Производња биодизела са врхунским процесом и економичношћу

Ултразвучно мешање је врхунска технологија за високо ефикасну и исплативу производњу биодизела. Ултразвучна кавитација драстично побољшава пренос масе, чиме се смањују трошкови производње и трајање обраде. Истовремено се могу користити уља и масти лошег квалитета (нпр. отпадна уља) и побољшати квалитет биодизела. Хиелсцхер Ултрасоницс испоручује високе перформансе, робусне ултразвучне реакторе за мешање за било коју производну скалу. Прочитајте више како ће ваша производња биодизела имати користи од соникације!

Предности производње биодизела коришћењем ултразвука

Биодизел (метил естар масних киселина, скраћено ФАМЕ) је производ реакције трансестерификације липидних сировина (триглицериди, нпр. биљно уље, истрошена уља за кување, животињске масти, уље алги) и алкохола (метанол, етанол) коришћењем катализатора. (нпр. калијум хидроксид КОХ).
Проблем: У конвенционалној конверзији биодизела коришћењем конвенционалног мешања, природа оба реактаната реакције трансестерификације уља и алкохола доводи до слабе брзине преноса масе што резултира неефикасном производњом биодизела. Ова неефикасност се карактерише дугим временом реакције, вишим моларним односима метанола и уља, високим захтевима за катализаторима, високим температурама процеса и високим брзинама мешања. Ови фактори су значајни покретачи трошкова чинећи производњу конвенционалног биодизела скупим процесом.
Раствор: Ултразвучно мешање емулгује реактанте на високо ефикасан, брз и јефтин начин, тако да се однос уље-метанол може побољшати, потребе за катализатором су смањене, време реакције и температура реакције су смањени. Тиме се штеде ресурси (тј. хемикалије и енергија), као и време, смањују се трошкови обраде, док се квалитет биодизела и профитабилност производње значајно побољшавају. Ове чињенице претварају ултразвучно мешање у преферирану технологију за ефикасну производњу биодизела.
Истраживања и индустријски произвођачи биодизела потврђују да је ултразвучно мешање веома исплатив начин за производњу биодизела, чак и када се као сировина користе уља и масти лошег квалитета. Интензивирање ултразвучног процеса значајно побољшава стопу конверзије смањујући употребу вишка метанола и катализатора, омогућавајући производњу биодизела који задовољава стандард квалитета АСТМ Д6751 и ЕН 14212 спецификације. (уп. Абдулах ет ал., 2015)

Трансестерификација триглицерида у биодизел (ФАМЕ) коришћењем соникације резултира убрзаном реакцијом и значајно већом ефикасношћу.

Бројне предности ултразвучног мешања у производњи биодизела

Ултразвучни реактори за мешање могу се лако интегрисати у било коју нову инсталацију, као и накнадно уградити у постојећа постројења за биодизел. Интеграција Хиелсцхер ултразвучног миксера претвара било који погон за биодизел у производно постројење високих перформанси. Једноставна инсталација, робусност и лакоћа коришћења (није потребна посебна обука за рад) омогућавају надоградњу било ког објекта у високо ефикасно постројење за биодизел. У наставку вам представљамо научно доказане резултате предности које су документовале независне треће стране. Бројеви доказују супериорност ултразвучног мешања биодизела над било којом конвенционалном техником мешања.

Дијаграм тока показује кораке производње биодизела, укључујући ултразвучно мешање за побољшану ефикасност процеса.

Поређење ефикасности и трошкова: ултразвук наспрам механичког мешања

Гхолами ет ал. (2021) у својој упоредној студији представљају предности ултразвучне трансестерификације у односу на механичко мешање (тј. мешалица са лопатицама, импелер, миксер са високим смицањем).
Инвестициони трошкови: Ултразвучни процесор и реактор УИП16000 могу произвести 192–384 т биодизела дневно са отиском од само 1,2 мк 0,6 м. За поређење, за механичко мешање (МС) потребан је много већи реактор због дугог времена реакције у процесу механичког мешања, што узрокује значајно повећање цене реактора. (уп. Гхолами ет ал., 2020)
Трошкови обраде: Трошкови прераде за производњу ултразвучног биодизела су 7,7% нижи од оних за процес мешања, углавном због ниже укупне инвестиције у процес соникације. Цена хемикалија (катализатор, метанол/алкохол) је трећи највећи покретач трошкова у оба процеса, соникацији и механичком мешању. Међутим, за ултразвучну конверзију биодизела трошкови хемикалија су знатно нижи него за механичко мешање. Удио трошкова за хемикалије износи прибл. 5% коначне цене биодизела. Због мање потрошње метанола, натријум хидроксида и фосфорне киселине, цена хемикалија у процесу ултразвучног биодизела је 2,2% нижа него у процесу механичког мешања.
Трошкови енергије: Енергија коју троши ултразвучни реактор за мешање је приближно три пута мања од енергије механичке мешалице. Ово значајно смањење потрошње енергије је производ интензивног микро-мешања и смањеног времена реакције, који је резултат производње и колапса безбројних шупљина, које карактеришу феномен акустичне / ултразвучне кавитације (Гхолами ет ал., 2018). Поред тога, у поређењу са конвенционалном мешалицом, потрошња енергије за рекуперацију метанола и фазе пречишћавања биодизела током процеса ултразвучног мешања је смањена за 26,5% и 1,3%, респективно. Ово смањење је последица мањих количина метанола који улазе у ове две дестилационе колоне у процесу ултразвучне трансестерификације.
Трошкови одлагања отпада: Технологија ултразвучне кавитације такође значајно смањује трошкове одлагања отпада. Овај трошак у процесу соникације је отприлике једна петина трошкова у процесу мешања, што је резултат значајног смањења производње отпада због веће конверзије реактора и мањих количина конзумираног алкохола.
Прочитајте више о ултразвучној биодизел конверзији уља из истрошеног талога кафе!
Еколошки прихватљивост: Због веома високе укупне ефикасности, смањене потрошње хемикалија, нижих енергетских захтева и смањеног отпада, производња ултразвучног биодизела је знатно еколошки прихватљивија од конвенционалних процеса производње биодизела.

Закључак – Ултразвук побољшава ефикасност производње биодизела

Научна процена показује јасне предности ултразвучног мешања у односу на конвенционално механичко мешање за производњу биодизела. Предности ултразвучне обраде биодизела укључују укупне капиталне инвестиције, укупну цену производа, нето садашњу вредност и интерну стопу приноса. Утврђено је да је износ укупних улагања у процес ултразвучне кавитације мањи од осталих за око 20,8%. Коришћење ултразвучних реактора смањило је трошкове производа за 5,2% – користећи девичанско уље каноле. Пошто ултразвук омогућава обраду истрошених уља (нпр. коришћених уља за кување), трошкови производње се могу знатно додатно смањити. Гхолами ет ал. (2021) долазе до закључка да је због позитивне нето садашње вредности, процес ултразвучне кавитације бољи избор технологије мешања за производњу биодизела.
Са техничке тачке гледишта, најважнији ефекти ултразвучне кавитације обухватају значајну ефикасност процеса и смањење времена реакције. Формирање и колапс бројних вакуумских мехурића – позната као акустична / ултразвучна кавитација – смањити време реакције са неколико сати у реактору са мешаним резервоаром на неколико секунди у реактору за ултразвучну кавитацију. Ово кратко време задржавања омогућава производњу биодизела у проточном реактору са малим отиском. Ултразвучни кавитациони реактор такође показује корисне ефекте на потребе енергије и материјала, смањујући потрошњу енергије на скоро једну трећину оне коју троши реактор са мешалицом и потрошњу метанола и катализатора за 25%.
Са економске перспективе, укупна инвестиција процеса ултразвучне кавитације је нижа од улагања у процес механичког мешања, углавном због скоро 50% и 11,6% смањења трошкова реактора и цене колоне за дестилацију метанола, респективно. Процес ултразвучне кавитације такође смањује трошкове производње биодизела због смањења потрошње уља репице за 4%, ниже укупне инвестиције, 2,2% мање потрошње хемикалија и 23,8% нижих потреба за коришћењем. За разлику од процеса са механичким мешањем, ултразвучна обрада је прихватљива инвестиција због своје позитивне нето садашње вредности, краћег времена поврата и веће интерне стопе приноса. Поред техно-економских предности повезаних са процесом ултразвучне кавитације, он је еколошки прихватљивији од механичког процеса мешања. Ултразвучна кавитација доводи до смањења токова отпада за 80% због веће конверзије у реактору и смањене потрошње алкохола у овом процесу. (уп. Гхолами ет ал., 2021)

Користите катализатор по свом избору

Ултразвучни процес трансестерификације биодизела показао се ефикасним коришћењем и алкалних и основних катализатора. На пример, Схинде и Калиагуине (2019) упоредили су ефикасност ултразвучног и механичког мешања сечива користећи различите катализаторе, наиме натријум хидроксид (НаОХ), калијум хидроксид (КОХ), (ЦХ₃ОНа), тетраметил амонијум хидроксид и четири гванидина (Пропил-2,3-дициклохексил гванидин (ПЦХГ), 1,3-дициклохексил 2 н-октил гванидин (ДЦОГ), 1,1,3,3-тетраметил гванидин (ТМГ), 1,3-дифенил гванидин (ДПГ)). Ултразвучно мешање (на 35º) као што је показано, супериорно у производњи биодизела, надмашујући механичко мешање (на 65º) већим приносима и стопом конверзије. Ефикасност преноса масе у ултразвучном пољу повећала је брзину реакције трансестерификације у поређењу са механичким мешањем. Соникација је надмашила механичко мешање за све тестиране катализаторе. Извођење реакције трансестерификације ултразвучном кавитацијом је енергетски ефикасна и индустријски одржива алтернатива за производњу биодизела. Поред широко коришћених катализатора КОХ и НаОХ, оба гванидинска катализатора, пропил-2,3 дициклохексилгванидин (ПЦХГ) и 1,3-дициклохексил 2 н-октилгванидин (ДЦОГ), показали су се као интересантна алтернатива за конверзију биодизела.
Моотабади и др. (2010) истраживали су ултразвучно потпомогнуту синтезу биодизела из палминог уља користећи различите катализаторе оксида алкалних метала као што су ЦаО, БаО и СрО. Активност катализатора у синтези биодизела потпомогнута ултразвуком упоређена је са традиционалним поступком магнетног мешања и установљено је да је ултразвучни процес показао 95,2% приноса коришћењем БаО у року од 60 минута реакционог времена, које иначе траје 3-4 х у конвенционални процес мешања. За ултразвучно потпомогнуту трансестерификацију при оптималним условима, било је потребно 60 мин да би се постигао принос од 95% у поређењу са 2–4 х уз конвенционално мешање. Такође, приноси постигнути ултразвуком за 60 мин повећани су са 5,5% на 77,3% коришћењем ЦаО као катализатора, 48,2% до 95,2% коришћењем СрО као катализатора и 67,3% до 95,2 користећи БаО као катализатор.

Производња биодизела коришћењем различитих гванидина (3% мол) као катализатора. (А) Реактор са механичким мешањем: (метанол: уље каноле) 4:1, температура 65ºЦ; (Б) Ултразвучни шаржни реактор: ултрасоникатор УП200Ст, (метанол: уље каноле) 4:1, 60% УС амплитуда, температура 35ºЦ. Ултразвучно мешање далеко надмашује механичко мешање.
(Студија и графикони: Схинде и Калиагуине, 2019)

Ултразвучни реактори високих перформанси за врхунску обраду биодизела

Хиелсцхер Ултрасоницс нуди ултразвучне процесоре и реакторе високих перформанси за побољшану производњу биодизела што резултира већим приносима, побољшаним квалитетом, скраћеним временом обраде и нижим трошковима производње.

Мали и средњи биодизел реактори

За производњу биодизела мале и средње величине до 9 тона/х (2900 гал/х), Хиелсцхер вам нуди УИП500хдТ (500 вати), УИП1000хдТ (1000 вати), УИП1500хдТ (1500 вати), и УИП2000хдТ (2000 вати) ултразвучни модели миксера са високим смицањем. Ова четири ултразвучна реактора су веома компактна, лако се интегришу или накнадно монтирају. Направљени су за рад у тешким условима у тешким условима. Испод ћете пронаћи препоручене поставке реактора за низ производних стопа.

Индустријски биодизел реактори веома великог протока

За индустријску прераду постројења за производњу биодизела Хиелсцхер нуди УИП4000хдТ (4кВ), УИП6000хдТ (6кВ), УИП10000 (10кВ) и УИП16000хдТ (16кВ) ултразвучни хомогенизатори! Ови ултразвучни процесори су дизајнирани за континуирану обраду великих брзина протока. УИП4000хдТ, УИП6000хдТ и УИП10000 могу се интегрисати у стандардне контејнере за поморски терет. Алтернативно, сва четири модела процесора су доступна у орманима од нерђајућег челика. Усправна инсталација захтева минималан простор. Испод ћете пронаћи препоручена подешавања за типичне стопе индустријске обраде.