Prodhimi i bionaftës me procese superiore dhe efikasitet të kostos
Përzierja tejzanor është teknologjia superiore për prodhimin e bionaftës shumë efikase dhe me kosto efektive. Kavitacioni tejzanor përmirëson transferimin e masës në mënyrë drastike, duke reduktuar kështu kostot e prodhimit dhe kohëzgjatjen e përpunimit. Në të njëjtën kohë, vajrat dhe yndyrnat me cilësi të dobët (p.sh. vajrat e mbeturinave) mund të përdoren dhe cilësia e bionaftës përmirësohet. Hielscher Ultrasonics furnizon reaktorë përzierjeje tejzanor me performancë të lartë dhe të fuqishme për çdo shkallë prodhimi. Lexoni më shumë se si do të përfitojë prodhimi juaj i bionaftë nga sonication!
Përfitimet e prodhimit të bionaftës duke përdorur ultratinguj
Bionaftë (metil ester i acidit yndyror, shkurt. FAME) është produkt i një reaksioni transesterifikimi të lëndës së parë lipidike (triglicerideve, p.sh., vajit vegjetal, vajrave të konsumuara të gatimit, yndyrave shtazore, vajit të algave) dhe alkoolit (metanol, etanol) duke përdorur një katalizator. (p.sh., hidroksidi i kaliumit KOH).
Problemi: Në konvertimin konvencional të bionaftës duke përdorur përzierjen konvencionale, natyra e papërziershme e të dy reaktantëve të reaksionit të transesterifikimit të vajit dhe alkoolit çon në shpejtësi të dobët të transferimit të masës duke rezultuar në një prodhim joefikas bionaftë. Ky joefikasitet karakterizohet nga kohë të gjata reagimi, raporte molare më të larta metanol-vaj, kërkesa të larta për katalizator, temperatura të larta të procesit dhe shpejtësi të larta trazimi. Këta faktorë janë nxitës të rëndësishëm të kostos që e bëjnë prodhimin konvencional të bionaftës një proces të shtrenjtë.
Zgjidhja: Përzierja tejzanor i emulson reaktantët në një mënyrë shumë efikase, të shpejtë dhe me kosto të ulët, në mënyrë që raporti vaj-metanol të mund të përmirësohet, kërkesat për katalizator të reduktohen, koha e reagimit dhe temperatura e reagimit ulet. Në këtë mënyrë, kursehen burimet (dmth kimikatet dhe energjia) si dhe koha, kostoja e përpunimit zvogëlohet, ndërsa cilësia e bionaftës dhe përfitimi i prodhimit janë përmirësuar ndjeshëm. Këto fakte e kthejnë përzierjen tejzanor në teknologjinë e preferuar për prodhimin efikas të bionaftës.
Kërkimet dhe prodhuesit industrialë të bionaftës konfirmojnë se përzierja me ultratinguj është një mënyrë shumë me kosto efektive për të prodhuar bionaftë, edhe kur vajrat dhe yndyrat me cilësi të dobët përdoren si lëndë e parë. Intensifikimi i procesit tejzanor përmirëson ndjeshëm shkallën e konvertimit duke reduktuar përdorimin e metanolit dhe katalizatorit të tepërt, duke lejuar prodhimin e bionaftë që përmbush standardin e cilësisë së specifikimeve ASTM D6751 dhe EN 14212. (krh. Abdullah et al., 2015)

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

Reaktor tejzanor bionaftë UIP2000hdT për efikasitet të lartë të procesit: rendimente më të larta, cilësi e përmirësuar e bionaftës, përpunim më i shpejtë dhe reduktim i kostos.
Avantazhe të shumta të Përzierjes tejzanor në Prodhimin e Bionaftë
Reaktorët e përzierjes tejzanor mund të integrohen lehtësisht në çdo instalim të ri, si dhe të montohen retro në impiantet ekzistuese të bionaftës. Integrimi i një mikser tejzanor Hielscher e kthen çdo strukturë bionaftë në një fabrikë prodhimi me performancë të lartë. Instalimi i thjeshtë, qëndrueshmëria dhe lehtësia ndaj përdorimit (nuk kërkohet trajnim specifik për funksionimin) lejojnë përmirësimin e çdo objekti në një fabrikë bionaftë shumë efikase. Më poshtë, ne ju paraqesim rezultate të provuara shkencërisht të avantazheve të dokumentuara nga palë të treta të pavarura. Numrat vërtetojnë epërsinë e përzierjes tejzanor të bionaftës mbi çdo teknikë konvencionale të trazimit.

Grafiku i rrjedhës tregon hapat e prodhimit të bionaftë duke përfshirë përzierjen tejzanor për efikasitet të përmirësuar të procesit.
Krahasimi i efikasitetit dhe kostos: Ultrasonikë kundrejt trazimit mekanik
Gholami etj. (2021) paraqesin në studimin e tyre krahasues avantazhet e transesterifikimit tejzanor ndaj trazimit mekanik (dmth., mikser me teh, shtytës, mikser me prerje të lartë).
Kostot e investimit: Procesori tejzanor dhe reaktori UIP16000 mund të prodhojë 192–384 t bionaftë/ditë me një gjurmë prej vetëm 1,2 mx 0,6 m. Në krahasim, për trazimin mekanik (MS) kërkohet një reaktor shumë më i madh për shkak të kohës së gjatë të reagimit në procesin e shtrëngimit mekanik, gjë që bën që kostoja e reaktorit të rritet ndjeshëm. (krh. Gholami et al., 2020)
Kostot e përpunimit: Kostot e përpunimit për prodhimin e bionaftës tejzanor janë 7.7% më të ulëta se ato për procesin e trazimit, kryesisht për shkak të investimit total më të ulët për procesin e sonikimit. Kostoja e kimikateve (katalizator, metanol/alkool) është nxitësi i tretë më i madh i kostos në të dy proceset, sonikimin dhe trazimin mekanik. Megjithatë, për konvertimin tejzanor të bionaftës, kostot për kimikatet janë dukshëm më të ulëta sesa për trazimin mekanik. Pjesa e kostos për kimikatet llogaritet për rreth. 5% e kostos përfundimtare të bionaftë. Për shkak të konsumit më të ulët të metanolit, hidroksidit të natriumit dhe acidit fosforik, kostoja e kimikateve në procesin e bionaftës tejzanor është 2.2% më e ulët se ajo e procesit të trazimit mekanik.
Kostot e energjisë: Energjia e konsumuar nga reaktori i përzierjes tejzanor është afërsisht tre herë më i ulët se ai nga përzierësi mekanik. Ky reduktim i konsiderueshëm i konsumit të energjisë është produkt i mikropërzierjes intensive dhe reduktimit të kohës së reagimit, që rezulton nga prodhimi dhe kolapsi i kaviteteve të panumërta, të cilat karakterizojnë fenomenin e kavitacionit akustik/tejzanor (Gholami et al., 2018). Përveç kësaj, në krahasim me përzierësin konvencional, konsumi i energjisë për rikuperimin e metanolit dhe fazat e pastrimit të bionaftës gjatë procesit të përzierjes tejzanor reduktohet përkatësisht me 26.5% dhe 1.3%. Kjo rënie është për shkak të sasive më të ulëta të metanolit që hyn në këto dy kolona distilimi në procesin e transesterifikimit tejzanor.
Kostot e depozitimit të mbetjeve: Teknologjia e kavitacionit tejzanor gjithashtu ul ndjeshëm koston e asgjësimit të mbeturinave. Kjo kosto në procesin e sonikimit është afërsisht një e pesta e asaj në procesin e trazimit, që rezulton nga rënia e konsiderueshme e prodhimit të mbetjeve për shkak të konvertimit më të lartë të reaktorit dhe sasive më të ulëta të alkoolit të konsumuar.
Lexoni më shumë rreth konvertimit tejzanor të bionaftës së vajrave nga llumi i kafesë së konsumuar!
Miqësia ndaj mjedisit: Për shkak të efikasitetit të përgjithshëm shumë të lartë, konsumit të reduktuar të kimikateve, kërkesave më të ulëta për energji dhe mbetjeve të reduktuara, prodhimi i bionaftës tejzanor është dukshëm më miqësor ndaj mjedisit sesa proceset konvencionale të prodhimit të bionaftë.
konkluzioni – Ultrasonikët përmirësojnë efikasitetin e prodhimit të bionaftë
Vlerësimi shkencor tregon avantazhet e qarta të përzierjes tejzanor ndaj trazimit mekanik konvencional për prodhimin e bionaftë. Përparësitë e përpunimit të bionaftës me ultratinguj përfshijnë investimin total kapital, koston totale të produktit, vlerën aktuale neto dhe normën e brendshme të kthimit. Shuma e investimit total në procesin e kavitacionit tejzanor u zbulua të jetë më e ulët se ajo e të tjerave me rreth 20.8%. Përdorimi i reaktorëve tejzanor uli kostot e produktit me 5.2% – duke përdorur vaj kanola të virgjër. Meqenëse sonikimi lejon përpunimin e vajrave të shpenzuara (p.sh. vajrat e përdorura të gatimit), kostot e prodhimit mund të reduktohen ndjeshëm më tej. Gholami etj. (2021) arrijnë në përfundimin se për shkak të një vlere aktuale neto pozitive, procesi i kavitacionit tejzanor është zgjidhja më e mirë e teknologjisë së përzierjes për prodhimin e bionaftë.
Nga pikëpamja teknike, efektet më të rëndësishme të kavitacionit tejzanor përfshijnë efikasitetin e konsiderueshëm të procesit dhe reduktimin e kohës së reagimit. Formimi dhe kolapsi i flluskave të shumta të vakumit – i njohur si kavitacion akustik/tejzanor – zvogëloni kohën e reagimit nga disa orë në reaktorin me rezervuar të trazuar në disa sekonda në reaktorin e kavitacionit tejzanor. Kjo kohë e shkurtër qëndrimi lejon prodhimin e bionaftës në një reaktor të rrjedhës me një gjurmë të vogël. Reaktori i kavitacionit tejzanor tregon gjithashtu efekte të dobishme në kërkesat e energjisë dhe materialeve, duke reduktuar konsumin e energjisë në gati një të tretën e atij të konsumuar nga një reaktor me rezervuar të trazuar dhe konsumin e metanolit dhe katalizatorit me 25%.
Nga këndvështrimi ekonomik, investimi total i procesit të kavitacionit me ultratinguj është më i ulët se ai i procesit të trazimit mekanik, kryesisht për shkak të reduktimit me gati 50% dhe 11.6% të kostos së reaktorit dhe kostos së kolonës së distilimit të metanolit, përkatësisht. Procesi i kavitacionit me ultratinguj redukton gjithashtu koston e prodhimit të bionaftë për shkak të një reduktimi prej 4% të konsumit të vajit të canola, investimeve më të ulëta totale, 2,2% konsumit më të ulët të kimikateve dhe 23,8% kërkesave më të ulëta të shërbimeve. Ndryshe nga procesi i trazuar mekanikisht, përpunimi me ultratinguj është një investim i pranueshëm për shkak të vlerës së tij aktuale neto pozitive, kohës më të shkurtër të shlyerjes dhe një norme më të lartë të kthimit të brendshëm. Përveç përfitimeve tekniko-ekonomike që lidhen me procesin e kavitacionit me ultratinguj, ai është më miqësor ndaj mjedisit sesa procesi i trazimit mekanik. Kavitacioni tejzanor rezulton në një reduktim 80% të rrjedhave të mbetjeve për shkak të konvertimit më të lartë në reaktor dhe konsumit të reduktuar të alkoolit në këtë proces. (krh. Gholami et al., 2021)

Reaktor i rrjedhjes tejzanor me Ultrasonikë 3x 1kW të modelit 1000hdT për konvertim shumë efikas të bionaftë.

Grafiku i rrjedhës tregon një konfigurim tipik për një proces bionaftë të asistuar me ultratinguj. Përdorimi i një reaktori tejzanor përmirëson në mënyrë drastike efikasitetin e procesit të bionaftë.
Përdorni katalizatorin e zgjedhjes suaj
Procesi i transesterifikimit tejzanor të bionaftës është provuar si efikas duke përdorur si katalizatorët alkaline ashtu edhe ato bazë. Për shembull, Shinde dhe Kaliaguine (2019) krahasuan efikasitetin e përzierjes së tehut tejzanor dhe mekanik duke përdorur katalizatorë të ndryshëm, përkatësisht hidroksid natriumi (NaOH), hidroksidi i kaliumit (KOH), (CH).3ONa), hidroksid tetrametil amonium dhe katër guanidina (Propil-2,3-dikikloekzil guanidine (PCHG), 1,3-dikikloekzil 2 n-oktil guanidine (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil guanidinë (TMG), 1,3-difenil guanidine (DPG)). Përzierja tejzanor (në 35º) siç tregohet superiore për prodhimin e bionaftës duke shkëlqyer përzierjen mekanike (në 65º) me rendimente më të larta dhe shkallë konvertimi. Efikasiteti i transferimit të masës në fushën e ultrazërit rriti shkallën e reagimit të transesterifikimit në krahasim me trazimin mekanik. Sonication performoi më mirë nxitjen mekanike për të gjithë katalizatorët e testuar. Drejtimi i reaksionit të transesterifikimit me kavitacion tejzanor është një alternativë efikase në energji dhe industrialisht e qëndrueshme për prodhimin e bionaftë. Përveç katalizatorëve të përdorur gjerësisht KOH dhe NaOH, të dy katalizatorët e guanidinës, propyl-2,3 dicyclohexylguanidine (PCHG) dhe 1,3-dicyclohexyl 2 n-octylguanidine (DCOG), janë treguar të dy si alternativë interesante për shndërrimin e bionaftës.
Mootabadi etj. (2010) hetoi sintezën e bionaftës me ndihmën tejzanor nga vaji i palmës duke përdorur katalizatorë të ndryshëm të oksidit të metaleve alkaline si CaO, BaO dhe SrO. Aktiviteti i katalizatorit në sintezën e bionaftës me ndihmën tejzanor u krahasua me procesin tradicional të trazimit magnetik dhe u zbulua se procesi tejzanor tregoi 95.2% të rendimentit duke përdorur BaO brenda 60 minutave kohë reagimi, e cila përndryshe merr 3-4 orë në procesi konvencional i trazimit. Për transesterifikimin e asistuar me ultratinguj në kushte optimale, nevojiteshin 60 minuta për të arritur rendimentin 95% krahasuar me 2-4 orë me trazim konvencional. Gjithashtu, rendimentet e arritura me ultratinguj në 60 min u rritën nga 5.5% në 77.3% duke përdorur CaO si katalizator, 48.2% në 95.2% duke përdorur SrO si katalizator dhe 67.3% në 95.2 duke përdorur BaO si katalizator.

Prodhimi i bionaftë duke përdorur guanidine të ndryshme (3% mol) si katalizator. (A) Batchreactor me nxitje mekanike: (metanol:vaj kanola) 4:1, temperatura 65ºC; (B) Reaktor grupor me ultratinguj: ultrasonikator UP200St, (metanol:vaj kanola) 4:1, 60% amplitudë US, temperatura 35ºC. Përzierja e drejtuar me ultratinguj e tejkalon shumë trazimin mekanik.
(Studimi dhe grafikët: Shinde dhe Kaliaguine, 2019)
Reaktorë tejzanor me performancë të lartë për përpunim superior të bionaftës
Hielscher Ultrasonics ofron procesorë dhe reaktorë tejzanor me performancë të lartë për prodhimin e përmirësuar të bionaftës që rezulton në rendimente më të larta, cilësi të përmirësuar, kohë të reduktuar përpunimi dhe kosto më të ulëta prodhimi.
Reaktorë bionaftë në shkallë të vogël dhe të mesme
Për prodhimin e bionaftë 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 (2000 watts) modele mikserësh me prerje të lartë tejzanor. 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 fabrikat e prodhimit të bionaftë për përpunimin industrial Hielscher ofron UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10 kW) dhe UIP16000hdT (16kW) homogjenizues tejzanor! 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!
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.
Fakte që ia vlen të dihen
Prodhimi i bionaftë
Bionaftë prodhohet kur trigliceridet shndërrohen në metil ester yndyror të lirë (FAME) nëpërmjet një reaksioni kimik të njohur si transesterifikimi. Trigliceridet janë gliceride, në të cilat glicerina esterfikohet me acide me zinxhir të gjatë, të njohur si acide yndyrore. Këto acide yndyrore janë të pranishme me bollëk në vajrat vegjetale dhe yndyrnat shtazore. Gjatë reaksionit të transesterifikimit, trigliceridet e pranishme në lëndën e parë (p.sh. vajrat vegjetale, vajrat e konsumuara të gatimit ose yndyrat shtazore) reagojnë në prani të një katalizatori (p.sh. hidroksidi i kaliumit ose hidroksidi i natriumit) me një alkool primar (p.sh. metanol). Në reaksionin e transesterifikimit të bionaftës, esteret alkil formohen nga lënda e parë e vajit vegjetal ose yndyrës shtazore. Meqenëse bionaftë mund të prodhohet nga lëndë ushqyese të ndryshme si vajra bimore të virgjër, vajra bimore të mbeturinave, vajra të përdorura për tiganisje, yndyrna shtazore si dhjami dhe salloja, sasia e acideve yndyrore të lira (FFA) mund të ndryshojë shumë. Përqindja e acideve yndyrore të lira të triglicerideve është një faktor vendimtar që ndikon në mënyrë drastike në procesin e prodhimit të bionaftës dhe në cilësinë e bionaftës që rezulton. Një sasi e lartë e acideve yndyrore të lira mund të ndërhyjë në procesin e konvertimit dhe të përkeqësojë cilësinë përfundimtare të bionaftë. Problemi kryesor është se acidet yndyrore të lira (FFA) reagojnë me katalizatorët alkali duke rezultuar në formimin e sapunit. Formimi i sapunit shkakton më pas probleme të ndarjes së glicerinës. Prandaj, lëndët e para që përmbajnë sasi të larta FFA kërkojnë kryesisht një paratrajtim (i ashtuquajturi reaksion esterifikimi), gjatë të cilit FFA-të shndërrohen në estere. Ultratingulli promovon të dy reagimet, transesterifikimin dhe esterifikimin.
Lexoni më shumë rreth esterifikimit të katalizuar me acid me asistencë tejzanor dhe transesterifikimit të vajrave dhe yndyrave të dobëta me katalizimin me bazë tejzanor në bionaftë me cilësi të lartë!

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë nga laboratori te madhësia industriale.