Bionafta sintetizohet përmes transesterifikimit duke përdorur një katalizator bazë. Sidoqoftë, nëse përdoret lënda e parë, si perimet e mbetjeve të shkallës së ulët me një përmbajtje të lartë të acidit yndyror të lirë, kërkohet një hap kimik para-trajtimit të esterifikimit duke përdorur një acid-katatlik. Ultrasonikimi dhe efektet e tij sonokimike dhe sonomekanike kontribuojnë në të dy llojet e reagimit dhe rrisin efikasitetin e shndërrimit të bionaftës në mënyrë dramatike. Prodhimi tejzanor i bionaftës është dukshëm më i shpejtë se sinteza konvencionale e bionaftës, rezulton në rendiment dhe cilësi më të lartë të bionaftës dhe kursen reagjentë të tillë si metanoli dhe katalizatori.

Konvertimi i bionaftës duke përdorur ultratingullin e energjisë

Për bionaftë, esteret e acideve yndyrore prodhohen nga transesterifikimi i vajrave bimorë, si dhe i yndyrnave shtazore (p.sh., llumit). Gjatë reaksionit të transesterifikimit, përbërësi i glicerinës zëvendësohet nga një alkool tjetër, siç është metanoli. Rezervat ushqyese me një përmbajtje të lartë të acideve yndyrore të lira, p.sh. vajrat bimorë të mbeturinave (WVO), kërkojnë një para-trajtim të esterifikimit të acidit në mënyrë që të shmanget formimi i sapunit. Ky proces i katalizimit të acidit është një reagim shumë i ngadaltë, kur kryhet si metodë konvencionale e serisë. Zgjidhja për përshpejtimin e procesit të ngadaltë të esterifikimit është aplikimi i ultrazërit të energjisë. Sonifikimi arrin një përmirësim të dukshëm në shpejtësinë e reagimit, konvertimit dhe rendimentit të bionaftës pasi efektet sonokimike të ultrazërit me fuqi të lartë nxisin dhe intensifikojnë katalizën acidike. Kavitimi tejzanor siguron forca sonomekanike, dmth përzierje me prerje të lartë, si dhe energji sonokimike. Këto të dy llojet e ndikimit tejzanor (sonomekanike dhe sonokimike) e kthejnë esterifikimin e katalizuar me acid në një reagim të shpejtë që kërkon më pak katalizator.

Si funksionon konvertimi tejzanor i bionaftës?

Ultrasonikimi midis fazave të ndryshme në transesterifikimin (që nganjëherë quhet edhe alkoolizë) dhe esterifikimi bazohet në rritjen e përzierjes, si dhe në rritjen e transferimit të nxehtësisë dhe masës. Përzierja tejzanor bazohet në parimin e kavitacionit akustik, i cili ndodh si rezultat i implodimit të flluskave të vakumit në lëng. Kavitacioni akustik karakterizohet nga forca dhe turbulenca të prerjes së lartë, si dhe diferenca shumë të larta të presionit dhe temperaturës. Këto forca promovojnë reaksionin kimik të transesterifikimit / esterifikimit dhe intensifikojnë transferimin e masës dhe nxehtësisë, duke përmirësuar në mënyrë të konsiderueshme reagimin e shndërrimit të bionaftës.

Transesterizimi i triglicerideve në bionaftë (FAME) duke përdorur sonifikimin rezulton në reagim të përshpejtuar dhe efikasitet dukshëm më të lartë.

Zbatimi i ultrasonikës gjatë shndërrimit të bionaftës është provuar shkencërisht dhe industriale për të përmirësuar efikasitetin e procesit. Përmirësimi i efikasitetit të procesit mund t'i atribuohet konsumit të zvogëluar të energjisë dhe kostove operative dhe përdorimit të reduktuar të alkoolit (dmth. Metanolit), më pak katalizatorit, dhe shkurtuar ndjeshëm kohën e reagimit. Kostoja e energjisë për ngrohje eliminohet pasi nuk ka kërkesë për ngrohje të jashtme. Për më tepër, ndarja fazore midis bionaftës dhe glicerinës është më e thjeshtë me një kohë më të shkurtër të ndarjes fazore. Një faktor i rëndësishëm për përdorimin komercial të ultrazërit në prodhimin e bionaftës është shkalla e thjeshtë deri në çdo vëllim, funksionimi i besueshëm dhe i sigurt, si dhe qëndrueshmëria dhe besueshmëria e pajisjeve tejzanor (standardi industrial, i aftë të funksionojë vazhdimisht 24/7 / 365 nën ngarkesë të plotë).

Sistemi industrial tejzanor me qelizë rrjedhëse për esterifikimin inside biodiesel dhe transesterifikimin.

Konvertimi i biodizelit me dy hapa me ndihmën ultrasonike duke zbatuar hapat e reagimit të katalizuar nga acidi dhe baza

Për rezervat e parë me një përmbajtje të lartë të FFA, prodhimi i bionaftës kryhet si acid ose reagim i katalizuar në bazë në një proces me dy faza. Ekografia kontribuon në të dy llojet e reaksioneve, esterifikimin e katalizuar me acid, si dhe transesterifikimin e katalizuar me bazë:

Esterifikimi i katalizuar me acid duke përdorur Ultratinguj

Për të trajtuar një tepricë të acideve yndyrore të lira në lëndën e parë, është i nevojshëm procesi i esterifikimit. Acidi sulfurik zakonisht përdoret si katalizator acid.

• Përgatitni lëndën e parë duke filtruar dhe rafinuar nga ndotësit dhe uji.
• Shkrijeni katalizatorin, përkatësisht acidin sulfurik, në metanol. Rrjedha e ushqimit të katalizatorit / metanolit dhe lëndës së parë përmes një shkëmbyesi nxehtësie dhe një përzierësi statik për të marrë një para-përzierje të papërpunuar.
• Përzierja paraprake e katalizatorit dhe lëndëve të para shkon drejtpërdrejt në dhomën e reagimit tejzanor, ku hyjnë në fuqi përzierja ultra-gjobë dhe sonokimi dhe acidet yndyrore të lira shndërrohen në bionaftë.
• Së fundi, hiqni produktin dhe ushqeni atë në fazën e dytë - transesterifikimin me ultratinguj. Metanoli i lagësht acidik është gati për ripërdorim pas rikuperimit, tharjes dhe neutralizimit.
• Për furnizime shumë të larta që përmbajnë FFA, mbase kërkohet një konfigurim i qarkullimit për të ulur FFA në një nivel të arsyeshëm para hapit të transesterifikimit.

Reagimi i esterifikimit duke përdorur një katalizator acid:
FFA + Alkool → Ester + Ujë

Transesterifikimi i katalizuar në bazë duke përdorur ultrazërit

Lënda e parë, e cila tani ka vetëm sasi të vogla të FFA, mund të ushqehet drejtpërdrejt në fazën e transesterifikimit. Më së shpeshti hidroksid natriumi ose hidroksid kaliumi (NaOH, KOH) përdoret si katalizator bazë.

• Shkrijeni katalizatorin, përkatësisht hidroksidin e kaliumit, në metanol dhe ushqeni rrymat e katalizatorit / metanolit dhe lëndëve të para të përpunuara përmes një mikser statik për të marrë një para-përzierje të papërpunuar.
• Futeni përzierjen paraprake direkt në dhomën e reagimit tejzanor për përzierjen kavitacionale me prerje të lartë dhe trajtimin sonokimik. Produktet e këtij reaksioni janë esteret alkil (dmth. Bionaftë) dhe glicerina. Glicerina mund të ndahet me vendosje ose me centrifugim.
• Bionafta e prodhuar në mënyrë ultrasonike është e një cilësie të lartë dhe prodhohet e shpejtë, me efikasitet energjetik dhe me kosto të ulët duke kursyer metanol dhe katalizator.

Reagimi i transesterifikimit duke përdorur një katalizator bazë:
Vaj / Yndyrë + Alkool → Bionaftë + Glicerinë

Përdorimi i metanolit & Rimëkëmbja e metanolit

Metanoli është një përbërës kryesor gjatë prodhimit të bionaftës. Shndërrimi i biodizelit i drejtuar në mënyrë ultrasonike lejon një përdorim të reduktuar ndjeshëm të metanolit. Nëse tani jeni duke menduar "Nuk më intereson përdorimi im i metanolit, pasi gjithsesi e rikuperoj", mund të rimendoni dhe merrni parasysh koston e lartë të tepërt të energjisë që zbatohet për hapin e avullimit (p.sh. duke përdorur një kolonë distilimi), e cila është e nevojshme për të ndarë dhe ricikluar metanolin.
Metanoli zakonisht hiqet pasi bionafta dhe glicerina janë ndarë në dy shtresa, duke parandaluar përmbysjen e reagimit. Metanoli pastrohet dhe riciklohet përsëri në fillim të procesit. Prodhimi i bionaftës përmes esterifikimit dhe transesterifikimit të drejtuar nga ultrasonikisht, ju jeni në gjendje të zvogëloni përdorimin tuaj të metanolit në mënyrë dramatike, duke zvogëluar kështu shpenzimet e tepërta të energjisë për rikuperimin e metanolit. Përdorimi i reaktorëve tejzanor të Hielscher zvogëlon sasinë e kërkuar të tepërt të metanolit deri në 50%. Një raport molar midis 1: 4 ose 1: 4.5 (vaj: metanol) është i mjaftueshëm për shumicën e lëndëve të para, kur përdorni përzierjen tejzanor të Hielscher.

Efikasiteti i konvertimit me bionaftë tejzanor – Provuar shkencërisht

Një grup i shumtë i studiuesve kanë hetuar mekanizmin dhe efektet e transesterifikimit tejzanor të bionaftës. Për shembull, ekipi hulumtues i Sebayan Darwin demonstroi se kavitimi tejzanor rrit aktivitetin kimik dhe shkallën e reagimit duke rezultuar në një rritje të konsiderueshme të formimit të esterit. Teknika tejzanor zvogëloi kohën e reagimit të transesterifikimit në 5 minuta – në krahasim me 2 orë për përpunimin mekanik të trazimit. Shndërrimi i trigliceridit (TG) në FAME nën ultrasonikacion fitoi 95.6929% wt me një raport molar metanol në vaj prej 6: 1 dhe 1% wt hidroksid natriumi si katalizator. (krh. Darwin et al. 2010)

Ultrasonicators me madhësi të mesme dhe në shkallë të gjerë për përpunimin e bionaftës

Hielscher Ultrasonics’ furnizon përpunues ultrasonikë industrialë në përmasa të vogla deri në mes të mesme, për prodhimin efikas të biodizelit në çdo vëllim. Duke ofruar sistem tejzanor në çdo shkallë, Hielscher mund të ofrojë zgjidhjen ideale si për prodhuesit e vegjël ashtu edhe për kompanitë e mëdha. Konvertimi tejzanor i bionaftës mund të operohet si grumbull ose si proces i vazhdueshëm inline. Instalimi dhe funksionimi është i thjeshtë, i sigurt dhe jep rezultate të besueshme të larta të një cilësie superiore të bionaftës.
Më poshtë do të gjeni konfigurimet e rekomanduara të reaktorëve për një gamë të normave të prodhimit.