Prodhimi i bionaftë & shndërrimi i bionaftë
Kur prodhoni bionaftë, kinetika e reagimit të ngadaltë dhe transferimi i dobët i masës po ulin kapacitetin e impiantit tuaj të bionaftës, si dhe rendimentin dhe cilësinë tuaj të bionaftës. Reaktorët tejzanor Hielscher përmirësojnë ndjeshëm kinetikën e transesterifikimit. Prandaj, për përpunimin e bionaftës nevojitet një tepricë më e ulët e metanolit dhe më pak katalizator.
Bionaftë prodhohet zakonisht në reaktorët e grupeve duke përdorur ngrohjen dhe përzierjen mekanike si hyrje të energjisë. Përzierja kavitacionale tejzanor është një alternativë efektive për të arritur një përzierje më të mirë në përpunimin komercial të bionaftës. Kavitacioni tejzanor siguron energjinë e nevojshme të aktivizimit për transesterifikimin industrial të bionaftës.
Përzierja tejzanor përmirëson shkallën e konvertimit të bionaftë, rrit rendimentin dhe kursen metanolin dhe katalizatorin e tepërt.
Transesterifikimi i përmirësuar në mënyrë tejzanore i bionaftë
Prodhimi i bionaftës zakonisht përfshin një reaksion kimik të quajtur transesterifikim, në të cilin një triglicerid (si vaji vegjetal, yndyra shtazore, vajrat e konsumuara të gatimit) reagon me një alkool (siç është metanoli) në prani të një katalizatori për të prodhuar bionaftë (estere metil të acideve yndyrore ) dhe glicerinës. Reaktorët tejzanor mund të përdoren për të përmirësuar procesin e transesterifikimit në disa mënyra, duke çuar në disa përfitime:
- Përzierje e përmirësuar: Valët tejzanor mund të krijojnë flluska të kavitacionit që shemben me dhunë, duke shkaktuar përzierjen dhe trazimin intensiv të përzierjes së reaksionit. Kjo çon në kontakt më të mirë midis reaktantëve dhe katalizatorit, duke rezultuar në transesterifikim më të shpejtë dhe më të plotë.
- Kinetika e reagimit të përshpejtuar: Kushtet me energji të lartë të krijuara nga valët tejzanor mund të aktivizojnë reagimin, duke rritur shkallën e reagimit dhe duke zvogëluar kohën e reagimit të nevojshme për të arritur një nivel të caktuar konvertimi. Kjo mund të rezultojë në rendimente më të larta dhe kosto më të ulëta.
- Përdorimi i reduktuar i katalizatorit: Reaktorët tejzanor mund të përmirësojnë efikasitetin e përdorimit të katalizatorit duke siguruar vende më aktive për reagimin. Kjo do të thotë që kërkohet më pak katalizator për të arritur të njëjtin nivel konvertimi, duke reduktuar kostot dhe ndikimin mjedisor.
- Cilësia e përmirësuar e produktit: Reaktorët tejzanor mund të prodhojnë bionaftë me përmbajtje më të ulët të acidit yndyror të lirë, pastërti më të lartë dhe veti më të mira të rrjedhjes së ftohtë. Kjo është për shkak të përmirësimit të kinetikës së përzierjes dhe reagimit më të shpejtë, të cilat minimizojnë formimin e nënprodukteve dhe papastërtive të padëshiruara.
Këto avantazhe të përpunimit të bionaftës me ultratinguj e bëjnë përdorimin e një konfigurimi të reaktorit me ultratinguj shumë ekonomik pasi përdorimi i reaktorëve tejzanor përmirëson ndjeshëm efikasitetin, shpejtësinë dhe cilësinë e transesterifikimit të bionaftës. Kjo do të thotë në përmbledhje se ultratingulli e kthen transesterifikimin në një proces më të qëndrueshëm ekonomikisht dhe mjedisor.
Problemet e përzierjes konvencionale të bionaftës: Reagimi konvencional i esterifikimit në përpunimin e grupeve ka tendencë të jetë i ngadaltë dhe ndarja fazore e glicerinës kërkon kohë, shpesh merr 5 orë ose më shumë.
Reaktorët tejzanor ju ndihmojnë të përshpejtoni procesin tuaj të bionaftës dhe njëkohësisht të rrisni rendimentin dhe cilësinë e bionaftës me kosto më të ulëta përpunimi!
Ultrasonikator i shkallës industriale UIP2000hdT me qelizë rrjedhëse FC2T500k për esterfikim dhe transesterifikimin inline të bionaftës.
Avantazhet e transesterifikimit tejzanor të bionaftës
- Rendimente më të larta të bionaftës për shkak të përzierjes së përmirësuar
- Rritja e cilësisë së bionaftë
- Përdorni edhe vajin më të varfër si lëndë ushqyese
- Përpunim i vazhdueshëm në linjë
- Më pak metanol
- Më pak katalizator
- Kursimi i kohës për shkak të konvertimit me shpejtësi të lartë
- Kursim energjie
- funksionim i thjeshtë dhe i sigurt
- Qëndrueshmëri dhe mirëmbajtje e ulët
- Performancë e lartë: Funksionim 24/7 nën ngarkesë të plotë
"Ne kemi qenë shumë të kënaqur me pajisjet dhe shërbimin e Hielscher dhe kemi çdo qëllim që të përfshijmë teknologjinë e ultrazërit Hielscher në të gjitha përpjekjet tona të ardhshme."
Todd Stephens, Tulsa Biokarburantet
Ultrasonikë për prodhimin e bionaftë
Bionaftë prodhohet shpesh në reaktorët e grupeve. Konvertimi tejzanor i bionaftës lejon përpunimin e vazhdueshëm në linjë. Ultrasonication mund të arrijë një rendiment bionaftë më të madhe se 99%. Reaktorët tejzanor zvogëlojnë kohën e përpunimit nga përpunimi konvencional i grupit 1 deri në 4 orë në më pak se 30 sekonda. Më e rëndësishmja, ultratingulli zvogëlon kohën e ndarjes nga 5 në 10 orë (duke përdorur agjitacion konvencional) në më pak se 60 minuta. Ultratingulli gjithashtu ndihmon në uljen e sasisë së katalizatorit të kërkuar deri në 50% për shkak të rritjes së aktivitetit kimik në prani të kavitacionit. Kur përdorni ultratinguj, sasia e metanolit të tepërt të kërkuar gjithashtu zvogëlohet. Një përfitim tjetër është rritja që rezulton në pastërtinë e glicerinës.
Prodhimi tejzanor i bionaftës hap pas hapi:
- vaji vegjetal ose yndyra shtazore po përzihet me metanolin (i cili prodhon esteret metil) ose etanolin (për esteret etil) dhe metoksidin ose hidroksidin e natriumit ose kaliumit
- përzierja nxehet, p.sh. në temperatura ndërmjet 45 dhe 65 gradë C
- Përzierja e ndezur është duke u sonikuar në linjë për 5 deri në 15 sekonda
- glicerina bie ose ndahet duke përdorur centrifuga
- bionaftë e konvertuar lahet me ujë
Më së shpeshti, sonikimi kryhet në një presion të ngritur (1 deri në 3 bar, presioni matës) duke përdorur një pompë ushqimi dhe një valvul të rregullueshme të presionit të kundërt pranë qelizës së rrjedhës.
Konvertimi industrial i bionaftës nuk kërkon shumë energji tejzanor. Kërkesa aktuale për energji mund të përcaktohet në shkallën e tavolinës duke përdorur p.sh., një procesor tejzanor 1 kW siç është UIP1000hdT. Të gjitha rezultatet nga prova të tilla në stol mund të shkallëzohen në mënyrë lineare dhe pa asnjë problem. Nëse kërkohet, disponohen pajisje ultrasonike të certifikuara nga ATEX, si p.sh UIP1000-Exd.
Hielscher furnizon pajisje industriale të përpunimit të bionaftës tejzanor, në mbarë botën. Me procesorë tejzanor me fuqi deri në 16 kW për pajisje të vetme, nuk ka kufi në madhësinë e impiantit të bionaftës ose kapacitetin e përpunimit.
Kostot e prodhimit tejzanor të bionaftë
Ultratingulli është një mjet efektiv për të rritur shpejtësinë e reagimit dhe shkallën e konvertimit në prodhimin komercial të bionaftë. Kostot e përpunimit tejzanor rezultojnë kryesisht nga investimi për pajisjet tejzanor, kostot e shërbimeve dhe mirëmbajtjen. Efikasiteti i jashtëzakonshëm i energjisë i ultrasonikëve Hielscher ndihmon në uljen e kostove të shërbimeve dhe në këtë mënyrë për ta bërë këtë proces edhe më të gjelbër. Kostot që rezultojnë për ultratinguj variojnë midis 0.1 ct dhe 1.0 ct për litër (0.4 ct deri në 1.9 ct/gallon) kur përdoren në shkallë komerciale.
Lexoni më shumë rreth efikasitetit të procesit dhe përfitimeve ekonomike të prodhimit tejzanor të bionaftë!
Përzierja tejzanor zvogëlon konsumin specifik të energjisë që prodhon inbionaftë, duke e tejkaluar shumë mirë përzierjen magnetike hidrodinamike dhe mikserët me prerje të lartë.
Konfigurimi i bionaftës tejzanor në shkallë të vogël
Ultratingulli mund të përdoret për shndërrimin e vajit në bionaftë në çdo shkallë. Fotografia më poshtë tregon një konfigurim në shkallë të vogël për përpunimin e 60-70L (16 deri në 19 gallon). Ky është konfigurimi tipik për studimet fillestare dhe demonstrimin e procesit.
Esterifikimi dhe transesterifikimi tejzanor mund të ekzekutohen si proces i grumbulluar ose i vazhdueshëm në linjë. Ky grafik tregon procesin e grupit tejzanor për konvertimin e bionaftë.
Ultrasonikë 3x 1kW të modelit 1000hdT me reaktor me rrjedhje tejzanor me për konvertim shumë efikas të bionaftës.
- një aparat tejzanor (p.sh. UIP500hdT ose UIP1000hdT) me përforcues, sonotrode dhe qelizë rrjedhëse
- njehsor i fuqisë për matjen e fuqisë dhe energjisë
- Rezervuari i përpunimit 80L (plastik, p.sh. HDPE)
- element ngrohës (1 deri në 2 kW)
- Rezervuari i parapërzierjes së katalizatorit 10L (plastik, p.sh. HDPE)
- parapërzier katalizator (përzierës)
- pompë (centrifugë, mono ose ingranazh) për përafërsisht. 10 deri në 20 l/min me 1 deri në 3 bar
- valvula e presionit prapa për rregullimin e presionit në qelizën e rrjedhës
- matës presioni për matjen e presionit të ushqimit
Reaktorë tejzanor për përpunim superior të bionaftës
Hielscher Ultrasonics ofron procesorë dhe reaktorë tejzanor me performancë të lartë, të cilët do të përmirësojnë prodhimin tuaj të bionaftës me rendimente më të larta të bionaftës, cilësi të përmirësuar të bionaftës, kohë të reduktuar të përpunimit dhe kosto më të ulëta prodhimi.
Reaktorë tejzanor në shkallë të vogël dhe të mesme për transesterifikimin e bionaftës
Për prodhimin e bionaftës me madhësi të vogël dhe të mesme deri në 9 ton/orë (2900 gal/orë), Hielscher ju ofron UIP500hdT (500 watts), UIP1000hdT (1000 watts), UIP1500hdT (1500 watts) dhe UIP2000hdT (2000h) ultrasonike Përzierëse me prerje të lartë me reaktorë rrjedhës për përpunim të besueshëm dhe efikas të bionaftës. Këta katër reaktorë tejzanor janë shumë kompakt, të lehtë për t'u integruar ose përshtatur retro. Ato janë ndërtuar për funksionim të rëndë në mjedise të vështira. Më poshtë do të gjeni konfigurimet e rekomanduara të reaktorit për një sërë nivelesh prodhimi.
|
ton/orë
|
gal/orë
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 watts) |
0.25 deri në 0.5
|
80 deri në 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 watts) |
0.5 deri në 1.0
|
160 deri në 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 watts) |
0.75 deri në 1.5
|
240 deri në 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 watts) |
1.0 deri në 2.0
|
320 deri në 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 watts) |
2.0 deri në 4.0
|
640 deri në 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 watts) |
3.0 deri në 6.0
|
960 deri në 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 watts) |
4.5 deri në 9.0
|
1440 deri në 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 watts) |
6.0 deri në 12.0
|
1920 deri në 3840
|
Reaktorë bionaftë industriale me fuqi shumë të madhe
Për impiantet e prodhimit të bionaftës për përpunimin industrial, Hielscher ofron homogjenizuesit tejzanor UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) dhe UIP16000hdT (16kW)! Këta procesorë tejzanor janë krijuar për përpunimin e vazhdueshëm të shpejtësive të larta të rrjedhës. UIP4000hdT, UIP6000hdT dhe UIP10000 mund të integrohen në kontejnerët standardë të mallrave detare. Përndryshe, të katër modelet e procesorëve janë të disponueshëm në kabinete çelik inox. Një instalim i drejtë kërkon hapësirë minimale. Më poshtë gjeni konfigurimet e rekomanduara për normat tipike të përpunimit industrial.
|
ton/orë
|
gal/orë
|
1x UIP6000hdT (6000 watts) |
3.0 deri në 6.0
|
960 deri në 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 watts) |
6.0 deri në 12.0
|
1920 deri në 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 watts) |
10.0 deri në 20.0
|
3200 deri në 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 watts) |
9.0 deri në 18.0
|
2880 deri në 5880
|
| 3x UIP10000 (10,000 watts) |
15.0 deri në 30.0
|
4800 deri në 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16,000 watts) |
24,0 deri në 48,0
|
7680 deri në 15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 deri në 80,0
|
12800 deri në 25600
|
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Ultrasonikator UIP16000hdT është në gjendje të përpunojë 32 MMGY bionaftë.
Frost & Sullivan Teknologjia Inovacioni i Vitit
Hielscher Ultrasonics mori çmimin prestigjioz Frost dhe Sullivan Technology Innovation of the Year në njohje të zhvillimit të kompanisë së teknologjisë së re ultrasonike për prodhimin e bio-naftës.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth çmimit Frost dhe Sullivan për reaktorët bionaftë Hielscher Ultrasonics!
transesterifikimi – Shndërrimi kimik i bionaftë
Prodhimi i bionaftë nga vajrat bimore (p.sh. soja, kanola, jatropa, farat e lulediellit), algat, yndyrat shtazore si dhe vajrat e mbeturinave të gatimit, përfshin transesterifikimin e acideve yndyrore të katalizuara nga baza me metanol ose etanol për të dhënë esteret përkatëse metil ose esteret etilik. . Glicerina është një nënprodukt i pashmangshëm i këtij reagimi.
Vajrat vegjetale si yndyrna shtazore janë trigliceride të përbëra nga tre zinxhirë acidesh yndyrore të lidhura nga një molekulë glicerine. Trigliceridet janë estere. Esteret janë acide, si acidet yndyrore, të kombinuara me një alkool. Glicerina (= glicerina) është një alkool i rëndë. Në procesin e konvertimit esteret e triglicerideve kthehen në estere alkil (= bionaftë) duke përdorur një katalizator (lye) dhe një reagent alkooli, p.sh. metanol, i cili jep bionaftë metil estere. Metanoli zëvendëson glicerinën. Ky proces i konvertimit kimik quhet transesterifikim.
Pas transesterifikimit, glicerina, e cila është faza më e rëndë, do të zhytet në fund. Bionaftë, e cila është faza më e lehtë, noton sipër dhe mund të ndahet, p.sh. me dekanterë ose centrifuga.
Përgatitja e bionaftë
Hidroksidi i kaliumit (0,2 deri në 0,4 kg, katalizator) është duke u tretur në përafërsisht. 8.5L Metanol në rezervuarin e parapërzierjes së katalizatorit. Kjo kërkon përzierjen e parapërzierjes së katalizatorit. Rezervuari i përpunimit po mbushet me vaj vegjetal 66L. Vaji po nxehet nga elementi ngrohës në 45 deri në 65 gradë C.
shndërrimi i bionaftë
Kur katalizatori tretet plotësisht në Metanol, parapërzierja e katalizatorit përzihet me vajin e ndezur. Pompa ushqen përzierjen në qelizën e rrjedhës. Me anë të valvulës së presionit të kundërt, presioni rregullohet në 1 deri në 3 barg (15 deri në 45 psig). Riqarkullimi përmes reaktorit tejzanor të bionaftë duhet të kryhet për përafërsisht. 20 minuta. Gjatë kësaj kohe, vaji po shndërrohet në bionaftë. Pas kësaj, pompa dhe ultratingulli fiken. Glicerina (faza më e rëndë) do të ndahet nga bionaftë (faza më e lehtë). Ndarja zgjat përafërsisht. 30 deri në 60 minuta. Kur të përfundojë ndarja, glicerina mund të kullohet.
Larje me bionaftë
Duke qenë se bionaftë e konvertuar përmban papastërti, kërkohet larja. Për larjen, uji përzihet në bionaftë. Ultratingulli mund të përfitojë nga përzierja e bionaftës me ujin. Kjo rrit sipërfaqen aktive si rezultat i zvogëlimit të madhësisë së pikave. Ju lutemi, kini parasysh se sonikacioni shumë intensiv mund të zvogëlojë pikat e ujit në një madhësi, se po formohet një emulsion pothuajse i qëndrueshëm që do të kërkojë mjete speciale (p.sh. centrifugë) për t'u ndarë.
Fabrika e prodhimit të bionaftë
Grafiku i rrjedhës më poshtë tregon një konfigurim tipik për sonikimin në linjë të vajit, metanolit dhe katalizatorit për shndërrimin në bionaftë.
Esterifikimi dhe transesterifikimi tejzanor mund të ekzekutohen si proces i grumbulluar ose i vazhdueshëm në linjë. Grafiku tregon procesin inline tejzanor për transesterfikimin e bionaftës (FAME).
Përpunimi dhe ndarja e vazhdueshme e bionaftës
Në një strukturë për përpunimin e vazhdueshëm të bionaftës dhe ndarjen e vazhdueshme, vaji i ndezur dhe parapërzierja e katalizatorit përzihen së bashku vazhdimisht duke përdorur pompa të rregullueshme. Një mikser statik në linjë përmirëson homogjenitetin e ushqimit në reaktorin tejzanor. Përzierja e vajit/katalizatorit kalon qelizën e rrjedhës, ku është duke u ekspozuar ndaj kavitacionit tejzanor për rreth. 5 deri në 30 sekonda. Një valvul me presion të kundërt përdoret për të kontrolluar presionin në qelizën e rrjedhës. Përzierja e sonicuar hyn në kolonën e reaktorit në krye. Vëllimi i kolonës së reaktorit është projektuar për të dhënë përafërsisht. Koha e mbajtjes 1 orë në kolonë. Gjatë kësaj kohe, reaksioni i transesterifikimit përfundon. Përzierja glicerinë/bionaftë e reaguar pompohet në centrifugë ku ndahet në fraksionet e bionaftës dhe glicerinës. Pas-përpunimi përfshin rikuperimin, larjen dhe tharjen e metanolit dhe mund të bëhet gjithashtu vazhdimisht.
Ky konfigurim eliminon grupet e reaktorëve bionaftë, trazuesit konvencionalë dhe rezervuarët e mëdhenj ndarës.
Shpejtësia e reagimit të transesterifikimit të bionaftës
Diagramet e mëposhtme tregojnë rezultate tipike të transesterifikimit të vajit të kolzës (grade industriale) me metoksid natriumi (majtas) dhe hidroksid kaliumi (djathtas). Për të dy testet, një kampion kontrolli (vija blu) u ekspozua ndaj përzierjes mekanike intensive. Vija e kuqe përfaqëson kampionin e sonikuar të formulimit identik në lidhje me raportin e vëllimit, përqendrimin e katalizatorit dhe temperaturën. Boshti horizontal tregon kohën pas përzierjes ose sonikimit, përkatësisht. Boshti vertikal tregon vëllimin e glicerinës që u vendos në fund. Ky është një mjet i thjeshtë për të matur shpejtësinë e reagimit. Në të dy diagramet, kampioni i sonikuar (e kuqe) reagon shumë më shpejt se kampioni i kontrollit (blu).
Krahasimi i përzierjes tejzanor (grafiku i kuq) me përzierjen konvencionale (grafiku blu) për prodhimin e bionaftë – duke përdorur metoksid natriumi (majtas) dhe hidroksid kaliumi (djathtas) si katalizator.
Lidhje për furnizime bionaftë
Klikoni këtu për lidhje me furnizuesit e pompave dhe rezervuarëve për industrinë e bionaftë.
Informacione kimike dhe sigurie
Ju lutemi lexoni me kujdes informacionin e mëposhtëm, për të parandaluar komplikimet dhe efektet e dëmshme shëndetësore.
Kimikatet bionaftë
Metanoli është toksik. Mund të shkaktojë përkeqësim nervor si rezultat i përdorimit të zgjatur. Mund të përthithet edhe nga lëkura. Nëse spërkatet në sy, mund të shkaktojë verbëri dhe Metanoli mund të jetë fatal kur gëlltitet. Për këtë arsye, merrni masat e nevojshme kur përdorni metanol. Rekomandohet të përdorni një respirator të mirë, një përparëse dhe doreza gome.
Hidroksidi i kaliumit (KOH) është toksik dhe shkakton djegie të lëkurës gjatë kontaktit. Kërkohet ventilim i mirë.
Sigurohuni që hapësira e punës të jetë e ajrosur mirë dhe plotësisht për të lejuar që tymrat të dalin. Respiratorët me fishekë avulli nuk janë efektivë kundër tymrave të metanolit. Një sistem me ajër të furnizuar (SCBA — Aparatet e frymëmarrjes vetë-përmbajtur) jep mbrojtje më të mirë kundër avujve të metanolit.
Bionaftë dhe pjesë gome
Përdorimi me bionaftë 100% për një kohë më të gjatë mund të shkaktojë komplikime në pjesët e lagura të gomës (pompë, zorrë, unaza O) të motorit. Zëvendësimi me pjesë çeliku ose gome të rëndë mund ta eliminojë këtë problem. Përndryshe, mund të përzieni përafërsisht. 25% naftë konvencionale (fosile) në bionaftë tuaj për të parandaluar komplikimet.
Literatura / Referencat
- 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 prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë nga laboratori te madhësia industriale.