni metilni ester rabljenega jedilnega olja. To je biodizelsko gorivo, proizvedeno s pretvorbo odpadnih jedilnih olj v metilne estre maščobnih kislin s kemijsko reakcijo z metanolom. Ker je UCO reciklirana surovina, je UCOME posebej privlačen tako z gospodarskega kot okoljskega vidika.
V primerjavi z neuporabljenimi rastlinskimi olji UCO ponuja jasne stroškovne prednosti, vendar prinaša tudi izzive pri obdelavi. Rabljeno jedilno olje pogosto vsebuje:

• Proste maščobne kisline (FFA)
• Vodo
• Ostanke hrane in onesnaževala
• Produkte oksidacije
• Spremenljivo sestavo glede na izvor in preteklo uporabo

Zaradi teh dejavnikov sta učinkovitost procesa in zmogljivost reaktorja posebej pomembni. Prav tu ultrazvočni reaktorji za biodizel ponujajo pomembne prednosti.

 

V tem poučnem videoposnetku vam predstavljamo znanstveno ozadje tega, kako ultrazvočni reaktorji za biodizel bistveno izboljšajo proizvodnjo biodizla. Ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel so uveljavljeni kot zmogljivo orodje za izboljšanje postopka proizvodnje biodizla. V tem prikazu podrobneje pojasnjujemo njihovo načelo delovanja in predstavljamo različne ultrazvočne konfiguracije za vse obsege proizvodnje. Povečajte učinkovitost in gospodarnost proizvodnje biodizla ter s hitro pretvorbo dosezite večji izkoristek visokokakovostnega biodizla. Ultrazvočni reaktorji za biodizel hkrati omogočajo uporabo manj kakovostnih olj, kot so odpadna rastlinska olja ali izrabljene maščobe za kuhanje, ter pomagajo zmanjšati porabo metanola in katalizatorja, kar prispeva k okolju prijazni in trajnostni proizvodnji biodizla.

 

Kako ultrazvočni reaktorji za biodizel izboljšajo pretvorbo UCO v UCOME

Tradicionalna proizvodnja biodizla pogosto temelji na mehanskem mešanju in toploti, da olje, alkohol in katalizator pridejo v stik. Ker se olje in metanol slabo mešata, se lahko pri običajnih reaktorjih pojavijo nizke hitrosti reakcije, nepopolna pretvorba, večja poraba kemikalij in daljši zadrževalni časi.
Ultrazvočni reaktorji Hielscher uporabljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za ustvarjanje kavitacije v tekočini. Kavitacija ustvarja mikroskopska območja mešanja z izjemno velikimi strižnimi silami. To razprši metanol v zelo drobne kapljice znotraj oljne faze in ustvari veliko večjo medfazno površino za reakcijo.

Rezultat je močno intenziviran proces proizvodnje biodizla s pomembnimi prednostmi:

• Hitrejša transesterifikacija in esterifikacija
• Izboljšana učinkovitost pretvorbe
• Boljši izkoristek metanola in katalizatorja
• Krajši reakcijski čas
• Možnost neprekinjene obdelave v pretočnem sistemu
• Preprost prenos iz pilotnega merila v industrijsko proizvodnjo

Pri surovinah UCO s povečano vsebnostjo FFA je ultrazvok posebej koristen, saj izboljšuje tako stopnje kislinsko katalizirane esterifikacije kot bazično katalizirane transesterifikacije.

Od UCO do biodizla: pregled procesa

Pretvorba rabljenega jedilnega olja v biodizel običajno vključuje več procesnih stopenj. Ultrazvočne reaktorje Hielscher za biodizel je mogoče vključiti v enostopenjske ali dvostopenjske zasnove procesa, odvisno od kakovosti surovine.

Tipičen proces pretvorbe UCO v biodizel vključuje:

• Zbiranje in skladiščenje rabljenega jedilnega olja
• Filtracijo za odstranjevanje trdnih snovi in delcev hrane
• Sušenje ali odstranjevanje vode za zmanjšanje vsebnosti vlage
• Analizo FFA za določitev potrebne reakcijske poti
• Esterifikacijo prostih maščobnih kislin pri visoki vsebnosti FFA
• Transesterifikacijo z metanolom za nastanek metilnih estrov
• Ločevanje biodizla in glicerola
• Pranje ali suho čiščenje biodizla
• Končno prečiščevanje za doseganje specifikacij kakovosti goriva

Pri visokih vsebnostih FFA se pred glavno stopnjo transesterifikacije pogosto uporablja predobdelava z esterifikacijo, ki proste maščobne kisline pretvori v estre. Ultrazvočna obdelava lahko pospeši obe stopnji in izboljša skupno produktivnost obrata. Preberite več o dvostopenjski pretvorbi v biodizel s pomočjo ultrazvoka!

Zakaj so ultrazvočni reaktorji Hielscher zelo primerni za biodizel UCOME

Ultrazvočni reaktorji Hielscher so zasnovani za industrijsko obdelavo tekočin in so posebej učinkoviti pri proizvodnji biodizla, kjer mešanje tekočih faz določa hitrost reakcije. Namesto da bi bil proces odvisen samo od mešanja celotnega volumna, ultrazvok ustvarja intenzivno lokalizirano energijo natančno tam, kjer je potrebna.
To proizvajalcem prinaša več praktičnih prednosti.

• Odlično mešanje olja in metanola
  Ena ključnih omejitev pri proizvodnji biodizla je slaba mešljivost olja in metanola. Ultrazvočni reaktorji Hielscher ustvarjajo zelo fino emulzijo, ki močno izboljša stik med reaktanti. Boljši stik pomeni hitrejšo reakcijsko kinetiko in višjo stopnjo pretvorbe.
• Visoka zmogljivost pri zahtevnih surovinah
  UCO ni enotna surovina. Njegova vsebnost vode, vsebnost FFA in obremenitev z onesnaževali se lahko razlikujejo med šaržami. Reaktorji Hielscher pomagajo izravnavati te razlike z intenzifikacijo reakcijskega okolja, zaradi česar je proces robustnejši in bolj prilagodljiv.
• Krajši zadrževalni čas
  Ker ultrazvok pospešuje esterifikacijo in transesterifikacijo, lahko proizvajalci pogosto dosežejo ciljno stopnjo pretvorbe v krajšem času kot pri običajnih sistemih z mešanjem. To lahko zmanjša potrebni volumen reaktorja in poveča proizvodno zmogljivost.
• Neprekinjeno delovanje v pretočnem sistemu
  Ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel so idealni za neprekinjeno obdelavo. Konfiguracije pretočnih reaktorjev podpirajo proizvodnjo v ustaljenem stanju s ponovljivo kakovostjo, kar je zelo dragoceno za komercialne obrate za proizvodnjo biodizla.
• Preprost prenos v večje merilo
  Pomembna prednost tehnologije Hielscher je linearen prenos v večje merilo. Procesne parametre, določene z laboratorijskimi ali pilotnimi preizkusi, je mogoče bolj predvidljivo prenesti na večje proizvodne sisteme. To zmanjšuje razvojna tveganja in poenostavlja načrtovanje širitve.
• Industrijska zanesljivost
  Sistemi Hielscher so zasnovani za zahtevno industrijsko uporabo. Za proizvajalce biodizla to pomeni zanesljivo delovanje reaktorjev, ponovljive rezultate in združljivost z avtomatiziranimi procesnimi linijami.
• Proizvodnja biodizla v skladu z ASTM D6751 in EN 14214
  Komercialni proizvajalci biodizla pogosto stremijo k izpolnjevanju specifikacij kakovosti goriva, kot sta ASTM D6751 in EN 14214. Ta standarda določata ključne lastnosti, vključno z vsebnostjo estrov, viskoznostjo, plameniščem, kislinskim številom, vsebnostjo vode, oksidacijsko stabilnostjo, mejnimi vrednostmi onesnaževal in vsebnostjo glicerina.

 
Preberite, kako ultrazvočno proizvedeni biodizel deluje v dizelskih motorjih z notranjim zgorevanjem!

Ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel se uporabljajo v procesih proizvodnje biodizla, zasnovanih za doseganje kakovosti goriva v skladu z ASTM D6751 in EN 14214. V študiji, objavljeni leta 2020, so Bastante-Saez in sodelavci dokazali, da je biodizel, proizveden iz odpadnih maščob kebaba z ultrazvočnim reaktorjem Hielscher, dosegel visoke izkoristke metilnih estrov maščobnih kislin (FAME). Vrednosti FAME so bile višje (97,42% w/w za piščančjo maščobo in 96,98 za govejo in jagnječjo maščobo) od minimalnega praga, določenega z evropskim predpisom EN 14214 (tj. najmanj 96,5% w/w).

 

 

Proizvodnja biodizla v majhnem merilu za kmetije in uporabnike brez priključka na električno omrežje

V nekaterih državah ali regijah so predpisi za biodizel omejeni ali pa se pri majhnih zasebnih uporabnikih ne izvajajo. Kmetje in lastniki opreme lahko proizvajajo manjše količine biodizla iz rabljenega jedilnega olja za porabo na kraju samem v traktorjih, generatorjih, grelnikih ali drugi kmetijski opremi na dizelski pogon.
V teh primerih je cilj pogosto praktično nadomeščanje goriva namesto certificirane komercialne prodaje. Ultrazvočni reaktorji za biodizel so lahko privlačni tudi za takšno decentralizirano proizvodnjo, saj ponujajo:

• Kratke reakcijske čase
• Učinkovito pretvorbo s kompaktno opremo
• Dobro primernost za spremenljive surovine iz odpadnih olj
• Manjšo odvisnost od velikih rezervoarjev z mešanjem
• Možnost modularnih sistemov za obdelavo

Hkrati je treba jasno povedati, da biodizel, ki ne izpolnjuje specifikacij, morda ni primeren za vse motorje, morda ne izpolnjuje lokalnih zakonskih zahtev in lahko povzroča težave pri skladiščenju, združljivosti materialov, emisijah ali garanciji za motor. Kjer obstajajo standardi za biodizel, je treba gorivo pred uporabo v zakonsko urejenih aplikacijah ali cestnih vozilih preizkusiti in proizvesti v skladu z njimi.

 

 

Gospodarske prednosti ultrazvočne proizvodnje biodizla iz UCO

Stroški surovin so ena največjih spremenljivk pri ekonomiki biodizla. Ker je rabljeno jedilno olje na splošno cenejše od rafiniranih rastlinskih olj, ponuja velik potencial za prihranek stroškov. Vendar se ti prihranki lahko izgubijo, če je proces počasen, kemijsko neučinkovit ali ne more obvladovati spremenljivosti surovin.
Ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel pomagajo ohranjati dobičkonosnost z izboljšanjem učinkovitosti reakcije in produktivnosti obrata. Možne gospodarske prednosti vključujejo:

• Boljši izkoristek poceni surovin UCO
• Večjo proizvodno zmogljivost
• Krajši reakcijski čas
• Manjše potrebe po energiji za mešanje v primerjavi s primeri neučinkovitega mešanja celotnega volumna
• Izboljšano doslednost procesa
• Lažjo vključitev v neprekinjene proizvodne linije

Za proizvajalce, ki želijo povečati obseg proizvodnje biodizla iz odpadnih olj, je lahko ta kombinacija prilagodljivosti glede surovin in intenzifikacije procesa zelo dragocena.

Učinkovito pretvorite UCO v biodizel UCOME z ultrazvočnimi reaktorji Hielscher!

Pretvorba rabljenega jedilnega olja v UCOME je smotrn način pridobivanja obnovljivega goriva iz odpadkov, ki hkrati izboljšuje trajnost in znižuje stroške surovin. Ker je UCO pogosto težje obdelovati kot neuporabljena olja, ima tehnologija reaktorjev ključno vlogo pri doseganju učinkovite in zanesljive proizvodnje biodizla.
Ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel intenzivirajo reakcijo med oljem in metanolom z mešanjem in prenosom snovi, ki ju povzroča kavitacija. To omogoča hitrejšo esterifikacijo in transesterifikacijo, boljše obvladovanje spremenljivih surovin UCO in pretočno proizvodnjo biodizla, ki jo je mogoče prenesti v večje merilo.
Pri komercialnih proizvajalcih se ultrazvočni sistemi Hielscher uporabljajo v procesih proizvodnje biodizla, zasnovanih za proizvodnjo goriva, ki izpolnjuje ASTM D6751 in EN 14214. Za kmetje in majhne uporabnike v državah brez predpisov za biodizel lahko ultrazvočni reaktorji podpirajo tudi kompaktno proizvodnjo manjših količin biodizla za uporabo v lokalni opremi, ob upoštevanju, da je treba gorivo, ki ne izpolnjuje specifikacij, uporabljati previdno in v skladu z lokalnimi zahtevami ter združljivostjo motorja.
Če je vaš cilj učinkovita proizvodnja UCOME iz UCO, ultrazvočni reaktorji Hielscher za biodizel ponujajo zmogljivo tehnološko platformo za sodobno obdelavo biodizla, ki jo je mogoče prenesti v večje merilo.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave ultrazvočnih reaktorjev Hielscher za biodizel:

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

Zakaj je Hielscher odlična izbira za proizvajalce biodizla?

Hielscher je prepoznaven po industrijski ultrazvočni tehnologiji, zasnovani za dejanske procesne aplikacije. Pri proizvodnji biodizla ultrazvočni reaktorji Hielscher zagotavljajo praktično pot do intenzifikacije pretvorbe UCO, izboljšanja mešanja metanola in olja ter podpore učinkoviti proizvodnji biodizla iz odpadnih olj in maščob.

Ključni razlogi, zaradi katerih proizvajalci izberejo Hielscher, vključujejo:

• Dokazano strokovno znanje na področju ultrazvoka
• Zasnove pretočnih reaktorjev za neprekinjeno obdelavo biodizla
• Primernost za esterifikacijo in transesterifikacijo
• Zanesljivo pot prenosa iz laboratorijskega merila v proizvodnjo
• Robustno opremo za industrijska okolja
• Učinkovito obdelavo zahtevnih surovin, kot je rabljeno jedilno olje

Načrtovanje, proizvodnja in svetovanje – kakovost iz Nemčije

Ultrazvočne naprave Hielscher so znane po najvišjih standardih kakovosti in zasnove. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Ultrazvočne naprave Hielscher zlahka obvladujejo težke razmere in zahtevna okolja.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Ultrazvočne naprave Hielscher so seveda skladne s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

---

---

Literatura / reference

• 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).