Prodhimi i biodizelit me efikasitet superior të procesit dhe të kostove

Përzierja me ultratinguj është teknologjia superiore për prodhimin e biodizelit me efikasitet të lartë dhe kosto të ulët. Kavitacioni ultrasonik përmirëson ndjeshëm transferimin e masës, duke ulur kështu kostot e prodhimit dhe kohëzgjatjen e përpunimit. Njëkohësisht, mund të përdoren vajra dhe yndyra me cilësi të dobët (p.sh., vajra të mbeturinave) dhe cilësia e biodizelit përmirësohet. Hielscher Ultrasonics ofron reaktorë të qëndrueshëm për përzierje me ultratinguj, me performancë të lartë, për çdo shkallë prodhimi. Lexoni më shumë se si prodhimi juaj i biodizelit do të përfitojë nga sonikimi!

Përfitimet e përdorimit të ultratingujve në prodhimin e biodizelit

Biodizeli (ester metilik i acideve yndyrore, shkurt. FAME) është produkti i një reaksioni transesterifikimi të lëndës së parë lipidike (trigliceride, p.sh., vaj bimor, vajra gatimi të përdorur, yndyra shtazore, vaj algash) dhe alkoolit (metanol, etanol), duke përdorur një katalizator (p.sh., hidroksid kaliumi KOH).
Problemi: Në shndërrimin konvencional në biodizel duke përdorur përzierjen konvencionale, natyra e papërzieshme e të dy reaktantëve të reaksionit të transesterifikimit të vajit dhe alkoolit çon në një shpejtësi të ulët të transferimit të masës, duke rezultuar në prodhim joefikas të biodizelit. Ky joefikasitet karakterizohet nga kohë të gjata reaksioni, raporte molare më të larta metanol–vaj, nevoja të larta për katalizator, temperatura të larta të procesit dhe shpejtësi të larta përzierjeje. Këta faktorë kontribuojnë ndjeshëm në kosto, duke e bërë prodhimin konvencional të biodizelit një proces të kushtueshëm.
Zgjidhja: Përzierja me ultratinguj i emulsionon reaktantët në mënyrë shumë efikase, të shpejtë dhe me kosto të ulët, në mënyrë që raporti vaj–metanol të mund të përmirësohet, nevojat për katalizator të zvogëlohen dhe koha e reaksionit dhe temperatura e reaksionit të ulen. Kështu, kursehen burime (d.m.th., kimikate dhe energji), si edhe kohë, ulen kostot e përpunimit, ndërsa cilësia e biodizelit dhe rentabiliteti i prodhimit përmirësohen ndjeshëm. Këto fakte e bëjnë përzierjen me ultratinguj teknologjinë e parapëlqyer për prodhimin efikas të biodizelit.
Kërkimet dhe prodhuesit industrialë të biodizelit konfirmojnë se përzierja me ultratinguj është një mënyrë shumë ekonomike për të prodhuar biodizel, edhe kur si lëndë e parë përdoren vajra dhe yndyra me cilësi të dobët. Intensifikimi i procesit me ultratinguj përmirëson ndjeshëm shkallën e shndërrimit, duke zvogëluar përdorimin e metanolit dhe katalizatorit të tepërt dhe duke mundësuar prodhimin e biodizelit që përmbush standardin e cilësisë ASTM D6751 dhe specifikimet EN 14212. (shih Abdullah et al., 2015)

Transesterifikimi i triglicerideve në biodizel (FAME) duke përdorur sonikimin rezulton në një reaksion të përshpejtuar dhe efikasitet dukshëm më të lartë.

Përparësitë e shumta të përzierjes me ultratinguj në prodhimin e biodizelit

Reaktorët e përzierjes me ultratinguj mund të integrohen lehtësisht në çdo instalim të ri, si edhe të përshtaten e të instalohen në impiantet ekzistuese të biodizelit. Integrimi i një përzierësi me ultratinguj Hielscher e shndërron çdo objekt prodhimi të biodizelit në një impiant prodhimi me performancë të lartë. Instalimi i thjeshtë, qëndrueshmëria dhe lehtësia e përdorimit (nuk kërkohet trajnim i posaçëm për operimin) mundësojnë përmirësimin e çdo objekti në një impiant biodizeli me efikasitet të lartë. Më poshtë, ju paraqesim rezultate të vërtetuara shkencërisht mbi përparësitë e dokumentuara nga palë të treta të pavarura. Shifrat vërtetojnë epërsinë e përzierjes me ultratinguj në prodhimin e biodizelit ndaj çdo teknike konvencionale përzierjeje.

Skema e rrjedhës tregon hapat e prodhimit të biodizelit, përfshirë përzierjen me ultratinguj për përmirësimin e efikasitetit të procesit.

Krahasimi i efikasitetit dhe kostove: ultratingujt kundrejt përzierjes mekanike

Gholami et al. (2021) paraqesin në studimin e tyre krahasues përparësitë e transesterifikimit me ultratinguj ndaj përzierjes mekanike (d.m.th., përzierës me tehe, helikë përzierëse, përzierës me prerje të lartë).

Kosto të ulëta investimi:
Procesori dhe reaktori ultrasonik UIP16000 mund të prodhojë 192–384 t biodizel/d duke zënë një sipërfaqe prej vetëm 1,2m x 0,6m. Në krahasim, për përzierjen mekanike (MS) kërkohet një reaktor shumë më i madh për shkak të kohës së gjatë të reaksionit në procesin e përzierjes mekanike, gjë që shkakton një rritje të ndjeshme të kostos së reaktorit. (shih Gholami et al., 2020)
Kosto të ulëta përpunimi:
Kostot e përpunimit për prodhimin e biodizelit me ultratinguj janë 7,7% më të ulëta se ato të procesit të përzierjes, kryesisht për shkak të investimit total më të ulët për procesin e sonikimit. Kostoja e kimikateve (katalizator, metanol/alkool) është faktori i tretë më i madh që përcakton kostot në të dy proceset, sonikimin dhe përzierjen mekanike. Megjithatë, për shndërrimin në biodizel me ultratinguj, kostot e kimikateve janë dukshëm më të ulëta se për përzierjen mekanike. Pjesa e kostos që u takon kimikateve përbën afërsisht 5% të kostos përfundimtare të biodizelit. Për shkak të konsumit më të ulët të metanolit, hidroksidit të natriumit dhe acidit fosforik, kostoja e kimikateve në procesin e prodhimit të biodizelit me ultratinguj është 2,2% më e ulët se ajo e procesit të përzierjes mekanike.

Kosto të reduktuara të energjisë:
Energjia e konsumuar nga reaktori i përzierjes me ultratinguj është afërsisht tri herë më e ulët se ajo e konsumuar nga përzierësi mekanik. Ky reduktim i konsiderueshëm i konsumit të energjisë është rezultat i mikropërzierjes intensive dhe i kohës së reduktuar të reaksionit, që rrjedhin nga formimi dhe kolapsi i zgavrave të panumërta, të cilat karakterizojnë dukurinë e kavitacionit akustik / ultrasonik (Gholami et al., 2018). Përveç kësaj, në krahasim me përzierësin konvencional, konsumi i energjisë për fazat e rikuperimit të metanolit dhe të pastrimit të biodizelit gjatë procesit të përzierjes me ultratinguj reduktohet përkatësisht me 26,5% dhe 1,3%. Kjo ulje vjen nga sasitë më të vogla të metanolit që hyjnë në këto dy kolona distilimi në procesin e transesterifikimit me ultratinguj.

Kosto shumë të reduktuara të asgjësimit të mbetjeve:
Teknologjia e kavitacionit ultrasonik gjithashtu e redukton ndjeshëm koston e asgjësimit të mbetjeve. Kjo kosto në procesin e sonikimit është afërsisht një e pesta e asaj në procesin e përzierjes, si rezultat i uljes së ndjeshme të prodhimit të mbetjeve për shkak të shkallës më të lartë të shndërrimit në reaktor dhe sasive më të vogla të alkoolit të konsumuar.
Lexoni më shumë rreth shndërrimit me ultratinguj të vajrave nga llumi i kafesë së përdorur në biodizel!

Pajtueshmëri e përmirësuar me mjedisin:
Për shkak të efikasitetit të përgjithshëm shumë të lartë, konsumit të reduktuar të kimikateve, nevojave më të ulëta për energji dhe sasisë së reduktuar të mbetjeve, prodhimi i biodizelit me ultratinguj është dukshëm më miqësor ndaj mjedisit sesa proceset konvencionale të prodhimit të biodizelit.

Përfundim – Ultratingujt përmirësojnë efikasitetin e prodhimit të biodizelit

Vlerësimi shkencor tregon përparësitë e qarta të përzierjes ultrasonike kundrejt përzierjes mekanike konvencionale për prodhimin e biodizelit. Përparësitë e përpunimit ultrasonik të biodizelit përfshijnë investimin kapital total, koston totale të produktit, vlerën aktuale neto dhe normën e brendshme të kthimit. U konstatua se investimi total në procesin e kavitacionit ultrasonik ishte afërsisht 20,8% më i ulët se ai i procesit tjetër. Përdorimi i reaktorëve ultrasonikë uli kostot e produktit me 5,2% – duke përdorur vaj të virgjër kanole. Meqenëse sonikimi mundëson përpunimin edhe të vajrave të përdorura (p.sh., vajrave të përdorura për gatim), kostot e prodhimit mund të ulen ndjeshëm edhe më tej. Gholami et al. (2021) arrijnë në përfundimin se, për shkak të vlerës aktuale neto pozitive, procesi i kavitacionit ultrasonik është zgjedhja më e mirë e teknologjisë së përzierjes për prodhimin e biodizelit.
Nga pikëpamja teknike, efektet më të rëndësishme të kavitacionit ultrasonik përfshijnë efikasitetin e konsiderueshëm të procesit dhe shkurtimin e kohës së reaksionit. Formimi dhe kolapsi i flluskave të shumta të vakumit – të njohura si kavitacion akustik / ultrasonik – e shkurtojnë kohën e reaksionit nga disa orë në reaktorin me rezervuar me përzierje në disa sekonda në reaktorin e kavitacionit ultrasonik. Kjo kohë e shkurtër qëndrimi mundëson prodhimin e biodizelit në një reaktor me rrjedhje të vazhdueshme që zë pak hapësirë. Reaktori i kavitacionit ultrasonik shfaq gjithashtu efekte të dobishme mbi nevojat për energji dhe materiale, duke e ulur konsumin e energjisë në gati një të tretën e atij të një reaktori me rezervuar me përzierje dhe konsumin e metanolit dhe të katalizatorit me 25%.
Nga pikëpamja ekonomike, investimi total në procesin e kavitacionit ultrasonik është më i ulët se ai në procesin e përzierjes mekanike, kryesisht për shkak të uljes me gati 50% të kostos së reaktorit dhe me 11,6% të kostos së kolonës së distilimit të metanolit, përkatësisht. Procesi i kavitacionit ultrasonik ul gjithashtu koston e prodhimit të biodizelit falë uljes me 4% të konsumit të vajit të kanoles, investimit total më të ulët, konsumit 2,2% më të ulët të kimikateve dhe nevojave 23,8% më të ulëta për shërbime ndihmëse. Ndryshe nga procesi me përzierje mekanike, përpunimi ultrasonik është një investim i pranueshëm për shkak të vlerës aktuale neto pozitive, kohës më të shkurtër të kthimit të investimit dhe normës më të lartë të brendshme të kthimit. Përveç përfitimeve tekniko-ekonomike të lidhura me procesin e kavitacionit ultrasonik, ai është më miqësor ndaj mjedisit se procesi i përzierjes mekanike. Kavitacioni ultrasonik sjell një ulje me 80% të rrjedhave të mbetjeve falë konvertimit më të lartë në reaktor dhe konsumit të reduktuar të alkoolit në këtë proces. (shih Gholami et al., 2021)

Shndërroni lëndën e parë me cilësi të ulët në biodizel tejet të pastër!

Sonikimi mundëson përpunimin më efektiv të lëndëve të para me cilësi të ulët, si vajrat bimore të mbetura, yndyrat e përdorura për skuqje, dhjami ose vajrat e peshkut, sepse kavitacioni ultrasonik imponon një kontakt shumë më të mirë ndërmjet fazave të vajit dhe alkoolit që nuk përzihen me njëra-tjetrën, duke përmirësuar ndjeshëm përzierjen, si edhe transferimin e nxehtësisë dhe të masës. Ai përshpejton gjithashtu kinetikën e reaksionit, kështu që edhe lëndët e para të vështira për t’u përpunuar dhe me përbërje të ndryshueshme mund të konvertohen më shpejt dhe më plotësisht.
Kavitacioni akustik intensifikon mjedisin e reaksionit dhe mund të nxisë formimin e radikaleve shumë reaktive, gjë që mbështet më tej transesterifikimin e shpejtë dhe ndihmon në kapërcimin e mangësive të zakonshme të përpunimit të lëndëve të para me cilësi të ulët.
Lexoni se si sonikimi i shndërron vajrat dhe yndyrat e mbetura në biodizel!

Përdorni katalizatorin që zgjidhni ju

Procesi i transesterifikimit ultrasonik për prodhimin e biodizelit është provuar si efikas duke përdorur si katalizatorë alkalinë, ashtu edhe bazikë. Për shembull, Shinde dhe Kaliaguine (2019) krahasuan efikasitetin e përzierjes ultrasonike dhe të përzierjes mekanike me fletë duke përdorur katalizatorë të ndryshëm, përkatësisht hidroksid natriumi (NaOH), hidroksid kaliumi (KOH), (CH₃ONa), hidroksid tetrametilamoniumi dhe katër guanidina (propil-2,3-dicikloheksil guanidinë (PCHG), 1,3-dicikloheksil 2 n-oktil guanidinë (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil guanidinë(TMG), 1,3-difenil guanidinë (DPG)). Përzierja ultrasonike (në 35º) ka rezultuar superiore për prodhimin e biodizelit, duke tejkaluar përzierjen mekanike (në 65º) për sa u përket rendimenteve dhe shkallës së konvertimit. Efikasiteti i transferimit të masës në fushën ultrasonike rriti shpejtësinë e reaksionit të transesterifikimit krahasuar me përzierjen mekanike. Sonikimi e tejkaloi përzierjen mekanike për të gjithë katalizatorët e testuar. Zhvillimi i reaksionit të transesterifikimit me kavitacion ultrasonik është një alternativë efikase në përdorimin e energjisë dhe e zbatueshme në industri për prodhimin e biodizelit. Përveç katalizatorëve të përdorur gjerësisht KOH dhe NaOH, të dy katalizatorët me bazë guanidine, propil-2,3 dicikloheksilguanidina (PCHG) dhe 1,3-dicikloheksil 2 n-oktilguanidina (DCOG), kanë rezultuar gjithashtu alternativa interesante për konvertimin në biodizel.
Mootabadi et al. (2010) studiuan sintezën e biodizelit nga vaji i palmës me ndihmën e ultratingujve, duke përdorur katalizatorë të ndryshëm prej oksidesh të metaleve alkaline, si CaO, BaO dhe SrO. Aktiviteti i katalizatorit në sintezën e biodizelit me ndihmën e ultratingujve u krahasua me procesin tradicional të përzierjes magnetike dhe u zbulua se procesi ultrasonik dha një rendiment prej 95,2% duke përdorur BaO brenda një kohe reaksioni prej 60 min, gjë që përndryshe kërkon 3–4 h në procesin konvencional të përzierjes. Për transesterifikimin me ndihmën e ultratingujve në kushte optimale, nevojiteshin 60 min për të arritur një rendiment prej 95%, krahasuar me 2–4 h me përzierjen konvencionale. Gjithashtu, rendimentet e arritura me ultratinguj në 60 min u rritën nga 5,5% në 77,3% duke përdorur CaO si katalizator, nga 48,2% në 95,2% duke përdorur SrO si katalizator dhe nga 67,3% në 95,2 duke përdorur BaO si katalizator.

Prodhimi i biodizelit duke përdorur guanidina të ndryshme (3% mol) si katalizator. (A) Reaktor me seri me përzierje mekanike: (metanol:vaj kanole) 4:1, temperaturë 65ºC; (B) Reaktor ultrasonik me seri: sonikatori UP200St, (metanol:vaj kanole) 4:1, amplitudë ultrasonike 60%, temperaturë 35ºC. Përzierja me ultratinguj e tejkalon ndjeshëm përzierjen mekanike.
(Studimi dhe grafikët: Shinde dhe Kaliaguine, 2019)

Reaktorë ultrasonikë me performancë të lartë për përpunim superior të biodizelit

Hielscher Ultrasonics ofron procesorë dhe reaktorë ultrasonikë me performancë të lartë për përmirësimin e prodhimit të biodizelit, duke sjellë rendimente më të larta, cilësi të përmirësuar, kohë më të shkurtër përpunimi dhe kosto më të ulëta prodhimi.

Reaktorë biodizeli për shkallë të vogël dhe të mesme

Për prodhimin e biodizelit në shkallë të vogël dhe të mesme deri në 9ton/hr (2900 gal/hr), Hielscher ju ofron modelet UIP500hdT (500 vat), UIP1000hdT (1000 vat), UIP1500hdT (1500 vat), dhe UIP2000hdT (2000 vat) e përzierësve ultrasonikë me forca të larta prerëse. Këta katër reaktorë ultrasonikë janë shumë kompaktë dhe integrohen lehtë në instalime të reja ose ekzistuese. Ata janë ndërtuar për punë intensive në mjedise të vështira. Më poshtë do të gjeni konfigurime të rekomanduara reaktorësh për një sërë ritmesh prodhimi.

Reaktorë industrialë biodizeli me kapacitet shumë të madh përpunimi

Për impiantet industriale të prodhimit të biodizelit, Hielscher ofron UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) dhe UIP16000hdT (16kW) homogjenizues ultrasonikë! Këta procesorë ultrasonikë janë projektuar për përpunim të vazhdueshëm me prurje të larta. UIP4000hdT, UIP6000hdT dhe UIP10000 mund të integrohen në kontejnerë standardë për transport detar mallrash. Si alternativë, të katër modelet e procesorëve ofrohen në kabinete prej çeliku inox. Instalimi vertikal kërkon hapësirë minimale. Më poshtë gjeni konfigurime të rekomanduara për ritme tipike të përpunimit industrial.