Proizvodnja biodizela sa superiornim procesom i efikasnošću troškova

Ultrazvučno mešanje je superiorna tehnologija za visoko efikasnu i isplativu proizvodnju biodizela. Ultrazvučna kavitacija drastično poboljšava masovni prenos, čime se smanjuju troškovi proizvodnje i trajanje obrade. Istovremeno, mogu se koristiti i ulja lošeg kvaliteta i masti (npr. otpadna ulja) i poboljšava se kvalitet biodizela. Hielscher Ultrasonics snabdeva reaktore visokih performansi, robusne ultrazvučne reaktore za mešanje za bilo koju proizvodnu skalu. Pročitajte još kako će vaša proizvodnja biodizela imati koristi od sonication !

Prednosti proizvodnje biodizela pomoću ultrazvuka

Biodizel (metil ester masne kiseline, abrev. SLAVA) je proizvod transesterzicione reakcije lipidnih sirovina (trigliceridi, npr. biljno ulje, potrošena ulja za kuvanje, životinjske masti, algalno ulje) i alkohol (metanol, etanol) koristeći katalizator (npr. kalijum hidroksid KOH).
Ovaj problem: U konvencionalnoj konverziji biodizela koristeći konvencionalno komešanje, nepogrešiva priroda i reakcionih reakcija nafte i alkohola dovodi do loše stope masovnog prenosa što rezultira neefikasnom proizvodnjom biodizela. Ovu neefikasnost karakterišu duga vremena reakcije, viši odnos kutnjaka od metanola i ulja, visoki zahtevi katalizatora, visoke temperature procesa i visoke stope komešanja. Ovi faktori su značajni pokretači troškova koji konvencionalnu proizvodnju biodizela čine skupim procesom.
Rešenje: Ultrazvučno mešanje emulzifikuje reakcionere na visoko efikasan, brz i niskobudžetni način kako bi se odnos ulja i metanola poboljšao, smanjili zahtevi katalizatora, smanjilo vreme reakcije i temperatura reakcije. Na taj način se štede resursi (ili proizvodnja, hemikalije i energija) kao i vreme, smanjuju se troškovi obrade, dok se kvalitet biodizela i profitabilnost proizvodnje značajno poboljšavaju. Ove činjenice pretvaraju ultrazvučno mešanje u poželjnu tehnologiju za efikasnost proizvodnje biodizela.
Istraživački i industrijski proizvođači biodizela potvrđuju da je ultrazvučno mešanje veoma isplativ način za proizvodnju biodizela, čak i kada se ulja lošeg kvaliteta i masti koriste kao feedstock. Ultrazvučno intenziju procesa znatno poboljšava stopu konverzije smanjujući upotrebu viška metanola i katalizatora, omogućavajući proizvodnju biodizela koji ispunjavanje standarda kvaliteta SPECIFIKACIJA ASTM D6751 i EN 14212. (cf. Abdullah et al., 2015)

Transesterifikacija triglicerida u biodizel (FAME) korišćenjem sonication rezultira ubrzanom reakcijom i znatno većom efikasnošću.

Brojne prednosti ultrazvučnog mešanja u proizvodnju biodizela

Ultrazvučni reaktori za mešanje mogu se lako integrisati u bilo koju novu instalaciju, kao i retro uklopiti u postojeće biodizele. Integracija ultrazvučnog miksera Hielscher pretvara bilo koji objekat biodizela u fabriku za proizvodnju visokih performansi. Jednostavna instalacija, robustnost i user-friendliness (nije potrebna specifična obuka za rad) omogućavaju nadogradnju bilo kog objekta u visoko efikasnu fabriku biodizela. U nastavku vam predstavljamo naučno dokazane rezultate prednosti koje dokumentuju nezavisna treća lica. Brojevi dokazuju superiornost ultrazvučnog biodizela koji se meša oko bilo koje konvencionalne tehnike komešanja.

Dijagram toka prikazuje korake proizvodnje biodizela, uključujući ultrazvučno mešanje radi poboljšanja efikasnosti procesa.

Poređenje efikasnosti i troškova: Ultrazvuk protiv mehaničkog komešanja

Gholami et al. (2021) prisutni u svojoj komparativnoj studiji prednosti ultrazvučne transesterifikacije nad mehaničkim mešanjem (npr. mikserom sečiva, impelerom, mikserom visokog čaršije).
Investicioni troškovi: Ultrazvučni procesor i reaktor UIP16000 mogu da proizvedu 192–384 t biodizela/d sa otiskom stopala od samo 1,2m x 0,6m. Poređenja radi, za mehaničko komešanje (MS) potreban je mnogo veći reaktor zbog dugog vremena reakcije u procesu mehaničkog strirrnga, što dovodi do značajnog povećanja troškova reaktora. (cf. Gholami et al., 2020)
Troškovi obrade: Troškovi obrade ultrazvučne proizvodnje biodizela manji su za 7,7 odsto od onih za proces komešanja, uglavnom zbog manjih ukupnih investicija za proces soničnosti. Cena hemikalija (katalizator, metanol/alkohol) je treći vozač po ceni u oba procesa, sonikaciji i mehaničkom mešanju. Međutim, za ultrazvučnu konverziju biodizela troškovi za hemikalije su znatno manji nego za mehaničko komešanje. Deo troškova za hemikalije čini oko 5% konačnih troškova biodizela. Zbog manje potrošnje metanola, natrijum hidroksida i fosforne kiseline, troškovi za hemikalije u ultrazvučnom procesu biodizela su 2,2 odsto niži od troškova mehaničkog mešanja.
Troškovi energije: Energija koju troši ultrazvučni reaktor za mešanje je otprilike tri puta manja od toga mehaničkim mešalicom. Ovo znatno smanjenje potrošnje energije proizvod je intenzivnog mikro mešanja i skraćenog vremena reakcije, nastalog kao rezultat proizvodnje i kolapsa bezbrojnih šupljina, koje karakterišu fenomen akustične / ultrazvučne kavitacije (Gholami et al., 2018). Pored toga, u poređenju sa konvencionalnim mešalicom, potrošnja energije za oporavak metanola i faze prečišćavanja biodizela tokom procesa ultrazvučnog mešanja smanjuje se za 26,5 odnosno 1,3 odsto. Do ovog pada je došlo zbog manjih količina metanola koji unose ova dva destilaciona stuba u procesu ultrazvučne transesterifikacije.
Troškovi odlaganja otpada: Tehnologija ultrazvučne kavitacije takođe izuzetno smanjuje troškove odlaganja otpada. Ovaj trošak u procesu sonikacije je otprilike jedna petina od toga u procesu komešanja, što je rezultat značajnog smanjenja proizvodnje otpada zbog veće konverzije reaktora i manjih količina konzumiranog alkohola.
Ekološko-prihvatljivost: Zbog veoma visoke ukupne efikasnosti, smanjene potrošnje hemikalija, nižih energetskih zahteva i smanjenog otpada, ultrazvučna proizvodnja biodizela je znatno ekološki prihvatljivija od konvencionalnih procesa proizvodnje biodizela.

Zakljuиak – Ultrazvuk poboljšava efikasnost proizvodnje biodizela

Naučna procena pokazuje jasne prednosti ultrazvučnog mešanja oko konvencionalnog mehaničkog komešanja za proizvodnju biodizela. Prednosti ultrazvučne obrade biodizela uključuju ukupne kapitalne investicije, ukupne troškove proizvoda, neto sadašnju vrednost i internu stopu povraćaja. Utvrđeno je da je iznos ukupnih investicija u proces ultrazvučne kavitacije manji od onog u odnosu na drugi za otprilike 20,8 odsto. Korišćenjem ultrazvučnih reaktora troškovi proizvoda smanjeni za 5,2% – koristeći devičansko kanolino ulje. S obzirom na to da sonication omogućava obradu takođe potrošenih ulja (npr. korišćenih ulja za kuvanje), troškovi proizvodnje mogu značajno da se smanje. Gholami et al. (2021) dolazi do zaključka da je zbog pozitivne neto sadašnje vrednosti, proces ultrazvučne kavitacije bolji izbor tehnologije mešanja za proizvodnju biodizela.
Sa tehničke tačke gledišta, najvažniji efekti ultrazvučne kavitacije obuhvataju značajnu procesnu efikasnost i smanjenje vremena reakcije. Formiranje i urušavanje brojnih vakuumskih mehurića – poznat kao akustična / ultrazvučna kavitacija – skratiti vreme reakcije sa nekoliko sati u reaktoru sa promešanim rezervoarom na nekoliko sekundi u ultrazvučnom reaktoru za kavitaciju. Ovo kratko vreme boravka omogućava proizvodnju biodizela u protočnom reaktoru sa malim otiskom stopala. Ultrazvučni reaktor za kavitaciju takođe pokazuje blagotvorne efekte na energetske i materijalne zahteve, smanjujući potrošnju energije na skoro trećinu onoga što troši reaktor sa mešanim rezervoarom i metanolom i potrošnjom katalizatora za 25 odsto.
Iz ekonomske perspektive, ukupna investicija ultrazvučnog procesa kavitacije manja je od ukupne investicije procesa mehaničkog komešanja, uglavnom zbog skoro 50 odsto, odnosno 11,6 odsto smanjenja troškova reaktora i troškova kolone za destilaciju metanola. Proces ultrazvučne kavitacije takođe smanjuje troškove proizvodnje biodizela zbog smanjenja potrošnje kanolinog ulja za 4 odsto, nižih ukupnih investicija, 2,2 odsto manje potrošnje hemikalija i 23,8 odsto nižih zahteva komunalnih usluga. Za razliku od mehanički uzburkanog procesa, ultrazvučna obrada je prihvatljiva investicija zbog svoje pozitivne neto sadašnje vrednosti, kraćeg vremena otplate i veće interne stope povraćaja. Pored tehno-ekonomskih prednosti povezanih sa procesom ultrazvučne kavitacije, ekološki je naklonjeniji od procesa mehaničkog komešanja. Ultrazvučna kavitacija rezultira smanjenjem tokova otpada za 80 odsto zbog veće konverzije u reaktor i smanjene konzumacije alkohola u ovom procesu. (cf. Gholami et al., 2021)

Koristite katalizator po vašem izboru

Ultrazvučni proces transesterifikacije biodizela je dokazan kao efikasan korišćenjem i alkalnih ili osnovnih katalizatora. Forinstance, Shinde i Kaliaguine (2019) su uporedili efikasnost ultrazvučnog i mehničkog mešanja sečiva koristeći razne katalizatore, tačnije natrijum hidroksid (NaOH), kalijum hidroksid (KOH), (CH)₃ONa), tetrametil amonijum hidroksid i četiri guanidina (Propyl-2,3-dicyclohexyl guanidine (PCHG), 1,3-dicyclohexyl 2 n-octyl guanidine (DCOG), 1,1,3,3-tetramethyl guanidine(TMG), 1,3-diphenyl guanidine (DPG)). Ultrazvučno mešanje (na 35º) kao što je prikazano superiorno za proizvodnju biodizela excelling mehaničko mešanje (na 65º) po većim prinosima i stopi konverzije. Efikasnost masovnog prenosa u ultrazvučnom polju povećala je stopu reakcije transesterifikacije u poređenju sa mehaničkim komešanjem. Sonication outperformed mechanical stirring for all tested catalysts. Pokretanje reakcije na transesterifikaciju ultrazvučnom kavitacijom je energetski efikasna i industrijski održiva alternativa za proizvodnju biodizela. Pored široko korišćenih katalizatora KOH i NaOH, oba katalizatora guanidina, propyl-2,3 dicyclohexylguanidine (PCHG) i 1,3-dicyclohexyl 2 n-octylguanidine (DCOG), obojica su prikazani kao zanimljivi altrnative za biodizela
Mootabadi et al. (2010) istražuje ultrazvučnu biodizela sintezu iz palminog ulja koristeći raznovrsne alkalne katalizatore metal oksida kao što su CaO, BaO i SrO. Aktivnost katalizatora u sintezi biodizela uz pomoć ultrazvuka upoređivana je sa tradicionalnim procesom magnetnog komešanja, a utvrđeno je da je ultrazvučni proces pokazao 95,2% prinosa koristeći BaO u roku od 60 min, što inače uzima 3–4 h u konvencionalnom procesu komešanja. Za ultrasonično potpomognute transesterifikacije u optimalnim uslovima, bilo je potrebno 60 min da bi se postigao prinos od 95% u poređenju sa 2–4 h uz konvencionalno komešanje. Takođe, prinosi postignuti ultrazvukom u 60 min povećani su sa 5,5 na 77,3 odsto koristeći CaO kao katalizatore, 48,2 odsto na 95,2 odsto koristeći SrO kao katalizatore, a 67,3 odsto na 95,2 koristeći BaO kao katalizatore.

Proizvodnja biodizela koristeći razne guanidine (3% mol) kao katalizator. (A) Mehanički mesečasti batchreaktor: (metanol:kanola ulje) 4:1, temperatura 65ºC; (B) Ultrazvučni grupni reaktor: ultrazvučni UP200St, (metanol:kanola ulje) 4:1, 60% US amplitude, temperatura 35ºC. Ultrazvučno mešanje nadmašuje mehaničko mešanje ubedljivo.
(Studije i grafikoni: Šinde i Kaliaguine, 2019)

Ultrazvučni reaktori visokih performansi za obradu superiornog biodizela

Hielscher Ultrasonics nudi ultrazvučne procesore visokih performansi i reaktore za poboljšanu proizvodnju biodizela što rezultira većim prinosima, poboljšanim kvalitetom, smanjenim vremenom obrade i manjim troškovima proizvodnje.

Mala i srednja skala biodizela

Za male i srednje veličine biodizel proizvodnja do 9tona/hr (2900 Gal/HR), Hielscher vam nudi UIP500hdT (500 vati), UIP1000hdT (1000 vati), UIP1500hdT (1500 vati), и UIP2000hdT (2000 vati) ultrazvučni modeli mešalica visokih čaršija. Ova četiri ultrazvučna reaktora su veoma kompaktna, lako se integrišu ili retro uklapaju. Oni su stvoreni za teške dužnosti u teškim sredinama. U nastavku ćete pronaći preporučena podešavanja reaktora za niz stopa proizvodnje.

Veoma veliki industrijski biodizel reaktori

Za proizvodnju biodizela za industrijski preradu, Hielscher nudi УИП4000хдТ (4кВ), UIP6000hdT (6kW), УИП10000 (10кВ) и UIP16000hdT (16kW) ultrazvučni homogenizatori! Ovi ultrazvučni procesori su dizajnirani za neprekidnu obradu visokih brzina protoka. UIP4000hdT, UIP6000hdT i UIP10000 mogu se integrisati u standardne morske teretne kontejnere. Alternativno, sva četiri modela procesora dostupna su u ormarićima od nerđajućeg čelika. Uspravna instalacija zahteva minimalan prostor. Ispod pronalazite preporučena podešavanja za tipične stope industrijske obrade.