Производња биодизела и конверзија у биодизел
Превазиђите ограничења у производњи биодизела помоћу ултразвучних реактора! Спора кинетика реакције и слаб пренос масе могу значајно смањити капацитет, принос и квалитет производње у вашем постројењу за биодизел. Ултразвучни реактори Hielscher решавају ове изазове знатним побољшањем кинетике трансестерификације. Као резултат тога, производња биодизела захтева мањи вишак метанола и мање количине катализатора.
Ултразвучна кавитација: врхунско решење за мешање
Традиционална производња биодизела обично користи шаржне реакторе у које се енергија доводи загревањем и механичким мешањем. Ултразвучна кавитација нуди ефикасну алтернативу којом се постиже боље мешање у комерцијалној производњи биодизела. Ова ултразвучна кавитација обезбеђује неопходну енергију активације за индустријску трансестерификацију у производњи биодизела.
Кључне предности ултразвучне трансестерификације у производњи биодизела:
- Виши степени конверзије
- Краће време реакције
- Побољшан квалитет производа
- Могућност конверзије отпадних уља у FAME (метил естре масних киселина)
Ултразвучно мешање побољшава степен конверзије у биодизел, повећава принос и смањује потребан вишак метанола и потрошњу катализатора.
Ултразвучно побољшана трансестерификација у производњи биодизела
Производња биодизела обично обухвата хемијску реакцију која се назива трансестерификација, у којој триглицерид (као што су биљно уље, животињска маст или искоришћена уља за кување) реагује са алкохолом (као што је метанол) у присуству катализатора, при чему настају биодизел (метил естри масних киселина) и глицерол. Ултразвучни реактори могу се користити за побољшање процеса трансестерификације на више начина, што доноси неколико предности:
- Побољшано мешање: Ултразвучни таласи могу створити кавитационе мехуриће који силовито колабирају, изазивајући интензивно мешање и покретање реакционе смеше. То доводи до бољег контакта између реактаната и катализатора, што резултира бржом и потпунијом трансестерификацијом.
- Убрзана кинетика реакције: Високоенергетски услови које стварају ултразвучни таласи могу активирати реакцију, повећавајући њену брзину и скраћујући време потребно за постизање одређеног степена конверзије. То може довести до већих приноса и нижих трошкова.
- Смањена потрошња катализатора: Ултразвучни реактори могу побољшати ефикасност коришћења катализатора обезбеђивањем више активних места за реакцију. То значи да је за постизање истог степена конверзије потребно мање катализатора, чиме се смањују трошкови и утицај на животну средину.
- Побољшан квалитет производа: Ултразвучни реактори могу произвести биодизел са нижим садржајем слободних масних киселина, већом чистоћом и бољим својствима течења на ниским температурама. То је последица побољшаног мешања и брже кинетике реакције, који своде на минимум стварање нежељених споредних производа и нечистоћа.
Ове предности ултразвучне обраде у производњи биодизела чине употребу система са ултразвучним реактором веома економичном, јер употреба ултразвучних реактора значајно побољшава ефикасност, брзину и квалитет трансестерификације у производњи биодизела. У целини, то значи да ултразвучна обрада чини трансестерификацију економски и еколошки одрживијим процесом.
Проблеми конвенционалног мешања у производњи биодизела: Конвенционална реакција естерификације при шаржној обради обично је спора, а фазно одвајање глицерина захтева много времена, често 5 сати или више.
Ултразвучни реактори помажу вам да убрзате процес производње биодизела и истовремено повећате принос и квалитет биодизела уз ниже трошкове обраде!
Ултразвучни уређај UIP2000hdT за индустријску употребу са проточном ћелијом FC2T500k за естерификацију и трансестерификацију у производњи биодизела у проточној линији.
Предности ултразвучне трансестерификације у производњи биодизела
- Већи приноси биодизела захваљујући побољшаном мешању
- Повећан квалитет биодизела
- Коришћење чак и уља најлошијег квалитета као сировине
- Континуирана обрада у проточној линији
- Мање метанола
- Мање катализатора
- Уштеда времена захваљујући брзој конверзији
- Уштеда енергије
- Једноставан и безбедан рад
- Робусност и мали захтеви за одржавањем
- Високе перформансе: рад 24/7 под пуним оптерећењем
Ултразвучни реактор UIP16000hdT производи приближно 32MMGY
„Веома смо задовољни опремом и услугом компаније Hielscher и у потпуности намеравамо да технологију ултразвучне обраде компаније Hielscher укључимо у све наше будуће подухвате.“
Тод Стивенс, Tulsa Biofuels
Ултразвук за производњу биодизела
Биодизел се често производи у шаржним реакторима. Ултразвучна конверзија биодизела омогућава континуирану обраду у протоку. Ултразвучном обрадом може се постићи принос биодизела већи од 99%. Ултразвучни реактори скраћују време обраде са уобичајених 1 до 4 сата шаржне обраде на мање од 30 секунди. Још важније, ултразвучна обрада скраћује време раздвајања са 5 до 10 сати (при уобичајеном мешању) на мање од 60 минута. Ултразвучна обрада такође помаже да се потребна количина катализатора смањи за до 50% захваљујући повећаној хемијској активности у присуству кавитације. При примени ултразвучне обраде смањује се и потребан вишак метанола. Још једна предност је повећање чистоће глицерина које се тиме постиже.
Ултразвучна производња биодизела корак по корак:
- биљно уље или животињска маст меша се са метанолом (којим се добијају метил естри) или етанолом (за етил естре) и натријумовим или калијумовим метоксидом или хидроксидом
- смеша се загрева, нпр. на температуре између 45 и 65degC
- загрејана смеша се ултразвучно обрађује у протоку током 5 до 15 секунди
- глицерин се издваја таложењем или се одваја помоћу центрифуга
- биодизел добијен конверзијом испира се водом
Ултразвучна обрада се најчешће изводи при повишеном притиску (1 до 3bar, манометарски притисак) помоћу напојне пумпе и подесивог вентила за противпритисак поред проточне ћелије.
Индустријска конверзија биодизела не захтева много ултразвучне енергије. Стварна потреба за енергијом може се утврдити на стоном систему помоћу, на пример, ултразвучног процесора снаге 1kW као што је UIP1000hdT. Сви резултати таквих испитивања на стоном систему могу се линеарно и без икаквих проблема пренети на веће размере. По потреби су доступни ултразвучни уређаји са ATEX сертификатом, као што је UIP1000-Exd.
Hielscher испоручује индустријску опрему за ултразвучну обраду биодизела широм света. Уз ултразвучне процесоре снаге до 16kW по појединачном уређају, нема ограничења у погледу величине постројења за биодизел или капацитета обраде.
Трошкови ултразвучне производње биодизела
Ултразвучна обрада је ефикасно средство за повећање брзине реакције и степена конверзије у комерцијалној производњи биодизела. Трошкови ултразвучне обраде углавном потичу од улагања у ултразвучну опрему, трошкова енергије и комуналних услуга и одржавања. Изузетна енергетска ефикасност ултразвучних уређаја Hielscher помаже у смањењу трошкова енергије и комуналних услуга и тиме овај процес чини још еколошки прихватљивијим. Трошкови ултразвучне обраде који из тога произлазе крећу се између 0,1ct и 1,0ct по литру (0,4ct до 1,9ct/галон) при примени у комерцијалним размерама.
Прочитајте више о ефикасности процеса и економским предностима ултразвучне производње биодизела!
Ултразвучно мешање смањује специфичну потрошњу енергије у производњи биодизела и далеко надмашује хидродинамичко магнетно мешање и мешалице са високим смицањем.
Ултразвучни систем за производњу биодизела у малим размерама
Ултразвучна обрада може се користити за конверзију уља у биодизел у било којим размерама. Слика испод приказује систем малих размера за обраду 60–70L (16 до 19 галона). Ово је типичан систем за почетна испитивања и демонстрацију процеса.
Ултразвучна естерификација и трансестерификација могу се изводити као шаржни процес или као континуирани процес у протоку. Ова шема приказује ултразвучни шаржни процес конверзије биодизела.
3x ултразвучни уређаји снаге 1kW модела 1000hdT са ултразвучним проточним реактором за високоефикасну конверзију биодизела.
- један ултразвучни уређај (нпр. UIP500hdT или UIP1000hdT) са појачивачем амплитуде, сонотродом и проточном ћелијом
- мерач снаге за мерење снаге и енергије
- резервоар за обраду запремине 80L (пластични, нпр. од HDPE)
- грејни елемент (1 до 2kW)
- резервоар за предмешавину катализатора запремине 10L (пластични, нпр. од HDPE)
- предмешалица за катализатор (мешалица)
- пумпа (центрифугална, моно или зупчаста) за приближно 10 до 20L/min при 1 до 3 barg
- вентил за регулацију противпритиска ради подешавања притиска у проточној ћелији
- манометар за мерење притиска напајања
Ултразвучни реактори за врхунску прераду биодизела
Hielscher Ultrasonics нуди ултразвучне процесоре и реакторе високих перформанси који ће унапредити вашу производњу биодизела повећањем приноса биодизела, побољшањем његовог квалитета, скраћењем времена прераде и смањењем трошкова производње.
Ултразвучни реактори за трансестерификацију биодизела у малом и средњем обиму
За производњу биодизела у малом и средњем обиму, до 9ton/hr (2900 gal/hr), Hielscher вам нуди UIP500hdT (500 вати), UIP1000hdT (1000 вати), UIP1500hdT (1500 вати) и UIP2000hdT (2000 вати) као ултразвучне мешалице са високим смицањем и проточним реакторима за поуздану и ефикасну прераду биодизела у протоку. Ова четири ултразвучна реактора веома су компактна и лако се интегришу или накнадно уграђују. Направљени су за рад под великим оптерећењем у тешким условима. У наставку ћете наћи препоручене конфигурације реактора за различите производне капацитете.
|
ton/hr
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 вати) |
0,25 до 0,5
|
80 до 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 вати) |
0,5 до 1,0
|
160 до 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 вати) |
0,75 до 1,5
|
240 до 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 вати) |
1,0 до 2,0
|
320 до 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 вати) |
2,0 до 4,0
|
640 до 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 вати) |
3,0 до 6,0
|
960 до 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 вати) |
4,5 до 9,0
|
1440 до 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 вати) |
6,0 до 12,0
|
1920 до 3840
|
Индустријски реактори за биодизел веома великог капацитета
За индустријска постројења за производњу биодизела Hielscher нуди ултразвучне хомогенизаторе UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) и UIP16000hdT (16kW)! Ови ултразвучни процесори пројектовани су за континуирану прераду при великим протоцима. UIP4000hdT, UIP6000hdT и UIP10000 могу се уградити у стандардне контејнере за поморски транспорт. Алтернативно, сва четири модела процесора доступна су у орманима од нерђајућег челика. Усправна уградња захтева минималан простор. У наставку су препоручене конфигурације за типичне индустријске капацитете прераде.
|
ton/hr
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP6000hdT (6000 вати) |
3,0 до 6,0
|
960 до 1920
|
| 3x UIP4000hdT (4000 вати) |
6,0 до 12,0
|
1920 до 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 вати) |
10,0 до 20,0
|
3200 до 6400
|
| 3x UIP6000hdT (6000 вати) |
9,0 до 18,0
|
2880 до 5880
|
| 3x UIP10000 (10.000 вати) |
15,0 до 30,0
|
4800 до 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16.000 вати) |
24,0 до 48,0
|
7680 до 15.360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 до 80,0
|
12.800 до 25.600
|
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Ултразвучни уређај UIP16000hdT може да преради 32MMGY биодизела.
Технолошка иновација године – Frost & Sullivan
Hielscher Ultrasonics је добио престижну награду Frost and Sullivan за технолошку иновацију године као признање за развој нове ултразвучне технологије ове компаније за производњу биодизела.
Кликните овде да прочитате више о награди Frost and Sullivan за реакторе за биодизел компаније Hielscher Ultrasonics!
Трансестерификација – хемијска конверзија биодизела
Производња биодизела од биљних уља (нпр. соје, уљане репице, јатрофе, семена сунцокрета), алги, животињских масти, као и отпадних јестивих уља, обухвата базно катализовану трансестерификацију масних киселина метанолом или етанолом, при чему настају одговарајући метил-естри или етил-естри. Глицерин је неизбежан споредни производ ове реакције.
Биљна уља, као и животињске масти, јесу триглицериди састављени од три ланца масних киселина повезаних молекулом глицерина. Триглицериди су естри. Естри су киселине, попут масних киселина, спојене са алкохолом. Глицерин (= глицерол) је тешки алкохол. У процесу конверзије, триглицеридни естри се претварају у алкил-естре (= биодизел) помоћу катализатора (лужине) и алкохолног реагенса, нпр. метанола, чиме се добија биодизел од метил-естара. Метанол замењује глицерин. Овај процес хемијске конверзије назива се трансестерификација.
Након трансестерификације, глицерин, који је тежа фаза, тоне на дно. Биодизел, који је лакша фаза, плута на површини и може се одвојити, нпр. декантерима или центрифугама.
Припрема биодизела
Калијум-хидроксид (0,2 до 0,4kg, катализатор) раствара се у приближно 8,5L метанола у резервоару за припрему предсмеше катализатора. За то је потребно мешати предсмешу катализатора. Резервоар за обраду пуни се са 66L биљног уља. Уље се загрева грејним елементом на 45 до 65degC.
Конверзија биодизела
Када се катализатор потпуно раствори у метанолу, предсмеша катализатора меша се са загрејаним уљем. Пумпа доводи смешу у проточну ћелију. Помоћу вентила за регулацију повратног притиска, притисак се подешава на 1 до 3barg (15 до 45psig). Рециркулацију кроз ултразвучни реактор за биодизел треба спроводити приближно 20 минута. За то време уље се претвара у биодизел. Након тога искључују се пумпа и ултразвук. Глицерин (тежа фаза) одваја се од биодизела (лакша фаза). Одвајање траје приближно 30 до 60 минута. Када се одвајање заврши, глицерин се може испустити.
Прање биодизела
Пошто добијени биодизел садржи нечистоће, потребно је прање. За прање се вода меша са биодизелом. Ултразвучна обрада може побољшати мешање биодизела са водом. Тиме се повећава активна површина услед смањења величине капљица. Имајте у виду да веома интензивна соникација може смањити капљице воде до величине при којој настаје готово стабилна емулзија, за чије ће раздвајање бити потребна посебна средства (нпр. центрифуга).
Постројење за производњу биодизела
Дијаграм тока испод приказује типичну поставку за соникацију уља, метанола и катализатора у протоку ради конверзије у биодизел.
Ултразвучна естерификација и трансестерификација могу се спроводити као шаржни или континуални проточни процес. Дијаграм приказује ултразвучни проточни процес трансестерификације за добијање биодизела (FAME).
Континуална обрада и одвајање биодизела
У поставци за континуалну обраду биодизела и континуално одвајање, загрејано уље и предсмеша катализатора непрекидно се мешају помоћу пумпи са подесивим протоком. Статички мешач у проточној линији побољшава хомогеност смеше која се доводи у ултразвучни реактор. Смеша уља и катализатора пролази кроз проточну ћелију, где се излаже ултразвучној кавитацији приближно 5 до 30 секунди. Вентил за регулацију повратног притиска користи се за контролу притиска у проточној ћелији. Соникована смеша улази у реакторску колону на врху. Запремина реакторске колоне пројектована је тако да обезбеди време задржавања у колони од приближно 1 сата. За то време реакција трансестерификације се завршава. Смеша глицерина и биодизела након реакције пумпа се у центрифугу, где се раздваја на фракције биодизела и глицерина. Накнадна обрада обухвата издвајање метанола ради поновне употребе, прање и сушење и такође се може спроводити континуално.
Ова поставка елиминише шаржну обраду у реакторима за биодизел, конвенционалне мешалице и велике резервоаре за одвајање.
Брзина реакције трансестерификације биодизела
Дијаграми у наставку приказују типичне резултате трансестерификације уља уљане репице (индустријског квалитета) са натријум-метоксидом (лево) и калијум-хидроксидом (десно). У оба испитивања контролни узорак (плава линија) био је изложен интензивном механичком мешању. Црвена линија представља ултразвучно третирани узорак идентичног састава у погледу запреминског односа, концентрације катализатора и температуре. Хоризонтална оса приказује време након мешања, односно ултразвучног третмана. Вертикална оса приказује запремину глицерина који се исталожио на дну. Ово је једноставан начин мерења брзине реакције. На оба дијаграма ултразвучно третирани узорак (црвено) реагује много брже од контролног узорка (плаво).
Поређење ултразвучног (црвени графикон) и конвенционалног мешања (плави графикон) за производњу биодизела – уз употребу натријум-метоксида (лево) и калијум-хидроксида (десно) као катализатора.
Линкови за набавку опреме за биодизел
Кликните овде за линкове ка добављачима пумпи и резервоара за индустрију биодизела.
Хемијске и безбедносне информације
Пажљиво прочитајте информације у наставку да бисте спречили компликације и штетне последице по здравље.
Хемикалије за биодизел
Метанол је токсичан. Може изазвати оштећење нерава услед продужене употребе. Кожа га такође може адсорбовати. Ако прсне у очи, може изазвати слепило, а метанол може бити смртоносан ако се прогута. Због тога предузмите неопходне мере предострожности приликом руковања метанолом. Препоручује се употреба доброг респиратора, кецеље и гумених рукавица.
Калијум-хидроксид (KOH) је токсичан и при контакту изазива опекотине коже. Потребна је добра вентилација.
Обезбедите обилно и темељно проветравање радног простора како би испарења могла да се одводе. Респиратори са филтерским улошцима за паре нису ефикасни против испарења метанола. Систем са доводом ваздуха (SCBA – самостални апарат за дисање) пружа бољу заштиту од пара метанола.
Биодизел и гумени делови
Дуготрајан рад на 100% биодизелу може изазвати проблеме са гуменим деловима мотора који су у контакту са горивом (пумпа, црева, О-прстенови). Замена челичним деловима или издржљивом гумом може отклонити овај проблем. Алтернативно, у свој биодизел можете умешати приближно 25% конвенционалног (фосилног) дизела да бисте спречили компликације.
Литература / Референце
- 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 производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лабораторијских до индустријских димензија.