Prodhimi i bionaftës me proçes dhe efikasitet të lartë 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 prodhimi juaj i bionaftë do të përfitojë 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 emulsifikon 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 katalizatorin reduktohen, koha e reagimit dhe temperatura e reagimit ulen. 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 ushqyese. 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)

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

Përparësitë e 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, ju paraqesim rezultatet e 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., përzierësi me teh, shtytës, përzierës 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 trazimit 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 shtytësi 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 trazuesin 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 deponimit 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 ndjeshme e prodhimit të mbetjeve për shkak të konvertimit më të lartë të reaktorit dhe sasive më të ulëta të alkoolit të 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.

përfundim – 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 sonikacioni 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 uljen 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 rrjedhës me një gjurmë të vogël. Reaktori i kavitacionit tejzanor gjithashtu tregon 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 tejzanor 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 totale më të ulëta, 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 uljes së konsumit të alkoolit në këtë proces. (krh. Gholami et al., 2021)

Përdorni katalizatorin e zgjedhjes suaj

Procesi i transesterifikimit tejzanor të bionaftë është provuar si efikas duke përdorur të dy katalizatorët alkaline ose bazë. Për shembull, Shinde dhe Kaliaguine (2019) krahasuan efikasitetin e përzierjes tejzanor dhe mekanik të tehut duke përdorur katalizatorë të ndryshëm, përkatësisht hidroksid natriumi (NaOH), hidroksidi i kaliumit (KOH), (CH).₃ONa), hidroksid tetrametil amoniumi 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 e tejkaloi 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 konvertimin 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 bionaftës 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: ultrasonicator 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 të përpunimit dhe kosto më të ulëta prodhimi.

Reaktorët e vogla dhe të mesme Bionaftë

Për prodhimin e bionaftërave të vogla 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 për t'u 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.

Reaktorë bionaftë industriale me fuqi shumë të madhe

Për përpunimin industrial bimëve të prodhimit bionaftë Hielscher ofron UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) 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 transportit detar. 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.